Абилев М

АННОТАЦИЯ
диссертации на соискание ученой степени доктора философии (PhD) по
специальности 6D060600 – Химия
Абилев Мади Балтабаевич
«Ремедиация почв, загрязненных продуктами трансформации
1,1-диметилгидразина»
Общaя хaрaктеристикa рaботы. Диссертaция посвященa очистке почв,
загрязненных продуктами трансформации 1,1-диметилгидразина.
Aктуaльность темы исследовaния
1,1-Диметилгидразин (1,1-ДМГ), используемый в качестве ракетного
топлива в ракетоносителях среднего и тяжелого классов, представляет
высокую опасность для окружающей среды и здоровья человека. Очистка
почвы от компонентов ракетного топлива является основным способом
снижения его негативного влияния на окружающую среду. Химические
методы обезвреживания 1,1-диметилгидразина основаны на сильных
восстановительных свойствах загрязнителя. Для снижения уровня
загрязнения 1,1-диметилгидразином используют перекись водорода, озон,
хлор, перманганат калия и др. Малая эффективность методов очистки почв,
загрязненных
1,1-диметилгидразином,
вызвана
его
высокой
реакционоспособностью. Очистить почвы от образующихся веществ гораздо
сложнее. Разработанные методы предназначены для очистки почв от самого
1,1-диметилгидразина, их эффективность по отношению к продуктам
трансформации 1,1-ДМГ не изучена.
На сегодняшний день в литературе также отсутствуют данные о
распределении продуктов трансформации 1,1-ДМГ на местах падения, что
усложняет оценку площади и уровня загрязнения, необходимых для
разработки эффективных методов ремедиации почв, загрязненных
продуктами трансформации 1,1-ДМГ.
Цель работы – разработать новые подходы для эффективной
ремедиации почв, загрязненных продуктами трансформации 1,1диметилгидразина.
Объекты исследования – образцы почвы и воды, загрязненные
продуктами трансформации 1,1-диметилгидразина.
Методы исследования.
Для контроля концентраций продуктов трансформации 1,1диметилгидразина в экспериментальных образцах использовали методы
высокоэффективной жидкостной хроматографии с диодно-матричным
детектированием и газовой хроматографии с масс-спектрометрическим
детектированием.
Для качественного обнаружения продуктов трансформации 1,11
диметилгидразина использовали газовой хроматографии с массспектрометрическим детектированием в сочетании с твердофазной
микроэкстракцией.
Основные результаты:
1. Результаты
детального изучения
распределения
продуктов
трансформации 1,1-ДМГ по почвенному профилю показали, что продукты
трансформации способны мигрировать на глубину до 120 см, однако для
этого требуется значительное время. Наибольшие концентрации продуктов
трансформации 1,1-ДМГ, как правило, зарегистрированы на глубине 20-60
см, однако данный показатель может варьироваться в зависимости от типа,
влажности и физических свойств почв, особенностей рельефа и других
условий. В поверхностном слое почвы, как правило, обнаруживаются лишь
полулетучие продукты трансформации, что вызвано быстрым испарением и
биотрансформацией летучих соединений. В ходе проведенных обследований
подтвержден факт того, что основным продуктом трансформации 1,1диметилгидразина на местах пролива ракетного топлива, а также основным
накапливающимся
компонентом
является
1-метил-1Н-1,2,4-триазол,
концентрации которого на всех местах падения максимальны. Полученные
диаграммы горизонтального распределения позволили установить, что
наибольшие
концентрации
МТА
обнаруживаются
в
местах
непосредственного пролива ракетного топлива, с постепенным их снижением
по мере удаления.
2. Оптимальные параметры определения 1,1-диметилгидразина в воде
методом ТФМЭ-ГХ-МС, обеспечивающие наибольшую чувствительность
определения: абсорбционное покрытие 100 мкм полидиметилсилоксан, время
экстракции 2 мин, без добавки NaCl, без добавления кислот и оснований,
концентрация дериватизационного реагента (ацетона) 30 мг/мл, время
дериватизации 10 мин; предел обнаружения составляет 0,02 мг/л, показатели
воспроизводимости и точности методики не превышают 7 и 15%,
соответственно;
3. Установлено, что метод термической очистки почв позволяет достичь
степени очистки не менее 90% уже при температуре 150°С и двухчасовой
обработке; повышение температуры до 200°С позволяет полностью очистить
почву от продуктов трансформации 1,1-диметилгидразина; при температуре
50⁰С также возможно достичь близких к 100% степеней очистки, однако при
данной температуре требуется большее время обработки;
4. Наиболее эффективным окислителем по отношению к продуктам
трансформации
1,1-диметилгидразина
является
реактив
Фентона,
позволивший снизить концентрацию МТА в воде на 50% за 30 дней. В
присутствии других окислителей концентрация МТА снижается на 15-20%.
Окисление ДМААН протекает с образованием промежуточного
гидроксиацетонитрила, из которого, затем, образуются диметилформамид и
1,2,5-триметилпиррол. ФДМГ быстро окисляется, образуя различные
соединения: N-формил-N-метилгидразон формальдегида в присутствии
2
реактива Фентона, 1,4-дигидро-1,4-диметил-5Н-тетразол-5-он при действии
перманганата калия и N-метил-N-нитрометанамин в присутствии нитрита
натрия. Добавление любого окислителя к раствору ФДМГ приводит к
образованию НДМА.
5. На основании полученных данных даны рекомендации по разработке
методов ремедиации почв, загрязненных продуктами трансформации 1,1диметилгидразина. Разработаны варианты сочетания термической очистки с
методом химического окисления и адсорбционной локализации и очистки.
Теоретическая и практическая значимость работы. Данные по
распределению продуктов трансформации 1,1-ДМГ на местах падения ракетносителей могут быть использованы для планирования ремедиационных
работ на данных участках.
Разработанная методика определения 1,1-диметилгидразина на основе
ТФМЭ-ГХ-МС обеспечивает низкую трудозатратность на проведение
анализов, а также исключает расход токсичных органических растворителей,
что снижает выбросы и отходы в окружающую среду при проведении
анализов. Данная методика может быть использована для быстрой оценки
концентраций 1,1-ДМГ в районах падения отделяющихся частей ракетносителей.
Данные, полученные при разработке подходов к термической очистке
почв, загрязненных продуктами трансформации 1,1-диметилгидразина, могут
быть использованы при планировании и проведении восстановительных
работ на территориях, подверженных негативному влиянию ракетнокосмической деятельности.
Апробация практических результатов работы. Основные результаты
работы были представлены на следующих международных конференциях,
семинарах и форумах: международная научная конференция студентов,
магистрантов и молодых ученых «Мир науки» (Алматы, 23-25 апреля 2012
года); международная научная конференции по аналитической химии,
посвященная 110-летию со дня рождения академика М.Т.Козловского
(Алматы, 9-11 октября, 2013 г.); Международный симпозиум по
достижениям в области техник экстракции «ExTech-2014» (Ханья, Греция,
25-28 мая 2014 г.).
Результаты выполненной работы отражены в 8 научных работах, в том
числе: в 3 статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных
Комитетом по контролю в сфере образования и науки Министерства
образования и науки Республики Казахстан; в 1 статье, опубликованной в
международном научном издании, имеющем по данным информационной
базы компании Томсон Рейтерc (ISI Web of Knowledge, Thomson Reuters)
ненулевой импакт-фактор, и входящем в базу данных компании Scopus;
Личный вклад автора заключается в планировании, непосредственном
выполнении аналитической части работы, интерпретации полученных
данных, формировании окончательного варианта методики количественного
определения 1,1-диметилгидразина.
3