Научной группой Воронежского государственного университета инженерных технологий (ВГУИТ) синтезированы новые сополимеры на основе полисахаридов и акриловой кислоты, один грамм которых способен поглощать до нескольких литров воды. В условиях стремительного развития «умного» сельского хозяйства, возобновляемые и экологичные биоматериалы (биопленки, биокомпозиты, биополимеры, натуральные волокна) становятся важнейшим инструментом «зеленой» трансформации сельского хозяйства. Эти материалы характеризуются значительными преимуществами с точки зрения биоразлагаемости, низкой токсичности и экологичности. Однако у них есть ограничения с точки зрения адаптивности, способности регулировать влажность почвы и функциональной интеграции, что затрудняет их использование в современном сельском хозяйстве.
Учёные ВГУИТ по целевому заказу китайской компании Хuzhou Zhongyan Meihui Information Technology Co. Ltd нашли решение проблемы регулирования водного баланса почв в регионах с рискованным земледелием с использованием сополимеров на основе хитозана. Такие сополимеры называют гидрогелями в связи с их способностью поглощать воду в количествах, значительно превышающих массу самого полимера. В настоящее время в качестве таких регуляторов влажности почвы в основном используются синтетические полиакрилатные гидрогели. Первоначально в лабораторных условиях ВГУИТ были получены гидрогели на основе хитозна (природный полисахарид, получаемый из панциря ракообразных) и акриловой кислоты.
Сегодня синтезированы гидрогели на основе отечественного сырья, для этого в качестве природного полисахарида применяется пектин. Особенностью разработки учёных ВГУИТ является создание технологии для синтеза в реакторах большого объема.
«В отличие от полиакрилатных, наши сополимеры синтезированы на основе функциональных биополимеров – полисахаридов. В зависимости от соотношения синтетической и природной составляющих 1 грамм наших гидрогелей может поглощать не менее двух литров воды. Один из вариантов применения таких гидрогелей – регулирование влажности почвы: при избытке влаги гидрогель поглощает и удерживает избыточную влагу, при наступлении засушливого периода – отдает влагу растению. При введении наших гидрогелей в почву они могут быть использованы также для регулируемой доставки растениям минеральных и органических удобрений. При этом, несмотря на высокую механическую прочность и химическую стабильность наши гидрогели биоразлагаемы. Через некоторое время они превращаются в безвредные для биоты почвы соединения. Так как синтетической составляющей в составе гидрогелей существенно меньше, чем в коммерческих аналогах, то и возможный урон окружающей среде существенно снижается. Кроме эффективного поглощения воды и применения в сельском хозяйстве новые сорбенты оказались эффективными гемостатиками.»,
– пояснил один из авторов разработки, профессор кафедры физической и аналитической химии ВГУИТ, доктор химических наук Павел Суханов.
Группой молодых ученых-биотехнологов ВГУИТ также идентифицированы консорциумы микроорганизмов, которые позволяют и синтетическую составляющую гидрогелей переработать в почве до простейших соединений.
Разработка, лицензия на которую приобретена китайскими партнерами, усовершенствована учеными ВГУИТ с учетом использования отечественного сырья и апробирована при выращивании комнатных растений. Если вы уезжаете в командировку или отпуск, достаточно накануне поездки обильно полить растения водой или раствором с удобрениями: лишняя влага будет удерживаться гидрогелем, а при подсыхании почвы он постепенно отдаст сорбированную воду и растение продолжит развиваться без дефицита влаги.
На фотографиях лимон, выращенный профессором Сухановым в комнатных условиях. В почву введен гидрогель – сополимер хитозана и полиакриловой кислоты с величиной набухания до 1000 г/л, объем земляного кома – 5 литров, масса гидрогеля, введенного при пересадке растения 0,5 г на 1.
