Gani Iztleuov

Бұл мақалада табиғи компоненттерге негізделген суперсіңіргіш гидрогельдердің химиялық технологиясы зерттелген. Зерттеу нысаны крахмал, акриламид және каолин негізінде синтезделген композиттік гидрогельдер болды. Крахмал биоыдырайтын полимерлік матрица ретінде қолданылса, акриламид гидрофильдік қасиеттерді және ісінудәрежесін арттыру үшін енгізілді. Қабатты алюмосиликатты минерал каолин гидрогель құрылымының механикалық беріктігін және термиялық тұрақтылығын жақсартатын бейорганикалық толтырғыш ретінде қолданылды. Инициатор мен айқастырып тігуші агент концентрациясының гидрогельдің ісіну дәрежесіне әсері зерттелді. Эксперименттік деректер инициатор концентрациясы 0,8–1,0 масс.% болғанда гидрогельдің ісіну дәрежесі жоғары мәнге жететінін көрсетті. Бұл құбылыс бос радикалдардың түзілу қарқындылығының артуымен және полимер тізбектерінің тиімді қалыптасуымен түсіндіріледі. Инициатор мөлшерінің шамадан тыс артуы торлы құрылымның тығыздалуына және ісіну қабілетінің төмендеуіне әкеледі. Инициатор мөлшері 1 масс.% болған жағдайда гидрогельдің су сіңіру қабілеті 890 г/г құрады.NaCl концентрациясының артуы гидрогельдің су сіңіру қабілетін төмендетті. Композиттік гидрогельдің элементтік құрамы энергия-дисперсиялық рентгендік спектроскопия әдісімен анықталып, органикалық полимер матрицасының қалыптасқаны дәлелденді. Алынған гидрогельдер экологиялық қауіпсіз және ауыл шаруашылығында перспективалы материалдар болып табылады

Бұл жұмыста крахмал, акриламид және каолин негізінде алынған композиттік гидрогельдердің құрылымдық, морфологиялық және термиялық қасиеттері зерттелді. Гидрогельдер бос радикалды сополимерлену арқылы синтезделді. Термогравиметриялық талдау гидрогельдердің көпсатылы термиялық ыдырауға ұшырайтынын көрсетті: 70-250°C аралығында массаның шамамен 11,07% төмендеуі, 250-320°C аралығында 8,28% және 320-350°C аралығында 3,71% ыдырауы анықталды. DTG қисығында Tmax ≈ 290°C мәнінде ыдыраудың ең жоғары жылдамдығы байқалып, бұл композиттің жеткілікті термиялық тұрақтылыққа ие екенін көрсетті.Зерттеу нәтижелері каолиннің полимер матрицасының құрылымдық беріктігін арттырып, гидрогельдердің тұрақтылығын күшейтетінін дәлелдеді. Алынған нәтижелер гидрогельдердің су сіңіру қабілеті жоғары және құрылымдық тұрғыдан тұрақты материал екенін дәлелдейді.Термогравиметриялық талдау композиттердің көпсатылы термиялық ыдырауға ұшырайтынын және каолиннің термиялық тұрақтылықты арттыратынын дәлелдеді. Алынған гидрогельдер экологиялық қауіпсіз, құрылымдық тұрғыдан тұрақты материалдар ретінде ауыл шаруашылығы мен қоршаған ортаны қорғау салаларында қолдану маңызы үлкен болып табылады.

This study evaluated a superabsorbent polymer (SAP) hydrogel synthesized from hydrolyzed polyacrylonitrile (GIPANA) and an anionic polyacrylamide component cross-linked with formaldehyde for improving soil water status and crop performance under arid field conditions in the Turkistan Region (Saryagash District, Kazakhstan) during the 2024 growing season. A randomized complete block design with three replicates tested three crops (rice, wheat, saffron) under three hydrogel treatments: control (T0), 0.2% (w/w) hydrogel (T1), and 0.4% (w/w) hydrogel (T2), with identical crop-specific irrigation inputs across treatments. Soil moisture was monitored using TDR at 0–10, 10–20, and 20–40 cm depths over time; field infiltration, wetting depth, and a retention coefficient were determined using double-ring infiltrometry; and laboratory swelling capacity was measured for unmodified and Ca–P modified hydrogels. The experimental soil remained non-saline and chemically stable across the season, enabling attribution of observed responses primarily to hydrogel amendment. Hydrogel application increased volumetric soil water content in a consistent dose-responsive manner across crops and depths, with the largest and most persistent gains under T2, particularly in the 20–40 cm layer in rice later in the season. In parallel, infiltration rate, wetting depth, and retention coefficient increased substantially with hydrogel dose. Laboratory tests confirmed rapid swelling and high absorption capacity, which further increased with Ca–P modification. Improved soil water availability translated into enhanced vegetative growth (plant height and leaf number) and higher yields in all crops, with T2 providing the most consistent agronomic benefits. Overall, the results demonstrate that GIPANA–polyacrylamide hydrogel amendment can improve root-zone moisture dynamics, soil water transmission, and crop productivity in arid irrigated systems, supporting its use within integrated water-saving soil management strategies.

