14.A18.21.2091

АННОТИРОВАННЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ О РЕЗУЛЬТАТАХ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ

по проекту

«Химико-аналитическое обеспечение исследований в области мониторинга состояния окружающей среды, предотвращение и ликвидация ее загрязнения»

Соглашение № 14.A18.21.2091 от 14.11.2012 г.

Исполнитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет»

Ключевые слова: Краткосрочные научные исследования, экология, рациональное природопользование, экологический мониторинг, загрязнение окружающей среды, аналитическая химия, экоаналитический контроль, молодые ученые, молодые преподаватели, количественный химический анализ, научно-образовательный центр, физико-химические методы анализа, органические соединения, неорганические соединения.

1. Цель проекта

1.1. Создание условий для эффективного воспроизводства научных и научно-педагогических кадров и закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий, сохранения преемственности поколений в науке и образовании.

Развитие научных основ и технических средств эколого-аналитического мониторинга, химико-аналитического и информационного обеспечения ресурсосберегающего и экологически безопасного функционирования промышленного комплекса Российской Федерации.

1.2. Повышение уровня квалификации и развитие внутрироссийской мобильности научно-педагогических кадров путем выполнения молодыми учеными и преподавателями краткосрочных научных исследований в области экологического мониторинга и техносферной безопасности в научно-образовательном центре ДВФУ «Рациональное природопользование, охрана окружающей среды и безопасность жизнедеятельности».

Приобретении молодыми учеными и преподавателями новых навыков, форм и методов работы, способствующих повышению эффективности и научного уровня проведения научно-исследовательских работ в части сокращения сроков выполнения заданий, повышения качества измерений путем использования дорогостоящего прецизионного научного оборудования НОЦ ДВФУ.

2. Основные результаты проекта

2.1. Основные теоретические и экспериментальные результаты

• В ходе выполнения краткосрочных НИР повысили квалификацию 10 молодых ученых и преподавателей, работающих в 8 командирующих научных или образовательных организациях из городов: Благовещенск, Волгоград, Иркутск, Комсомольск-на-Амуре, Саратов, Хабаровск, Южно-Сахалинск.
• В научно-образовательном центре ДВФУ молодыми учеными и преподавателями выполнены краткосрочные научные исследования по 10 темам:

• Изучение структуры и свойств композиционных материалов на основе золошлаковых отходов;
• Исследование физико-химических свойств строительных материалов нового поколения;
• Экологический мониторинг загрязняющих веществ;
• Геохимический мониторинг и прогнозные оценки активности грязевых вулканов о-ва Сахалин;
• Исследование сорбционной активности сорбентов на основе сапропеля хабаровского в отношении полярных и неполярных органических веществ, катионов металлов;
• Исследование ископаемых углей Приамурья методами ТОС и ИК-спектрометрии;
• Детоксикация нефтезагрязненных почв хитозаном;
• Исследование состава дымов, получаемых при сжигании бурых углей Приамурья, методами ТОС, ИК-спектрометрии, газовой хроматографии;
• Оценка золошлаковых отходов как источник загрязнения окружающей среды и как источник вторичного сырья;
• Разработка и обоснование эффективных способов извлечения ценных компонентов из техногенного углеродсодержащего минерального сырья.

