МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫЙ СОРБЕНТ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК B01J20/06 

Изобретение относится к области экологии и медицины, в частности к сорбционной очистке водных растворов. Оно может быть дополнительно использовано, в частности, для повышения потребительских и медицинских качеств питьевой воды, ее йодирования, обеззараживания и нейтрализации вредных примесей в ней, быстрого и безопасного приготовления лекарственных растворов (J, Br, микроэлементы).

Известен аналог предложенного - способ изготовления магнитоуправляемого сорбента [1] (RU 2178313 C1, А61М 1/36, 29.08.2000 г.), при котором на поверхность ядра из ферромагнитного материала наносят оболочку из углерода, что совпадает с существенными признаками предлагаемого магнитоуправляемого сорбента, способа его изготовления и способа его применения.

При этом частицы порошка известного сорбента имеют размер внутреннего ядра из ферромагнитного материала от 0,1 до 1000 мкм, а сорбция бактерицидного агента и плотность его размещения на углеродной оболочке не регламентируются.

Известен также другой аналог предложенного - способ изготовления магнитоуправляемого сорбента [2] (RU 2255800 С1, B01J 20/02, 14.10.2003 г.), при котором на поверхность ядра из ферромагнитного материала наносят оболочку из углерода, что совпадает с существенными признаками предлагаемого магнитоуправляемого сорбента, способа его изготовления и способа его применения. При этом частицы имеют вид пластин и имеют толщину 0.1-1000 мкм, габариты в плоскости 500-5000 мкм, а указанная оболочка может отсутствовать или быть покрыта второй оболочкой, а сорбция бактерицидного агента и плотность его размещения на углеродной оболочке не регламентируются.

Известен также другой аналог предложенного - магнитоуправляемый носитель лекарственных веществ и способ его изготовления [3] (RU 2030918), при котором частицы сорбента выполняют из магнитной и сорбирующей части, на сорбирующую часть в виде активированного угля наносят активные реагенты, что совпадает с существенными признаками предлагаемого магнитоуправляемого сорбента, способа его изготовления и способа его применения. При этом магнитную часть выполняют в виде пленки, которую наносят на поверхность сорбирующей частицы. В качестве активного реагента используют лекарственные вещества, при этом плотность размещения активного реагента на углеродной оболочке не регламентируется.

Известен также другой аналог предложенного - магнитоуправляемый сорбент [4] (RU 2178313), содержащий ядро из ферромагнетика, покрытое оболочкой, что совпадает с существенными признаками предлагаемого магнитоуправляемого сорбента, способа его изготовления и способа его применения. При этом оболочка может быть одно- или двухслойной, а сорбция бактерицидного агента и плотность его размещения на углеродной оболочке не регламентируются.

Недостаток указанных технических решений состоит в повышенном размере гранул сорбента и, следовательно, в сниженной площади сорбирующей поверхности, а также в ненормированной плотности размещения активного агента на углеродной поверхности магнитоуправляемого сорбента, что не обеспечивает безопасности применения магнитоуправляемого сорбента, изготовленного известным способом при введении биологически активного агента в воду, с учетом возможности передозировки. Применение такого сорбента ограничивает возможности точного регулирования концентрации биологически активного агента в воде, а также существенно замедляет скорость установления адсорбционного равновесия.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является принятый в качестве прототипа способ изготовления магнитоуправляемого композита для биомедицинских целей и магнитоуправляемый сорбент, изготовленный указанным способом [5] (RU 2109522 C1, А61М 1/36, 01.08.1996 г.), при котором на поверхность ядра из ферромагнитного материала наносят оболочку из углерода, поверх которой наносят активный агент, что совпадает с существенными признаками предлагаемого магнитоуправляемого сорбента и способа его изготовления. Причем в качестве активного агента используют пищевые белки или декстран, или лекарственные препараты, или антитела, а гранулы сорбента выполняют размером 0.5-2.5 мкм.

Способ изготовления магнитоуправляемого сорбента состоит в том, что нанесение активных реагентов, например лекарственных препаратов, проводят методом физической сорбции в физиологическом растворе при 40°С.

