Перспективы использования хитозана для снижения естественного радиационного фона b строительных материалах Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХИТИНА И ХИТОЗАНА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ГАММА - ИЗЛУЧЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛАХ

PERSPECTIVES OF CHITIN AND CHITOZAN APPLICATION TO

REDUCE GAMMA-RADIATION IN BUILDING MATERIALS

В.И. Дарчия,

Г.И. Жолдак Т.П. Никифорова, Ю.В. Устинова

V.I. Darchiya,

G.I. Zholdak T.P. Nikiforova, Yu.V. Ustinova

ГОУ ВПО МГСУ

Выявлено свойство экологически чистого биосовместимого хитозана, продукта переработки хитина, снижать гамма-излучение естественных радионуклидов при введении его в бетон.

The paper reveals a characteristic of eco-friendly non-toxic chitozan being a modification of chitin. Chitozan is able to reduce gamma-radiation of the natural radionuclide while being introduced into the concrete.

Важным свойством строительных материалов является их способность гасить внешнее излучение и поглощать радиоактивные загрязнители из окружающей среды. Здание защищает человека от вредных внешних излучений, но при этом может само являться источником радиоактивного загрязнения, обусловленного используемыми материалами. Различные типы зданий и сооружений по-разному обеспечивают радиационную безопасность человека в помещениях из-за способности строительных материалов ослаблять внешнее гамма-излучение. Характеристики ослабления для некоторых материалов [3] приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сдой половинного ослабления гамма-излучения некоторыми материалами_

Наименование материала Слой половинного ослабления, см

свинец 1,5-1,8

чугун, железо 2-3

алюминий 6-7

песок 10-14

гравий 9-12

4/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

бетон 11

глина 12

кирпич 14

земля и шлак 25

дерево 20-40

вода 30

снег 50

воздух 15000

Важность экологической оценки строительных материалов по показателю ослабления ими гамма-излучения связана с проблемами радиационного загрязнения отдельных территорий в городе и, следовательно, возможным повышением радиационного фона на площадках нового строительства и реконструируемых зданий.

Эффективная удельная активность (4эфф) природных радионуклидов в строительных материалах, а также в отходах промышленного производства, используемых для изготовления строительных материалов (золы, шлаки и пр.), должна соответствовать нормам [1, 2]. Для проверки соответствия действующим нормативам вводится производственный радиационный контроль строительного сырья и материалов.

Критерии для принятия решения об использовании строительного сырья, материалов и изделий из них в зависимости от содержания естественных радионуклидов регламентируются нормами, приведенными в таблице 2.

Таблица 2

Нормирование строительного сырья по содержанию естественных радионуклидов

Удельная эффективная активность АЭФФ, Бк/кг Класс материала Область применения

До 370 I Все виды строительства, в том числе используемые в строящихся и реконструируемых жилых и общественных зданиях

Свыше 370 до 740 II Для материалов, используемых в дорожном строительстве в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также при возведении производственных сооружений

Свыше 740 до 1500 III Для материалов, используемых в дорожном строительстве вне населенных пунктов

Свыше 1500 до 4000 IV Вопрос об использовании материалов решается в каждом случае отдельно по согласованию с федеральными органами Госсанэпиднадзора

Свыше 4000 Вне классов Материалы не должны использоваться в строительстве

Радиационно-экологическая оценка исследованных строительных материалов и материалов с использованием отходов приведена в таблице 3.

Таблица 3

Категории производственных отходов, содержащих природные радионуклиды_

Категория отходов Эффективная активность природных радионуклидов, кБк/кг Мощность дозы природных радионуклидов в отходах, мкР/час. Примечания

I категория ЛЭФФ <1,5 Р < 70 Установление категории производится по результатам определения значения Аэфф гамма-спектрометрическими методами. Мощность дозы гамма-излучения измеряется на расстоянии 0,1 мот поверхности отходов. Расчетные значения Р по соответствуют верхним граничным значениям Аэфф для отходов разной категории.

II категория 1,5< Аэфф <10,0 70 < Р < 450

III категория Аэфф > 10,0 Р > 450

В качестве одной из мер по защите от гамма-излучения возможно использование пропитки или покрытия, наносимых или внедряемых в жидком состоянии на элемент конструкции, либо введение реактива в качестве добавки к вяжущим веществам в сухом виде с последующим затворением водой. При этом обеспечивается защита окружающей среды от радиоактивного излучения изнутри. Реагент выполняет роль «мишени» для гамма-излучения.

Защитный материал должен отвечать следующим требованиям:

1. Обеспечивать необходимую защиту.

2. Быть экологически безопасным как в процессе нанесения, так и в процессе эксплуатации строительных материалов.

3. Применение должно быть обосновано с экономической точки зрения.

В связи с этим основная цель работы заключалась в экологическом обосновании применения биосовместимых реагентов в качестве добавки, снижающей гамма-излучение строительных материалов. В качестве такого реагента предлагается использовать хитин и хитозан. Это уникальные продукты биологического происхождения, широкого спектра применения, доступные с экономической точки зрения. Их применяют в различных сферах деятельности, но применение в строительной отрасли производится впервые.

Основные экологические характеристики хитина и хитозана как добавки, снижающей гамма-излучение строительных материалов:

1. Стабилизация дисперсных систем.

2. Высокоэффективные и селективные адсорбенты для извлечения не только радиоактивных элементов, но и тяжелых металлов, за счет образования хелатных комплексов.

