Популярное

Мифы о звукоизоляции



Как построить дом из пеноблоков



Как построить лестницы на садовом участке



Подбираем краску для ремонта



Каркасные дома из дерева


Главная » Смолы пиролиза

Смолы пиролиза растительного сырья как фактор биологической защиты дорожных покрытий

В.С. Филимонов (valzav@icm.krasn.ru ) (1), В.П. Киселев (2)

(1) Институт вычислительного моделирования СО РАН (2) Красноярская государственная архитектурно-строительная академия

Защита асфальтобетона от коррозии в процессе эксплуатации дорожных покрытий - глобальная проблема, актуальность которой, несмотря на все достигнутые успехи в этом направлении, остается постоянно высокой. Этой тематике посвящено большое количество работ, в которых основное внимание уделяется воздействию механических и физических факторов на асфальтобетон и органическое вяжущее - нефтяной битум [1,2,3]. В то же время биологическое воздействие, связанное с процессами чисто бактериальной деструкции органических и минеральных компонентов асфальтобетона, может приводить к ухудшению качества таких покрытий и постепенно к их полному разрушению, как это было показано на примере пенобетонов с использованием традиционных биологических методов [4]. Одним из направлений, связанных с улучшением качества асфальтобетона, является повышение адгезии нефтяного битума к каменным материалам и придание вяжущему материалу устойчивости к термоокислительной деструкции, как к одному из важных факторов, приводящих к коррозии асфальтобетона. Эффективной добавкой, положительно влияющей на качество асфальтобетона, являются смолы пиролиза растительного сырья древесного происхождения, содержащие в своем составе высокомолекулярные фенольные соединения (отстойные смолы пиролиза - ОСП) [5,6]. В то же время известно, что фенольные соединения представляют собой мощные ингибиторы бактериальных процессов [7]. Таким образом, введение в вяжущий материал ОСП должно приводить не только к улучшению механических свойств асфальтобетона,



но и повышать его защищенность от процессов бактериальной деструкции, что будет способствовать продлению сроков службы таких покрытий.

В настоящее время разработан целый ряд различных биологических тестов, в которых контролируется эффект воздействия суммы токсикантов на поведение и параметры жизнедеятельности рыб, водорослей, простейших, бактерий [8,9,10]. Использование интегральных биотестов, в том числе и для оценки биологического разрушения покрытий, актуально по целому ряду причин. В покрытиях содержится большое количество различных веществ, не только непосредственно входящих в состав их компонентов, но и попадающих в них в ходе эксплуатации. Идентификация и анализ этих веществ длителен, дорог и реально осуществим только лучшими из экологических служб. Выходом из положения является использование биологических тестов, позволяющих давать экспрессную интегральную оценку воздействия токсичности на живые объекты. В начальный период биологического разрушения покрытия именно бактерии, быстро развивающиеся в порах, начинают интенсивно использовать широкий круг имеющихся и поступающих из внешней среды минеральных и органических компонентов. Далее к этому процессу могут подключаться водоросли, использующие выделенные бактериями из покрытия минеральные компоненты. Поэтому на первом этапе следует отдать предпочтение именно бактериальным тестам. Среди разработанных тестов можно выделить тесты со светящимися бактериями, либо ферментативные реакции, катализируемые выделенными из светящихся бактерий компонентами - люциферазами. Токсичность среды определяется по величине светового биолюминесцентного сигнала, излучаемого бактериями в ходе их нормальной жизнедеятельности. В люциферазных биотестах действие токсических веществ происходит непосредственно на люциферазу - ключевой фермент метаболизма светящихся бактерий. В случае использования светящихся бактерий прямое влияние токсикантов на люциферазу невозможно из-за наличия клеточных стенок и мембраны бактерий, препятствующих проникновению посторонних веществ в клетки. Однако, происходит влияние на другие важные процессы жизнедеятельности клетки,



например, дыхание, которое связано со способностью клетки светиться. Поэтому, оценивая влияние токсикантов на жизнедеятельность светящихся бактерий мы получаем представление о их влиянии и на другие виды бактерий, которые могут вызывать разрушение покрытий [11,12]. Этот биотест и был использован в данной работе для оценки воздействия вводимых в покрытие ОСП.

Методика эксперимента.

