1279

Однако, как уже сказано выше, есть существенная разница между применением органо-неорганических нанообразований для целей электроники, информационных, в том числе цифровых технологий, квантовой оптики и т.п. и применением аналогичных нанообразований в области строительных материалов и конструкций. Поэтому в случае необходимости получения изделий большой массы и объема наиболее целесообразно применять технологию самосборки наноструктур.

По технологическим соображениям самосборка должна осуществляться в ходе формирования структуры материала. Примером такого процесса может служить формирование структуры ситалла в стекле под влиянием активаторов кристаллизации, (часто называемых катализаторами, что не совсем правильно) [5]. Однако это высокотемпературный процесс, и его невозможно применить для наномодификации большей части реально используемых в строительстве веществ, поэтому необходим поиск таких процессов, которые позволяли бы инициировать самосборку наноструктур при относительно невысоких температурах. В этом смысле наиболее доступно для технологии строительных материалов применение самосборки органонеорганических наноструктур.

Мерой энергетической устойчивости силикатных структур принято считать степень связности кремнекислородного карка-

са (FSi).

Наименьшая связность присуща островным силикатам, наибольшая – каркасным. Кроме кремния, большинство обычных

вструктуре силикатов элементов – щелочные, щелочеземельные и некоторые другие – являются модификаторами. Однако ряд элементов – бор, свинец, фосфор и другие – могут быть и каркасообразователями.

Судя по имеющимся в литературе сведениям, наиболее склонны к образованию органо-силикатных наноструктур слоистые силикаты. Это слюды, гидрослюды, глинистые минералы,

вчастности – монтмориллонит [6]. Для наших экспериментов были выбраны следующие вещества: диабаз, портландцемент, фарфор, терриконик, микрокремнезем, иллит, монтмориллонит.

371

elib.pstu.ru

Связность кремния с кислородом FSi в исследованных системах такова: цемент – 0,164; терриконик – 0,259; иллит – 0,265; диабаз – 312; монтмориллонит – 0,333; фарфор – 0,367; микрокремнезем – 0,456.

В качестве второго компонента использовали коллоидный раствор олигопептидов, соответствующий по способу получения и составу пенообразователю БГ-20, описанному впатенте [7].

Хроматографический анализ показал, что в состав этого раствора входят олигопептиды аланин CH3-NH2-CHCOOH, гли-

цин NH2-CH2-COOH и метионин CH3-S-CH2CH2CH (NH2) COOH, составляющие в сумме около 50 мас. % коллоидной части. Кроме того, в состав раствора входят октадиценовая, пальметиновая и олеиновая кислоты, их метиловые эфиры, этиленоксид, гуанидин и карбаминово-метиловый эфир. Воды в растворе 70 мас. %.

Для проведения эксперимента необходимо было приготовить суспензии, для этого материалы измельчали в лабораторной фарфоровой мельнице, а затем растирали в фарфоровой ступке до полного прохождения пробы через сито 0,14. Порошки смешивали с водой в соотношении 1:1 по массе. Каждую суспензию делили на две части. Одну оставляли без добавок, а во вторую вводили КРОП в количестве 5 % по массе от массы суспензии.

Одновременно из суспензий приготавливали микропрепараты по методу О.М. Астреевой [8].

Для определения структуры агрегированных и неагрегированных частиц использовали электронную микроскопию.

Предполагали, что с увеличением степени связности должна уменьшаться самопроизвольная агрегация частиц материала. При этом взаимодействие с КРОП должно зависеть не только от кремнекислородногоотношения, но такжеоттемпературы системы.

Результаты экспериментов приведены на диаграммах

(рис. 1, 2).

Таким образом, полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

372

elib.pstu.ru

При температуре до 100 оС взаимодействие КРОП с силикатами происходит, если FSi силиката (алюмосиликата) не превышает величины 0,333. Взаимодействие выражается в диспергировании агрегированных систем, что установлено по уменьшению средневзвешенного диаметра частиц дисперсной фазы, и в увеличении ее удельной поверхности. При этом чем ниже значение FSi, тем более отчетливо выражена достигнутая агрегативная устойчивость дисперсной системы.

Рис. 1. Зависимость средневзвешенного диаметра d

от значения FSi дисперсной фазы: верхний ряд – без КРОП (d1); нижний ряд – в присутствии КРОП (d2)

Рис. 2. Зависимость удельной поверхности S (м2/кг) от значения FSi дисперсной фазы: верхний ряд – в присутствии КРОП (S2); нижний ряд – без КРОП (S1)

Силикаты и алюмосиликаты с FSi более, чем 0,333; при той же температуре с КРОП практически не взаимодействуют.

