СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2014 года по МПК C02F1/461 

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

Известны различные способы активирования водных растворов: механическое диспергирование, воздействие лазером, постоянным магнитным или высокочастотным электромагнитным полями, а также электрохимическим способом.

Электрохимический (ЭХ) способ [1, 2] заключается в том, что на водосодержащий электропроводный раствор воздействуют постоянным электрическим током в диафрагменном электролизере [3]. В результате получают анолит и католит - жидкости, обладающие специфическими свойствами, в том числе, кислотными и щелочными, соответственно. В свою очередь электрохимические качества анолита и католита характеризуются водородным показателем (pH) и окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП).

Получаемые выше указанными способами [1, 2] активированные водные растворы имеют недостаток, вызываемый релаксационным процессом, из-за чего они быстро теряют свои специфические свойства. Так, например, 0,5 л католита теряет приобретенные активностные свойства уже через 13-27, а то же количество анолита ~ через 17-19 часов после их получения [4, с.45]. Поэтому активирование растворов выполняют перед их непосредственным использованием, что вызывает излишние затраты времени и требует применения специального оборудования в каждом конкретном случае.

Известен, так же, способ получения активированных жидкостей [5], который заключается в том, что образующиеся в электролизере активированные растворы сгущают, а полученные концентраты растворяют в жидкости, подлежащей активированию. Недостатком данного способа является высокая энергоемкость процесса получения конечных целевых продуктов. Это вызвано тем, что концентрация получаемых в электролизере активированных водных растворов не превышает 0,3-0,5%. Поэтому чтобы приготовить от 3,0 до 5,0 г активированного концентрата необходимо удалить из активированного раствора, соответственно, от 997 до 995 г воды вымораживанием, выпариванием, мембранным или другими методами, требующими дополнительных энергетических затрат.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения активированных растворов по патенту РФ №8309899 [6], взятый в качестве прототипа.

Техническая сущность прототипа заключается в том, что на исходный 0,1-0,5%-ный водный раствор водорастворимой соли NaCl воздействуют постоянным электрическим током в диафрагменном электролизере. В результате электрохимической обработки исходного раствора в электролизере получают два активированных раствора, один из которых - анолит с pH менее 7,0 обладает кислотными свойствами и положительным ОВП, другой - католит с pH более 7,0 (щелочные свойства) и отрицательным ОВП.

В каждый из полученных активированных растворов (анолит и католит) вводят водорастворимую соль (например, кремнийсодержащие соединения, как силикат натрия или калия) в избыточном количестве (от 0,05 до 3,0% к массе раствора). Образовавшуюся двухфазную систему из насыщенного раствора и равновесного осадка соли после отстаивания разделяют и каждый компонент в дальнейшем используют для приготовления новых активированных растворов с электрохимическими показателями «маточных» (активированных) растворов.

Одним из недостатков прототипа является малая продолжительность (не более 8 месяцев [6]) сохранения конечными продуктами своих специфических (активностных) свойств, «приобретенных» в процессе активирования исходного раствора.

Другой недостаток - низкая биорезультативность в применении конечных продуктов (агентов) из-за недостаточного запаса специфических свойств, аккумулированных ими в процессе активирования. Это сильно ограничивает и сдерживает биотическое развитие и, в целом, - позитивный эколого-токсикологический эффект жизнедеятельности почвенных микроорганизмов при использовании агентов активированных растворов в комплексе с эффективными микроорганизмами (ЭМ) [7] для повышения плодородия почвы виноградников, качества и высокого уровня пищевой безопасности виноградовинодельческих продуктов [8, 9].

Эти недостатки вызывают дополнительные материальные издержки на выполнение новой ЭХА или восстановление утраченных во времени активностных свойств агентов для позитивного эколого-токсикологического эффекта, обеспечиваемого более активной жизнедеятельностью микроорганизмов почвенной биоты и включающего прирост плодородия почвы виноградников, повышение высокого качества и пищевой безопасности виноградовинодельческих продуктов.

Цель заявляемого изобретения - увеличить время сохранения активностных свойств конечных продуктов, получаемых активированием водных растворов, повысить их активностную биорезультативность и эколого-токсикологическую эффективность при использовании в комплексе с биотехнологией эффективных микроорганизмов (ЭМ) для повышения плодородия почвы виноградников, качества и пищевой безопасности виноградовинодельческх продуктов.