Способ использования полученного указанным способом магнитоуправляемого сорбента (МУС) состоит во введении его в очищаемую воду, поглощении (сорбции) вредных примесей, содержащихся в питьевой воде, с учетом развитой поверхности МУС. При этом одновременно происходит десорбция активного реагента с поверхности углеродного слоя МУС в обрабатываемую воду с целью ее стерилизации. Затем с помощью магнитного поля осуществляют сепарацию отработанных частиц и выведение их (вместе с вредными примесями) из воды. На практике безопасность применения такого сорбента снижена по следующим причинам. В способе-прототипе гранулы выполняют размером 0.5-2.5 мкм. Это не обеспечивает достаточного размера поверхности углеродной оболочки на единицу массы МУС, что приводит к необходимости повышения плотности размещения активного реагента на поверхности углеродной оболочки. Необходимое содержание активного реагента на единицу массы сорбента обычно обеспечивают за счет более полного насыщения углеродной оболочки активным реагентом. Заполнение поверхности сорбента активным реагентом с приближением к насыщению происходит за счет заполнения все более глубоких и труднодоступных пор. При этом скорость процесса заполнения существенно замедляется, а время установления равновесия возрастает. Соответственно, скорость установления адсорбционно-десорбционного равновесия на этапе десорбции активного реагента из глубоких пор углеродных покрытий существенно снижена.

Поскольку выход активного реагента из глубоких пор указанного сорбента затруднен, то процесс десорбции активного реагента в водную среду требует большого времени и плохо контролируется.

Подверженность этого процесса влиянию множества технологических и эксплуатационных факторов делает его слабо предсказуемым. Соответственно, скорость установления равновесной концентрации активного агента (например, йода) оказывается малой, а текущая величина концентрации агента в растворе - достаточно случайной.

Таким образом, при йодировании воды концентрация йода в воде зависит как от времени, так и от количества используемого сорбента, что затрудняет дозирование йода в воде, например, с целью соблюдения норм ПДК или медицинской дозировки. Это приводит к необходимости аналитического контроля воды перед ее потреблением. При этом процесс обработки питьевой воды замедляется, становится дороже, его производительность и экологичность снижаются. Отсюда очевиден недостаток способа применения известного магнитоуправляемого сорбента, состоящий в необходимости привлечения специального химико-аналитического оборудования, что затрудняет его применение и делает его дорогостоящим.

Итак, недостаток выбранного в качестве прототипа [5] способа изготовления магнитоуправляемого сорбента, магнитоуправляемого сорбента, изготовленного с его помощью, а также способа его применения состоит в ухудшении следующих характеристик:

- сорбционной емкости;

- экологичности (безопасности использования);

- функциональной гибкости (расширения спектра применения);

- биологической ценности;

- производительности процесса обработки воды;

- времени обработки

- технологичности;

- экономичности;

- простоты применения.

Соответственно, требуемый при очистке и обеззараживании питьевой воды технический результат состоит в повышении вышеуказанных характеристик, в том числе повышается удобство использования МУС за счет многократного использования одной порции сорбента. Кроме того, повышаются потребительские качества питьевой воды путем точно регулируемого ее обогащения полезными биологически активными добавками (йода, брома, микроэлементов).

На чертеже изображены кривые изотерм сорбции.

На чертеже показано семейство кривых зависимости удельной плотности размещения биологически активного агента на поверхности сорбента от концентрации растворенного агента в воде.

Недостатки прототипа - способа изготовления магнитоуправляемого сорбента - устраняются в предлагаемом способе изготовления магнитоуправляемого сорбента, имеющего вид порошка, частицы которого содержат ядро из ферромагнитного материала, покрытое оболочкой из углерода, при котором на поверхность оболочки из углерода наносят из раствора активный агент (Br₂, J₂, микроэлементы), что совпадает с существенными признаками прототипа.

При этом гранулы магнитоуправляемого сорбента выполняют размером от 10 до 1000 нм, снимают изотерму адсорбции соответствующего вещества (активного агента) из раствора на поверхность углеродной оболочки магнитоуправляемого сорбента, покрывающей его ядро из ферромагнитного материала, с учетом полученной изотермы адсорбции вводят такое количество активного агента, которое обеспечивает степень заполнения поверхности сорбента активным агентом не более 2/3 от значения насыщения.

Кроме того, вводят в раствор с находящимся в нем магнитоуправляемым сорбентом такое количество активного агента, которое обеспечивает степень заполнения поверхности сорбента активным агентом менее 0.5 от значения насыщения.

