165824 (Использование комплексов полиамфолита этиламнокротонатаакриловой кислоты с поверхностно-активными веществами для извлечения 90Sr), страница 3

В работе показано, что ионные ПАВ оказывают сильное влияние на НКТР полимера - гидролизованного изопропилакриламида (ГИПААm), причем амплитуда ее изменения находится в сильной зависимости от длины углеводородного радикала детергента и его концентрации. Однако неионные ПАВ не вызывают существенных изменений гидродинамических размеров полимеров, причину чего авторы объясняют отсутствием электростатических взаимодействий между полярными группами дифильных молекул.

Методом люминесцентного зонда исследовано взаимодействие редкосшитого геля полиакрилата натрия с цетилпиридинийбромидом. Показано, что диффузия катионного детергента в анионный гель приводит к существенному изменению характера микроокружения зонда, уменьшению полярности среды, резкому увеличению вероятности эксимерообразования. Совокупность полученных данных указывает на то, что ионы детергента в геле находятся в мицеллярном состоянии.

Взаимодействие полианионных и поликатионных гидрогелей с противоположно заряженными ПАВ рассмотрено в. Показано, что ПАВ эффективно абсорбируются гелями и образуют внутри себя гидрофобные «самоорганизующиеся» структуры. Одновременно происходит слияние гелей. Методом малоуглового рассеяния рентгеновских лучей обнаружена высокая степень пространственного порядка гидрофобных агрегатов ПАВ в объеме геля.

При взаимодействии анионных сеток с катионными ПАВ (цетилпиридинийбромидом, алкилпиридинийхлоидом и алкилтриметил-бромидом) в случае недостатка ПАВ отмечено неоднородное распределение ПАВ как в объеме геля, так и между частями геля, находящимся в одном и том же объеме. Авторы объясняют это проигрышем в конформационной энтропии сетки в результате резкого одновременного сжатия всего образца.

В зависимости от природы ПАВ и гидрогеля на основе гидрофобно - модифицированной полиакриловой кислоты (ПАК) было изучено взаимодействие между ними в четырех комбинациях: незаряженная сетка/анионное ПАВ (1), сетка/катионное ПАВ (2); анионный гель/катионное ПАВ (3), а также анионный гель/анионное ПАВ (4). Показано, что гели адсорбируют катионное ПАВ посредством ионннообменной реакции с контрионами сетки, тогда как взаимодействие с анионными дифильными молекулами осуществляется преимущественно за счет гидрофобных взаимодействий. Согласно условию электронейтральности системы, в последнем случае анионные ПАВ проникают в объем геля вместе с собственными контрионами, что приводит к увеличению осмотической составляющей свободной энергии сетки, результатом чего является ее набухание. В случае одноименно заряженных пар заметное взаимодействие наблюдается для ПАК с развитыми гидрофобными боковыми ответвлениями, когда энергия гидрофобных взаимодействий превышает таковую электростатического отталкивания.

Исследованы процессы ассоциации бетаиновых гидрогелей, синтезированных на основе линейного ПЭИ (ММ=10⁴) путем алкилирования его монохлоруксусной кислотой методом концевых сшивок с катионным (ЦПБ) и анионными ПАВ (ОСNa, ДБСNa, ПДДСNa). Во всех случаях связывания ПБ приводило к контракции гидрогелей с ростом концентрации мицеллообразующих ПАВ во внешнем растворе. В отличие от линейных бетаиновых систем, для которых характерно наличие изоэлектрического состояния (то есть, отсутствие как таковой ИЭТ), для бетаиновых гидрогелей было обнаружено появление ИЭТ при степени алкилирования β≥15 мольн.%. Кроме того, наблюдается тенденция к связыванию не только анионных, но также и катионных ПАВ. Добавление анионных ПАВ приводит к снижению коэффициентов набухания в кислой области, тогда как катионных – в щелочной области рН раствора от ИЭТ. Слабосшитые формы бетаиновых макромолекул способны проявлять типичные свойства, характерные для линейных полиамфолитов, в которых разноименно заряженные функциональные группы находятся не в одном (бетаин), а в разных мономерных звеньях.