• Целью научно-исследовательской работы аспиранта кафедры ОПИ и инженерной экологии Национального исследовательского Иркутского государственного технического университета Барахтенко  Вячеслава Валерьевича является разработка технологии переработки золошлаковых отходов с получением новых высокоэффективных, экологически чистых и относительно дешевых строительных и отделочных материалов на основе термопласта поливинилхлорида. В рамках выполнения краткосрочной НИР выполнены экспериментальные исследования химического состава образцов золошлаковых отходов методами атомно-абсорбционной спектрометрии, рентгено-флуоресцентного анализа. Произведены исследования по изучению гранулометрического состава различных наполнителей. Показана зависимость твердости материала от рецептуры изготавливаемого композита и обоснован выбор полимерного связующего для производства материала. Изучена структура композиционных материалов с использованием оптического микроскопа. В ходе выполнения научно-исследовательской работы был проанализирован химический состав наполнителя для изготовления полимерно-минеральной композиции и доказана его экологическая безопасность (раздел 1 отчета).
• Научные исследования аспиранта кафедры ОПИ и инженерной экологии Национального исследовательского Иркутского государственного технического университета Бурдонова Александра Евгеньевича (раздел 2 отчета) также посвящены решению актуальной проблемы исследования физико-химических свойств строительных материалов на основе полимеров и отходов теплоэнергетики.  Для решения поставленных задач в рамках краткосрочной НИР были выполнены экспериментальные исследования химического состава углей и золошлаковых материалов Иркутской области, изучены физические характеристики используемых наполнителей (получены данные по влажности наполнителя, его удельной поверхности, проведен гранулометрический анализ материалов - золошлаковых отходов различных предприятий). На современном аналитическом оборудовании проведен химический анализ материалов с различным содержанием наполнителя для оптимизации рецептуры изучаемых теплоизоляционных композитов.
• Работа доцента кафедры «Экология» ВПО «Саратовский государственный технический университет» (г.Саратов), к.х.н. Дячук Ольги Александровны направлена на развитие аналитического обеспечения экологического мониторинга экотоксикантов, а именно, - на улучшение аналитических характеристик люминесцентного метода определения полициклических ароматических углеводородов на целлюлозной матрице при ее модифицировании поверхностно-активными веществами. Выполненная краткосрочная НИР направлена на сравнительное изучение сорбционных свойств полярного сорбента – целлюлозы и неполярного сорбента – пенополиуретана (ППУ), применяемых в качестве матрицы для люминесцентного анализа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и нефтепродуктов (раздел 3 отчета).
• Целью проводимых научным сотрудником лаборатории анализа природных катастроф Института морской геологии и геофизики ДВО РАН (г.Южно-Сахалинск) Ершовым Валерием Валерьевичем исследований является изучение связи между динамикой вещественного состава твердых, жидких и газообразных продуктов деятельности грязевых вулканов о. Сахалин и сейсмотектоническими процессами в регионе (раздел 4 отчета). Комплексное изучение вещественного состава доставленных молодым исследователем проб продуктов вулканической деятельности продуктов грязевулканической деятельности методами атомно-эмиссионной спектрометрии, ионной хроматографии, спектрофотометрии и капиллярного электрофореза позволит определить особенности физико-химических взаимодействий в специфической геохимической системе «вода-порода-газ», которой являются подводящие каналы грязевых вулканов, и проверить гипотезу о предложенном механизме связи. Результаты, полученные в рамках указанных исследований, необходимы, в частности, для разработки методики прогноза сильных землетрясений по данным наблюдений за деятельностью грязевых вулканов.
• Область научных интересов преподавателя и аспиранта кафедры «Технология переработки нефти и газа» ГОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» Кириллова Алексея Витальевича - получение сорбентов из доступного и экологически чистого сырья – сапропеля (раздел 5). Целевое назначение создаваемого сорбента – извлечение из сточных вод предприятий как органических веществ (нефтепродуктов), так и  полярных компонентов растворов (ионов тяжелых металлов). Актуальность выбранной тематики обусловлена наличием в черте города Комсомольск-на-Амуре нескольких крупных предприятий: Комсомольский ПНЗ, Авиастроительный завод, другие предприятия металлургической промышленности, сточные воды которых не достигают необходимой степени очистки. Результаты выполненных исследований позволят ускорить защиту кандидатской диссертации.
• Аспирант Институт геологии и природопользования ДВО РАН (г.Благовещенск) Киселева Александра Алексеевна проводит исследования, целью которых является определение направления рационального использования углей Приамурья, выбор оптимальных методов обогащения и предварительной обработки, обеспечивающих уменьшение негативного влияния на экосистему вследствие выбросов в атмосферу широкого спектра углеводородных соединений. Для достижения поставленной цели в рамках краткосрочной НИР изучен состав углей, используемых для сжигания на энергетических предприятиях Амурской области, проведена оценка качества угля и предполагаемый экологический ущерб от его сжигания (раздел 6 отчета).
• Изучение эффективных способов очистки нефтезагрязненных почв – тематика основных научных исследований преподавателя ГОУ ВПО «Волгоградский Государственный Технический Университет» Кокориной Надежды Геннадьевны (раздел 7 отчета). Изучение наиболее эффективных способов использования хитозана различного происхождения и агрегатного состава для детоксикации почв, загрязненных основными видами нефтепродуктов, является важным научным направлением, имеющим как фундаментальную, так и прикладную ценность. В рамках краткосрочной НИР выполнены исследования по разработке методики детоксикации почв с учетом их генетических свойств; исследовать эффективность сорбции нефтепродуктов с помощью хитозана различного агрегатного состава (твердого и жидкого), концентрации и сроков экспозиции; определить рациональные экологически целесообразные способы и сроки сорбции основных видов нефтепродуктов в почвах природными сорбентами (хитозан, древесные опилки, перолизированные древесные опилки и камыш).
• В рамках проекта старший научный сотрудник Института геологии и природопользования ДВО РАН (г.Благовещенск) Памирский Игорь Эдуардович выполнил исследования, целью которых является повышение эффективности очистки дымовых газов тепловых электростанций и металлургических комплексов, работающих на сжигании угля. Цель работы, выполненной в рамках краткосрочной НИР, – выяснить, является ли способ очистки дыма водяным паром эффективным для улавливания опасных органических соединений, образующихся при сжигании угля. Для достижения поставленной цели методами исследования: ИК-спектрометрии, газовой и жидкостной хроматографии было выполнено исследование состава конденсатов, полученных в результате двукратной конденсации паро-дымовой смеси на опытно-лабораторной установке, созданной на базе Амурского научного центра ДВО РАН (раздел 8 отчета).
• Основное направление научных исследований аспиранта Института горного дела ДВО РАН (г.Хабаровск) Прохорова Константина Валерьевича (раздел 9 отчета) - использование золошлаковых отходов в народном хозяйстве.  Объектом исследования явились углеродсодержащие отходы: зола и донные отложения золоотвалов ТЭЦ Хабаровского и Приморского краев. Эффективным способом сокращения отходов является их переработка с расширением номенклатуры товарной продукции. Приоритетное значение приобретает переработка на основе современных методов обогащения, а также контроль состава продуктов обогащения на аналитическом оборудовании с высокой точностью и востпроизводимостью результатов. Разнообразие химического и вещественного состава золошлаковых отвалов, как по основным компонентам, так и по элементам-примесям требует комплексного подхода к изучению техногенного сырья. Исследования Прохорова К.В. включают оценку возможности извлечения ценных компонентов из золы уноса ТЭЦ, разработку методов извлечения алюминия и железа, выявление возможных путей извлечения редких и благородных металлов; а также оценку химического состава золошлаковых отходов и как источника негативного воздействия на окружающую среду. Экспериментальные исследования состава и структуры техногенных отходов выполнены с применением методов атомно-абсорбционного, оптического эмиссионного с индуктивно-связанной плазмой, рентгено-флуоресцентного анализов. Выявлены миграции элементов в процессе обогащения, а так же остаточная концентрация тяжелых и ценных компонентов в хвостах обогащения, которые необходимо будет складировать на новое место, и которые будут влиять на окружающую среду.
• Целью научно-исследовательской работы преподавателя, аспиранта кафедры «Экологии, ресурсопользования и безопасности жизнедеятельности», члена Совета молодых ученых ГОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет» (г.Хабаровск) Черенцовой Анны Александровны является изучение техногенного воздействия золоотвалов на природную среду и обеспечение экологической безопасности в зоне их влияния. В рамках выполнения краткосрочной НИР выполнены экспериментальные исследования на содержание тяжелых металлов в почвенных пробах в зоне воздействия золоотвала ТЭЦ-3 г.Хабаровска и в золошлаковых отходах методами атомно-абсорбционной спектрометрии, рентгено-флуоресцентного анализа (раздел 10 отчета). Проведенные исследования позволят дать комплексную оценку почв в районе влияния золоотвала и могут быть положены в основу теоретического обоснования распределения в почвах тяжелых металлов, поступающих от золоотвала.

