В Институте химии нефти СО РАН (Томск) 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.
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.
«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. Соединение включает в себя водные растворы поливинилового спирта и крахмала. Его преимущество заключается в сочетании хороших физико-химических свойств криогелей из синтетических полимеров и биоразлагаемости природных полимеров», — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории коллоидной химии ИХН СО РАН кандидат химических наук Мария Сергеевна Фуфаева.
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 так далее) 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 кандидат химических наук Варвара Сергеевна 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.
Среди других областей применений различных криогелей, созданных в ИХН СО РАН — гидроизоляция плотины, ликвидация приустьевых воронок нефтяных скважин в зоне вечной мерзлоты, укрепление откосов дорог, использование 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 речные акватории от загрязнения нефтепродуктами в период паводков, а также будут использоваться при строительстве автозимников для увеличения срока их эксплуатации.
Пресс-центр ТНЦ СО РАН
