РИСУНОК 6 – Влияние разбавления водного раствора (1) и ионной силы (2 - = 0,01; 3 - = 0,1) на вязкость полиамфолита ЭАК/АК

Как видно из рисунка 6 измерение вязкости водного раствора ЭАК/АК при разбавлении показало, что приведенная вязкость раствора ЭАК/АК с разбавлением повышается, т.е. в соответствии с вышесказанной теорией полиэлектролитного набухания ЭАК/АК проявляет так называемую «полиэлектролитную аномалию». Добавление нейтральной низкомолекулярной соли (KCl) приводит к погашению этого эффекта. Так, при ионных силах растворов 0,01 и 0,1 приведенная вязкость ЭАК/АК равна 13,5 и 3,1 дл/г соответственно

1. Изучение возможности фиксации радионуклидов в поверхностном слое почвы применением комплекса полимер-ПАВ

Для определения возможности фиксации техногенных радионуклидов (⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ^239,240Pu) и накопления их в поверхностном слое почвы с помощью применения комплекса полимер - ПАВ изучалось распределение удельной активности радионуклидов по слоям после обработки образцов почвы растворами комплексов ЭАК/АК-ЛСNa в соотношениях 1:1 и 2:1 и ЭАК/АК-ЦПБ в соотношениях 5:2 и 1:1.

Концентрации растворов комплексов ЭАК/АК-ЛСNa в соотношениях 1:1 и 2:1 составляла 10^-3 моль/л, а растворов комплексов ЭАК/АК-ЦПБ в соотношениях 5:2 и 1:1 - 5*10^-4 моль/л. Концентрации растворов комплексов выбирались исходя из критической концентрации мицеллообразования (ККМ) поверхностно активных веществ:

Результаты определения рН водных растворов комплексов ЭАК/АК-ПАВ, их компонентов и водных вытяжек почв, обработанных растворами комплексов приведены в приложении 2. По полученным данным делать выводы о влиянии рН на процессы фиксации радионуклидов затруднительно, поскольку все значении рН находятся в одних пределах.

На рисунках 7-8 представлено вертикальное распределение удельной активности (содержания) радионуклида ⁹⁰Sr после обработки почвы растворами комплексов ЭАК/АК с ЛСNa и ЦПБ с разными соотношениями компонентов.

а б

РИСУНОК 7 - Послойное распределение удельной активности радионуклида ⁹⁰Sr после обработки почвы комплексами

а) [ЭАК/АК]:[ΛСNa]=1:1 б) [ЭАК/АК]:[ΛСNa]=2:1

а б

РИСУНОК 8 - Послойное распределение удельной активности радионуклида ⁹⁰Sr после обработки почвы комплексами

а) [ЭАК/АК]:[ЦПБ]=5:2 б) [ЭАК/АК]:[ЦПБ]=1:1

Как видно из рисунков 7 и 8 эффект направленной миграции с фиксацией ⁹⁰Sr в верхнем слое почвы (концентрирование в верхнем слое почвы) замечен только в единичном случае – при использовании комплекса [ЭАК/АК]:[ΛСNa]=2:1 (рис.7 б). Возможно, это связано с взаимодействием ионов стронция с акриловой кислотой, которая содержится в ЭАК/АК очень большом количестве. Избыток полиамфолита в составе комплекса приводит к дополнительному насыщению раствора карбоксил ионами акриловой кислоты и усиливается их взаимодействие с ионами стронция.

В остальных случаях либо произошел обратный эффект – концентрирование ⁹⁰Sr в нижних слоях почвы ([ЭАК/АК]:[ΛСNa]=1:1 – рис. 7 а) и [ЭАК/АК]:[ЦПБ]=5:2 – рис. 8 а), либо эффект концентрирования радионуклида у поверхности почвы вовсе отсутствовал ([ЭАК/АК]:[ЦПБ]=1:1 – рис. 8 б).

На рисунках 9-10 представлено вертикальное распределение удельной активности радионуклида ¹³⁷ Cs после обработки почвы растворами комплексов на основе ЭАК/АК и ЛСNa, ЦПБ при разных соотношениях компонентов.