Цель, поставленная в заявляемом изобретении, достигается воздействием на исходный 0,6%-ный водный раствор водорастворимой соли NaCl постоянным электрическим током в диафрагменном электролизере, добавлением в получаемые анолит и католит равнодолевой (с соотношением сухих масс 1/1/1) смеси трех веществ (агентов): силиката натрия, силиката калия и азотнокислого калия в общем (смешанном) количестве 4,0% к массе раствора, разделением образующейся в каждом случае двухфазной системы на два компонента - насыщенный раствор и равновесный осадок, дальнейшим использованием этих компонентов для приготовления на их основе новых активированных растворов с электрохимическими показателями исходных («маточных») активированных растворов (анолита и католита).

Пример выполнения процесса активирования по способу, заявляемому в качестве изобретения.

Заявляемый способ получения активированных растворов осуществляли следующим образом. Вначале, на основе дистиллированной воды приготовили 0,6%-ный раствор хлорида натрия NaCl, который обработали в камерах диафрагменного электролизера.

После обработки исходного 0,6%-го раствора NaCl в камерах диафрагменного электролизера постоянным электрическим током получили два активированных раствора - анолит и католит. В каждый из них (анолит и католит) добавили заранее подготовленную равнодолевую смесь трех веществ (агентов) с соотношением сухих масс 1/1/1: силиката натрия (Na₂O₃ n SiO₂), силиката калия (K₂O₃ m SiO₂), азотнокислого калия (KNO₃) в избыточном обще-смешанном количестве - 4,0% к массе каждого раствора и тщательно перемешали.

Образовавшиеся после отстаивания в каждом случае (анолит и католит) двухфазные системы, состоящие из насыщенных активированных растворов и равновесных осадков, разделили в каждом случае фильтрацией на два отдельных компонента - насыщенный раствор и равновесный осадок. Равновесные осадки обезводили воздушным просушиванием при комнатной температуре.

Полученные конечные продукты: насыщенные растворы и равновесные осадки поместили в сосуды из темного стекла с герметичными крышками для хранения и последующего использования в приготовлении на их основе новых активированных растворов с электрохимическими показателями, аналогичными «маточным» растворам.

Достижение поставленной в заявляемом изобретении цели определяли оценкой продолжительности сохранения активностных свойств конечных продуктов активирования, их активностной биорезультативности и эколого-токсикологической эффективности в практике использования агробиотехнологии увеличения плодородия почвы виноградников эффективными микроорганизмами (ЭМ), повышения качества и пищевой безопасности виноградовинодельческих продуктов [7, 8, 9].

Время сохранения активностных свойств насыщенных растворов и равновесных осадков, получаемых прототипом и заявляемым способом, изучали следующим образом.

В электролизере проактивировали два раствора водорастворимой соли NaCl различных концентраций: первый - 0,3% (прототип) и второй - 0,6% (заявляемый способ). На основе полученных анолитов и католитов приготовили насыщенные растворы с равновесными осадками, соответственно: по прототипу с растворением силиката натрия в количестве 3,0% к массе раствора и по заявляемому способу - с растворением равно долевой смеси трех веществ: силиката натрия, силиката калия и азотнокислого калия в количестве 4,0% к массе раствора.

Насыщенные («маточные») растворы и их равновесные осадки разделили, последние обезводили воздушной сушкой и каждый из 8-ми компонентов, полученных активированием исходных растворов по прототипу и заявляемому способам, поместили в отдельный сосуд из темного стекла с герметичной крышкой.

Поисково-опытная разработка и экспериментальные исследования способа активирования растворов, предлагаемого в качестве изобретения, выполнялись в 2006-2011 годах в лабораторных (СКЗНИИСиВ) и производственных (полевых) условиях - на промышленных виноградниках агрофирмы «Мирный» Темрюкского района Краснодарского края.

При разработке и изучении нового способа активирования растворов в эколого-токсикологической лаборатории СКЗНИИСиВ использовались следующие поверенные приборы и оборудование; для измерения pH и температуры среды - pН метр «Testo 206 РШКомплект» и pH метр типа PН-221; для измерения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) - ОВП метр «Наппа»; для активирования растворов - электролизер-«Установка электрохимической активации СТЭЛ-4Н-60-02».

В процессе 12-месячного хранения конечных продуктов опытно-экспериментального активирования обоими способами (прототип и предлагаемый как изобретение) в каждом текущем месяце измеряли их электрохимические показатели (таблица 1).