Недостатки магнитоуправляемого сорбента-прототипа устраняются в предлагаемом, получаемом вышеуказанным способом магнитоуправляемом сорбенте, у которого активный агент заполняет поверхность углеродной оболочки сорбента меньше, чем на 2/3 от состояния насыщения, т.е. полного заполнения поверхности сорбента активным агентом.

Также предложен способ обработки воды магнитоуправляемым сорбентом, при котором в обрабатываемую воду помещают магнитоуправляемый сорбент с заданной поверхностной концентрацией активного агента, осуществляют десорбцию последнего в обрабатываемую воду и достигают требуемого значения объемной концентрации активного агента в обрабатываемой воде, а затем осуществляют сепарацию использованного сорбента с помощью гравитационных и/или магнитных сил. Причем используют магнитоуправляемый сорбент, получаемый вышеуказанным способом, а требуемого значения объемной концентрации активного агента в обрабатываемой воде достигают путем изменения температуры раствора до необходимого значения, при котором заданной поверхностной концентрации активного агента соответствует требуемое равновесное значение объемной концентрации активного агента в обрабатываемой воде.

При этом повышение температуры раствора до необходимого значения осуществляют воздействием электромагнитного излучения на ядро из ферромагнитного материала с точкой Кюри, более высокой, чем необходимое значение температуры раствора.

Итак, рассмотрим работу предлагаемого магнитоуправляемого сорбента. Для определенности положим, что в качестве активного агента на поверхность оболочки из активированного углерода нанесен слой йода. Проведенные исследования показали, что плотность его размещения на поверхности оболочки (назовем ее поверхностной плотностью) должна соответствовать участку изотермы адсорбции с концентрацией йода на поверхности сорбента, равной или менее 2/3 от состояния насыщения. Этим обеспечено нанесение неплотного слоя йода, т.е. он не образует монослоя - покрывает не всю площадь углеродной оболочки. Кроме того, обеспечен и необходимый ресурс сорбционной площади МУС (свободной от йода углеродной оболочки), позволяющий ему выполнять и традиционную функцию очистки воды от нежелательных примесей.

Работа предлагаемого сорбента основана на том, что МУС смешивается в рабочем объеме с очищаемой водой. Количество йода, связанного с поверхностью углеродной оболочки, например 1 кг сорбента, достаточно для обработки 30 л воды. При этом происходит десорбция йода - переход его в воду с поверхности углеродной оболочки. При малом заполнении углеродной поверхности процесс десорбции йода протекает в точном соответствии с изотермой адсорбции, см. чертеж, устанавливающей однозначное соответствие между поверхностной концентрацией (кг/м²) йода на поверхности МУС и объемной концентрацией (кг/м³) йода в воде. Поэтому, задав необходимую поверхностную концентрацию йода на поверхности оболочки МУС, исключаем возможность передозировки йода в воде. При этом предполагается, что емкость сорбента по отношению к активному агенту много больше, чем расход последнего при йодировании очередной порции воды. Этим условием обеспечивается малое изменение (снижение) концентрации активного агента на поверхности сорбента, что соответственно приводит к незначительному снижению йода в последовательно обрабатываемых порциях воды. С учетом этого понятна и защищенность от передозировки йода в изготовленном растворе. Действительно, введение большого количества сорбента в сосуд с йодируемой (и очищаемой) водой просто увеличивает ресурс йодирующей способности используемой порции МУС (в пересчете на количество очищаемой воды), гарантируя постоянство заданной концентрации йода в воде.

Для МУС малых размеров с тонкими углеродными оболочками равновесная концентрация йода в приповерхностных слоях воды устанавливается очень быстро. Поэтому при достаточном количестве МУС в воде заданная объемная концентрация раствора йода достигается почти мгновенно. При этом, как отмечено выше, возможность передозировки йода в воде полностью исключена. Избыток введенного количества МУС (по числу частиц, массе или объему) позволяет лишь повысить кратность использования МУС, т.е. йодирования новых порций воды одной и той же порцией МУС.

При десорбции йода в водный массив в дополнение к традиционно реализуемой акцепторной способности сорбента - связыванию вредных неорганических, органических и биологических объектов поверхностью пор сорбирующего слоя (двумерное воздействие) обеспечивается и нейтрализация и деструкция вредных компонентов в объеме воды (трехмерное воздействие), что существенно повышает производительность очистки воды с помощью предлагаемого МУС. Кроме того, обеспечивается и строго дозированное введение значимого для организма активного агента (йода, брома, микроэлементов) в воду, что может быть использовано для дозированного восполнения недостатка указанных веществ в организме и повышения его иммунитета).