Таким образом, совокупность приведенных данных показывает, что протекание комплексообразования между гидрогелями и мицеллообразующими ПАВ зависит от природы функциональных групп сетки и гидрофильно-липофильного баланса детергента. Ассоциация ПАВ с неионогенными гидрогелями сопровождается их набуханием, тогда как с заряженными сетками – контракцией или коллапсом. Проникновение ионов ПАВ в объем сетки протекает по эстафетному механизму в зависимости от концентрации детергента в растворе. Кроме того, система гидрогель-ПАВ обладает высокой тенденцией к процессам самоорганизации, в результате чего формируются высокоупорядоченные структуры различной иерархии.

2. Применение полимерных композитов в качестве антидефляционных реагентов

2.1 Различные полимерные композиты как искусственные структурообразователи почв

В качестве искусственных структурообразователей почв часто используют водные растворы олигомеров, полимеров и полимерных комплексов. Принципиальная возможность искусственного оструктурирования почв с помощью добавок водно-растворимых полимеров (ВРП) показано в многочисленных публикациях. Создание таким путем агрономически ценной структуры почвы предопределяет не только возможность направленного регулирования ее важных свойств – сложения и дисперсности, но и связанных со структурой перераспределения внутри - и межагрегатных пор, обмена поглощенных ионов со свободными, капиллярных эффектов и диффузии анионов, а также отложения солей в процессе вторичного засоления и их промывки после засоления. Исследование этих вопросов имеет огромное как теоретическое, так и народнохозяйственное значение, особенно в условиях Средней Азии, где представлены бесструктурные (с агрономической точки зрения) и нередко засоленные почвы с тяжелым механическим составом (например, такыры и такыровидные почвы).

Авторами исследованы влияние природы полярных групп, молекулярной массы и степени ионизации ионизируемых групп ВРП на эффективность их структурирующей способности на типичном сероземе, являющемся суглинистой почвой, а также на хлоридно - и сульфатно-хлориднозасоленных такырах.

Синтезируемы полимерные структурообразователи для почв обычно характеризуются наличием в цепи их макромолекул карбонильных, амидных и гидроксильных полярных групп. В связи с этим изучалось структурообразующее действие ВРП, содержащих указанные активные группы как в отдельности, так и в их сочетании. Карбоксилсодержащим ВРП служила полиакриловая кислота (ПАК) с молекулярной массой 137 тыс., а карбоксилатсодержащим – её на 20, 50 и 100% ионизированные разновидности (ПАК-20, ПАК-50, Пак-100 соответственно). Амидосодержащими полимерами служили два образца полиакриламида (ПАА) с молекулярными массами 130 тыс. (ПАА₁) и 1 млн. (ПАА₂); сочетание амидной группы с карбоксилатной обеспечивалось путем гидролиза ПАА₂ на 25% (ПААГ-20) и 65% (ПААГ-65). Гидроксилсодержащий полимер – поливиниловый спирт (ПВС) с молекулярной массой 19 тыс. и 35 тыс., полифункциональным полимером служил препарат К-4, с молекулярной массой 150 тыс., содержащие амидные, карбоксилатные и карбоксильные активные группы.

Так, авторы выявили, что ионизированные водно-растворимые полимеры являются относительно более эффективными структурообразователями почв, чем неионизированные, их эффективность возрастает с молекулярной массой и ионизацией макромолекул, с обогащением почвы физической глиной. С ростом молекулярной массы степень оструктурирования почвы увеличивается. Это происходит как в случае ионогенных, так и неионогенных ВРП. Со степенью ионизации функциональных групп структурообразующий эффект ВРП усиливается. Полностью ионизированные макромолекулы способствуют созданию в почве больше водопрочных агрегатов, чем неионизированные.

Полимеры, сочетающие в цепи макромолекулы разные по природе функциональные группы, обладают большей эффективностью, чем монофункциональные. Дисперсный состав формируемой водопрочной структуры зависит от природы полярной группы ВРП.