Таблица 1 Электрохимические (ЭХ) показатели Способ активирования, компоненты Начальные В динамике: pH и ОВП(мВ) к исходу…месяца 4-го 8-го 10-го 12-го pH ОВЦ, мВ pH ОВП pH ОВП pH ОВП pH ОВП Прототип                     Вода дистиллированная 6,9 +71 - - - - - - - - Исходный 0,3%-ный раствор NaCl 7,4 -85 - - - - - - - - Анолит:                     активированный исходный раствор NaCl; 2,4 +262 - - - - - - - - актив-й р-р, насыщенный силикатом натрия; 2,0 +303 1,9 +299 2,1* +301* 4,1 +239 5,0 +202 осадок (раствор в дист., воде) силиката натрия 4,5 +148 4,6 +139 4,7* +135* 4,9 +130 6,1 +114 Католит:                     активированный исходный раствор NaCl; 12,5 -327 - - - - - - - - актив-й. р-р, насыщенный силикатом натрия; 10,4 -278 10,4 -278 103* -270* 8,9 -215 8,0 -189 осадок (раствор в диет, воде) силиката натрия 10,1 -265 10,1 -265 10,0* -255* 7,8 -201 7,1 -143 Заявляемый способ                     Вода дистиллированная 6,8 +74 - - - - - - - - Исходный 0,6%-ный раствор NaCl 7,8 -106 - - - - - - - - Анолит:                     активирований исходный раствор NaCl; 2,5 +283 - - - - - - - - актив-й. р-р, насыщенный равнодолевой смесью силикатов натрия, калия и азотнокислого калия; 1,9 +375 1,9 +374 1,8 +375 1,9 +376 1,8 +373 раствор осадка равнодолевой смеси силикатов натрия, калия и азотнокислого калия 4,9 +191 4,9 +190 4,8 +189 4,8 +190 4,8 +189 Католит:                     активированный исходный раствор NaCl; 13,8 498 - - - - - - -   актив-й р-р, насыщенный равнодолевой смесью силикатов натрия, калия и азотнокислого калия; 133 490 133 490 13,1 489 13,2 489 13,2 -489 раствор осадка равнодолевой смеси силикатов натрия, калия и азотнокислого калия 12,8 469 12,8 468 12,8 468 12,7 467 12,7 467 * по окончании 7,5 месяцев хранения

Измерения показали: электрохимические показатели конечных продуктов активирования (ЭХПКПА) по сравниваемым способам (прототипу и заявляемому изобретением) изменялись различно. К исходу 7,5 месяцев хранения ЭХПКПА по прототипу сохраняли свои начальные значения, но в дальнейшем ускоренно их утрачивали. Значения ЭХПКПА по способу, заявляемому изобретением, наоборот, - на протяжении всех 12-ти месяцев хранения оставались практически неизменными. Это для целей виноградарства служит важным агротехнологическим преимуществом гарантии полноценного развития и активной жизнедеятельности микроорганизмов почвенной биоты для нормализации и сохранения оптимального эколого-токсикологического состояния агроугодий промышленных виноградников, повышения качества и стабилизации обеспечения высокого качества и уровня пищевой безопасности виноградовинодельческих продуктов.

Биорезультативность конечных продуктов ЭХ активирования по предлагаемому способу, стимулирование ими активного биотического развития почвенных микроорганизмов и позитивного эколого-токсикологического эффекта их жизнедеятельности изучались в комплексе с эффективными микроорганизмами (ЭМ) [7, 8, 9]. Из всех конечных продуктов (агентов) ЭХ активирования полевым исследованиям подвергли лишь агенты католитного происхождения, являющиеся по общепринятой принципиальной сути первоосновой так называемой "живой воды" [10].

Производственное (полевое) испытание католитных агентов ЭХА растворов обоими способами (прототип и предлагаемый) выполняли на агрои-дентичных участках виноградников сорта Каберне-Совиньон. В междурядья виноградных кустов одновременно с заделкой в почву измельченной биомассы сидератов [8, 9] вносили раствор ЭМ [7], приготовленный на основе дистиллированной воды (ДВ) с добавкой в нее католитного агента - ЭХ активированного насыщенного раствора в пропорции к ДВ по объему 1/1. Экспериментальная работа выполнялась в течение 5-ти вегетационных периодов (агросезонов) 2006-2011 годов (таблица 2).

Результаты полевых испытаний показали: по всем агропараметрам выращивание винограда с применением в почвообработке междурядий раствора ЭМ [7, 8, 9] с добавкой в него католитного агента (насыщенного раствора), полученного заявляемым способом, существенно и выгодно отличались от варианта, связанного с прототипом.