Следует пояснить безопасность лекарственного применения активного агента, нанесенного на поверхность наноразмерных гранул. Во-первых, исключается опасность местной передозировки препарата при введении в виде таблеток. Известно, что повышенная концентрация препарата в месте контакта таблетки со слизистой тканью нежелательна. В предлагаемом случае препарат используется в растворенной форме с безопасной концентрацией активного вещества. Во-вторых, изменяется схема приема лекарства. Доза приема лекарства определяется не количеством лекарственного нанометрического порошка (нанопорошка), введенного в мензурку с порцией воды, а объемом этой порции. Таким образом, если принятие нескольких таблеток вместо одной (по традиционной технике применения лекарственных препаратов) приводило к пропорциональной передозировке лекарства в организме, то передозировка нанопорошка, вводимого в воду при подготовке лекарственного раствора, безопасна, поскольку никак не сказывается на концентрации лекарственной формы в растворе. При использовании лекарственного нанопорошка количество введенного в раствор лекарства определяется лишь количеством приготовленного раствора. Отметим, что принимать указанный раствор следует через трубочку, выполняющую функции магнитно-гравитационного сепаратора, задерживающего взвешенную фракцию наночастиц. Роль гравитационной силы очевидна, т.к. плотность нанопорошка больше плотности воды.

Предлагаемое техническое решение может быть удобно для подготовки больших количеств фармакологических растворов при их непрерывном потреблении. Уменьшение объема раствора восполняется просто добавлением воды, а концентрация раствора устанавливается автоматически на заданном уровне в соответствии с изотермой адсорбции.

Следует отметить, что в известных аналогах бактерицидный агент, если и вводился, то лишь с целью консервации массива пор, предохраняя их от размножения микрофлоры по мере насыщения пор сорбента загрязнениями. А содержание указанного агента в водном объеме не соотносилось с изотермой адсорбции, поскольку при толстом слое поверхностной оболочки сорбента проявление адсорбции - установление равновесного состояния - было неконтролируемым образом растянуто во времени.

Следует отметить, что МУС, у которого поверхностная концентрация С₀ лежит в пределах линейного участка изотермы сорбции (график зависимости поверхностной концентрации от объемной), удобен в использовании с учетом возможности его разбавления таким же, но не содержащим йод сорбентом. При этом смесь, содержащая массовое количество M_J «заряженного» и М «пустого» МУС обеспечивает такую же концентрацию йода в растворе, какую обеспечил бы МУС с результирующей поверхностной концентрацией йода С_рез, определяемой по формуле C_рез=C₀[M_J/(M_J+M)].

Как показали проведенные исследования, достаточная линейность изотермы сорбции, соответствующая необходимой на практике точности дозирования йода в растворе, реализуется при таком количестве активного агента, которое обеспечивает степень заполнения поверхности сорбента активным агентом менее 0.5 от значения насыщения. Иными словами, в вышеприведенной ситуации значение относительной поверхностной концентрации активного агента следует делать менее 0.5.

Обращаясь к изотермам адсорбции, изображенным на чертеже, нетрудно увидеть, что управление концентрацией растворяемого агента в воде возможно не только путем применения МУС с соответствующим образом подобранной концентрацией активного агента на угольной поверхности МУС, но также изменением температуры использования МУС.

Применение МУС достаточно просто, даже в домашних условиях. В рабочую емкость (например, стеклянную банку) заливают воду, засыпают в нее некоторое количество соответствующего МУС, на поверхности которого заранее адсорбирован нужный биологически активный агент, и перемешивают содержимое емкости. Осаждение большей части добавленного порошка происходит самопроизвольно под действием гравитационного поля Земли. Затем верхние слои раствора сливают через магнитный сепаратор в резервуар для хранения, а в рабочую емкость заливают новую порцию необработанной воды. На большой поверхности нанодисперсного МУС адсорбируется достаточно большое количество активного агента. Поэтому расход рабочего ресурса МУС в каждой операции приготовления нужного раствора незначителен. Возможность многократного повторения процесса обработки воды с помощью одной и той же порции МУС, безусловно, повышает простоту и удобство использования предлагаемого способа.

