СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2007 года по МПК C02F1/46 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способам получения растворов, обладающих заранее обусловленными свойствами, и может найти применение в химической, пищевой промышленности, сельском хозяйстве, медицине и других отраслях хозяйства.

Известны различные способы активирования водных растворов: механическое диспергирование, воздействие лазером, постоянным магнитным или высокочастотным электромагнитным полем, а также электрохимическим способом [1; 2].

Последний из перечисленных способов заключается в том, что на водосодержащий электропроводный раствор (электролит) воздействуют постоянным электрическим током в диафрагменном электролизере [3].

В результате обработки получают так называемые анолит и католит - жидкости, обладающие рядом специфических свойств, том числе, соответственно, кислотными или щелочными свойствами. Электрохимические показатели (ЭХП) анолита и католита характеризуются водородным показателем (рН) и окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП).

Получаемые указанными способами активированные водные растворы имеют тот недостаток, что вследствие релаксации они сохраняют свои специфические свойства относительно короткое время. Так, 0,5 л католита теряет свойства активности уже через 13-27 часов, анолита - через 17-19 часов [4; с.45].

По этой причине активирование растворов проводят непосредственно перед их использованием, что требует наличия в каждом случае специального оборудования.

Известен способ получения активированных жидкостей [5], который состоит в том, что образующиеся в камерах электролизера активированные растворы сгущают, а полученные концентраты растворяют в жидкости, подлежащей активированию.

Недостатком данного способа, принятого нами за прототип, является высокая энергоемкость процесса получения целевых продуктов. Это обусловлено тем, что концентрация получаемых в электролизере активированных водных растворов не превышает (0,3-0,5) %. Таким образом, чтобы приготовить 3-5 г активированного концентрата, необходимо удалить из раствора, соответственно, от 997 до 995 г воды - вымораживанием, выпариванием, мембранным или другим методом, требующим значительных энергетических затрат.

В основу заявляемого изобретения поставлена задача - снизить энергозатраты на получение активированных растворов. Это достигается тем, что в водный раствор водорастворимой соли, подвергшийся воздействию постоянного электрического тока в камерах диафрагменного электролизера, вводят водорастворимую соль в количестве, позволяющем образовать двухфазную систему, состоящую из насыщенного раствора и равновесного осадка соли, которые после разделения используют для активирования новых растворов.

В определенных случаях, в зависимости от состава и назначения целевого продукта, в активируемый раствор вводят водорастворимые кремнийсодержащие соединения, например силикаты натрия или калия, в количестве от 0,05 до 3,0% к массе раствора.

Практически предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Раствор водорастворимой соли в воде концентрацией (0,1-0,5) % подвергают воздействию постоянного электрического тока в камерах диафрагменного электролизера. В результате электрохимической обработки в камерах электролизера получают два активированных раствора, один из которых - анолит с рН<7,0 - обладает кислотными свойствами и положительным окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП), другой - католит с рН>7,0, соответственно, - щелочными свойствами и отрицательным ОВП.

В каждый из полученных активированных растворов (анолит и католит) вводят соль, хорошо растворимую в воде. При этом соль берется в избытке, в количестве, позволяющем образовать двухфазную систему, состоящую из насыщенного раствора и равновесного осадка соли. После перемешивания и отстаивания насыщенный раствор отделяют от осадка фильтрацией или декантацией, а осадок обезвоживают, например, воздушной сушкой при комнатной температуре или под вакуумом.

В результате перечисленных операций как насыщенный (маточный) раствор, так и осадок соли приобретают свойства электрохимической активности. При разбавлении водой насыщенного раствора или при растворении в воде осадка соли получают активированные растворы с электрохимическими показателями, соответствующими исходным активированным растворам - анолиту и католиту.

Ниже приводятся примеры осуществления заявляемого способа.

Для реализации способа использовали электролизер с корпусом, изготовленным из винипласта, снабженный керамической диафрагмой и графитовыми электродами. Блок питания включал в себя ЛАТР и выпрямитель, а измерительный блок - амперметр постоянного тока и вольтметр. Для измерения водородного показателя рН и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) применяли рН-метр-милливольтметр марки рН-121.

Пример 1

Приготовили 0,5%-ный раствор хлорида натрия NaCl в дистиллированной воде. После обработки раствора в электролизере постоянным электрическим током получили два активированных раствора - анолит и католит. В каждый из них добавили соль - хлорид натрия - в таком количестве, чтобы образовались насыщенный раствор и нерастворимый равновесный осадок (при данной температуре). После отстаивания насыщенный (маточный) раствор и осадок разделили фильтрацией.