Water scarcity and increased drought frequency threaten irrigated cereal production across arid and semi-arid regions. Superabsorbent polymers (SAPs) can improve soil water retention and reduce non-productive losses, but field-scale effectiveness depends strongly on placement strategy and soil conditions [1–5]. This study evaluated a commercially available cross-linked polyacrylamide SAP applied locally using a slitter-based implement at two rates (30 and 60 kg ha⁻¹) and two placement depths (20 and 40 cm) under irrigated wheat (Triticum aestivum L., cultivar ‘Steklovidnaya-24’) in Eastern Kazakhstan (April–June 2025). A randomized complete block design with three replications was used (6 × 4 m plots). Soil moisture was measured by depth (0–5, 0–20, 20–40 cm) using the thermostat–weight (oven-drying) method; soil reaction (pH) was measured in a salt extract prepared by the TSINAO method using a calibrated pH meter; and grain yield was assessed by whole-plot harvest and converted to a hectare basis. Localized SAP placement redistributed water downward, with a 3.6–3.8 percentage-point reduction in the 0–20 cm layer and a 3.2–3.6 percentage-point increase in the 20–40 cm layer, resulting in an 8–11% increase in root-zone moisture reserves. The number of irrigations decreased from two to one, reducing seasonal irrigation from 1,800 to 900 m³ ha⁻¹, while crop growth indicators visibly improved relative to the control. Overall, 30 kg ha⁻¹ placed at 20 cm provided the most favorable balance between agronomic benefit and input intensity, consistent with broader evidence that targeted subsurface SAP placement can enhance irrigation water productivity.

Global food security is increasingly threatened by escalating water scarcity and progressive soil degradation, particularly subsoil compaction resulting from repeated heavy machinery traffic. In many arid and semi-arid regions, bulk soil density may reach 1.68 g cm⁻³ in the 40–60 cm layer of heavy clay–loam soils, severely restricting water infiltration, gaseous exchange, and nutrient transport, ultimately causing substantial yield losses. This study investigated the synergistic effects of deep slitting (subsoiling) and superabsorbent hydrogel polymer (SAP) application on soil moisture dynamics and the productivity of Baisheshek barley (Hordeum vulgare L.) under the arid steppe conditions of the Turkestan Region, Kazakhstan. A field experiment with four replications and seven treatments was conducted on compacted heavy clay–loam soil. Soil sampling and agrochemical analyses were performed across three representative sites to account for spatial heterogeneity and to evaluate the robustness of the proposed technology under variable field conditions. Treatments combined two slitting depths (20 cm and 40 cm) with two hydrogel rates (30 kg ha⁻¹ and 60 kg ha⁻¹). The optimal treatment—20 cm slitting with 30 kg ha⁻¹ hydrogel (SCH-20+30)—produced the most favorable soil moisture retention and highest agronomic performance, achieving a yield of 23.2 c ha⁻¹, a 53.6% increase (8.1 c ha⁻¹ gain) over the control (15.1 c ha⁻¹). The 30 kg ha⁻¹ dose was also the most economically efficient, as doubling the rate provided no significant benefit. To enable practical implementation, a patented Combined Seeding Unit (CSU) was developed to integrate deep slitting, hydrogel application, fertilizer placement, and seeding into a single-pass operation. This innovative methodology represents a technologically advanced, water-efficient, and sustainable approach for high-yield barley and other grain cultivation in arid and semi-arid regions, offering a practical model for precision soil and water management under climate-induced water scarcity.