С учетом малой толщины сорбирующего слоя и соответственно доступности поверхности сорбента, установление равновесных концентраций происходит почти мгновенно, что существенно сокращает необходимое время обработки и, следовательно, повышает производительность процесса обработки воды. Часть МУС, задержанная в магнитном сепараторе, может быть возвращена и использована для обработки следующих порций воды.

Итак, предложен способ изготовления магнитоуправляемого сорбента, содержащего ядро из ферромагнитного материала, покрытого оболочкой из углерода, при котором на поверхность оболочки из углерода наносят из раствора активный агент (Br₂, J₂, микроэлементы), отличающийся тем, что гранулы магнитоуправляемого сорбента выполняют размером от 10 до 1000 нм, снимают изотерму адсорбции активного агента из раствора на поверхность углеродной оболочки магнитоуправляемого сорбента, покрывающей его ядро из ферромагнитного материала, с учетом полученной изотермы адсорбции вводят такое количество активного агента, которое обеспечивает степень заполнения поверхности сорбента активным агентом не более 2/3 от значения насыщения.

Кроме того, при этом раствор с находящимся в нем магнитоуправляемым сорбентом формируют с использованием такого количества активного агента, которое обеспечивает степень заполнения поверхности сорбента активным агентом менее 0.5 от значения насыщения.

Также предложен магнитоуправляемый сорбент, получаемый вышеуказанным способом, отличающийся тем, что активным агентом заполняют поверхность углеродной оболочки сорбента не более чем на 2/3 от состояния насыщения указанной поверхности сорбента активным агентом.

Также предложен способ обработки воды магнитоуправляемым сорбентом, при котором в обрабатываемую воду помещают магнитоуправляемый сорбент с заданной поверхностной концентрацией активного агента, осуществляют десорбцию последнего в обрабатываемую воду и достигают требуемого значения объемной концентрации активного агента в обрабатываемой воде, а затем осуществляют сепарацию использованного сорбента с помощью гравитационных и/или магнитных сил, отличающийся тем, что используют сорбент, получаемый вышеуказанным способом, а требуемого значения объемной концентрации активного агента в обрабатываемой воде достигают путем изменения температуры раствора до необходимого значения, при котором заданной поверхностной концентрации активного агента соответствует требуемое равновесное значение объемной концентрации активного агента в обрабатываемой воде.

При этом повышение температуры раствора до необходимого значения осуществляют воздействием электромагнитного излучения на ядро из ферромагнитного материала с точкой Кюри, более высокой, чем необходимое значение температуры раствора.

Далее покажем, что именно благодаря существенным отличиям предлагаемого обеспечивается требуемый технический результат.

То, что в предлагаемом способе изготовления магнитоуправляемого сорбента, содержащего ядро из ферромагнитного материала, покрытого оболочкой из углерода, при котором на поверхность оболочки из углерода наносят из раствора активный агент (Br₂, J₂, микроэлементы), гранулы магнитоуправляемого сорбента выполняют размером от 10 до 100 нм, снимают изотерму адсорбции активного агента из раствора на поверхность углеродной оболочки магнитоуправляемого сорбента, покрывающей его ядро из ферромагнитного материала, с учетом полученной изотермы адсорбции вводят такое количество активного агента, которое обеспечивает степень заполнения поверхности сорбента активным агентом не более 2/3 от значения насыщения, обеспечивает:

- повышенный ресурс сорбционной емкости с учетом наноразмерности частиц сорбента и соответственно повышенной площади активной поверхности;

- повышенный ресурс запасенного йода (в общем случае - активного агента) на оболочке из активированного углерода, с учетом наноразмерности частиц сорбента и соответственно повышенной площади активной сорбирующей поверхности;

- быстрое установление равновесной концентрации активного агента в воде;

- гарантированную концентрацию активного агента, т.е. исключает возможность передозировки активного агента (J, Br, микроэлементов или иных лекарственных препаратов) в обрабатываемой воде, поскольку концентрация названных веществ в воде определяется константой адсорбционно-десорбционного равновесия (изотермой адсорбции) при заполнении углеродной поверхности в пределах монослоя.