При выполнении перечисленных операций измеряли электрохимические показатели (рН и ОВП) растворов: исходного раствора (до активирования), анолита, католита и насыщенных растворов. Результаты измерений представлены в таблице 1.

Таблица 1Характеристика средырНОВП, мВИсходный 0,5%-ный раствор NaCl7,5+80Вода дистиллированная7,1-70Анолит (активированный⁺ 0,5%-ный раствор NaCl)
Анолит, насыщенный солью NaCl2,4
2,1+260
+300Католит (активированный ^-0,5%-ный раствор NaCl)
Католит, насыщенный солью NaCl12,4 11,7-320
-350

Пример 2

В исходный 0,3%-ный водный раствор хлорида натрия NaCl ввели кремнийсодержащее соединение состава Na₂O·mSiO₂+K₂O·nSiO₂ в виде жидкого стекла (ЖС) с содержанием сухого вещества 45% в количестве 1,0% к массе исходного раствора. Приготовленный раствор проактивировали в электролизере. В полученные в результате этого анолит и католит добавили хлорид натрия NaCl в избытке, до образования насыщенных растворов с равновесными осадками соли. Насыщенные (маточные) растворы и осадки разделили фильтрацией. Осадки высушили на фильтре при комнатной температуре и вновь растворили в дистиллированной воде. Результаты измерений электрохимических показателей растворов приведены в таблице 2.

Таблица 2Характеристика средырНОВП,мВИсходный раствор (0,3%-ный раствор NaCl+1,0%-ный раствор ЖС)10,9-280Вода дистиллированная7,2-70Анолит (активированный⁺ 0,3%-ный раствор NaCl+1,0%-ный раствор ЖС)2,4+240Анолит, насыщенный солью NaCl1,8+320Раствор осадка анолита4,6+110Католит (активированный^- 0,3%-ный раствор NaCl+1,0%-ный раствор ЖС)12,5-360Католит, насыщенный солью NaCl10,8-270Раствор осадка католита10,4-260

Данные таблиц 1 и 2 свидетельствуют, что полученные как насыщенные (маточные) растворы, так и соответствующие равновесные осадки солей обладают свойствами электрохимической активности.

Пример 3

Приготовили 0,3%-ный раствор азотнокислого калия KNO₃ в дистиллированной воде. После обработки раствора в электролизере постоянным электрическим током получили два активированных раствора - анолит и каталит.В анолит и католит ввели KNO₃ до образования насыщенных растворов с равновесными осадками. После этого насыщенные растворы и осадки разделили и измерили их показатели, как описано в примере 2. Результаты измерений электрохимических показателей - в таблице 3.

Таблица 3Характеристика средырНОВП, мВИсходный - 0,3%-ный раствор KNO₃9,3-180Вода дистиллированная6,7-60Анолит (активированный⁺0,3%-ный раствор KNO₃)2,0+250Раствор анолита, насыщенный солью KNO₃1,8+260Раствор осадка анолита2,4+190Католит (активированный ^-0,3%-ный раствор KNO₃)11,0-360Раствор католита, насыщенный солью KNO₃10,8-380Раствор осадка католита10,6-260

Пример 4

Условия данного опыта аналогичны условиям опыта 3. Отличие состоит лишь в том, что в исходный 0,3%-ный раствор KNO₃, перед его активированием в электролизере, ввели водорастворимое кремнийсодержащее соединение (Na₂О·mSiO₂+К₂О·nSiO₂) в виде жидкого стекла (ЖС) в количестве 1% с содержанием сухого вещества 45%. Дальнейшие операции по активированию и насыщению анолита и католита солью KNO₃ и разделению твердой и жидкой фаз выполнили в последовательности, описанной в примере 3.

Данные опыта представлены в таблице 4.

Таблица 4Характеристика средырНОВП, мВИсходный раствор (0,3%-ный раствор KNO₃+1,0%-ный раствор ЖС)11,3-300Вода дистиллированная6,7-60Анолит (активированный⁺0,3%-ный раствор KNO₃+1,0%-ный раствор ЖС)2,5+220Раствор анолита, насыщенный солью KNO₃1,8+280Раствор осадка анолита4,3+90Католит (активированный^- 0,3%-ный раствор KNO₃+1,0%-ный раствор ЖС)11,0-360Раствор камолита, насыщенный солью KNO₃10,8-380Раствор осадка католита10,6-260

Полученные в данном примере активированные продукты отличаются от соответствующих образцов, полученных в примере 3, наличием в них кремнийсодержащего компонента.

