Использование комплексов полиамфолита этиламнокротонатаакриловой кислоты с поверхностно-активными веществами для извлечения 90Sr (стр. 6 из 12)
При нанесении растворов на влажную почву капилляры уже заполнены водой и в силу этого недоступны для проникновения растворов полимеров. Даже если полимер переходит в нерастворимое состояние (например, образует не растворимый комплекс) эффективность связывания частиц почвы друг с другом этим поликомплексом оказывается низкой, обработанный слой почвы легко размывается водой. Если же до действия осадков обработанный таким образом слой успевает высохнуть, он оказывается устойчивым к действию воды.
Также для увеличения агрономически ценных элементов структуры почвы применяются полимерные композиты на основе лигносульфонатов (ЛС), являющихся крупнотоннажными отходами целлюлозно-бумажного производства.
Показано, что ЛС в чистом виде и в составе с дефекатом, лигнином и соломой, также являющихся отходами производства, обеспечивают существенное увеличение выхода водопрочных почвенных агрегатов, способных удерживать в своих компартментах (порах) ионы питательных солей и воду, тем самым, оптимизацию пищевого и водно-воздушного режима почв.
В настоящее время на основе ЛС создаются композиции структурообразователей, пригодных для использования на почвах различного генезиса; исследуются механизмы взаимодействия полимеров с минеральными дисперсиями почв.
Взаимодействие поликатиона и полианиона на поверхности почвы приводит к образованию водонерастворимого, водо- и газопроницаемого полимерно-почвенного слоя. Схематически фрагмент частицы полиэлектролитного комплекса (ПЭК) можно представить следующим образом:
Участок А представляет собой упорядоченную последовательность противоположно заряженных звеньев, образовавших друг с другом ионные силы. Эти участки гидрофобны, они обусловливают нерастворимость в воде. Области Б обеспечивают способность нерастворимых ПЭК обратимо набухать в воде. Наличие в структуре ПЭК гидрофильных мостиков приводит к наиболее оптимальному скреплению частиц почвы. В набухшем состоянии участки А и Б находятся в динамическом равновесии, вследствие чего влажная почвенно-полимерная корка имеет возможность восстанавливать незначительные нарушения типа трещин и разломов.
Авторами проведено исследование на примере поликомплексной композиции, включающей гидролизованный полиакрилонитрил (ГИПАН), поли-N, N – диметилдиаллиламмонийхлорид (ВПК-402) и соль щелочного металла (NaCl, KNO3 и др.). Данная композиция может производиться в готовом к применению виде (1-2% раствор по полимерам и ~5% раствор по соли) или в виде концентрата (~20% раствор по полимеру). Установлено, что устойчивость концентрата зависит от содержания минеральных солей в исходных продуктах. Введение избытка NaCl в концентрат приводит к расслоению системы из-за полной диссоциации ПЭК на отдельные полиэлектролиты, не совместимые друг с другом в водной среде в отсутствие интерполиэлектролитного взаимодействия и выделившиеся в отдельные фазы. Очистка концентрата от избытка NaCl методом диализа позволяет вновь получить однофазную систему, устойчивую к разбавлению вплоть до концентрации ПЭК ~7%.
Для нанесения на закрепляемую поверхность используют 1-2% раствор поликомплексной композиции, представляющий собой бесцветную жидкость с вязкостью при 200С – 20 сП, плотностью – 1,06 г/см3, температурой замерзания – минус 2-50С. Раствор сохраняет свои свойства после замораживания до -550С и последующего размораживания. После нанесения препарата на грунт в количестве 1,0 л/м2 на поверхности образуется почвенно-полимерная корка толщиной 3-5 см. Данные об устойчивости покрытия к ветру со скоростью 12,5 м/с приведены в таблице 1.
Таблица 1. Результаты испытания защитных покрытий в аэродинамической установке
| Характеристика покрытия | Средняя величина пылеуноса, % |
| 1. песок без покрытия2. песок, закрепленный ПЭК (конц. 2%)3. песок, закрепленный ПЭК (конц. 1%)4. песок, закрепленный ПЭК (конц. 0,5%)5. песок, закрепленный ПЭК выдержавшим замораживание до -550С | 74,0±140,15-0,30±0,100,14±0,030,25±0,20,30±0,10 |
Длительное наблюдение (более 1 года) за обработанными участками показало, что покрытие выдерживают воздействие атмосферных осадков в количестве 550-650 мм., сезонные колебания температуры от +300С до -300С, порывы ветра более 20 м/с. Установлено, также, что препарат нетоксичен, экологически безвреден. Данная поликомплексная композиция показала также хорошие результаты в мелиоративном и дорожном строительстве, при закреплении различных сыпучих и пылящих материалов.
Применение поликомплексной композиции целесообразно не только для структурирования грунтов, но и в тех случаях, когда необходимо зафиксировать на поверхности грунта загрязняющие окружающую среду вещества в мелкодисперсной форме.