При этом также обеспечивается функциональная гибкость предлагаемого с учетом одновременного решения разнообразных задач при обработке воды - дозированного введения агента (например, йода) в очищаемую воду, бактерицидного действия агента в объеме воды, эффективного поглощения вредных примесей за счет высокой сорбционной способности наносорбента и оптимального соотношения занятой и незанятой йодом площади углеродной оболочки. При этом повышается также биологическая ценность питьевой воды из-за введения полезных добавок и ее экологичность с учетом исключения передозировки вводимых добавок, и соответственно безопасность при использовании предлагаемого способа. Вместе с тем, управляемость частиц МУС магнитным полем облегчает их отделение от обработанной воды, кроме того, дает возможность повторного использования МУС, т.е. повышает кратность использования МУС, повышает экономическую эффективность обработки воды.

То, что в предлагаемом способе раствор с находящимся в нем магнитоуправляемым сорбентом формируют с использованием такого количества активного агента, которое обеспечивает степень заполнения поверхности сорбента активным агентом менее 0.5 от значения насыщения, приводит к более высокой точности дозировки йода в растворе, поскольку рабочая точка процесса сорбции-десорбции перемещается при этом на участок с повышенной линейностью. Этим обеспечивается возможность удобного управления объемной концентрацией формируемого раствора йода за счет смешивания йодированного и нейодированного сорбентов в соответствующей пропорции. При этом обеспечивается с учетом изотермы адсорбции гарантированная дозировка вводимых агентов, быстрое протекание процесса обработки, надежность и простота применения данного метода обработки воды.

То, что в предлагаемом магнитоуправляемом сорбенте, получаемом вышеуказанным способом, активным агентом заполняют поверхность углеродной оболочки сорбента не более чем на 2/3 от состояния насыщения указанной поверхности сорбента активным агентом, обеспечивает предлагаемому магнитоуправляемому сорбенту положительные потребительские качества - обеспечивает возможность при его применении получать на основании изотермы адсорбции гарантированную дозировку вводимых агентов, быстрое протекание процесса обработки, надежность и простоту применения данного сорбента для обработки воды.

То, что в предложенном способе обработки воды магнитоуправляемым сорбентом в обрабатываемую воду помещают магнитоуправляемый сорбент с заданной поверхностной концентрацией активного агента, осуществляют десорбцию последнего в обрабатываемую воду и достигают требуемого значения объемной концентрации активного агента в обрабатываемой воде, а затем осуществляют сепарацию использованного сорбента с помощью гравитационных и/или магнитных сил, причем используют сорбент получаемым вышеуказанным способом, а требуемого значения объемной концентрации активного агента в обрабатываемой воде достигают путем изменения температуры раствора до необходимого значения, при котором заданной поверхностной концентрации активного агента соответствует требуемое равновесное значение объемной концентрации активного агента в обрабатываемой воде, обеспечивает расширение диапазона концентрации вводимых в воду агентов, увеличивая, таким образом, спектр применения МУС, повышает функциональную гибкость МУС, исключает возможность передозировки, чем обеспечивает безопасность и удобство применения предлагаемого способа обработки воды на практике.

То, что в предлагаемом способе обработки воды повышение температуры раствора до необходимого значения осуществляют воздействием электромагнитного излучения на ядро из ферромагнитного материала с точкой Кюри, более высокой, чем необходимое значение температуры раствора, повышает скорость и равномерность нагрева водного объема, повышает его надежность.

Таким образом, показано, что требуемый технический результат действительно достигается за счет существенных отличий предлагаемого МУС и способов его использования.

Проведенные эксперименты показали реализуемость предлагаемого изобретения.

Приведем примеры реализации предлагаемых технических решений.

Пример №1

В воде объемом 1 л при температуре 25°С размешали 5.5 г нанопорошка, после чего стали растворять небольшими порциями (по 25 мг) йод, после каждого добавления оценивали методом титрования концентрацию йода в растворе, а также содержание йода на сорбенте. При получении раствора йода с концентрацией 0.33 мг/л определили, что масса сорбированного йода составила 0.22 г. Зная сорбционную емкость использованного сорбента определили, что поверхностная плотность размещения йода составила 2/3.

Этот пример показывает реализуемость предлагаемого способа обработки воды магнитоуправляемым сорбентом (по п.1 формулы). Одновременно показана и возможность получения предложенного магнитоуправляемого сорбента (по п.3 формулы).