2.2. Новизна научных результатов

Исследования молодых ученых и преподавателей были направлены на решение актуальных, значимых проблем и получение новых результатов в области мониторинга состояния окружающей среды, предотвращение и ликвидация ее загрязнения.

• В ходе выполнения НИР исполнителями проекта получена, систематизирована  и проанализирована информация о методах выявления закономерностей содержания, особенностей миграции и аккумуляции микроэлементов и органических загрязнителей в объектах окружающей среды; выполнен анализ информации о современном состоянии лабораторно-аналитического и метрологического обеспечения экоаналитического контроля в области химического анализа проб воздуха, воды, почвы, грунтов, биологических объектов.
• Выделены приоритетные показатели и обосновано аппаратурное обеспечение химического анализа воздуха, проб воды, почвы, грунтов.
• Усовершенствованы технологии опробования, подготовки проб и методов анализа для оперативного контроля содержания загрязняющих веществ, в том числе экотоксикантов, в природных средах. Освоены и получены навыки работы на современном  химико-аналитическом оборудовании.
• Повышены точность и правильность количественного химического анализа природных объектов на содержание загрязняющих веществ с использованием современного аналитического оборудования, в том числе в области «следового» и «ультра-следового» анализа.
• Определена степень загрязнения объектов окружающей среды, выявлены источников эмиссии, пути миграции и накопления загрязняющих веществ.
• Проведена оценка золошлаковых отходов как источник загрязнения окружающей среды и как источник вторичного сырья; изучены технологии переработки золошлаковых отходов; освоены современные методы химического анализа отходов и продуктов их переработки; исследованы физико-химические свойства композитных материалов на основе полимеров и отходов теплоэнергетики; разработаны способов извлечения ценных компонентов из зотошлаковых отходов.
• Изучена активность сорбентов, полученных из природного сырья, в процессах очистки сточных вод от органических и неорганических (тяжелые металлы) загрязнителей, детоксикации нефтезагрязненных почв.
• Разработана методика количественного определения нефтяных углеводородов с использованием численного подиапазонного интегрирования инфракрасных спектров поглощения

