Ученые МГУ оценили, как композитные гелеобразующие почвенные кондиционеры притягивают влагу в зависимости от ее активности и температуры окружающей среды. Для этого исследователи использовали новый метод удаления молекул воды при ее нагревании. Команда поставила под сомнение применение технологий получения влаги из воздуха при эксплуатации данных кондиционеров. Результаты работы были опубликованы в Journal of Composites Science.
Водопоглощающие полимеры, которые обладают способностью вбирать и удерживать огромное количество жидкости по сравнению с собственной массой (так называемой гигроскопичностью), используются в разных отраслях и в быту. Такие полимеры активно применяются при бурильных работах, в ландшафтном дизайне и сельском хозяйстве. Важно не только найти сферу применения этих инновационных материалов, но и оценить, насколько хорошо используемые композитные гелеобразующие почвенные кондиционеры вбирают в себя воду.
Исследованные почвоведами МГУ композиционные материалы оказались способны вбирать в себя массу воды, которая может на 30% превышать их собственную. Однако данная влага прочно связывается в материалах и не может потребляться зелеными растениями. Это ставит под сомнение использование активно рекламируемых в последние годы технологий получения воды из воздуха при помощи гелеобразующих почвенных кондиционеров. Высокая степень и скорость поглощения воды гидрогелями в зависимости от температуры и влажности воздуха должны обязательно учитываться при технологическом расчете доз для их применения в устойчивом сельском хозяйстве и озеленении.
При помощи термодинамического подхода авторы исследования протестировали композитные гелеобразующие почвенные кондиционеры при разных условиях влажности и температуры. Ученые предложили простой и общедоступный метод удаления молекул воды при нагревании для оценки гигроскопичности, дисперсности и потенциальной стойкости композиционных материалов к избыточному разрушению. Метод основан на фундаментальной термодинамической зависимости водного потенциала и температуры высушиваемого материала в термодинамическом резервуаре (лаборатории) с постоянной относительной влажностью.
«Суперабсорбенты поливной воды для улучшения водоудерживающей способности почвы являются также высоко-гигроскопичными материалами, способными двукратно изменять свой вес при естественных колебаниях влажности атмосферного воздуха. Без знаний о закономерностях динамики гигроскопичности полимерных суперабсорбентов невозможно правильно их применять на практике и добросовестно торговать такими материалами, не вынуждая покупателя тратить до 50% денег на адсорбированную воду в полимере», – говорит один из авторов исследования, профессор кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ Андрей Смагин.
Результаты работы были использованы в технологии синтеза гидрогелевых препаратов для противопатогенной защиты почвы и запатентованы в Российской Федерации.