Результаты экспериментов могут быть использованы для повышения агрегативной устойчивости порошков силикатного состава, например портландцементов и глин.

373

elib.pstu.ru

Список литературы

1. Королев Е.В. Основные принципы практической нанотехнологии в строительном материаловедении // Нанотехнологии

встроительстве: науч. интернет-журнал. – 2009. – №1. – С. 66–79.

2.Баталин Б.С. Исследование влияния белкового пенообразователя на процесс твердения портландцемента [Электронный ресурс] // Исследовано в России: электрон. журнал. – 2010. –

№ 054. – С. 646–649. – URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/ 2010/054.pdf.

3.Баталин Б.С., Белозерова Т.А., Сеньков С.А. Влияние коллоидного раствора олигопептидов на свойства керамических материалов [Электронный ресурс] // Исследовано в России:

электрон. журнал. – 2011. – № 045. – С. 579–588. – URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2011/045.pdf.

4. Земцов А.Е., Тренихин М.В. Структура поверхности и поверхностные свойства наночастиц сульфида кадмия // Тр. I Междунар. Рос.-Казах. конф. по химии и химической техноло-

гии. – Алматы, 2008. – С. 67–79.

5.Харитонов Н.П., Кротиков В.А., Островский В.В. Органосиликатные материалы, их свойства и технология примене-

ния. – Л., 1979. – 128 с.

6.Кротиков В.А. Органосиликатные композиции. Каталог-

справочник, Л., 1980. – 340 с.

7.Пат. Российская Федерация. Способ получения пенообразователя и пенообразователь, полученный этим способом / Баталин Б.С, Пряхин И.П., Козлов И.А. – № 2284308; опубл. 27.09.2006.

8.Астреева О.Н. Петрография вяжущих материалов. – М.: Госстройиздат, 1959.

374

elib.pstu.ru

М.С. Федорова, О.И. Бахирева

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ СТРОНЦИЯ В ПРИСУТСТВИИ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ

В Уральском регионе в настоящее время представлен высокоразвитый агропромышленный комплекс. Он испытывает на себе самые разнообразные по генезису химические воздействия. В 2008 году было проведено обследование водозаборов Верхнекамского полигона, которое подтвердило высокоопасное загрязнение стронция на Сухореченском месторождении подземных вод (Кунгурский район), связанное с подтягиванием некондиционных вод. Система водоснабжения г. Кунгура на 70 % обеспечивается водой с Cухореченской скважины. Содержание стронция в пластовых подошвенных водах Сухореченского водозабора колеблется от 215,5 до 307,8 мг/л. Таким образом, результаты химического анализа воды Сухореченского водозабора не соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.1074–01 на питьевую воду, так как предельно допустимая концентрация стронция в воде по Пермскому краю – 7 мг/л. В данный момент идет реконструкция Cухореченского водозабора, в ходе которой предусмотрено введение очистки подземной воды от стронция [1].

Будучи близок к кальцию по химическим свойствам, стронций резко отличается от него по своему биологическому действию. Хотя соли и соединения стронция относятся к малотоксичным веществам, однако при избытке стронция поражаются костная ткань, печень и мозг. Избыточное содержание этого элемента в почвах, водах и продуктах питания вызывает поражение и деформацию суставов, задержку роста и другие нарушения у человека и животных [2].

375

elib.pstu.ru

В данной работе осуществлены попытки применения биохимического метода для извлечения ионов стронция, заключающиеся в выделении культур микроорганизмов, способных поглощать стронций.

Для выделения чистых культур брали пробы почвы близ Ледяной пещеры и воды из р. Сылвы и скважины для получения питьевой воды в г. Кунгуре Пермского края.

Накопительную и чистую культуры получали, руководствуясь стандартными методиками [5]. В качестве твердой и жидкой питательных сред использовали МПА и МПБ. В результате получили восемь основных доминирующих культур, обладающих следующими морфологическими признаками (табл. 1).

Проверка чувствительности данных микроорганизмов к высоким концентрациям ионов кальция и стронция (от 1 до 100 г/л) диско-дуффузионным методом показала, что все полученные микроорганизмы обладают крайне низкой чувствительностью к присутствиюданныхионов.

Исследование способности микроорганизмов аккумулировать ионы стронция и кальция проводилось с исходными концентрациями ионов стронция и кальция в растворах 20 и 60 мг/л. Культивирование вели на орбитальных шейкерах при Т = 25 ºС и v = 180 об/мин в течение трех суток, прирост биомассы фиксировали на КФК-2 при λ = 590 нм. Измерение остаточной концентрации стронция осуществляли на атомно-абсорбционном спек-

трофотометре (ААС) Thermo iCE 3500.

