СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1. Комплексы функциональных полимеров с поверхностно-активными веществами

2. Применение полимерных композитов в качестве антидефляционных реагентов

3. Различные аспекты практического использования комплексов полимер ПАВ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1. Характеристика исходных веществ и растворителей

2. Синтез линейного полиамфолита

3. Методы исследования

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1. Физико-химические исследования сополимера ЭАК АК и его комплексов с поверхностно-активными веществами

2. Изучение возможности фиксации радионуклидов в поверхностном слое почвы применением комплекса полимер-ПАВ

ВЫВОДЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение 1

Приложение 2

ВВЕДЕНИЕ

Радиационная обстановка на территории бывшего Семипалатинского испытательного полигона (СИП), в основном, обусловлена проведением ядерных испытаний (подземными, наземными, воздушными) в течение длительного времени. Многочисленные испытания ядерных зарядов привели к радиоактивному загрязнению огромной территории, расширили сферу обитания искусственных радионуклидов и включили их в различные природные циклы: биохимический, гидрохимический, геохимический, атмосферный и пр. Перераспределение активности по поверхности земли на территории полигона и прилегающих к нему районов происходит по сей день. Сильные ветры, пыльные бури, степные пожары, характерные для СИП, способствуют миграции и переносу радиоактивных веществ вместе с частицами почвы на большие расстояния. В результате данная территория подвергается вторичному радиоактивному загрязнению почвенного покрова. В настоящее время пылевой и водный перенос являются основными путями миграции радионуклидов на СИП.

Наличие радиоактивного загрязнения влечет за собой проникновения радионуклидов по пищевым цепочкам и ингаляционным путем в организм человека. Поэтому в таких условиях необходимость разработки методов пылеподавления, предотвращающих ветровой и водный перенос радионуклидов и изучение возможности управления миграцией радионуклидов в почве является весьма актуальной. Это связано в первую очередь с предотвращением внешнего и внутреннего облучения людей в местах проведения ядерных испытаний и прилегающих к ним территориях, а также на территориях, загрязненных в результате аварий на предприятиях, производящих или использующих по роду своей деятельности радиоактивные материалы.

Обработка почвы антидефляционными композициями с целью пылеподавления зарекомендовала себя как полезное, более того необходимое звено в цепи мероприятий, направленных на предотвращение распространения радиоактивных загрязнений и снижения уровня вредных воздействий на человека. Как и для любого масштабного мероприятия, проводимого в окружающей среде, для пылеподавления наряду с оценкой эффективности необходимо изучение всей совокупности возможных экологических воздействий его применения. В частности, необходимо изучить влияние антидефляционной обработки почв на процессы фиксации и накопления в них радионуклидов.

Цели и задачи исследования. Целью работы является изучение возможности управления миграцией радионуклидов в почве с помощью применения комплексов полиамфолита этиламинокротоната/акриловой кислоты (ЭАК/АК) с поверхностно-активными веществами (ПАВ).

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

- Синтез полиамфолита этиламинокротоната акриловой кислоты.

- Определение состава полиамфолита.

- Определение состава комплексов полиамфолит-ПАВ.

- Обработка почвы растворами комплексов и определение содержания радионуклидов по слоям обработанной почвы.

Новизна полученных результатов. Впервые изучено взаимодействие нового полиамфолита ЭАК/АК с ионогенными поверхностно-активными веществами (лаурилсульфонатом натрия (ЛСNa) – анионоактивный и цетилпиридиний бромидом (ЦПБ) – катионоактивный). Определены соотношения ЭАК/АК:ПАВ в момент комплексообразования.

Впервые для изучения направленной миграции (концентрирование радионуклидов в поверхностном слое почвы) и фиксации радионуклидов в почве были использованы комплексы полиамфолита ЭАК/АК с поверхностно-активными веществами.

Научно-практическая значимость. С теоретической точки зрения комплексы полиамфолитов-ПАВ интересны как модельные системы, изучение свойств и структуры которых позволяет глубже понять механизмы формирования и функционирования природных полимерных комплексов (ППК), образуемых биополимерами и биологически активными веществами дифильного строения, поскольку из всех известных синтетических веществ полиамфолиты ближе всего стоят к искусственным аналогам реальных биологических молекул.

С практической точки зрения исследования подобных систем представляют самостоятельный интерес в связи с широким диапазоном их применения: в качестве флокулянтов, в гидрометаллургии для концентрирования и выделения различных ионов металлов, коагулянтов структурообразователей почв для предотвращения почвенной эрозии и пылеподавления. В свою очередь, пылеподавление на радиоактивно загрязненных территориях, относится к мероприятиям, обеспечивающим предотвращение распространения радионуклидов в составе аэрозолей на «чистые» площади, их вторичное и многократное загрязнение.