Оценивалось ингибирующее воздействие на метаболизм светящихся бактерий Photobacterum phosphoreum отстойной смолы пиролиза, полученной при термодеструкции древесного растительного сырья при температуре 5000С в инертной атмосфере гелия. Известно, что в состав ОСП входят фенольные и, возможно, другие соединения, ингибирующие нормальную жизнедеятельность бактерий. Для приготовления исходного раствора ОСП 200 мг смолы помещали в стеклянный стакан с 200 мл дистиллированной воды. Стакан ставился на магнитную мешалку с подогревом. При непрерывном перемешивании проба нагревалась до 600С. Полученный раствор выдерживался в течение 3 суток для осаждения остатка смолы и декантировался. Этот раствор применялся как исходный для получения растворов различных концентраций, непосредственно использовавшихся в экспериментах.

В герметично закрытый флакон с препаратом светящихся бактерий добавляли 2 мл 3-х процентного раствора NaCl. Полученная суспензия бактерий использовалась как исходная для проведения исследований.

Интенсивность свечения бактерий измерялась с помощью специального прибора - биолюминометра [13].

Из исходного раствора ОСП приготавливалось 10 мл раствора с заданной, исследуемой концентрацией ОСП и 3-х процентной концентрацией NaCl. Один миллилитр этого раствора заливался в специальную кювету и в нее добавлялось 20 мкл приготовленной суспензии бактерий. Кювета помещалась в



измерительную камеру прибора. После пяти минутной выдержки производилось измерение интенсивности свечения бактерий [14].

Ингибирующее действие исследуемого раствора оценивалось по формуле:

К = I / L ,

где I - интенсивность свечения бактерий в кювете с исследуемым раствором, Ik -интенсивность свечения бактерий в контрольной кювете с раствором NaCl в дистиллированной воде, К - коэффициент ингибирования свечения бактерий. Таким образом, в случае отсутствия воздействия на изменение интенсивности свечения бактерий исследуемой среды коэффициент будет близок к единице, а при наличии эффекта ингибирования он будет уменьшаться вплоть до нуля при очень высокой степени токсичности. Измерения коэффициента ингибирования проводились трижды для каждой из приготовленных концентраций исследуемого раствора.

Результаты и обсуждение.

Необходимым условием для развития микрофлоры, которая может в ходе своей жизнедеятельности разрушать покрытие, является наличие в материале водных растворов, содержащих необходимые для развития бактерий биогенные элементы. Осадки в виде дождя и снега, вода, попадающая на асфальтобетон в ходе эксплуатации покрытия, вымывают из него минеральные и органические соединения. Эти растворы, оставаясь в порах, и являются питательной средой, на которой развивается миклофлора. Присутствие в этих растворах не только фенолов, но и микроколичеств других высокотоксичных соединений, ингибирующих развитие биологических процессов, может привести к замедлению процессов биологического разрушения компонентов, входящих в состав различных покрытий. Поэтому в качестве растворителя для получения исходного раствора, по сравнению с которым оценивалось воздействие на состояние бактерий различных концентраций ОСП, была выбрана дистиллированная вода, которая является необходимым компонентом для развития бактерий и не




содержит токсичных и биогенных веществ угнетающих или стимулирующих развитие микрофлоры. Результаты проведенных измерений представлены на рис.1.

При использовании насыщенного исходного раствора ОСП активность бактерий даже при очень короткой пяти минутной выдержке практически

0. 8

о> 0.6 О

0.4 0. 2 0

0 1 0 1 0 0 1 0 0 0

К ра з в .

Рис.1 Зависимость коэффициента ингибирования свечения бактерий от разведения раствора ОСП с начальной концентрацией.

полностью подавляется. Разбавление исходного раствора в 10 и 100 раз приводит лишь к незначительному увеличению коэффициента ингибирования. И только при разведении более чем в 100 раз ингибирующее воздействие продуктов ОСП, растворенных в воде, начинает постепенно уменьшаться. Даже при разведении в 1000 раз, когда концентрация растворимых в воде компонентов ОСП менее 1мг/л, наблюдается их угнетающее воздействие. Дополнительная проверка ингибирующего воздействия разведенного в 1000 раз исходного раствора ОСП при увеличении выдержки до 30 минут показала, что свечение бактерий и в этом случае полностью ингибируется. Таким образом, при растворении менее 1мг/л



