Новые криогели, созданные в ИХН СО РАН, помогают в борьбе с эрозией почв
Биоразлагаемые криогели на основе синтетических и природных полимеров для предотвращения эрозии почв и повышения фитопродуктивности растений разработали научные сотрудники лаборатории коллоидной химии нефти Института химии нефти (ИНХ) СО РАН, 20 сентября сообщает пресс-служба Томского научного центра СО РАН.
Новые составы криогелей можно использовать в борьбе с опустыниванием, для закрепления откосов и рекультивации техногенных грунтов. Поры в разработанном криогеле, образованные за счет частичной деструкции полисахаридов, создают оптимальные условия для прорастания растений, которые формируют прочный дерновый слой, предотвращающий эрозию почвы.
Старший научный сотрудник лаборатории коллоидной химии ИХН СО РАН Мария Фуфаева рассказала о разработке:
«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».
Такой криогель ученые получили, взяв за основу водные растворы поливинилового спирта и крахмала. Преимуществом этого состава является сочетание хороших физико-химических свойств криогелей из синтетических полимеров с биоразлагаемостью природных полимеров.
Чтобы сформировать криогелевый слой, нужно нанести раствор поливинилового спирта на поверхность грунта, в который предварительно внесены необходимые удобрения и семена многолетних трав.
Колебания суточных температур от отрицательных к положительным приводят к созданию криогелевого слоя, прочно связывающего частицы почвы. Этот слой предотвратит ее эрозию от ветра, ливневых потоков и других воздействий, а также сохранит влагу.
Однако этот способ не подходит, например, для песчаных почв с низким содержанием органического вещества, поскольку песок прочно связывается с криогелем. Тот при высыхании теряет эластичность и образует непроницаемую для прорастания травы пленку.
Эту проблему ученые решили с помощью микробиологии, добавив в раствор поливинилового спирта крахмал. Был проведен ряд экспериментов по биоразложению почвенными бактериями криогелей с разными соотношениями поливинилового спирта и крахмала.
Как установила старший научный сотрудник лаборатории Варвара Овсянникова, крахмал в составе трехкомпонентных криогелей под действием почвенной микрофлоры частично разлагался. При этом продукты его деструкции, которые имели низкую молекулярную массу, вымывались из полимерной сетки, формируя пористую структуру, необходимую для прорастания растений.
Криогели представляют собой упругое полимерное тело, образующиеся из вязкотекучих водных растворов поливинилового спирта при их заморозке и последующей разморозке. Каждый последующий цикл заморозки-разморозки увеличивает прочность криогелей.
Нетоксичность криогелей обеспечивает их биобезопасность для окружающей среды, а введение в полимерную матрицу криогеля на стадии его формирования различных модификаторов и наполнителей позволяет целенаправленно задавать их структурно-механические и физико-химические свойства, которые могут быть использованы для решения различных технических задач, отмечают разработчики.