2.3. Сопоставление с результатами аналогичных работ мирового  уровня

Высокий научный уровень профессорско-преподавательского состава, современная сертифицированная приборная база, развитое метрологическое обеспечение аккредитованных лабораторий, квалифицированные кадры инженеров-прибористов и химиков-аналитиков позволили получить результаты, сопоставимые с результатами аналогичных работ мирового  уровня.

3. Назначение и область применения результатов проекта

Рациональное использование природных ресурсов, безопасное функционирование и инновационное развитие промышленности, в том числе таких отраслей экономики, как добыча и переработка биоресурсов, горнодобывающая и горноперерабатывающая промышленность, топливно-энергетический и нефтегазовый комплекс, связаны с химико-аналитическим обеспечением экологического контроля и мониторинга. В этих условиях особую важность приобретает подготовка кадров высшей квалификации в области рационального природопользования и охраны окружающей среды, в том числе в области  химико-аналитического контроля состояния объектов окружающей среды.

Сохранение и развитие кадрового потенциала научно-технического комплекса России, обеспечение преемственности научных знаний являются важнейшими государственными задачами. С начала 1990-х годов и до последнего времени в России этому вопросу не уделялось достаточного внимания. А это, в частности, привело к сокращению численности лиц, занятых в научной сфере, ослаблению интереса молодежи к научной деятельности, оттоку молодых кадров из науки и образования. Негативные тенденции, возникшие вследствие недостаточно продуманной государственной политики, необходимо рассматривать их как реальную угрозу национальной безопасности России. Поэтому очень важным является воспроизводство и закрепление научных кадров.

Одним из перспективных направлений в решении этих задач является организация образовательных программ высокого уровня, повышение эффективности и научного уровня проведения молодыми учеными и преподавателями научно-исследовательских работ, качества измерений путем выполнения краткосрочных НИР на базе крупных научно-образовательных центров с использованием современного прецизионного научного оборудования.

Настоящая НИР направлена на создание условий для эффективного воспроизводства научных и научно-педагогических кадров и закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий посредствам проведения научных исследований в области естественных наук «Экология», «Химия», «Науки о земле», «Биология» «Геология», «Аналитическая химия»,  и в интересах развития научно-методических основ аналитического контроля объектов окружающей среды молодыми учеными и преподавателями в научно-образовательном центре ДВФУ «Рациональное природопользование, охрана окружающей среды и безопасность жизнедеятельности».

4. Перспективы развития исследований

В настоящее время стремительно увеличивается количество химико-аналитических исследований состояния окружающей среды, работ, связанных с экологическим контролем деятельности предприятий, с решением различных вопросов рационального природопользования. Причем, помимо резко возросшего объема таких работ, в последние годы наблюдается быстрый рост требований к определению широкого спектра различных соединений, в том числе загрязнителей в различных объектах окружающей среды. Уровень решения аналитических задач определяется состоянием приборной базы, кадровым и метрологическим обеспечением, наличием современных аттестованных методик анализа и лабораторий, способных их выполнить. Однако развитие химико-аналитической аппаратуры не только не снимает проблему качества выполняемых измерений, но, напротив, предъявляет все более высокие требования во всех аспектах проведения измерений. Кроме того, существуют экологические проблемы, требующие глубокой предварительной научной проработки, сугубо научных знаний и данных геохимического или физико-химического характера.

Интересы развития в этой сфере могут быть обеспечены за счет интеграции усилий различных организаций, направивших молодых ученых и преподавателей для выполнения краткосрочных НИР в рамках проекта. Совместное выполнение краткосрочных НИР на приборной базе НОЦ ДВФУ создает хорошую основу для сотрудничества не только с коллективом ДВФУ, но и для формирования новых партнерств в других регионах, что позволит эффективнее решать комплекс научно-исследовательских и прикладных аналитических задач, стоящих перед исследовательскими коллективами.

5. Опыт закрепления молодых исследователей – участников проекта в области науки, образования и высоких технологий

Все участники проекта – исполнители краткосрочных НИР закреплены в сфере науки и образования.

Руководитель НИР, д.т.н., проф. В.И.Петухов