Исследование санитарно-химических показателей загрязнения почв продуктами биоразложения пластика без связующего на основе недревесного растительного сырья

Цель настоящего исследования заключалась в получении пластика без связующего (ПБС) на основе растительных наполнителей недревесного происхождения в виде шелухи пшеницы и риса с использованием метода пьезотермической обработки в герметичной пресс-форме и выполнение испытаний на биоразлагаемость данных материалов в почвогрунте с последующей оценкой уровня химического загрязнения почв в результате их деструкции. Были изготовлены образцы ПБС на основе фракционированной шелухи пшеницы и риса. Образцы были получены путем компрессионного прессования в герметичной пресс-форме под давлением 40 МПа и температуре 170 °С с последующим ее охлаждением без снятия давления до 40 °С. У образцов были определены физико-механические показатели (плотность, модуль упругости при изгибе по прогибу образца диска, твердость по вдавливанию шарика, число упругости, водопоглощение, разбухание, краевой угол смачивания). После проведения исследований физико-механических свойств образцы были подвержены испытаниям на биоразлагаемость по отношению к почвогрунту за 84 суток. После завершения испытаний на биоразлагаемость почвогрунт был исследован на уровень химического загрязнения тяжелыми металлами. Результаты проведенных испытаний показали, что пластик, полученный на основе шелухи пшеницы и риса, можно классифицировать как полностью биоразлагаемый материал. В процессе деструкции данных материалов происходит миграция неорганических соединений в почвенную среду, при этом уровень содержания тяжелых металлов не превышает установленных экологических и санитарно-гигиенических норм для почвы. По результатам комплексной оценки химического загрязнения почвогрунтов продуктами деструкции биоразлагаемого композиционного материала без связующего на основе растительного сырья, категория загрязнения исследованной почвы была отнесена к «допустимой». Тем не менее, учитывая существующий уровень загрязнения окружающей среды, при использовании рассматриваемого сырья требуется первоначальная оценка его качества, в том числе и по содержанию элементов-загрязнителей.

1. Алексеенко В.А., Алексеенко А.В. Химические элементы в геохимических системах. Кларки почв селитебных ландшафтов: монография. Ростов н/Д: Южный федеральный университет, 2013. 388 с.

2. Аникеева К.Г., Сафин Р.Р. Влияние двухступенчатой обработки наполнителя на свойства древесно-полимерного композита // Аграрный научный журнал. 2024. № 6. С. 88–98. DOI: 10.28983/asj.y2024i6pp88-98.

3. Анищенко Л.Н., Поцепай С.Н., Капошко С.Н. Ресурсные и эколого-химические показатели луговых лекарственных растений среднего Подесенья // Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК: мат. XIX межд. науч. конф. Брянск, 2022. Том I. С. 210–223.

4. Артёмов А.В., Савиновских А.В., Бурындин В.Г. Модуль упругости при изгибе как показатель физико-механических свойств древесных пластиков без добавления связующих // Системы. Методы. Технологии. 2021. № 1(49). С. 67–71. DOI: 10.18324/2077-5415-2021-1-67-71.

5. Артёмов А.В., Ершова А.С., Савиновских А.В., Бурындин В.Г. Оценка воздействия биоразлагаемых материалов на основе растительного недревесного сырья на элементы окружающей среды // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2022. № 1(45). С. 5–20. DOI: 10.15593/2409-5125/2022.1.01.

6. Артёмов А.В., Вураско А.В., Ершова А.С., Бурындин В.Г. Влияние щелочной обработки пресс-сырья на свойства пластика без связующего на основе растительных остатков борщевика Сосновского // Вестник Технологического университета. 2023а. Т. 26, № 3. С. 44–49. DOI: 10.55421/1998-7072_2023_26_3_44.

7. Артёмов А.В., Вураско А.В., Ершова А.С. Исследование влияния предварительной химической обработки исходного пресс-сырья для получения пластика без связующего на основе шелухи риса // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. 2023b. № 1. С. 61–76. DOI: 10.15593/2224-9400/2023.1.05.

8. Артёмов А.В., Ершова А.С., Шкуро А.Е., Бурындин В.Г. Методика для оценки степени биоразлагаемости пластиков на основе лигноцеллюлозосодержащего сырья без добавления связующих веществ // Лесотехнический журнал. 2024. Т. 14, № 1(53). С. 134–150. DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2024.1/8.

9. Бурындин В.Г., Савиновских А.В., Глухих В.В., Кривоногов П.С. Получение пластиков из растительных отходов // ХХ Менделеевский съезд по общей и прикладной химии: тез. докл. в пяти т. Екатеринбург, 2016. Том 2b. С. 243.

10. Вураско А.В., Шаповалова И.О., Петров Л.А., Стоянов О.В. Применение плодовых оболочек риса в качестве углерод-кремнеземных пористых материалов для каталитических систем (обзор) // Вестник Технологического университета. 2015. Т. 18, № 11. С. 49–56.

11. Вураско А.В., Первова И.Г., Шаповалова И.О. Содержание металлов в биомассе растений и в материалах на их основе // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2021. Вып. 234. С. 250–266. DOI: 10.21266/2079-4304.2021.234.250-266.

12. Глухих В.В., Шкуро А.Е., Артемов А.В., Шишлов О.Ф., Кривоногов П.С. Математическое планирование экспериментов и анализ их результатов с применением компьютерных программ: учеб. пособ. Екатеринбург: Уральский государственный лесотехнический университет, 2023. 104 с.