Исследования, проводимые в ряде стран по изучению возможности предотвращения пылевого переноса радионуклидов, дают положительные результаты. Предварительные исследования показали, что существует также возможность перемещения радионуклидов в загрязненной почве к поверхности из более глубоких уровней залегания и фиксация их в достигнутом положении. Это может оказаться весьма важным при разработке экономически выгодных технологий утилизации радионуклидов, консервации, дезактивации и рекультивации почвы загрязненных участков территории СИП.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 4 работы, из них 3 статьи, 1 тезис доклада на международных и республиканских конференциях.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1. Комплексы функциональных полимеров с поверхностно-активными веществами

1.1 Взаимодействие биополимеров с поверхностно-активными веществами.

В живой материи белки играют особую роль, так как они представляют собой один из незаменимых ее компонентов.

Установлено, что как химические и физические свойства, так и биохимические функции белка в большей степени определяется его конформацией [ [1] [2] [3] ]. Нативные формы белков и нуклеиновых кислот характеризуются чрезвычайно специфическими конформациями, которые сравнительно легко могут быть нарушены мягкими методами обработки. В результате происходят резкие изменения физических и химических свойств белка, протекающие однако, без изменения их ковалентных связей. Такие изменения объединены под общим названием «денатурация», представляет большой интерес, так как проявляют свет на силы, ответственные за сохранение макромолекул в их нативных конформациях, имеющих столь огромное значение для их биологических функций.

Денатурация белка может происходить в значительной мере также при взаимодействии на него различных поверхностно-активных веществ (ПАВ). В связи с этим взаимодействие белков с ПАВ в водных растворах изучается давно.

В настоящее время представления о механизме комплексообразования в системе белок-ПАВ детализируется. Уже сравнительно давно было известно, что взаимодействия белков с ПАВ реализуется, в основном за счет гидрофобных и электростатических взаимодействий. Однако эти работы имеют феноменологичный характер и посвящены главным образом, определению количества связанного ПАВ для конкретного белка или установлению конформации белка в присутствии денатурирующего агента.

При значениях рН ниже изоэлектрической точки (ИЭТ) белка анионные детергенты электростатически связываются с катионными группами и приводят их к осаждению. При наличии избытка детергента количество его ионов, связанных с белком, возрастает и становится кратным числу, требующихся для нейтрализации катионных групп. Этот эффект объясняют связыванием с белком полимолекулярных мицелл детергента, а также взаимодействием парафиновых цепей детергента с неполярными группами белка. Так, реакция β-лактоглобулина с октилбензосульфонатом идет в три стадии. Сначала несколько молекул детергента связывается своим «хвостом», т.е. парафиновыми цепями, с гидрофобными группами белка. При добавлении большого количества детергента его молекулы связываются «головной частью», т.е. анионом сульфоната. На третьей же стадии образуются мицеллы. II и III стадии взаимодействия детергента с белком приводят к улучшению его растворимости в воде.

Катионные ПАВ вызывают осаждение белка в щелочной области рН, когда карбоксильные группы белка имеют максимальный отрицательный заряд.

Особенностью действия ПАВ на белки является то, что они оказывают денатурирующее действие при относительно низких концентрациях по сравнению с такими низкомолекулярными денатурирующими реагентами, как мочевина и солянокислый гуанидин.

В противоположность мочевине и сходными с ней веществам ПАВ не конкурируют с пептидными группами за образование водородных связей. Их влияние, следовательно должно ограничиться боковыми цепями, и физические изменения, индуцируемые ими в белках, в основном, обусловлены изменениями третичной структуры последних.

В показано, что структура белков с высоким содержанием спиралей обычно изменяется намного меньше под действием детергента, чем структура неспиральных белков. Установлено также, что связывание додецилсульфоната натрия (ДДС) рибонуклеазой (белок с низким содержанием спиралей) увеличивается после расщепления дисульфидной связи.

Для определения природы сил, обуславливающих образование комплекса белок – ПАВ, авторы работ изучали влияние ионной силы и рН раствора на адсорбцию ПАВ белками. Ими показано, что белки, независимо от их структуры, связывают одинаковое количество анионного ПАВ – ДДС. При концентрации водного раствора ПАВ менее 8*10^-4 моль/л около десяти исследованных белков связывают 0,4 г детергента на 1 грамм белка, а при концентрациях детергента более 8*10^-4 моль/л количество связанного детергента резко возрастает и составляет 1,44 г на 1 г белка

Также было замечено, что связывание ДДС не зависит от общей концентрации ПАВ в растворе, а обусловлено изменением концентрации его мономолекулярной фазы. Это позволило авторам этих работ сделать вывод о том, что белки способны связывать только мономерную форму детергента и не связывать мицеллы.

Как уже подчеркнуто, взаимодействия белков с поверхностно-активными веществами реализуются, в основном, за счет гидрофобных и электростатических взаимодействии .Отмечено, что характер взаимодействия и состав образующихся комплексов могут оказывать специфическое влияние различные факторы, в том числе соотношение концентрации белка и ПАВ, а также фазовое соотношение ПАВ (молекулярное или мицеллярное) в растворе.