Синтез и гидратационные свойства суперабсорбента «Твердая вода»

Аннотация

Глобальное потепление повлекло за собой ряд вопросов для сельского хозяйства. Наиболее остро встала проблема влагоудержания в почве. Существующие методы орошения дорогостоящи и малоэффективны. Для решения данной проблемы проведен синтез редкосшитого гидрофильного полимерного материала со свойствами суперабсорбента с использованием пектина.
Рассмотрена схема строения и влагопоглощения полимерного материала «Твердая вода». Методом ИК-спектроскопии определены гидратационные свойства исходного суперабсорбента после его контакта с пектинами. В ходе исследований выявлено, что возможность адсорбировать воду обеспечивается наличием в структуре коротких по размеру остатков акриламида, фрагментов с остатками карбоксильных групп и полисахаридных звеньев.
Суперабсорбент с пектином в качестве биодеградирующего компонента способен даже при длительном высушивании удерживать часть гидратационной воды. Показано влияние рН среды на водопоглощающие способности и набухание суперабсорбентов «Твердая вода». Проведение исследования в дистиллированной воде, а также щелочной и кислых средах дает возможность применять полученный суперабсорбент в разных типах почв. Этот полимер характеризуется
наивысшими показателями по величине степени набухания в щелочной среде, что обусловлено электростатическим отталкиванием диссоциированных карбоксильных групп, образующихся в результате гидролиза акриламида. Это делает его пригодным для использования в выщелоченных почвах, например, в выщелоченном черноземе Воронежской области. Результаты ИК-спектроскопии показали наличие функциональных групп суперабсорбента, участвующих в образовании супрамолекулярных структур с вхождением в них связанных молекул воды без образования
дополнительных ковалентных координационных связей. Все это позволяет характеризовать реакции как процессы с элементами самоорганизации системы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Sharma J., Sukriti, Kaith B. S., Bhatti M. S. Fabrication of biodegradable superabsorbent using RSM design for controlled release of KNO₃. Journal of Polymers and the Environment. 2018;26(2): 518-531. DOI: https://doi.org/10.1007/s10924-017-0959-8
2. Rojas-Oviedo I., Rodríguez-Hernández S., Cárdenas J., Rivas-Ojeda J. C., Gaviño R. Synthesis, characterization and in vitro application of pH/temperature sensitive superabsorbent hydrogel of phosphated co-polymer of methacrylic acid and methyl methacrylate ester. Journal of Porous Materials. 2016;23(6): 1495-1505. DOI: https://doi.org/10.1007/s10934-016-0210-3
3. Кузнецов В. А., Селеменев В. Ф., Семенов В. Н., Бакалова М. В. Способ получения гидрофильного сшитого полимера со свойствами суперабсорбента. Патент № 2574722 РФ. Опубл. 10.02.2016. Бюл. №
4. Геннис Р. Биомембраны: Молекулярная структура и функции. Пер. с англ. М.: Мир; 1997. 624 с.
5. Лукин А. Л., Котов В. В., Мязин Н. Г. Свекловичные пектин: от поля до конечного продукта. Монография под ред. В. В. Котова. Воронеж: Изд-во «Истоки»; 2005. 176 с.
6. Штыков С. Н. Люминесцентный анализ в организованных средах. В кн.: Люминесцентный анализ. Т. 19. М.: Наука; 2015. с. 121 – 154.
7. Селеменев В. Ф., Рудаков О. Б., Славинская Г. В., Дроздова Н. В. Пигменты пищевых производств (Меланоидины). М.: Дели Принт; 2008. 246 с.
8. Силин П.М. Технология сахара. М.: Пищевая промышленность; 1967. 625 с.
9. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. Физико-химические свойства, методики, библиография. М.: Мир; 541 с.
10. Пиментел Д., Мак-Клеллан. Водородная связь. М.: Мир; 462 с.
11. Казицына Л. А., Куплетская Н. Б., Применение УФ, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии. М.: Высшая школа; 1971. 264 с.
12. Углянская В. А., Чикин Г. А., Селеменев В. Ф., Завьялова Т. А. Инфракрасная спектроскопия ионообменных материалов. Воронеж: ВГУ; 1989. 207 с.
13. Штокхаузен Д., Хартан Х.-Г., Брем Г., Ионас Г., Месснер Б., Пфлюгер К. Абсорбирующие жидкость полимеры и способ их получения. Патент № 2193045 РФ. Опубл. 1996; МКП C08F 220/06, A61L 15/60.
14. Кузнецов В. А., Быковский Д. В., Сорокин А. В., Лавлинская М. С. Влияние строения бокового азольного заместителя на экстракционные способности сополимеров на основе N-виниламидов. Сорбционные и хроматографические процессы. 2017;17(5): 804-811. DOI: https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2017.17/442
15. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. Пер. с англ. под ред. Ю. А. Пентина. М.: ИЛ; 592 с.
16. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений. М.: Мир; 269 с.
17. Жданкович Е. Л., Анненкова В. З., Анненкова В. М., Ерофеева Л. Г., Владимиров В. А., Владимиров Д. В. Тройной сополимер акриловой кислоты, аммонийной соли акриловой кислоты и стирола в качестве суперабсорбента. Патент № 2128191 РФ. Опубл. 1996; МКП C08F 220/06.
18. Herth G., Dannehl M., Steiner N. Water-soluble or water-swellable polymers, particularly water-soluble or water-swellable copolymers made of acryl-amide and at least one ionic comonomer having a low residual monomer concentration. Patent No 7973095 US. 2006; МКП C08F 2/48; C08F 2/04; C08F 2/16; C08F 220/56
19. Кузнецов В. А., Лавлинская М. С., Останкова И. В., Селеменев В. Ф., Семенов В. Н., Лукин А. Л. Влагопоглощающая способность редкосшитого полимерного материала со свойствами суперабсорбента. Сорбционные и хроматографические процессы. 2017;17(3); 484-489. DOI: https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2017.17/404
20. Славинская Г. В., Селеменев В. Ф. Фульвокислоты природных вод. Воронеж: ВГУ; 2001. 165 с.
21. Селеменев В. Ф., Рудаков О. Б., Славинская Г. В., Дроздова Н. В. Пигменты пищевых производств (меланоидины). М.: Да Ли принт; 2008. 246 с.
22. Selemenev V. F. Chekin G. A., Khokhlov V. Yu Interionic and intermolecular interactions in ion-exchange and sorption systems involving physiologically active substances. In: Ion-exchange. New York: Marsel Dekker; 2000(1). p. 851 – 925. DOI: https://doi.org/10.1201/9780203908341.ch10