а б

РИСУНОК 9 – Послойное распределение удельной активности радионуклида ¹³⁷Cs после обработки почвы комплексами

а) [ЭАК/АК]:[ΛСNa]=1:1: б) [ЭАК/АК]:[ΛСNa]=2:1

а б

РИСУНОК 10 - Послойное распределение удельной активности радионуклида ¹³⁷Cs после обработки почвы комплексам

а) [ЭАК/АК]:[ЦПБ]=5:2: б) [ЭАК/АК]:[ЦПБ]=1:1

Графики, представленные на рисунках 9 и 10 свидетельствуют о том, что по отношению к ¹³⁷Cs способность накапливать радионуклида в верхнем слое проявили комплексы ЭАК/АК-ПАВ именно в тех соотношениях, при которых происходит комплексообразование между ЭАК/АК и поверхностно-активными веществами, т.е. комплексы [ЭАК/АК]:[ΛСNa] в соотношении 1:1 и [ЭАК/АК]:[ЦПБ] в соотношении 5:2 (рис. 9 а и 10 а).

В случаях обработки почвы комплексами [ЭАК/АК]:[ΛСNa]=2:1 и [ЭАК/АК]:[ЦПБ]=1:1 эффект концентрирования ¹³⁷Cs на поверхности не обнаруживается (рис. 9 б и 10 б).

На рисунке 11 представлено вертикальное распределение активности ^239,240Pu после обработки почвы растворами комплексов [ЭАК/АК]:[ΛСNa]=1:1 и [ЭАК/АК]:[ΛСNa]=2:1.

а б

РИСУНОК 11 – Послойное распределение удельной активности радионуклида ^239,240Pu после обработки почвы комплексами

а) [ЭАК/АК]:[ΛСNa]=1:1: б) [ЭАК/АК]:[ΛСNa]=2:1

Опираясь на результаты, представленные на рисунке 11 однозначные выводы о концентрировании ^239,249Pu в верхних слоях почвы сделать затруднительно, поскольку однотипного характера вертикального распределения радионуклида в анализированных параллельных образцах не наблюдается.

Для построений графиков использовались количественные данные приведенные в приложении 1.

С целью выявления структурирующей и агрегирующей способности комплексов ЭАК/АК-ПАВ была произведена обработка почвы их водными растворами. Из общей пробы (1000 г) отбиралась средняя проба массой 30 г и заливалась подготовленными растворами. Образцы после обработки сушились на воздухе в течение 5-х дней. Агрегатный состав почвы после обработки определялось методом сухого просеивания по стандартной методике Саввинова Н.И. Результаты структурирования приведены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты структурирования почвы комплексами ЭАК/АК-ПАВ с разными соотношениями компонентов

По результатам определения агрегирующей и структурирующей способности комплексов полиамфолит-ПАВ было установлено, что после заливки почвы образуется плотная корка, толщина которой равна глубине проникновения растворов комплексов в пробу и тем меньше, чем меньше размер частиц. Отмечается, что прочность образовавшейся корки зависит от размера фракции, т.е. чем меньше размер фракции, тем плотнее корка. Также, происходит значительное уменьшение содержания частиц размером <0,25 мм (см. табл. 2), что говорит о возможности использования исследуемых соединений в качестве антидефляционных реагентов.

ВЫВОДЫ

1. Исследован полиамфолит этил 3-аминокротонат/акриловая кислота и его комплексообразование с ионогенными поверхностно-активными веществами, как лаурилсульфонат натрия (ЛСNa) и цетилпиридиний бромид (ЦПБ) для реабилитации радиоактивно зараженных почв Семипалатинского испытательного полигона (СИП).

2. Определены составы самого полиамфолита ЭАК/АК (методом обратного потенциометрического титрования) и комплекса ЭАК/АК-ПАВ (методом вискозиметрического титрования).

3. Обратным потенциометрическим титрованием ЭАК/АК выявлено, что данный продукт содержит в своем составе большой избыток акриловой кислоты и является сополимером поли(бетаин-АК). Его состав равен [ЭАК]:[АК]=18:82 мол.%.

4. Вискозиметрические исследования показали, что комплексообразование между ЭАК/АК и ПАВ происходит при соотношениях [ЭАК/АК]:[ЛСNa]=1:1 и [ЭАК/АК]:[ЦПБ]=5:2 и сопровождается значительным снижением приведенной вязкости систем.

5. При измерении вязкости полиамфолита ЭАК/АК в воде и при различных ионных силах раствора (н KCl) обнаружено, что водный раствор ЭАК/АК обладает концентрационной аномалией приведенной вязкости, обусловленной полиэлектролитным эффектом, т.е. с разбавлением раствора полиамфолита происходит увеличение вязкости. Добавление нейтральной низкомолекулярной соли (KCl) приводит к погашению этого эффекта.

