Диссертация
Воликов Александр Борисович
Кандидат наук
Статус диссертации
Доктор наук Профессор
Пономаренко Сергей Анатольевич
Член - корреспондент РАН Доктор наук
Доктор наук Профессор
Марютина Татьяна Анатольевна
Доктор наук
Негребецкий Вадим Витальевич
Доктор наук Профессор
02.00.03 Органическая химия
химические науки
Гуминовые вещества (ГВ) представляют собой сложные супрамолекулярные системы, образуемые продуктами окислительной деградации компонентов биомассы: лигнинов, таннинов, пептидов, углеводов, липидов, и др. Обогащенность кислородсодержащими функциональными группами, среди которых преобладают карбоксильные и фенольные, определяет кислотный характер и макролигандные свойства ГВ. Как следствие, они способны связывать как тяжелые металлы, так и органические загрязняющие вещества. Наличие производных с сорбционными свойствами открывают возможность их применения для получения модифицированных сорбентов, а так же в качестве инъекционного материала для in situ установки проницаемых реакционных барьеров (ПРБ) с помощью наливных скважин. Такие ПРБ представляют собой высокотехнологичные инженерные сооружения, которые позволяют проводить очистку водоносных горизонтов глубокого залегания in situ, без выемки загрязненных пород. Указанные обстоятельства определили важность и актуальность разработки альтернативных синтетических подходов, направленных на получение гуминовых производных с требуемыми свойствами с использованием легколетучих (полностью удаляемых из конечного продукта) органических растворителей, предпочтительно - воды. Поэтому цель диссертационной работы состояла в разработке способа синтеза силанольных производных гуминовых веществ без использования органических растворителей, исследовании сорбционной способности полученных производных на субстратах различной дисперсности во взаимосвязи со строением и изучении возможности применения силанольных производных, иммобилизованных на тонко- и грубодисперсных субстратах, для минимизации последствий загрязнения окружающей среды. Впервые предложен и осуществлён синтез силанольных производных гуминовых веществ путем взаимодействия полианионов ГВ и аминоалкоксисиланов в водной среде с последующей твердофазной конденсацией силсесквиоксановых систем в составе продуктов реакции при нагревании в вакууме. Установлена количественная взаимосвязь строения полученных производных с сорбционной способностью на кремнийсодержащем тонкодисперсном субстрате – силикагеле – в условиях статического эксперимента. На основании комплексного физико-химического исследования взаимодействия 3-аминопропилтриэтоксисилана (АПТЭС) и гуминовых веществ в водной среде установлено, что полианионы ГВ ускоряют гидролиз АПТЭС и конденсацию образующихся аминосилантриолов с формированием системы силсесквиоксангуминовых полиэлектролитных комплексов, обладающих активной силанольной функциональностью. Впервые показано, что силсесквиоксангуминовые комплексы способны сорбироваться на кремнийсодержащих субстратах в диапазоне фрактальной размерности (D) от 2.5 до 3, тогда как при переходе во фрактал поверхности (D > 3) они эту способность утрачивают. Впервые установлены количественные закономерности влияния условий среды (рН, концентрация и соотношение реагентов, присутствие ионов кальция) на скорость перехода фрактал массы - фрактал поверхности для системы ССГК. Впервые осуществлена контролируемая иммобилизация силсесквиоксангуминовых комплексов на песке в условиях динамического эксперимента без нарушения гидравлической проницаемости сорбента. Продемонстрирована взаимосвязь сорбционной способности от состава иммобилизованных производных ГВ на примере экотоксиканта с высокой миграционной способностью - диазокрасителя. Показана принципиальная возможность применения силанольных производных ГВ для восстановления водопрочности почвенных агрегатов с целью улучшения структуры нарушенных почв. Теоретическая значимость работы определяется установленной зависимостью между фрактальной размерностью силсесквиоксангуминовых систем (ССГС) и их способностью закрепляться на минеральных субстратах с образованием рыхлой сетки, не нарушающей поровое пространство сорбента, которая зависит от количества активных (свободных) силанольных групп в системе. Практическая значимость работы определяется продемонстрированной возможностью использования разработанных силанольных производных гуминовых веществ в природоохранных технологиях, в частности для получения поверхностно модифицированных гибридных сорбентов и для инъекционной установки проницаемых реакционных барьеров. Экологическая безопасность силсесквиоксангуминовых комплексов была подтверждена методом биотестирования, что показывает возможность их внесения в водоносные горизонты. Кроме того, силсесквиоксангуминовые комплексы показали высокую эффективность для восстановления водопрочных структур в нарушенных почвах, что делает возможным их применение для восстановления нарушенных земель.
# | Название | Размер |
---|