Пример №2

В воде объемом 1 л при температуре 25°С размешали 5.5 г нанопорошка, поверхностная плотность размещения йода составила 2/3. При установлении равновесия получили раствор йода с концентрацией 0.33 г/л. Затем повысили температуру раствора до 60°С. При установлении равновесия получили раствор йода с концентрацией 0.1 г/л. Это подтверждает возможность реализации и удобство применения предлагаемого способа обработки воды магнитоуправляемым сорбентом.

Пример №3

В воде объемом 0.5 л при температуре 15°С размешали 250 г нанопорошка с содержанием йода 10 г и поверхностной плотностью размещения йода 2/3. После установления равновесия измеренное значение концентрации составило 0.17 г/л. Затем увеличили объем водного раствора в 10 раз, добавив 4.5 л воды, и определили, что концентрация раствора йода изменилась до значения 0.14 г/л. Это аналогично ситуации, когда в 0.5 л воды в одном случае поместили 250 г сорбента, а в другом случае - 25 г сорбента. Отсюда следует, что 10-кратное изменение дозы сорбента изменяет концентрацию формируемого раствора всего на 20%. Этим подтверждается достигаемый в предлагаемом изобретении технический результат снижения риска передозировки препарата в воде, повышения удобства использования сорбента.

Изобретение относится к области сорбционной очистки водных растворов. Предложен способ изготовления магнитоуправляемого сорбента, содержащего ядро из ферромагнитного материала, покрытого оболочкой из углерода, при котором на поверхность оболочки из углерода наносят из раствора активный агент, например Br₂, J₂, микроэлементы, причем гранулы магнитоуправляемого сорбента выполняют размером от 10 до 100 нм, снимают изотерму адсорбции активного агента из раствора на поверхность углеродной оболочки магнитоуправляемого сорбента, покрывающей его ядро из ферромагнитного материала, и с учетом полученной изотермы адсорбции вводят такое количество активного агента, которое обеспечивает степень заполнения поверхности сорбента активным агентом не более 2/3 от значения насыщения. Предложен магнитоуправляемый сорбент, получаемый вышеуказанным способом, а также способ обработки воды заявленным магнитоуправляемым сорбентом. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления магнитоуправляемого сорбента, содержащего ядро из ферромагнитного материала, покрытого оболочкой из углерода, при котором на поверхность оболочки из углерода наносят из раствора активный агент, отличающийся тем, что гранулы магнитоуправляемого сорбента выполняют размером от 10 до 1000 нм, снимают изотерму адсорбции активного агента из раствора на поверхность углеродной оболочки магнитоуправляемого сорбента, покрывающей его ядро из ферромагнитного материала, с учетом полученной изотермы адсорбции вводят такое количество активного агента, которое обеспечивает степень заполнения поверхности сорбента активным агентом не более 2/3 от значения насыщения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что активные агенты выбирают из ряда Br₂, J₂, микроэлементы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор с находящимся в нем магнитоуправляемым сорбентом формируют с использованием такого количества активного агента, которое обеспечивает степень заполнения поверхности сорбента активным агентом менее 0,5 от значения насыщения.

4. Магнитоуправляемый сорбент, содержащий ядро из ферромагнитного материала, покрытого оболочкой из углерода, на поверхность которой нанесен активный агент, отличающийся тем, что степень заполнения поверхности активным агентом составляет не более 2/3 от значения насыщения, и сорбент получен способом, охарактеризованным по п.1.

5. Способ обработки воды магнитоуправляемым сорбентом, при котором в обрабатываемую воду помещают магнитоуправляемый сорбент с заданной поверхностной концентрацией активного агента, осуществляют десорбцию последнего в обрабатываемую воду и достигают требуемого значения объемной концентрации активного агента в обрабатываемой воде, а затем осуществляют сепарацию использованного сорбента с помощью гравитационных и/или магнитных сил, отличающийся тем, что используют сорбент по п.4, а требуемого значения объемной концентрации активного агента в обрабатываемой воде достигают путем изменения температуры раствора до необходимого значения, при котором заданной поверхностной концентрации активного агента соответствует требуемое равновесное значение объемной концентрации активного агента в обрабатываемой воде.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что повышение температуры раствора до необходимого значения осуществляют воздействием электромагнитного излучения на ядро из ферромагнитного материала с точкой Кюри, более высокой, чем необходимое значение температуры раствора.