3. Бактерицидность.

4. Возможность получения как катионных, так и анионных полиэлектролитов и их гидрофобных модификаций.

5. Биосовместимость и биоразложение.

4/2011

ВЕСТНИК

МГСУ

Для изучения снижения гамма-излучения при добавлении в бетон хитина и хито-зана были взяты две партии образцов бетона. Первая партия - легкий бетон (М 150) без хитозана, вторая партия - с добавлением хитозана в количестве до 1% от общей массы портландцемента.

Хитозан предоставлен ЗАО «Биопрогресс» ВНИТИБП. Степень дезацетилирова-ния составляет порядка 95%, что соответствует максимальному высвобождению аминогрупп и максимальной физико-химической активности. В опытах использован низкомолекулярный хитозан.

Опытные образцы представляли собой стандартные кубики размером 50x50x50 мм. Бетон подвергался нормальному твердению. Затем он измельчался, и далее пробы помещались в стандартные сосуды Маринелли объемом 1,5 л, герметизировались и выдерживались в течение 14 суток для накопления продуктов распада естественных радионуклидов. Показатели удельной концентрации радионуклидов определялись с помощью аппаратуры спектрометрического комплекса «Прогресс» с одноименным программным обеспечением обработки результатов наблюдений. Результаты эксперимента представлены на рисунках 1 и 2.

Оценивалось содержание естественных радионуклидных компонентов - радия-238, тория-232, калия-40 и возможных загрязнений техногенным изотопом стронция-137. На диаграммах для наглядности вертикальными визирными линиями отмечены доминирующие пики поглощения гамма-квантов изотопа К40. Диаграммы представлены в полулогарифмическом масштабе. Обе диаграммы показывают наличие в пробах изотопов радия, тория и калия в концентрациях не превышающих допустимые. Радиа-ционно-гигиенические показатели определены в соответствии с санитарными нормами и правилами радиационной безопасности НРБ-99/2010.

Основной характеристикой, определяющей потенциальную радиационную опасность производственных материалов, содержащих природные радионуклиды, для работников предприятий и населения является значение АЭФФ:

весии с остальными членами рядов соответственно; Ак - удельная активность калия-

Из рисунка 1 (образцы без хитозана) следует, что эффективная активность пробы бетона составляет:

Из рисунка 2 (образец с хитозаном) следует, что эффективная активность пробы составляет:

Как следует из сопоставления результатов по определению АЭФФ и данных таблицы 3, для категории I по радиационному фактору обращение с исследованными материалами в производственных условиях, включая их сбор, временное хранение, транспортировку и захоронение на свалках общепромышленных отходов может осуществляться без ограничений.

Однако при проектировании новых композиций материалов следует учитывать вклад в АЭФФ, вносимый за счет использования добавки.

40.

А

1ЭФФ\

1X 16,2 +1,3 X 9,2 + 0,09 X 228,4 - 48,72Бк/кг.

ЛЭФФ2 = 1 х 14,7 +1,3 х 5,3 + 0,09 х 188,2 - 38,5Бк/кг.

ВЕСТНИК МГСУ

4/2011

Рис. 1. Представительный спектр распределения гамма-квантов по энергии излучения бетона без добавления хитозана (визирными линиями выделен пик поглощения гамма-излучения радионуклида К40)

Рис. 2. Представительный спектр распределения гамма-квантов по энергии излучения бетона с

добавления хитозана

Таким образом, по результатам проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Впервые продукты хитозана, как экологически чистого, биосовместимого и высокоактивного сырья, нашли применение в строительной отрасли.

4/2011 ВЕСТНИК _4/2011_мгсу

2. Хитозан в качестве добавки к легкому бетону в количестве 1 % по массе снижает эффективную активность гамма-излучения в 1,3 раз.

3. Естественное гамма-излучение двух партий легкого бетона остается в пределах нормативных значений, тем не менее, отмеченная тенденция по снижению, позволит расширить научные познания в области применения продуктов хитина в строительной отрасли и явиться основой для продолжения серии научных экспериментов в данной области.

Литература

1. ГОСТ 30108-94 . Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов.

2. ОСПОРБ-99. Ионизирующее излучение, радиационная безопасность. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности.

3. Экология. Основы реставрации / Князева В.П.: Учеб. пособие. - М.: «Архитектура-С», 2005. - 400 с.

Literature

1. GOST 30108-94*. Building materials and elements. Determination of specific activity of natural radioactive nuclei.

2. OSPORB-99. Ionizirujuwee izluchenie, radiacionnaja bezopasnost'. Osnovnye sanitarnye pravila obespechenija radiacionnoj bezopasnosti.

3. Jekologija. Osnovy restavracii / Knjazeva V.P.: Ucheb. posobie. - M.: «Arhitektura-S», 2005. - 400 s.

Ключевые слова: хитин, хитозан, гамма-излучение, бетон, строительный, материал, радионуклиды, радиационное загрязнение

Keywords: chitin, chitosan, gamma-radiation, concrete, construction, material, radionuclides, radiation contamination

Почтовый адрес: 129337 Москва, Ярославское ш., 26, ГОУ ВПО МГСУ,

кафедра общей химии Тел.: +7-499-1833292 E-mail: UstinovaUV@mgsu.ru

Рецензент: Мясоедов Е.М., профессор кафедры общей и неорганической химии МГОУ, кандидат химических наук