ИСТИНА

Проект направлен на разработку технологии получения связующих почв на основе поликомплексов с участием ограниченно набухающих в воде сетчатых полимеров (гидрогелей) и полимеров линейного строения. Нанесение поликомплексных рецептур на поверхность почвы будет сопровождаться формированием защитных покрытий (почвенно-полимерных композитов), предотвращающих развитие водной и ветровой эрозии. Частицы гидрогеля позволят почвенно-полимерному композиту удерживать влагу в почве в течение длительного времени и будут выступать в качестве резервуара («депо») биологически активных веществ, стимулирующих рост и развитие растений. Использование гидрогелей на основе сшитых водорастворимых производных целлюлозы приведет к последующей биодеструкции рецептуры до малотоксичных частиц (олигомеров), что заметно снизит экологическую нагрузку на почву. В ходе выполнения проекта будут количественнно оценены: (а) удерживание влаги гидрогелями; (б) биодеструкция гидрогелей; (в) структурные характеристики и физико-механические свойства почвенно-полимерных композитов; (г) биологическая активность (токсичность) композитов; (д) влияние состава композитного покрытия на прорастание семян травянистых/злаковых растений, их рост и развитие. Полученные результаты позволят прогнозировать основные свойства поликомплексных рецептур и защитных покрытий, разработать методику сохранения (восстановления) гидрофизических характеристик почвы и предложить экологически безопасные полимерные рецептуры для защиты почв и грунтов от водной и ветровой эрозии. Для достижения поставленной цели будет использован мультидисциплинарный подход с комбинацией различных экспериментальных методов: синтеза биоразлагаемых сетчатых полимеров, динамического светорассеяния, лазерного микроэлектрофореза, оптической и электронной микроскопии, реологии, микробиологии и др.

The aim of the project is to develope a technology for producing soil binders based on polycomplexes with the participation of polymer nets (hydrogels) that are partially swellable in water and linear polymers. The deposition of polycomplex formulations on the soil surface will be accompanied by the formation of protective coatings (soil-polymer composites), preventing the development of water and wind erosion. The hydrogel particles will allow the soil-polymer composite to retain moisture in the soil for a long time and will act as a reservoir (“depot”) of biologically active substances that stimulate the growth and germination of plants. The use of hydrogels based on crosslinked water-soluble cellulose derivatives will lead to subsequent biodegradation of the formulation to low-toxic particles (oligomers), which significantly reduces the environmental burden on the soil. During the project implementation, the following will be quantified: (a) moisture retention by hydrogels; (b) biodegradation of hydrogels; (c) the structural characteristics and physicomechanical properties of soil-polymer composites; (d) the biological activity (toxicity) of the composites; (e) the effect of the composition of the composite coating on the growth and germination of seeds of herbaceous / cereal plants. The results will allow to predict the basic properties of polycomplex formulations and protective coatings, to develop a method of preserving (restoring) the hydrophysical characteristics of the soil and to offer environmentally friendly polymer formulations to protect soils and soil from water and wind erosion. To achieve this goal, a multidisciplinary approach will be used with a combination of various experimental methods: synthesis of biodegradable cross-linked polymers, dynamic light scattering, laser microelectrophoresis, optical and electron microscopy, rheology, microbiology, etc.

