КОМПОЗИЦИИ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ЗАСОЛЕННЫХ ПЕСКОВ АРАЛА

АННОТАЦИЯ

В работе приведены результаты изучения образования структуры на поверхности засоленных песков осушенного дна Аральского моря – побережья Казахдарьи при введении водорастворимых полимеров МПК-1, МС-1 и СДБ с добавками золы и древесных опилок. Установлена возможность образования водопрочной структуры в дисперсиях засоленных песков с помощью композиции добавок-закрепителей, обеспечивающих эффект дисперсионного упрочнения на основе образования прочных агрегатов.

ABSTRACT

The paper presents the results of studying the formation of a structure on the surface of saline sands of the drained bottom of the Aral Sea - the coast of Kazakdarya with the introduction of water-soluble polymers MPK-1, MS-1 and SDB with the addition of ash and sawdust. The possibility of forming a water-resistant structure in dispersions of saline sands with the help of additives of fixers, which provide the effect of dispersion strengthening based on the formation of strong aggregates, has been established.

Ключевые слова: закрепление засоленных песков, древесные опилки, рисовая лузга, хлопковая гузапая, водопрочный агрегат.

Keywords: fixing saline sands, sawdust, rice husks, cotton guzapai, water-resistant aggregates

Введение. Выполнение работ на опустыненных вследствие высыхания Аральского моря засоленных песках побережья Казахдарья предполагает для закрепления засоленного песка поиск дешевых, нетоксичных и доступных реагентов-закрепителей [4]. Закрепление засоленных песков с использованием комплексных добавок реагентов и промышленных отходов будет способствовать также и решению некоторых проблем экологии [7; 1].

Метод и исследование. В работе описано, как путем химического модифицирования поверхности частиц твердой фазы добавками получена механически и водопрочная структура в виде песчаной дисперсии [9; 11].

Использованы пески с осушенного дна Аральского моря – побережья Казахдарьи. Содержание SiO₂ в них составляет 89,24%. В качестве добавок- закрепителей взяты оксид кальция в виде Ca(OH)₂, тонкодисперсная зола-унос ГРЭС, отходы целлюлозно-бумажной промышленности – СДБ, а также композиции из древесных опилок, рисовой лузги, хлопковой гузапаи с недорогими и доступными водорастворимыми полимерами МПК-1 и МС-1 [2; 6].

Модифицированный реагент МПК-1 синтезирован путем введения небольших количеств карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) при осуществлении щелочного гидролиза отхода волокна «нитрон» в следующем мольном соотношении реагирующих компонентов: ПАН : NaOH : H₂O : КМЦ = 1,0 : 0,7 : 14,0 : 0,02. Реагент МПК-1 содержит 14–15% основного вещества. Модифицированный солестойкий структурообразователь почвы МС-1 синтезирован путем введения расчетного количества госсиполовой смолы (ГС) (отхода масложировой промышленности) в конечной стадии процесса щелочного гидролиза отхода волокна «нитрон» в жестких условиях (при температуре 110–120 °С, давлении 18–25 атм). При этом мольное соотношение реагирующих компонентов составляет ПАН : NaOH : H₂O : ГС = 1,0 : 0,6 : 14,0 : 0,5–1,0. Реагент МС-1 содержит 16–18% основного вещества.

Закрепление засоленных песков с использованием комплексных добавок осуществлялось в следующей последовательности. Предварительно в песок при механическом перемешивании вносили различные добавки, затем наносили водные растворы и суспензии ПАВ.

Использованные нами комплексные добавки были испытаны для создания прочной поверхностной структуры (корки) в дисперсии песка. Отдельно взятые добавки-структурообразователи МПК-1, МС-1, и СДБ не способствуют повышению водостойкости и механической прочности, то есть заметно не повышают число водопрочных агрегатов. Для повышения прочности корки и одновременной экономии извести и улучшения фракционного состава агрегатов предложено для композиции СДБ + Ca(OH)₂ известь заменить золой-уносом ГРЭС, а для 0,5%-ного МПК-1 и МС-1 – составить их композиции с древесными опилками, рисовой лузгой и хлопковой гузапаей. При этом прочность полученной структуры удалось повысить от 0,75 до 2,70 МПа, а число водопрочных агрегатов – до 70–72% против 6,3% для исходного (таблица).

Из приведенных в таблице данных видно, что композиции добавок-закрепителей МПК-1 + древесные опилки (ДО) и МС-1 + древесные опилки (ДО) заметно повышают количество водопрочных агрегатов и механической прочности засоленного песка. Так, величина прочности структуры при использовании добавок-закрепителей СДБ + зола, МПК-1 + древесные опилки (ДО) и МС-1 + древесные опилки (ДО) составила 2,23, 2,60 и 2,70 МПа соответственно, а количество ВПА – 61,24, 70,65 и 71,59% соответственно. Следовательно, использованные композиции добавок способствуют значительному увеличению количества водопрочных агрегатов и возрастанию их прочности, что, в свою очередь, вызывает формирование новой прочной поверхностной структуры песка, противостоящей ветровой эрозии песков.

Таблица 1.

