СПОСОБ ИНАКТИВАЦИИ ВИРУСОВ В ВОДНЫХ СРЕДАХ Российский патент 2014 года по МПК C02F1/50 C02F1/28 B01J20/28 C02F103/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области очистки водных сред, преимущественно питьевой воды от вирусов и может быть использовано при производстве фильтров, предназначенных для приготовления ультрачистой воды, безопасной для употребления человеком.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Вирус (лат. virus - яд) - субклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живых клеток организма. По природе вирусы являются автономными генетическими элементами, имеющими внеклеточную стадию в цикле развития. Вирусы представляют собой микроскопические частицы, состоящие из молекул нуклеиновых кислот - ДНК или РНК, заключенных в белковую оболочку. Вирусы способны инфицировать живые организмы и являются облигатными паразитами, так как не способны размножаться вне клетки. Вне клетки вирусные частицы не проявляют признаки живого и ведут себя как частицы органических полимеров.

Многие вирусы, способные вызывать серьезные заболевания, могут попадать в организм человека с питьевой водой. В области технологий очистки воды удалению или инактивации вирусов уделяется особое внимание, связанное как с важностью решения этой проблемы, так и с технической сложностью этого решения.

Традиционные способы удаления вирусов из воды можно разделить на три группы:

1) Адсорбция вирусов на активных поверхностях;

2) Фильтрация вирусов через пористые среды с эффективным диаметром пор менее размера вируса.

3) Сильные химические и физические воздействия, разрушающие вирус.

Адсорбционные методы удаления вирусов, как правило, предполагают использование мелкодисперсных материалов с высоким зарядом поверхности и развитой площадью контакта с водой. Фиксация вируса происходит преимущественно за счет электростатических взаимодействий. Однако следует учитывать, что вирус в воде представляет собой частицу с преимущественно белковой поверхностью с невысоким собственным зарядом, зависящим от pH среды. Поэтому сила связывания вируса на поверхности невелика, поэтому вирус не фиксируется необратимо в точке контакта с поверхностью адсорбента, но при постоянном потоке жидкости вдоль поверхности имеет место миграция вируса, а при локальных колебаниях состава воды возможна его десорбция.

Помимо вирусов в воде содержится значительное количество веществ органического происхождения с тем же поверхностным зарядом: природные полимеры (гуминовые кислоты), техногенные вещества (ПАВ), микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности. Поэтому фиксация вирусов протекает в форме конкурентной адсорбции с веществами сходной природы, массовое содержание которых значительно больше, чем вирусов.

Фильтрация вирусов возможна с применением пористых сред с малым размером пор: осмотических и нанофильтрационных мембран, что влечет за собой применение высоких давлений, а также образования в результате процесса фильтрации концентрата, содержащего большую концентрацию вирусов, чем в исходной воде. Кроме того, отсечение частиц на мембранах не абсолютно и всегда имеется определенная вероятность прохождения вируса сквозь мембрану за счет наличия дефектов в ее структуре.

К химическим и физическим воздействиям можно отнести, в частности, применение общих методов бактерицидной обработки жидкости с целью удаления вирусов. Такие методы являются малоэффективными, так как в отличие от микроорганизмов вирусы значительно устойчивее к действию УФ-излучения, хлорсодержащих бактерицидов, серебра и полимерных бактерицидов.

Из уровня техники известен «Фильтрующий материал, способ его получения и способ фильтрования» по заявке 2005125140 RU от 08.08.2005 г. Сущность способа заключается в том, что осуществляют модифицирование полимерного волокнистого материала частицами гидрата окиси алюминия, для чего на полимерный волокнистый материал наносят исходный материал на основе алюминия, затем осуществляют гидролиз последнего, в ходе которого на полимерном волокнистом материале образуются и закрепляются частицы гидрата окиси алюминия.

Недостаток данного решения заключается в том, что в процессе эксплуатации мелкодисперсный гидрат окиси алюминия растворяется, что приводит к утрате способности фильтрующего материала инактивировать вирусы.

Известно решение по патенту USA 7,390,343 от 24.06.2008 г., где предлагается устройство для фильтрации, содержащее, по крайней мере, одну волокнистую структуру, которая представляет из себя смесь нановолокон гидроокиси алюминия и других волокон, помещенная в матрицу для создания асимметричных пор для фильтрации частиц от маленького до нано размера. Заявленное устройство, при пропускании через него воды, способно к подавлению бактерий и вирусов.

В данном решении, для достижения требуемого результата, активный компонент инактивирующий вирусы должен наноситься на инертный носитель. Однако, в силу физических свойств инертного носителя невозможно нанести активный компонент в количестве требуемом для удаления вирусов в больших количествах.