Образование агрегатов >0.25 мм под действием ВРП происходит преимущественно за счет агрегирования частиц <0,01 мм [¹⁰], поэтому в тяжелоглинистых почвах эффект оструктурирования более выражен, чем легкоглинистых. Укрупнение почвенных частиц таким путем есть следствие их объединения полимерными мостиками, являющимися элементами надмолекулярных структур полимера в виде фибрилл. При повышении концентрации ВРП возможно формирование относительно крупных агрегатов за счет объединения вновь образованных, но более мелких. При этом не исключена возможность придания водопрочных свойств исходным водонепрочным агрегатам выделившейся на их поверхности водно-нерастворимой новой полимерной фазой в виде двумерной пленки, обратимо набухаемой в воде и в силу этого обуславливающей последействие полимера.

Наличие свободных солей в почве особенно кальциевых ослабляет эффективность действия карбоксил -, карбоксилат содержащих полимеров. Это связано с тем, что содержащие указанные активные группы макромолекулы взаимодействуют со свободными ионами кальция с образованием водно-нерастворимых солей этих полимеров, что исключает часть вводимого полимера от участия в процессе структурообразования.

Для достижения одинакового эффекта структурообразования в засоленных почвах требуется больше полимера, чем в незасоленных. Однако обогащение ионами кальция поглощающего комплекса почвы способствует созданию в ней в 3 – 4 раза больше водопрочных агрегатов, чем при насыщении ионами натрия.

В работе приведены результаты исследования влияния двух наиболее известных и применяемых в нашей стране и за рубежом структурообразователей почв – полиакриламида и полиакриловой кислоты на величину адсорбции их на частицах дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы, на размер и водопрочность почвенных агрегатов, а также на жизнедеятельность зеленой водоросли Scenedesmus quadricauda. Этот вид водорослей – типичный представитель фитопланктона пресноводных водоемов умеренной зоны. В силу своих физиологических особенностей одноклеточные водоросли наиболее чувствительны к изменениям внешней среды. Короткий цикл их развития позволяет проследить на нескольких поколениях действие токсичных веществ. Одноклеточные водоросли используются для биотестирования широкого класса веществ (тяжелые металлы, ПАВ, детергенты), загрязняющих природные водоемы.

Авторы проводили определение научно обоснованной оптимальной дозы и концентрации рабочего раствора структурообразователей путем сопоставления результатов измерения водопрочности почвенных агрегатов с данными по адсорбции структурообразователей на почве из водных растворов. За величину оптимальной концентрации раствора полимера выбрали концентрацию, соответствующую величине адсорбции. Для полиакриламида оптимальными концентрациями рабочего раствора являются 3,3 – 4,2, а для полиакриловой кислоты 2,3 – 3,3 г/л.

Характер, полученного им изотерм дал возможность высказать суждение о механизме построения структурирующего каркаса. При низких концентрациях растворов (0,04 – 0,2%) в условиях интенсивного роста величины адсорбции связывание почвенных частиц в агрегаты идет по адсорбционному механизму. При больших количествах раствора структурирующий каркас следует называть адгезионно образованным, причем переход от адсорбционного к адгезионному механизму образования структуры происходит постепенно.

Показано, что, не смотря на хорошие оструктурирующие свойства, полимеры губительно действуют на жизнедеятельность клеток водоросли.

Также авторы отмечают необходимость строгого соблюдения норм дозирования при структурировании почв полиакриламидом и полиакриловой кислотой, а при возможности замены их другими менее токсичными структурообразователями. Считают, что при разработке регламентированных веществ для указанных целей следует учитывать не только структурирующие свойства, но и влияние этих соединений на окружающую среду.

Среди мероприятий по охране и рациональному использованию земельных ресурсов большое место отводится противоэрозионной защите и мелиорации земель. Разработка новых способов укрепления почвогрунтов и улучшения воднофизических свойств почв путем оструктурирования и стабилизации почвенной структуры является основной задачей исследований в области почвоведении применение интерполимерных комплексов открывает принципиально новые возможности для решения этой задачи. Поликомплексы являются одним из наиболее эффективных реагентов для стабилизации структуры почвы и предотвращения водной эрозии.

В связи с этим авторами работы изучена возможность получения и применения новых поликомплексных композитов (ПКК) на основе карбоксилметилцеллюлозы (КМЦ) с различными поликатионами (КФМТ, КФЖ, ФХ, Я-4). Найдены оптимальные состояния компонентов ПКК с заданной структурой для получения почвенно-поликомплексных корок, устойчивых к водной, ветровой эрозии. Выяснено влияние рН (в пределах встречающихся в почвах) на образование применяемых поликомплексов.