Пример 5

Изучали изменение электрохимических показателей растворов при их разбавлении. В качестве примеров в таблице 4 представлены результаты измерений электрохимических показателей растворов каталитов в процессе разбавления соответствующих насыщенных растворов:

- образец 5.1. - активированный (0,3%-ный раствор NaCl+1,0%-ный раствор ЖС), насыщенный солью KNO₃;

- образец 5.2. - активированный (0,3%-ный раствор KNO₃+1,0%-ный раствор ЖС), насыщенный солью KNO₃;

- образец 5.3. - насыщенный раствор осадка активированной соли, полученной из раствора:

активированный (0,3%-ный раствор NaCl+1,0%-ный раствор ЖС), насыщенный солью NaCl.

Насыщенные растворы разбавили дистиллированной водой вдвое, затем полученные растворы вновь разбавили вдвое и т.д., в результате получили растворы, разбавленные в 2, 4, 8, 16 и т.д. раз.

Результаты измерений водородного показателя рН и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) исходных и разбавленных растворов представлены в таблице 5.

Таблица 5Кратность разбавленияОбразец 5.1.Образец 5.2.Образец 5.3.рНОВПрНОВПрНОВПИсх. раствор9,9-28010,6-27011,2-2801/29,6-22010,4-26011,4-3001/49,5-21010,3-26011,2-2801/89,3-20010,2-25011,0-2801/169,2-20010,0-24010,8-2601/329,0-1909,8-22010,5-2401/648,8-1809,5-21010,2-2201/1288,6-1709,3-2009,9-2101/256----9,6-1901/512----9,0-160

Пример 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ЦЕЛЕВЫХ ПРОДУКТОВ.

Изучали динамику изменения во времени активных свойств насыщенных растворов и равновесных солей, получаемых заявляемым способом.

С этой целью в электролизере проактивировали растворы различных солей одинаковой начальной концентрации (0,3%). На их основе приготовили насыщенные растворы с равновесными осадками. Насыщенные (маточные) растворы и их осадки разделили и поместили в герметично закрытые сосуды из темного стекла.

При выдерживании образцов в течение более 8 месяцев при комнатной температуре периодически измеряли их электрохимические показатели. Полученные результаты измерений содержатся в таблицах 6 и 7.

Измерения показали, что электрохимические показатели как активированных насыщенных растворов, так и соответствующих активированных осадков изменились незначительно.

Практическая ценность заявляемого способа состоит в том, что данный способ позволяет приготавливать активированные жидкости непосредственно в месте их использования без применения каких-либо технических устройств, а сам процесс приготовления их существенно упрощается: чтобы получить активированный раствор достаточно растворить активированный агент (активированный насыщенный раствор или активированную обезвоженную соль) в определенном количестве воды. При этом, в зависимости от степени разбавления (растворения) исходного агента, сразу получают активированные жидкости с заранее заданными значениями рН и ОВП.

Таблица 6
ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АКТИВИРОВАННЫХ НАСЫЩЕННЫХ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ ПРИ ИХ ХРАНЕНИИАктивированный растворНасыщающий агентА/КИзменение ЭХП насыщенных активированных растворов, месяцыНачало1 месяц2 месяца4 месяца6 месяцев8 месяцеврНОВПрНОВПрНОВПрНОВПрНОВПрНОВП0,3%-ный раствор NaClNaClА+2,2+3202,4+3102,0+2801,8+3001,8+2801,8+2800,3%-ный раствор NaCl+1%-ный ЖСNaClА+2,0+3102,0+3102,2+3002,4+3002,0+2902,0+310К-12,3-34011,9-34011,4-28010,8-28011,2-28011,8-2800,3%-ный раствор KNO₃KNO₃А+1,8+2801,8+2601,6+2601,2+2601,4+2501,4+260К-12,8-38012,6-36012,4-32012,3-31012,3-32012,0-3300,3%-ный раствор KNO₃+1,0%-ный ЖСKNO₃А+2,3+2402,2+2402,0+2202,0+2302,1+2202,2+220К-12,0-36011,0-32011,2-32012,0-33011,9-31011,8-3200,3%-ный раствор NaNO₃NaNO₃А+1,2+3201,4+3001,4+3001,2+2801,0+3100,8+280Принятые сокращения: А+ анолит ЭХП - электрохимические показатели
К- католит ОВП - окислительно-восстановительный потенциал