Одной из задач общей проблемы искусственного структурообразования почв является получение водопрочных агрегатов с гидрофобными свойствами при оптимальном соотношении фракции разного размера. Такие агрегаты препятствуют образованию почвенной корки, противостоят водной, ветровой и ирригационной эрозии. Они могут образовывать экраны, предотвращающие подъем водно-растительных солей из подпахотных слоев, снижают непроизводительное физическое испарение воды из почвы.
На возможность искусственного структурообразования с одновременной гидрофобизацией почвенных агрегатов указано ранее в работе, в которой был предложен вариант решения этой проблемы путем внесения в почву двух химических препаратов: полимера – структурообразователя и гидрофобизатора – поверхностно-активного вещества (ПАВ), не обладающего значительным структурообразующим действием. Однако такой способ, предполагающий последовательное внесение растворов двух препаратов с промежуточным подсушиванием обрабатываемой почвы, технологически сложен, требует больших затрат, экономически не эффективен. Целесообразнее использовать одно вещество, обладающее как структурообразующим, так и гидрофобизирующим действием. Для этой цели в работе применен стиромаль – сополимер стирола и малеинового альдегида. При острутурировании дерново-подзолистых почв и солонцов раствором гидролизованного стиромаля значительно возрастает содержание агрономических ценных агрегатов от 1 до 7 мм, обуславливающих устойчивость к коркообразованию, к водной, ветровой и ирригационной эрозии. Показано, что техническая эффективность гидролизованного стиромаля при обработке им исследуемых почв находится на уровне лучших известных структурообразователей и оптимальная доза внесения составляет 0,05%. Также, исследуемый препарат резко снижает скорость и высоту капиллярного подъема воды, ее испарение из почвы независимо от влажности воздуха и может быть эффективен при борьбе с непроизводительными потерями влаги на испарение, с почвенной коркой, водной, ветровой и ирригационной эрозией. Повышенное содержание хлорида кальция в почве снижает его эффективность.
В работе для закрепления и мелиорации засоленных песчаных грунтов была использована композиция ацетонформальдегидной смолы (АФС) с глобулярным белком – серицином (СР), который был выделен в виде отхода при размотке кокона натурального шелка, в присутствии неорганических солей.
Опыты пескозакрепления проводили непосредственно путем нанесения композиции АФС на поверхность модельных систем засоленных песчаных грунтов. Для приготовления этой модели использован барханный песок, который после промывки и просева через сито 0,125 см был тщательно перемешан с растворами солей. После сушки образцов содержание солей в грунтах составляло около 2%., что является удовлетворительным для прорастания растений. Средняя толщина закрепленного слоя грунта составляла 0,1 см.
Закрепленный посредством композиции АФС и СР засоленный песчаный грунт характеризуется определенной прочностью. Его устойчивость к внешним нагрузкам сильно зависит от концентрации воды в исходной композиции. Увеличение количества воды в композиции приводит к снижению прочности закрепленного слоя грунта. Однако снижение прочности закрепителя заметно нивелируется в присутствии смеси солей в грунтах. В целом выявленные прочностные характеристики этих образцов удовлетворяют требованиям к закрепителям песчаных грунтов.
Для анализа эффективности мелиоративного действия композиции АФС с СР авторы проводили сравнительное исследование прорастания пшеницы. Негативное влияние неорганических солей на динамику всхожести семян пшеницы обнаружено в отсутствии СР в композиции. Однако, данный отрицательный эффект не только устраняется в присутствии СР, но и приводит к получению положительных результатов, свидетельствующих о биоактивном действии данной композиции. Это в определенной степени повышает эффективность пескозакрепителя – биокомпозиции АФС при выполнении его функции мелиората грунта.
2.2 Использование интерполимерных комплексов для предотвращения пылевой миграции радионуклидов на территории Семипалатинского полигона
Основными источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды Семипалатинского испытательного полигона (СИП) явились ядерные испытания. Радионуклиды, образовавшиеся при ядерных взрывах за весь период испытаний, выпали на территорию СИП и за его пределами. В настоящее время основными механизмами миграции радионуклидов в окружающей среде являются ветровой и водный перенос. В условиях (СИП) оба вида радионуклидного переноса являются взаимодополняющими. Так, на территории бывшей испытательной площадки «Дегелен» наблюдаются водопроявления – приштольневые ручьи, несущие в своих водах большое количество радионуклидов. Многие из этих ручьев пересыхают в летний период, оставляя при этом переносимые водой радионуклиды в поверхностных слоях почвы своих русел, что способствует увеличению распространения радионуклидов по территории региона посредством пылевого переноса. При возобновлении же водотока радиоактивные элементы, находящиеся в поверхностных слоях почвы русел ручьев, вновь вовлекаются в движение воды и, вместе с выносимыми из штолен радионуклидами, переносятся уже на более значительные расстояния.