исследуемого продукта достаточно для полного угнетения жизнедеятельности бактерий. В то же время следует подчеркнуть, что использованный экотест предназначен для определения именно острой токсичности водных растворов. В реальной ситуации вода, попадая в поры, остается там значительно большее время, чем это предусматривает данный экотест. И все это время находящиеся в покрытии бактерии испытывают на себе воздействие растворенных в воде токсических веществ. Таким образом, в реальной ситуации даже значительно меньших доз токсикантов, чем это было показано в остром эксперименте, будет достаточно для значительного угнетения роста и развития бактерий. Следовательно, введение ОСП в асфальтобетон приводит не только к улучшению его механических и коррозионных свойств [5,6], но и увеличивает его стойкость от бактериального разрушения. Проведенная работа показала и возможность использования экспрессного биотеста на основе лиофилизованных светящихся бактерий для экспрессной оценки влияния компонентов асфальтобетона на его биологическое сопротивление.

Список литературы.

1. Илиополов С.К., Мардиросова И.В., Углова Е.В. Развитие процессов старения битумов в асфальтобетонных покрытиях асфальтобетонных дорог. \\ Известия вузов. Строительство. -1994. -№ 3. -С.48-52.

2. Schmidt H., Schnidtke M. Verandering des bitumens durch oxidation und erhitzung. \\ Forsch. Strassenbau und Strassenverkehrstechn. -1994. -№ 685. -С. 1-191.

3. Кретов В.А., Лаврухин В.П. Эффективный путь повышения срока службы дорожных одежд. \\ Наука и техн. в дор. отрасли. -1999. -№ 3. -С. 190-191.

4. Ерофеев В.Т., Баргов Е.Г., Смирнов В.Ф. Биодеградация и биологическое сопротивление пенобетонов. Известия вузов. Строительство. -2002. -№ 6. -С.30-

5. Киселев В.П., Бугаенко Э.В., Ефремов А.А., Толстихин К.Б. Отходы лесохимии в качестве модифицирующих добавок в дорожные покрытия. Ресурсы регионов России, -2001. -№ 5. -С.38-41.



6. Киселев В.П., Грибов А.Ю., Ефремов А.А. Использование отстойной смолы пиролиза скорлупы кедровых орехов в качестве модификатора органического вяжущего. Химия растительного сырья. -2001. -№ 3. -С. 65-89.

7. Кузнецов А.М., Балаян А.Э. Биолюминесцентный метод оценки токсичности фенольных соединений. \\ Оперативные информационные материалы. Иркутск. -1981. -С. 40-42.

8. Гениатулин К.В., Шелест В.П. Проблемы метрологического обеспечения контроля природной водной среды методами биологического тестирования. Медицинские и биологические измерения. -1989. -Т. 3. -С.55-57.

9. Мирошников А.Б., Огрель Л.Ю., Балятинская Л.Н. Использование биотестирования с помощью дафний для оценки экологического состояния водных объектов в управлении охраны окружающей cреды. Материалы 1-й Всероссийской научной конференции МФНС-99. Иваново. -1999. -С.133.

10. Шишин М.М., Иванова Н.Л., Лукьяненко В.И. Биотестирование качества природной воды р. Которосль на территории г. Ярославля в зимний период с помощью одноклеточной протококковой водоросли Scenadesmus quatricauda. Современные проблемы биологии и химии. Ярославль. ЯГУ. -2000. -С.106-110.

11. Кратасюк В.А., Кузнецов А.М., Родичева Э.К., Егорова О.И., Абакумова В.В., Грибовская И.В., Калачева Г.С. Проблемы и перспективы биолюминесцентного тестирования. Сибирский экологический журнал. -1996. -№ 5. -С.397-403.

12. Кузнецов А.М., Родичева Э.К., Шилова Е.В. Биотест на основе лиофилизованных светящихся бактерий. Биотехнология. -1996. -№ 9. -С.57-61.

13. Кузнецов А.М. Биолюминесцентный метод и прибор Люминометр для анализа биологически активных веществ. Новосибирск. ЦНТИ. -1983. 3 с.

14. Кузнецов А.М., Тюлькова Н.А., Кратасюк В.А., Абакумова В.В., Родичева Э.К. Изучение характеристик реагентов для биолюминесцентных тестов. Сибирский экологический журнал. -1997. -№ 5. -С. 459-465.



© 2017 РубинГудс.
Копирование запрещено.