Количество водопрочных агрегатов (ВПА) и величина механической прочности закрепленных засоленных песков побережья Казахдарьи осушенного дна Арала при обработке композициями добавок-закрепителей СДБ + зола, МПК-1 + древесные опилки (ДО) и МС-1 + древесные опилки (ДО)

Нами также исследован механизм химического закрепления засоленных песков Казахдарьи с осушенного дна Аральского моря с помощью комплексной добавки МПК-1 в сочетании с диспергированными древесными опилками, просеянными через сито 0,5 мм. Закрепление 20 г песка производилось внесением 0,26 кг/м² опилок с последующей обработкой 12 мл раствора полимера МПК-1 0,5%-ной концентрации. Это соотношение взято по той причине, что в проведенных ранее исследованиях в этих условиях на поверхности песка была создана структура в виде поверхностной корки, обеспечивающей хорошее закрепление песка за счет возникающих достаточно прочных контактных связей частиц. Например, при обработке песка древесными опилками из расчета 0,26 кг/м² с последующей обработкой 12 мл 0,5%-ного раствора МПК-1 образуется структура, состоящая на 70,65% из водопрочных макроагрегатов. Ее прочность на стажие составляет порядка 2,59 МПа против 0,62 МПа при концентрации раствора МПК-1, равной 0,1% (сам песок рассыпчатый, без структуры) [6].

Микроскопическое наблюдение за созданной структурной коркой в указанных выше условиях позволило выявить, что свободно-дисперсная система песка под воздействием комплексной добавки МПК-1 + древесные опилки переходит в связно-дисперсную оструктуренную систему вследствие выделения полимера на поверхности частиц в виде двумерной пленки, представляющей собой новую фазу, обеспечивающую обволакивание агрегатов частиц и вместе с тем прочные контакты частиц, а следовательно, всей структуры в целом. Прочность структуры возрастает при сочетании действия полимера с древесными опилками из-за того, что частицы опилок играют роль «арматуры» в выделяющейся полимерной фазе, входя в нее не в качестве простого механического включения, а адгезионно, взаимодействуя при этом с полимером. Об этом свидетельствуют данные ИК-спектров созданной структуры. В ИК-спектрах поглощения обработанного песка появляется полоса поглощения при 1660 см^–1, относящаяся к карбонилу амидной группы, что свидетельствует об адсорбции полимера на поверхности частиц песка [3].

Заключение. Таким образом, показана возможность образования водопрочной структуры в дисперсиях засоленных песков с помощью композиции добавок, обеспечивающих эффект дисперсионного упрочнения на основе образования прочных агрегатов.

Список литературы:

1. Агзамходжаев А.А. Исследование закономерностей создания водопрочных агрегатов в засоленных почвогрунтах // Узб. хим. ж. – 2003. – № 1. – С. 81–87.
2. Агзамходжаев А.А., Жумабаев Б.А., Тажимуратов П.Т. Исследование процесса структурообразования в дисперсиях засоленных песков Арала // Узб. хим. ж. – 2006. – № 2. – С. 10–14.
3. Агзамходжаев А.А., Хамраев С.С., Жумабаев Б.А. О механизме химического закрепления засоленных песков Арала комплексными добавками // Узб. хим. ж. – 2007. – № 7. – С. 13–18.
4. Арипов Э.А., Нуриев Б.Н. Физико-химическая механика подвижных песков. – Ташкент : Фан, 1989. – 117 с.
5. Взаимопроникающие водорастворимые полимеры / Г.С. Петросян, Д.Л. Ерицян, И.Н. Сиреканян, М.Л. Ерицян // Вестник ТвГУ. Серия «Химия». – 2016. – № 3.
6. Закрепление засоленных подвижных песков побережья Казахдарьи Арала / Б.А. Жумабаев, П.Т. Тажимуратов, А.А. Агзамходжаев, Л.Г. Аймурзаева // Вестник Каракалпакского отделения АН РУз. – 2006. – № 4. – С. 24–26.
7. Кулдашева Ш.А. Химическое закрепление засоленных почвогрунтов комплексными добавками как способ решения некоторых экологических проблем Арала : дис. … канд. хим. наук. – Ташкент, 2001. – 110 с.
8. Наурызбаева З.Ш. Анализ деградированных почв в условиях Каракалпакстана // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. – 2021. – № 9 (87).
9. Подбор добавок для создания структуры песчаных дисперсий / А.А. Агзамходжаев, Ш.А. Кулдашева, М.Н. Кучкарова, А. Дусмухамедов А. // Узб. хим. ж. – 2000. – № 1. – С. 41–44.
10. Сабуров Х.М., Палвуаниязова Д.А., Жумабаев Б.А. Разработка эффективных закрепителей песков и почв на основе местных и вторичных ресурсов // Булатовские чтения. – 2020. – Т. 5. – С. 258–259.
11. Химическое закрепление засоленных песков побережья Казахдарьи Аральского региона с применением композиции на основе местного сырья / А.А. Агзамходжаев, Б.А. Жумабаев, М.М. Кучкарова, М.А. Ахмедова // Композиционные материалы. – 2005. – № 4. – С. 63–64.
12. Цыганов А.Р. Влияние обработки почвы водорастворимым полимером на ростовые процессы в семенах // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. – 2019. – № 2.
13. Stabiliation of the moving sands of the drained and dried Aral Sea bed / Ш.К. Кулдашева, Б.А. Жумабаев, А.А. Агзамходжаев, Х. Шомурадов // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. – 2015. – Vol. 50, Iss. 3.