Исследования показали, что применение ПКК в почвах ведет к улучшению структуры, уменьшает плотность и резко повышается водопрочность структурных агрегатов (в 15 раз), увеличивает предельную полевую влагоемкость и запасы продуктивной воды. При этом снижается физическое испарение с поверхности в 2-3 раза, возрастает амплитуда суточных температур почвы.

Экспериментальные данные полученные [на установке, моделирующей интенсивные осадки, показали, что при определенных условиях проведения эксперимента значительно повышается устойчивость, обработанной растворами полимеров к водной эрозии.

При обработке верхнего слоя почвы, находящегося в воздушно-сухом состоянии, растворы полимеров, попадая в поровое пространство почвы в силу капиллярного взаимодействия проникают в зону контактов между частицами почвы и, образуя поликомплекс, связывает их друг с другом. Устойчивость к осадкам появляется в этом случае сразу же после обработки почвы, то есть до ее высыхания.

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

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.

1. 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.

Кроме того, наличие водопритока благоприятно сказывается на развитии растительности, особенно на низменных территориях. Таким образом, наличие радиоактивного загрязнения (причем не только в воде, но, как следствие этого, и на местности, где пролегают русла водотоков) может повлечь за собой, с большой долей вероятности, проникновение радионуклидов в пищевую цепочку «вода (почва) – растения – животные - человек».

Механизмы ветрового переноса и пылеобразования: Механизм ветрового пылеобразования заключается в следующем [¹¹]: при небольшой скорости ветра (2-3 м/с) наиболее мелкие радиоактивные частицы пыли поднимаются с поверхности почвы в результате стохастического прорыва турбулентных вихрей к поверхности земли. При указанной скорости ветра эта пыль не оседает под действием силы тяжести, размеры таких пылевых частиц в основном составляют сотые и десятые доли микрометра, достигая 1-2 мкм. Более крупные частицы радиоактивной пыли слишком тяжелы, чтобы долго удерживаться в воздухе, они поднимаются турбулентными вихрями в воздух и снова оседают, передвигаясь в ветровом потоке скачкообразно. Это так называемый эффект сальтации. Сальтация является основным механизмом пылеобразования при увеличении скорости ветра до значений, при которых начинается ветровая эрозия. Размеры пылевых частиц при этом возрастают до 100 мкм. При падении частицы иногда рикошетируют от поверхности почвы, повторяя свой прыжок, или же передают свой импульс другим частицам, которые начинают в свою очередь подскакивать и перекатываться. При большой скорости ветра катящиеся частицы, сталкиваясь с более крупными, выступающими над поверхностью, могут в благоприятном случае получить сильный направленный вверх импульс и начать подскакивать. Если сравнительно крупные частицы при движении по поверхности земли наталкиваются на частицы более мелкой фракции, то это вызывает вовлечение в процесс дефляции практически всех последних. Таким образом, процесс переноса пыли ветром при эрозии почвы носит цепной характер.

Воспрепятствовать процессу вторичного загрязнения территории СИП и прилегающих к нему районов можно несколькими способами. Один из них заключается в снятии верхнего слоя почвы и вывозом его за пределы региона для захоронения, как в свое время это было сделано в Японии после аварии на ядерном реакторе. Но этот способ неприемлем в случае СИП, в связи с очень большой площадью, подлежащей обработке. В этом случае для предотвращения вторичного загрязнения обработанных территории необходимо одновременно снимать слой почвы практически по всей территории полигона. Возможность этого представляется маловероятной. Другой способ заключается в обработке зараженных территорий интерполимерными комплексами, как это было сделано на части территории радиоактивных выпадений после аварии на Чернобыльской АЭС. Тогда для осаждения пыли были использованы интерполимерные комплексы, состоящие из гидролизованного полиакрилонитрила (коммерческое название ГИПАН) и полидиметилдиаллиламмоний хлорид (коммерческое название ВПК-402). Суть действия этих и подобных полимеров заключается в том, что это полимерные композиты способны структурировать и агрегировать почву с образованием более крупных частиц. Агрегация происходит в результате образования на поверхности частиц почвы тонких пленок интерполимерных комплексов. При обработке почвы интерполимерными комплексами значительно возрастает доля фракции с диаметром 5 мм и средняя величина эрозии агрегированной почвы уменьшается с 74% до 1% при скорости ветра 15 м/сек.