Изучение динамики роста выделенных культур показало, что все полученные микроорганизмы способны поглощать ионы стронция и кальция. Наибольшее количество ионов было поглощено в конце стационарной фазе роста микроорганизмов.

Наилучшая степень поглощения стронция была у культуры «Почва 1» и составила 71,74 %. Степень поглощения кальция данными культурами была велика и составляла 76–94 %. Сравнение степени поглощения ионов кальция и стронция показывает, что кальция поглощается больше в 1,3–2,6 раза.

376

elib.pstu.ru

377

Конкурентоспособность поглощения ионов стронция и кальция изучали из растворов с исходной концентрацией ионов стронция и кальция 0,001н:0,01н; 0,001н:0,03н; 0,001н:0,05н; 0,001н:0,1н, т.е. соотношения стронция и кальция составили

1:10, 1:30, 1:50, 1:100 (табл. 2).

При изучении динамики роста микроорганизмов было обнаружено, что в некоторых случаях при изменении соотношения ионов стронция и кальция изменяется продолжительность лагпериода.

Таблица 2

Сравнительная оценка степени поглощения ионов кальция и стронция при их различных соотношениях

При сравнительной оценке степени поглощения ионов кальция и стронция при различных их соотношениях можно отметить, что степень поглощения стронция превышает степень поглощения кальция при соотношении 1:10 – культурами П1, СЛ1 и СК3 и при соотношении 1:30 – культурой П1. Во всех остальных случаях степень поглощения кальция превышает степень поглощения стронция. Однако стоит заметить, что максимальную степень поглощения стронция проявляет культура СК1 при соотношениях 1:10 и 1:100, а также культура СЛ1 при соотношениях 1:30 и 1:50.

Аккумуляция полученными культурами ионов стронция и кальция имеет сложный механизм. При этом наибольшей селективностью по отношению к ионам стронция обладают культуры П1, СК1 и СЛ1 при различных соотношениях ионов стронция и кальция.

378

elib.pstu.ru

Таким образом, были исследованы культуры микроорганизмов, которые могут производить очистку природных и сточных вод от ионов стронция при различных соотношениях ионов кальция и стронция в воде.

Список литературы

1.http://geolib.narod.ru/Journals/OilGasGeo/1992/03/Start/13/s

tart13.html.

2.http://microelements.ru/Sr.

3.http://www.media-office.ru/?go=4062291&pass=c49160d37 49fa5e2d7a810be58d5aaa2.

4.Буракаева А.Д., Русанов А.М., Лантух В.П. Роль микроорганизмов в очистке сточных вод от тяжелых металлов: метод. пособие / Оренбург. гос. ун-т. – Оренбург, 1999.

5.Егоров Н.С. Практикум по микробиологии. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1976.

6.Сорбционное извлечение стронция из морской воды / В.А. Авраменко [и др.] // Радиохимия. – 2001. – Т. 43, № 4. –

С. 381–384.

379

elib.pstu.ru

Е.С. Черкашина, доц. Л.С. Щепетева, Д.А. Агапитов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗИНОВОГО ПОРОШКА, ПОЛУЧАЕМОГО В ПРОЦЕССЕ УТИЛИЗАЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН, В ПРОИЗВОДСТВЕ АСФАЛЬТОБЕТОНА

Работа по введению резиновой крошки в асфальтобетонные смеси началась с 30-х годов прошлого века с целью придания асфальтобетону резиноподобных свойств. В основном применение резиновойкрошкив асфальтобетоне шло по двумнаправлениям:

1)«сухое» введение частиц резины в асфальтобетонную смесь как наполнителя;

2)«мокрые» методымодификации, основанныенаразложении

идевулканизациирезиныв битумах при высоких температурах. По способу «сухого» введения резиновой крошки в асфаль-

тобетонную смесь были построены экспериментальные участки автомобильных дорог, которые вначале показывали достаточно хорошие характеристики. Но затем, при постепенном набухании резиновой крошки, покрытия разуплотнялись и разрушались. Ничем не связанная резиновая крошка выкрашивалась из покрытий и в практически неизменном виде разносилась ветром, загрязняя окрестности. На кафедре «Строительство автомобильных дорог» был в свое время в качестве экспоната для студентов оставлен образец асфальтобетона с резиновой крошкой, введенной в асфальтобетонную смесь как наполнитель. Через два-три года образец без внешнего воздействия стал похож на «ежика»: частицы резины выделились из структуры образца (рис. 1).

В так называемых «мокрых» методах модификации при девулканизации резины в битуме при высоких температурах происходит выброс токсичных веществ, содержащихся в резине,

380

elib.pstu.ru