Таблица 2 Результаты полевых исследований (средние данные итогового 2011 года) Оцениваемые агропараметры и показатели Способ ЭХА раствора прототип предлагаемый Остатки пестицидов в почве виноградников, мг/кг: хлорорганических/фосфорорганических 0,31/0,75 0,05/0,23 Увеличение содержания гумусовых веществ в почве междурядий относительно традиционной* агротехнологии, % 1,06 2,34 Продуктивность виноградных кустов, кг/куст 39 48 Урожайность винограда, ц/га 75 94 Остатки пестицидов в виноградной продукции, мг/кг:     виноградных ягодах (хлорорганических/фосфорорганических) 0,08/0,14 0,007/0,08 виноматериале (хлорорганических/фосфорорганических) 0,03/0,08 0,002/0,03 Прирост рентабельности производства винограда относительно традиционной агротехнологии, % 2,5 9,9 * агротехнология выращивания винограда без использования в почвообработке междурядий католитных агентов ЭХ активированных растворов

Практическая ценность и полезность предлагаемого способа в сравнении с прототипом заключаются в значительном увеличении времени сохранения (до 12 месяцев) получаемыми данным способом агентами (ЭХА насыщенные растворы и осадки) практически неизменными своих специфических свойств активности.

Это, наряду с сокращением затрат на их получение и тиражирование, гарантирует высоко эффективную биорезультативность применения их в целях нормализации эколого-токсикологического состояния виноградников, высокого качества и пищевой безопасности виноградовинодельческих продуктов за счет более активного развития и экологически эффективной жизнедеятельности микроорганизмов почвенной биоты. Использование приготовленных данным способом агентов (ЭХА насыщенные растворы и осадки) в почвообработке междурядий виноградных кустов в комплексе с раствором эффективных микроорганизмов увеличивает рентабельность производства винограда в сравнении с традиционной агротехнологией на 9,9%.

Информационные источники

1. Патент РФ 2167823, C02F 1/46, 2001 г.

2. Патент РФ 2181106, C02F 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. Патент Украины 34551, С02F 1/46, 2002 г.

6. Патент РФ 8309899, С02F 1/46, 2006 г

7. Сухамера С.А. ЭМ-технология - биотехнология XXI века. Сборник материалов по практическому применению препарата «Байкал ЭМ-1». - Алматы, 2006, 77 с.

8. Воробьева Т.Н., Ветер Ю.А. Продуктивность ампелоценозов и агротехнические новации в виноградарстве (изучение, экологизация производства) - Краснодар: ООО «Альфа-полиграф+», 2011, 200 с.

9. Воробьева Т.Н., Волкова А.А. Применение медьсодержащих препаратов на виноградниках юга Кубани (исследования, экологическая оптимизация). - Краснодар: ООО «Альфа-полиграф+», 2011, 155 с.

10. Прилуцкий В.И., Бахир В.М. Электрохимически активированная вода: Аномальные свойства, механизм биологического действия. - М.; ВНИИИМТ АО НПО "Экран". 1997. - 228 с.

Изобретение относится к способам получения растворов с заранее заданными свойствами, которые могут найти применение в химической технологии, медицине, сельском хозяйстве, в частности в виноградарстве. Способ включает воздействие на 0,6%-ный раствор водорастворимой соли хлорида натрия в воде постоянным электрическим током в камерах диафрагменного электролизера. В полученные в результате электрохимической обработки исходного 0,6%-ного раствора хлорида натрия анолит и католит вводят равнодолевую смесь 3-х водорастворимых веществ в количестве, позволяющем образовать двухфазную систему из насыщенного раствора и равновесного осадка. В активируемый 0,6%-ный раствор хлорида натрия дополнительно вводят смесь силиката натрия, силиката калия и азотнокислого калия с соотношением сухих масс 1/1/1 в количестве 4,0% к массе раствора. Технический результат - получение активированных водных растворов, позволяющих повысить плодородие почвы виноградников, уменьшение энергозатрат. 2 табл.

Способ получения активированных растворов, включающий воздействие на раствор водорастворимой соли в воде постоянным электрическим током в камерах диафрагменного электролизера, отличающийся тем, что воздействию постоянным электрическим током подвергают 0,6%-ный раствор хлорида натрия с получением двух активированных растворов - анолита и католита, в каждый из которых вводят равнодолевую смесь силиката натрия, силиката калия и азотнокислого калия с соотношением сухих масс 1/1/1 в количестве 4,0% к массе каждого раствора с образованием двухфазной системы, состоящей из насыщенного раствора и равновесного осадка, которые разделяют.