6. Показано, что обработка почвы комплексами ЭАК/АК–ПАВ приводит к концентрированию радионуклидов на поверхности почвы. Причем для отдельных радионуклидов эффект концентрирования их в верхнем слое почвы проявляется по-разному в зависимости от соотношений комплекса ЭАК/АК – ПАВ. Так, для аккумуляции стронция-90 на поверхности почвы наиболее эффективным оказалось использование комплекса [ЭАК/АК]:[ΛСNa] с избытком полиамфолита.

По отношении к цезию-137 складывается иная ситуация. Оказалось, эффект аккумуляции ¹³⁷Сs на поверхности почвы обнаруживается для комплексов ЭАК/АК-ПАВ в тех соотношениях, в которых происходит комплексообразование. Увеличение содержания ЭАК/АК и ЦПБ в составе комплекса не показало положительных результатов.

Окончательных выводов о концентрировании ^239,249Pu в верхних слоях почвы сделать затруднительно, поскольку однотипного характера вертикального распределения радионуклида в анализированных параллельных образцах не наблюдается.

1. Отмечено, что используемые комплексы обнаруживают способность фиксировать такие почвенные частицы, которые более подвержены к переносу. Так, после заливки почвы растворами комплексов было замечено образование плотной корки, толщина которой равно глубине проникновения раствора и уменьшение содержания частиц размером < 0,25 мм, т.е. данные комплексы обладают антидефляционными свойствами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По полученным результатам можно сделать заключение о возможности использования комплексов полиамфолита ЭАК/АК с ионогенными поверхностно-активными веществами – лаурилсульфонатом натрия и цетилпиридиний бромидом в качестве реагентов, структурирующих и концентрирующих (направленная миграция) радионуклиды на радиационно зараженных почвах СИП. Применение этих комплексов позволит предотвратить пылевой перенос радионуклидов и способствует снижению объемов дефляции.

Также предполагаем, что использование изучаемых в работе комплексов как антидефляционных реагентов дает возможность предотвратить не только горизонтальную миграцию радионуклидов за счет пыле – и водопереноса, но и воспрепятствовать вертикальной миграции, зафиксировав их в верхних почвенных слоях.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Гауровиц Ф. Химия и функция белков. – М. Мир, 1965, 280 с.

2 Моравец Т. Макромолекулы в растворе. – М, Мир, 1957, 398 с.

3 Цветков В.Н., Эскин В.Е., Фринкель С.Я. Структура макромолекулы в растворе. – М, Наука, 1964, 720 с.

4 Jirgenson B. Hnilica L.S. The ability of anionic of anionic detergents to fold disordered polipeptide chains of histones in the α – helical form. – J.Amer.Chem.Soc., 1966, v. 88, N 10, p. 2341-2346.

5 Бреслер С.У. Глазунов Е.А., Попов А.Г., Суходолова А.Т. О конформационной стабильности трипсина при взаимодействии с фосфолипидами. – Биохимия, 1969, т. 34, №5. С. 969-973.

6 Е.А. Бектуров, Л.А. Бимендина, Г.К. Мамытбеков Комплексы водорастворимых полимеров и гидрогелей. Алматы.: НИЦ «Гылым», 2002.

7 Рогачева А.В., Зезин А.Б., Каргин В.А. Взаимодействие полимерных кислот и солей полимерных оснований. //Высокомол. соед. Б. 1970. Т 12. № 5. С. 826 – 830.

8 Зезин А.Б., Луценко Б.В., Рогачева В.Б., Олексина О.А., Калюжная Р.Т., Кабанов В.А. Кооперативное взаимодействие синтетических полиэлектролитов в водных растворах. //Высокомол. соед. А. – 1972. Т 14. № 4. С. 772-779.

9 Абилов Ж.А. Взаимодействие синтетических полиэлектролитов с ионными ПАВ в водных растворах. Дисс……к.х.н. А-Ата: ИХН Каз.ССР. 1982. 152 с.

10 Масленникова Г.Л. Исследование природы склеивающей способности полимеров при искусственном структурообразовании почв. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. с-х. наук. Л., 1962.

11 Махонько К.П. Возникновение ветрового переноса пыли над подстилающей поверхностью. Обнинск: Изд. ГМЦ СССР. – 1968. – с 49.

12 Бимендина Л.А., Койжайганова Р.Б., Яшкарова М.Г., Кудайбергенов С.Е. Синтез, свойства и применение новых линейных и слабосшитых полиамфолитов бетаиновой структуры на основе этил 3-аминокротоната и акриловой кислоты.//Вестник КазГУ, серия химическая, 2004.-№108-с.64-71