В ИХН СО РАН разработаны новые составы криогелей для борьбы с эрозией почв, увеличивающие фитопродуктивность растений
В лаборатории коллоидной химии нефти ИХН СО РАН разработаны биоразлагаемые криогели на основе синтетических и природных полимеров. Полученные составы являются перспективными в борьбе с опустыниванием, для закрепления откосов и рекультивации техногенных грунтов. Наличие пор в криогеле в результате частичной деструкции полисахаридов создает оптимальные условия для прорастания растений, формирующих прочный дерновый слой.
– Нам хотелось получить экологичный, эластичный и пористый криогель для армирования поверхностного слоя почвы, содержащий в своем составе биоразлагаемый компонент, что позволит создать комфортные условия для прорастания растений. Разработанный состав криогеля получен на основе водных растворов поливинилового спирта и крахмала. Его преимущество заключается в сочетании хороших физико-химических свойств криогелей из синтетических полимеров и биоразлагаемости природных полимеров, – рассказывает Мария Фуфаева, старший научный сотрудник лаборатории коллоидной химии ИХН СО РАН.
Ученые наносят раствор поливинилового спирта на поверхность грунта, куда предварительно уже поместили необходимые удобрения и семена многолетних травянистых культур. В результате колебания суточных температур от отрицательных к положительным формируется криогелевый слой, который прочно связывает частицы почвы, защищая ее от воздействия внешних эрозионных процессов (ветер, ливневые стоки и т.д.) и сохраняя влагу.
Однако такой способ подходит не для всех типов почв: например, песчаные почвы с низким содержанием органического вещества прочно связываются криогелем, который при высыхании теряет эластичность и образует непроницаемую пленку, тем самым препятствуя прорастанию растений и газообмену. С этой проблемой позволяет справиться микробиология.
Старший научный сотрудник лаборатории Варвара Овсянникова провела эксперименты по биоразложению в почве криогелей с разными соотношениями поливинилового спирта и крахмала. В ходе опыта образцы не только теряли в весе, но и сильно менялись внешне: под действием почвенной микрофлоры крахмал в составе трехкомпонентных криогелей частично разлагался, а его продукты деструкции, имея низкую молекулярную массу, вымывались из полимерной сетки, что привело к формированию пористой структуры, столь необходимой для прорастания растений.
Криогель – это упругое полимерное тело, в которое превращаются вязкотекучие водные растворы поливинилового спирта, если их заморозить и разморозить обратно. С каждым последующим циклом криообработки прочность криогелей увеличивается, они нетоксичны и безопасны для окружающей среды. Введение модификаторов и наполнителей в полимерную матрицу криогеля на стадии его формирования позволяет целенаправленно задавать их структурно-механические и физико-химические свойства для решения разных технических задач.
В составе научной группы работают зав. лабораторией доктор технических наук, профессор Любовь Алтунина, ведущий научный работник кандидат химических наук Владимир Кувшинов, главный научный сотрудник доктор химических наук Владимир Манжай, старший научный сотрудник кандидат химических наук Мария Фуфаева, старший научный сотрудник кандидат химических наук Варвара Овсянникова и аспирантка Е. Ким.
Коллектив имеет опыт практического применения криогелей в разных регионах России и за ее пределами – для гидроизоляции плотины, ликвидации приустьевых воронок нефтяных скважин в зоне вечной мерзлоты, для укрепления откосов дорог, в городском благоустройстве и озеленении, а также в качестве связующего при брикетировании отходов угля. В настоящее время у нефтедобывающих предприятий вызывает особый интерес разработка составов криогелей, которые помогут защитить рек от загрязнения нефтепродуктами в период паводков, а также будут использоваться при строительстве автозимников для увеличения срока их эксплуатации.