Қазіргі климаттық өзгерістер мен қуаңшылықтың жиілеуі жағдайында агроөнеркәсіп кешенінің алдында тұрған негізгі мәселелердің бірі – су ресурстарын тиімді пайдалану болып табылады. Осы зерттеудің мақсаты – Шығыс Қазақстанның қуаң аймақтарында топыраққа енгізілетін гидрогель мөлшерінің топырақтың ылғал сақтау қабілетіне, өсімдіктің өсуіне және жаздық бидай өнімділігіне әсерін тәжірибелік тұрғыда бағалау. Бұл жұмыста гидрогельдерді Қазақстанның құрғақ климаттық жағдайында ауыл шаруашылығы дақылдарының өнімділігін арттыруға бағытталған су үнемдеу технологиясы ретінде қолдану мүмкіндіктері қарастырылды. Далалық және зертханалық зерттеулер нәтижесінде гидрогельдерді 25–30 кг/га мөлшерінде қолдану топырақтағы ылғал режимін жақсартып, өсімдіктердің тамыр жүйесінің дамуын күшейтетіні және құрғақшылық стрессіне төзімділікті арттыратыны анықталды. Гидрогельдің оңтайлы мөлшері өнім көлемін едәуір көбейтіп, су шығынын азайтуға мүмкіндік береді. Бұл аймақтың агроөнеркәсіп саласының тұрақты дамуы үшін аса маңызды. Зерттеу нәтижелері көрсеткендей, дайындалған гидрогельдер ылғалды тек сақтап қана қоймай, оны өсімдік тамыры орналасқан аймақта біртіндеп бөліп шығарады. Соның арқасында өсімдіктердің суға қолжетімділігі артады. Әзірленген технологияны енгізу топырақ бетінен ылғалдың физикалық булануын 3,6–3,8%-ға дейін төмендетіп, суару суын тиімді пайдалануға мүмкіндік берді. Соның нәтижесінде тамыр аймағындағы ылғал мөлшері 3,2–3,6%-ға артып, өсімдіктердің сумен қамтамасыз етілуі жақсарды.Жалпы алғанда, суару суын үнемдеу деңгейі 50%-ға дейін жетті, бұл су ресурстары шектеулі аймақтар үшін аса маңызды нәтиже болып табылады. Бұл гидрогель негізіндегі жүйелердің әмбебап әрі ауыл шаруашылығында қолдануға тиімді технология екенін дәлелдей

Оңтүстік Қазақстанның құрғақ аймақтарында топырақтың ылғалдылығын арттыру мақсатында гидрогельдердің қасиеттерін әзірлеу және зерттеу жұмыстары жүргізілді. Зерттеу барысында полиакриламид және крахмал, акриламид және каолин негізіндегі гидрогельдер (КАКНГ) қолданылып, олардың топырақтың су сіңіру қабілетіне, өсімдіктердің өсуіне және өнімділігіне әсері бағаланды. Нәтижелер гидрогельдердің, әсіресе полиакриламид негізіндегі гидрогельдердің, топырақтың ылғалдылығын айтарлықтай жақсарта алатынын көрсетті. Сонымен қатар, гидрогельдердің топырақтың физика-химиялық қасиеттеріне оң әсері анықталды. Зерттеу барысында топырақтың су сіңіру қасиеттері, өсімдіктердің өсуі мен өнімділігі бақыланды, сонымен қатар топырақтың химиялық талдаулары жүргізілді. Гидрогельдерді қолдану топырақтың су сіңіру қасиеттерін айтарлықтай жақсартып, тәжірибе алқаптарда өсімдіктердің өсуін нығайтты. Полиакриламид негізіндегі гидрогель қолданылған алқаптарда күріш өнімі 18%-ға артты. Бидай мен мақсары өнімі сәйкесінше 12% және 15%-ға өсті. Крахмал, акриламид және каолин негізіндегі гидрогель төмен нәтижелер көрсетті, бірақ ол да бақылау алқаптарына н 8–10%-ға жоғары болды. Нәтижелер гидрогельдердің су тапшылығы жағдайында жоғары тиімділігін және құрғақ аймақтарда ауыл шаруашылық өндірісі үшін практикалық құндылығын растайды және . жабындау және тамшылы суару сияқты дәстүрлі ылғалды сақтау әдістерінің тиімділігін арттыру әлеуетін көрсетеді және климаттың өзгеруі контекстінде тұрақты ауыл шаруашылығы үшін құнды болады.