13. Дворянкин Д.Ю., Сафонова М.Е., Клепалова И.А., Первова И.Г. Углеродные сорбенты на основе древесных и растительных отходов // Леса России и хозяйство в них. 2024. № 1(88). С. 171–180.

14. Ершова А.С., Савиновских А.В., Васильева А.А., Артемов А.В. Растительные пластики на основе шелухи проса // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование. 2020a. № 3(47). С. 39–48. DOI: 10.25686/2306-2827.2020.3.39.

15. Ершова А.С., Савиновских А.В., Артемов А.В., Бурындин В.Г. Борщевик Сосновского как сырье для получения пластиков // Вестник Технологического университета. 2020b. Т. 23, № 10. С. 34–37.

16. Ершова А.С., Савиновских А.В., Артемов А.В., Бурындин В.Г., Садыкова К.В. Получение и исследование свойств пластика без связующего на основе волокна конопли технической // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Материалы. Конструкции. Технологии. 2023. № 2. С. 5–16. DOI: 10.25686/2542-114X.2023.2.5.

17. Кулаженко Ю.М., Шкуро А.Е., Глухих В.В. Исследование физико-механических свойств композитов на основе пластифицированного ПВХ и сосновых опилок // Деревообрабатывающая промышленность. 2024. № 2. С. 50–59.

18. Лаврентьев И.В., Гедьо В.М., Симонова Е.И., Демьянцева Е.Ю. Исследование влияния факторов на водопоглощение целлюлозного композита // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2024. Вып. 248. С. 317–328. DOI: 10.21266/2079-4304.2024.248.317-328.

19. Минин А.Н. Технология пьезотермопластиков. М.: Лесная промышленность, 1965. 296 с.

20. Мичуров Д.М., Шкуро А.Е., Глухих В.В. Исследование физико-механических свойств композитов с полимерной фазой полилактида и кострой конопли // Вестник Технологического университета. 2024. Т. 27, № 1. С. 59–63. DOI: 10.55421/1998-7072_2024_27_1_59.

21. Плитные материалы и изделия из древесины и других одресневевших остатков без добавления связующих. М.: Лесная промышленность, 1976. 360 с.

22. Подденежный Е.Н., Дробышевская Н.Е., Бойко А.А., Шаповалов В.М., Кузьмин А.М. Биоразлагаемые композиционные материалы на основе поликапролактона с наполнением соломой зерновых культур // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. 2024. № 2(97). С. 27–33. DOI: 10.62595/1819-5245-2024-2-27-33.

23. Прокопьев А.А., Галяветдинов Н.Р., Сафин Р.Р. Эксплуатационные характеристики древесно-полимерных композитов на основе ацетилированного древесного наполнителя // ИВУЗ. Лесной журнал. 2024. № 4. С. 147–158. DOI: 10.37482/0536-1036-2024-4-147-158.

24. Радайкина Е.А., Кузьмин А.М., Конаков А.В. Влияние лузги подсолнечника на свойства пленок поливинилового спирта // Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. 2024. Т. 14, № 1. С. 73–76.

25. Савиновских А.В., Бурындин В.Г., Стоянов О.В., Ахтямова С.С., Масленникова Е.В. Закономерности образования растительных пластиков на основе шелухи пшеницы без добавления связующих // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17, № 13. С. 231–233.

26. Самусик Е.А., Головатый С.Е. Тяжелые металлы в почвах и в растениях пшеницы в зоне воздействия предприятия по производству строительных материалов // Журнал Белорусского государственного университета. Экология. 2021. № 4. С. 76–88. DOI: 10.46646/2521-683X/2021-4-76-88.

27. Соколова О.Я., Стряпков А.В., Антимонов С.В., Соловых С.Ю. Тяжелые металлы в системе элемент – почва – зерновые культуры // Вестник Оренбургского государственного университета. 2006. № 4(54). С. 106–110.

28. Artemov A.V., Buryndin V.G., Krivonogov P.S., Savinovskikh A.V., Kolpakova M.V., Stoyanov O.V. An Investigation of Complexes of Lignin Found in Plant Raw Materials as a Natural Binder in Obtaining Plastic in Closed Molds // Polymer Science. Series D. 2023. Vol. 16, no. 2. P. 278–284. DOI: 10.1134/s1995421223020028.

29. Glukhikh V.V., Buryndin V.G., Artyemov A.V., Savinovskikh A.V., Krivonogov P.S., Krivonogova A.S. Plastics: physical-and-mechanical properties and biodegradable potential // Foods and Raw Materials. 2020. Vol. 8, no. 1. P. 149–154. DOI: 10.21603/2308-4057-2020-1-149-154.

30. Horta J.F., Simões F.J., Mateus A. Study of Wood-Plastic Composites with reused High Density Polyethylene and Wood Sawdust // Procedia Manufacturing. 2017. Vol. 12. P. 221–229.

31. Rozman H.D., Kumar R.N., Khalil H.P.S.A., Abusamah A., Abu R. Chemical Modification of Wood with Maleic Anhydride and Subsequent Copolymerization with Diallyl Phthalate // Journal of Wood Chemistry and Technology. 1997. Vol. 17, iss. 4. P. 419–433. DOI: 10.1080/02773819708003142.

32. Zykova A.K., Pantyukhov P.V., Mastalygina E.E., Chaverri-Ramos C., Nikolaeva S.G., Saavedra-Arias J.J., Popov A.A., Wortman S.E., Poletto M. Biocomposites of low-density polyethylene plus wood flour or flax straw: Biodegradation kinetics across three environments // Polymers. 2021. Vol. 13, no. 13. Art. no. 2138. DOI: 10.3390/polym13132138.