Влияние полиэлектролитных комплексов гуматов калия и поли(диаллилдиметиламмоний хлорида) на физико-химические свойства почвообразующих минераловдипломная работа (Магистр)
Аннотация:Процессы ветровой и водной эрозии, являясь одними из основных факторов деградации почв, представляют собой глобальную проблему в области современного землепользования. Противоэрозионная устойчивость зависит от множества факторов, в первую очередь от химической природы и доли почвообразующих минералов в составе почвы. Базовыми минералами являются кварцевый песок и глины. Преобладание тех или других обуславливает кардинальное различие в физическом состоянии и отклике на механические нагрузки несвязных песчаных и агрегированных глинистых грунтов и почв. Эффективным методом предотвращения эрозии является химическая стабилизация с использованием полиэлектролитов, в том числе природного происхождения, позволяющим снизить экологическую нагрузку на почву. Особый интерес представляет использование полиэлектролитных комплексов(ПЭК) – продуктов взаимодействия двух противоположно заряженных макромолекул, действие которых на механические свойства почв и грунтов до сих пор количественно не исследовано.
Цель работы - изучить влияние ПЭК на основе природных анионных гуматов калия(ГумК) и катионного поли(диаллилдиметиламмоний хлорида)(ПДАДМАХ) на физико-химические и механические свойства двух базовых почвообразующих минералов – кварцевого песка и каолинита(глины) в увлажненном состоянии, а также их влияние на стабилизацию иссушенного кварцевого песка.
Взаимодействие линейного поликатиона с анионными гуматами и агрегационная стабильность ПЭК изучены методами лазерного микроэлектрофореза и турбидиметрии. Показано, что 1% водные композиции ПЭК в широком диапазоне составов (выраженных в виде соотношения количества анионных групп ГумК к катионным группам ПДАДМАХ, вступающих во взаимодействие при нейтральном рН) устойчивы к агрегации в течении месяца.
Методами лазерного микроэлектрофореза и УФ-спектроскопии исследовано взаимодействие ГумК, ПДАДМАХ и двух ПЭК на их основе, анионного и катионного, характеризующихся двухкратным избыточным зарядом лиофилизирующего компонента, с каолинитом. Пластинчатые частицы каолинита несут отрицательные заряды; катионный ПДАДМАХ связывается с ними за счет электростатического взаимодействия. Анионные ГумК связываются в результате формирования водородных связей и ван-дер-ваальсовых взаимодействий. ПДАДМАХ и катионный ПЭК связываются количественно, ГумК и анионный ПЭК по механизму равновесной адсорбции.
Изучено влияние полиэлектролитов на реологию минералов, увлажненных до капиллярного насыщения. Подход позволяет оценить прочность связей в гидратированных минералах в присутствии воды. То есть, косвенно, оценить стойкость к водной эрозии. Обнаружено, что ПДАДМАХ повышает прочность связей в увлажненных минералах. Гуматы играют роль пластификатора. Катионный и анионный ПЭК, как и ПДАДМАХ, оказывают упрочняющее действие, но менее выраженное; то есть оба играют роль связующего. Предложен механизм взаимодействия разноименно заряженных полиэлектролитов и поликомплексов с анизотропными частицами каолинита и с изотропными частицами кварца.
Сопоставлено влияние плиэлектролитов и ПЭК разного состава на прочность защитных покрытий(корочек), формирующихся на поверхности песка после нанесениях 1% водных композиций полиэлектролитов и предотвращающих унос песка под действием ветра. Пенетрационная прочность, коррелирующая с противоэрозионной стойкостью обработанного субстрата, определялась методом Ребиндера на коническом пластометре в двух режимах – до и после обработки водой. Показано, что изначально прочность ППК росла с увеличением доли высокомолекулярного поликатиона в составе ПЭК. Но, лучшей водостойкостью обладают покрытия на основе катионных ПЭК с высокой долей скомпенсированных зарядов обоих макромолекул.