Для достижения поставленной в проекте цели будет предпринято междисциплинарное исследование, включающее синтез сетчатых сополимеров, а также методы физической химии и структурной механики полимеров, физики и биологии почв, микробиологии. Сочетание взаимодополняющих экспериментальных методов позволит провести фундаментальное исследование формирования поликомплексов с участием гидрогелей и их связывания с частицами почвы и ее компонентов, структуры почвенно-полимерных композитов, их влагосберегающих и биологических свойств, что позволит предложить гидрогелевую полимерную рецептуру для противоэрозионной обработки почвы. Ожидаемые результаты проекта включают: 1) Синтез биодеградируемых сетчатых (со)полимеров на основе карбоксиметицеллюлозы; 2) Определение степени набухаемости гидрогелей (в терминах отношения веса предельно набухшего гидрогеля к весу исходного сетчатого полимера); 3) Определение емкости гидрогелей по отношению к биологически активным веществам и модельным соединениям; 4) Количественное описание биодеструкции гидрогелей под действием ферментов; 5) Количественное описание выхода иммобилизованных веществ из гидрогелей при разных температурах и в присутствии ферментов; 6) Протоколы получения поликомплексов и защитных покрытий на поверхности почвы (и ее компонентов); 7) Количественное описание потери влаги гидрогелями, поликомплексами и почвенно-полимерными композициями при разных температурах; 8) Микрофотографии, отражающие морфологию защитных покрытий на поверхности почвы; 9) Количественные данные по механическим свойствам защитных покрытий (твердость по Шору, прочность); 10) Количественные данные по биологической активности (токсичности) поликомплексных рецептур и защитных покрытий; 11) Количественные данные по целостности липосом в присутствии поликомплексных рецептур и их отдельных компонентов; 12) Количественные данные по прорастанию семян и росту растений в почве, обработанной поликомплексными рецептурами; 13) Количественные данные по противоэрозионным свойствам почв, обработанных поликомплексными рецептурами. Ожидаемые результаты за первый год реализации проекта включают: 1) Синтез биодеградируемых сетчатых (со)полимеров на основе карбоксиметицеллюлозы; 2) Определение степени набухаемости гидрогелей; 3) Определение емкости гидрогелей по отношению к модельному красителю (флуорофору); 4) Количественное описание биодеструкции гидрогелей и поликомплексов под действием ферментов (смесей ферментов); 5) Протокол получения бинарных поликомплексов КП-АГ и защитных покрытий из них на поверхности почвы (ее компонентов); 6) Микрофотографии, отражающие морфологию защитных покрытий на поверхности почвы с использованием бинарной рецептуры КП-АГ; 7) Количественные данные по механическим свойствам защитных покрытий с использованием бинарной рецептуры КП-АГ; 8) Количественнные данные по биологической активности (токсичности) поликомплексных рецептур. Результаты, полученные в ходе выполнения проекта, позволят развить одно из направлений, сформулированных в аннотации конкурсной темы, а именно: «Создание улучшенных и искусственных почв». Эти результаты могут быть получены только в результате выполнения междисциплинарного проекта, в котором рассматриваются различные аспекты одной проблемы, а именно: разработка структуробразователей почвы на основе полимерных гидрогелей с противоэрозионными, влагосберегающими и биосовместимыми свойствами. Инновационный потенциал ожидаемых результатов очень широк: помимо сохранения/улучшения физических и агрохимических характеристик почв предлагаемая технология может быть использована для: а)реабилитации загрязненных территорий и включения их в сельскохозяйственный оборот; б)улучшения экологической обстановки в городах; в)закрепления стенок мелиоративных каналов и откосов железных и автомобильных дорог; г)консервации отвальных пород и хвостохранилищ на территориях горнодобывающих и горнообогатительных предприятий, включая угольные разрезы; д)укрепления песков и грунтов, препятствующего распространению пустынь.

Исследованы реакции между противоположно заряженными полиэлектролитами, приводящие к образованию интерполиэлектролитных комплексов, стабилизированных множественными солевыми связями между мономерными звеньями обоих полимеров. Показано, что варьирование соотношения полимерных компонентов позволяет регулировать гидрофильно-гидрофобный баланс и заряд поликомплексов, что влияет на их размер, агрегативную стабильность в водно-солевых растворах и способность связывать низкомолекулярные вещества. Исследована адсорбция полиэлектролитов на поверхности противоположно заряженных лиофильных коллодных частиц, силикатных и полимерных микросфер, полимерных микрогелей и липсом. Полимер-коллоидные комплексы сохраняются в присутствии избыточных количеств конкурирующих полиионов, в том числе белков. Изучена обратимость процессов комплексообразования и миграция адсорбированных полимеров по поверхности коллоидных частиц и между частицами. Предложен и экспериментально апробирован способ закрепления сыпучих материалов (дисперсий), в том числе почв, грунтов, песка и проч., с помощью рецептур на основе поликомплексов, образованных линейными полиэлектролитами. Полученные данные свидетельствуют о том, что поликомплексы являются эффективными связующими для почв/грунтов с небольшим размером частиц. Показано, что использование нестехиометричных поликомплексов заметно расширяет возможности структурирования почвы за счет манипулирования зарядом поликомплексных частиц. Показаны отчетливые различия между почвами разного генезиса и землепользования, а также различия во влагопроводности и газопроницаемости почв.

Соответствуют запланированным