Таблица 7
ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АКТИВИРОВАННЫХ ОСАДКОВ СОЛЕЙАктивированный маточный растворНасыщающий агентА/КИзменение ЭХП растворов активированных осадков солей, месяцыНачало1 месяц2 месяца4 месяца6 месяцев8 месяцеврНОВПрНОВПрНОВПрНОВПрНОВПрНОВП0,3%-ный раствор KNO₃KNO₃А+2,0+2102,0+2202,2+2002,4+2102,4+2002,2+180К-10,5-27010,2-26010,2-2609,8-2409,0-2308,8-2300,3%-ный раствор KNO₃+1,0%-ный ЖСKNO₃К-10,6-26010,2-2209,8-200-9,7-1909,7-1809,7-1600,3%-ный раствор NaNO₃NaNO₃А+2,7+2102,6+2002,5+2002,5+2002,2+1902,2+2000,3%-ный раствор NaCl+1,0%-ный ЖСNaClК-9,9-4809,6-4209,0-3608,8-3408,6-3208,6-3000,3%-ный раствор NaNO₃+1,0%-ный ЖСNaNO₃А+3,0+1803,1+1803,0+1603,2+1403,2+1303,4+130Принятые сокращения: А+ анолит ЭХП - электрохимические показатели
К- католит ОВП - окислительно-восстановительный потенциал

Достоинство данного способа в сравнении с прототипом заключается также в его экономической эффективности. Предлагаемый способ позволяет создавать устойчивые во времени структуры водосодержащих сред с небольшими энергетическими затратами. Так, по известному способу [5] из 1 л активированного раствора может быть получено лишь 3-5 г активированного препарата, причем на удаление воды, которая составляет подавляющую долю раствора, требуются значительные затраты энергии. В то же время заявляемым способом из 1 л активированного раствора (например, раствора калиевой селитры) может быть получено более 1300 г насыщенного раствора, обладающего теми же электрохимическими показателями.

Существенным достоинством заявляемого способа является и то, что получаемые данным способом активированные агенты (насыщенный раствор и осадок соли) сохраняют свои специфические свойства активности практически без изменения длительное время. Предлагаемый способ может найти применение во всех областях хозяйства, где в настоящее время используются активированные жидкости [6; 7].

Источники информации

1. Пат.РФ 2167823, C02F 1/46, 2001 г.

2. Пат.РФ 2181106, С02F 1/46, 1/48, 2002 г.

3. Электрохимическая активация: очистка воды и получение полезных растворов. / Бахир В.М., Задорожный Ю.Г., Леонов Б.И. и др. М.: ВНИИИМТ, 2001, с.69-81.

4. Техника и наука, 1985, №5, с.43-45.

5. Пат.Украины 34551, C02F 1/46, 2002 г.

6. Прилуцкий В.И; Бахир В.М. Электрохимически активированная вода: аномальные свойства, механизм биологического действия. М.: ВНИИИМТ АО НПО "Экран", 1997. - 228 с.стр.147-155.

7. Авт. св. № 1662943 (СССР), C02F 1/46, 1991 г.

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способам получения растворов с заранее заданными свойствами. Способ включает воздействие на раствор водорасторимой соли в воде постоянным электрическим током в камерах диафрагменного электролизера. В полученный активированный раствор вводят водорастворимую соль в количестве, позволяющем образовать двухфазную систему, состоящую из насыщенного раствора и равновесного осадка соли, которые после разделения используют для активирования новых растворов. В активируемый раствор дополнительно вводят водорастворимые кремнийсодержащие соединения, например силикаты натрия или калия, в количестве от 0,05 до 3,0% к массе раствора. Технический эффект - создание устойчивых во времени активированных структур водосодержащих сред с небольшими энергетическими затратами, которые могут найти применение в химической технологии, сельском хозяйстве, медицине и других областях. 1 з.п. ф-лы, 7 табл.

1. Способ получения активированных растворов, включающий воздействие на раствор водорасторимой соли в воде постоянным электрическим током в камерах диафрагменного электролизера, отличающийся тем, что в полученный активированный раствор вводят водорастворимую соль в количестве, позволяющем образовать двухфазную систему, состоящую из насыщенного раствора и равновесного осадка соли, которые после разделения используют для активирования новых растворов.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в активируемый раствор вводят водорастворимые кремнийсодержащие соединения, например силикаты натрия или калия, в количестве от 0,05 до 3,0% к массе раствора.