It is known that one of the main physical and chemical properties of absorbents is their water-absorbing capacity, which depends on the degree of neutralization of the carboxyl groups of the main monomer and the concentration of the cross-linking agent. Inthis study, novel crosslinking agents based on divinyl quaternary ammonium salts of dialkylaminoalkyl methacrylates (DMAEMA and DEAEMA) with dihalogen compounds (such as 1,2-dibromoethane and 1,3-dichloropropanol) were successfully synthesized and characterized. These salts demonstrated spontaneous polymerization in aqueous and ethanol media at 20-50°C, forming water-soluble products at low conversion levels (8-10%). Further polymerization led to the formation of crosslinked structures. Kinetic studies revealed a first-order reaction with respect to monomer concentration, with the rate significantly increasing as concentration rose from 0.25 to 0.5 mol/L. Furthermore, the detailed technological processes for both crosslinker and hydrogel production were established, including temperature, timing, and purification steps.

One of the ways of water management in agriculture is the use of highly swelling polymer hydrogels (HSPH). New hydrogels based on ech, ammonia and gipan were produced. An upward change in the amount of cross-linking agent in the gel, in our case from 0.1 to 9%, also affects the increase in cross-linking of the main chains of acrylic acid and, as a consequence, a decrease in sorption. Sorption is explained not only by gel-ion ion exchange, but also by complex formation between the polymer structure and the ions of these metals, or electrostatic interaction. During the study, it was found that the size of the polymer grain has a noticeable effect on the static exchange capacity. As the polymer grain decreases, the static capacity increases. The influence of factors (temperature, concentration, etc.) on the degree of swelling of hydrogel has been studied. As a result of systematic studies of the produced polymers, further directions for research of the developed complex structural polymers are shown. The proposed field of application: agriculture, metallurgical industry, medicine, cosmetology, household chemistry.

Бұл зерттеуде ауыл шаруашылығында қолдануға арналған биокомпозиттік гидрогельдердің физика-химиялық және агрономиялық қасиеттері кешенді түрде зерттелді. Гидрогельдер гидролизденген полиакрилонитрил (ГИПАН) және натрий карбоксиметилцеллюлозасы (КМЦ) негізінде синтезделіп, олардың ісіну дәрежесі, су ұстау қабілеті мен механикалық тұрақтылығы анықталды. Синтез нәтижелері бойынша ең тиімді гидрогель құрамы ГИПАН/КМЦ = 70/30 қатынасы болып табылды, ол жоғары ісіну дәрежесімен (580 г/г) және 7 күннен кейінгі су ұстау қабілетімен (85%) ерекшеленді. Гидрогельдердің топырақ жағдайындағы механикалық қасиеттері зерттеліп, балшықты топырақта құрылымның тұрақтылығы 180 күнге дейін сақталатыны анықталды. Ауыл шаруашылық тәжірибелері гидрогельдердің топырақтың физикалық параметрлеріне айтарлықтай әсер ететінін көрсетті: далалық ылғал сыйымдылығы 46,4% артты, су өткізгіштігі 37,8% төмендеді, ал әлсіреу ылғалдылығы 50% көбейді. Гидрогель құрамында инкапсуляцияланған тыңайтқыштардың (азот, фосфор, калий) бөліну тиімділігі жоғары болып, 30 күн ішінде 70-80% деңгейінде жүзеге асты, ал пайдалану тиімділігі 82-85% аралығында болды. Өсімдік өсіру тәжірибелері көрсеткендей, гидрогель енгізу (0,3%) өсімдіктердің биіктігін 20,4%, дән массасын 17,4%, өнімділік 30,2%, ал ақуыз мөлшері 13,3% артты. Сонымен қатар, әртүрлі ауылшаруашылық дақылдарында (бидай, жүгері, мақта, көкөністер) гидрогель қолдану өнім өсімін 25-40%, су үнемдеуді 30-50% деңгейінде қамтамасыз етті. Жалпы алғанда, гидрогельдерді қолдану топырақтың су-физикалық қасиеттерін жақсартуға, тыңайтқыштардың тиімділігін арттыруға және су ресурстарын үнемдеуге мүмкіндік береді.