В настоящее время в Институте радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК проводятся лабораторные исследования по изучению возможности управления миграцией радионуклидов в почве с помощью интерполимерных комплексов. В процессе изучения структурирующей и агрегирующей способностей интерполимерных комплексов было установлено, что в случае фракции, размер которых меньше 0,75 мм после заливки полимеров образуется плотная корка (агрегация), толщина которой равна глубине проникновения полимера в пробу. Для фракции, размер которых равен или больше 1 мм отмечается слипание почвенных частиц, в результате чего образуются частицы более крупных фракции, размером до 5 мм (структурирование).

Предварительное опробование гелей полиакриловой кислоты и поливинилового эфира этиленгликоля в полевых условиях на площадке «Опытное поле» показало перспективность их использования для управления процессами миграции радионуклидов в окружающей среде. Различие радиационных параметров на опытных площадках до и после обработки полимерами составляет до нескольких десятков раз. Так, на одной из 16-ти площадок, обработанный комплексом полиакриловая кислота - поливиниловый эфир этиленгликоля, до заливки полимеров наблюдалось 30 β-част/см²*мин, а после обработки уже – 420 β-част/см²*мин.

Особый интерес представляют ИПК с участием нового полимерного бетаина ЭАК/АК, свойства которых изучены в растворах.

Для предотвращения ветровой и водной эрозии радиационно зараженных почв бывшего СИП также были использованы интерполимерные комплексы с участием полиамфолита ЭАК АК – ЭАК АК–ПЭГ и ЭАК/АКПДМДААХ и их индивидуальные компоненты – ЭАК АК, ПДМДААХ и ПЭГ.

Определены оптимальные условия обработки подготовленной для анализа почвы растворами полимеров и их комплексов:

1. концентрации растворов полимеров и их комплексов;

2. метод обработки почвы (разбрызгивание или залив);

3. соотношение полимерных компонентов в комплексах:

4. рН растворов поликомплексов;

5. последовательность обработки почвы растворами индивидуальных полимеров или готового комплекса.

Полученные результаты суммировались следующим образом:

1. Индивидуальные полимеры (ПЭГ, ПДМДААХ и ЭАК/АК) как и комплексы ЭАК АК-ПЭГ и ЭАК АК-ПДМДААХ обнаруживают структурирующий эффект. Так, при обработке почвы раствором полиамфолита ЭАК АК наблюдается увеличение фракции с содержанием частиц диаметром >0,25 мм от 37,3% (контроль) до 51,3%. Заметно увеличение и других фракции (10 мм – до 5,2%, 7мм – до 4,7%, 5 мм – до 1,7% 2 и 1 мм – до 0,3% и 2,7% соответственно), что свидетельствует об агрегировании частиц. Но наилучшие результаты получены при использовании стехиометрического комплекса ЭАК АК: ПЭГ =1:1 при концентрации раствора С=10^-2 моль/л, рН=3,0 и методе залива. Наблюдается увеличение фракции с содержанием частиц диаметром >0,25 мм от 37,3% (контроль) до 70,0% (разбрызгивание) и 83,9% (залив).

2. Обработку почвы следует производить раствором готового полимерного комплекса, а не последовательной обработкой почвы раствором сначала одного, а затем второго.

3. Наилучшие результаты получены при использовании метода залива.

4. Лучшие результаты получены при обработке почвы раствором комплекса ЭАК АК-ПЭГ=1:1 при рН=3,0, что очевидно, связано с подавлением диссоциации карбоксильных групп и образованием более устойчивого комплекса. Исследования проводились при разных значениях рН (8,0; 6,0; 4,0; и 3,0).

Аналогичные исследования были проведены и при использовании интерполимерных комплексов ЭАК АК-ПДМДААХ в качестве структурирующих агентов.