Известны способы и устройства для фильтрации по патентам 6,852,224 USA от 08.02.2005 г.; 7,749,394 USA от 06.07.2010 г.; 6,783,713 USA от 31.08.2004 г.; 2237022 RU от 27.09.2004 г., суть которых сводится к фильтрации воды через плотные слои частиц активированного угля различного размера, формы и пористости. Захват патогенов наноразмера, в частности вирусов, частицами активированного угля, по мнению авторов, определяется электростатическими, ван-дер-ваальсовыми и гидрофобными силами. Таким образом, механизм действия известных решений сводится к физической адсорбции вирусов и ограничен объемом адсорбционной емкости материала, особенно в условиях конкурентной адсорбции вирусов с иными примесями органической природы.

Известен способ очистки питьевой воды по заявке 93050424 RU от 09.11.1993 г. Сущность изобретения заключается в том, что питьевую воду фильтруют через чередующиеся слои хемосорбционных волокон или материалов на их основе, содержащих в своем составе карбоксильные группы в H-, Na-, Ag-формах и аммонийные основания в Cl- и CO-формах, имеющие комплексные соединения йода при массовом соотношении волокон от 1:3 до 3:1 соответственно и скорости фильтрации до 20 л/ч.

Действующие компоненты указанного решения являются антибактериальными и не оказывают специфического инактивационного воздействия на вирусы.

Наиболее близким решением к заявляемому, является изобретение «Способ очистки водопроводной воды» по патенту 2049078 RU от 27.11.1995 г., включающее последовательное пропускание воды под давлением через зоны очистки активированным углем, катионообменной смолой, анионообменной смолой и ультрафильтрационными полимерными мембранами, причем в качестве ультрафильтрационных полимерных мембран используют полые волокна из ароматического полиамида фенилон, при этом очищаемую воду подают во внутренние полости полых волокон, а фильтрат удаляют с их внешней боковой поверхности.

Материалы в таком процессе очистки располагаются послойно. Размеры частиц и соответствующие им эффективные размеры каналов протекания жидкости в слоях ионообменных смол и активированного угля имеют слишком большой размер по сравнению с размерами вирусов. Таким образом, удаление вирусов практически осуществляется на ультафильтрационных мембранах, изготовленных из ароматического полиамида, имеющих очень высокое гидравлическое сопротивление, что приводит в свою очередь к быстрому забиванию мембран при отсутствии промывки и тем самым снижает эффективность процесса.

Технической задачей заявляемого авторами решения является создание высокоэффективного способа инактивации вирусов при фильтрации через среду с умеренным гидравлическим сопротивлением и высокой эффективностью по инактивирующим свойствам.

Техническим результатом изобретения является высокая степень обезвреживания вирусов в процессе фильтрации.

Технический результат достигается тем, что в способе инактивации вирусов в водных средах, включающем прохождение жидкости под давлением через зоны с сорбционными материалами, по крайней мере одна из зон обладает следующими характеристиками: отношение абсолютного значения дзета потенциала сорбционного материала к значению эффективного радиуса канала протекания жидкости составляет не менее 10000 В/м.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

По имеющимся в литературе данным и по результатам собственных экспериментов авторы обнаружили, что наилучшие результаты как по полноте удаления вирусов из воды, так и по сохранению этого свойства с течением времени показывают полимерные материалы с развитой поверхностью и достаточно высокой плотностью заряда. Предположение чисто адсорбционного механизма связывания вирусов не позволяет объяснить отсутствие насыщения фильтра вирусами, а также малое влияние содержания органических примесей в воде на полноту улавливания вирусов.

По мнению авторов изобретения, механизм обезвреживания (инактивации) вирусов в процессе фильтрации через пористые среды может быть объяснен следующим образом. При фильтрации жидкости через пористую среду с достаточно высокой плотностью фиксированного заряда на поверхности пор частицы вирусов вблизи поверхности подвергаются воздействию электрических сил, вызванных движением подвижных противоионов вместе с потоком жидкости. С проявлением таких сил связаны известные в коллоидной химии электрокинетические явления: электроосмос, электрофорез, возникновение разности потенциалов при течении и седиментации.

В случае фильтрации жидкости через пористую среду мерой данного взаимодействия является значение потенциала протекания. Соответствующей собственной характеристикой материала является значение ζ-потенциала, рассчитанное из значения потенциала протекания и параметров жидкости в соответствии с уравнением (1)

где Δφ - измеренное значение потенциала течения; ΔP - потеря давления при протекании жидкости через пористый материал; η - динамическая вязкость жидкости; λ_S - собственная удельная электропроводность пористой среды; ε и ε₀ - диэлектрическая проницаемость среды и вакуума.

В отсутствии движения жидкости в порах потенциал течения равен нулю, а заряд стенок поры скомпенсирован диффузным слоем противоионов. При протекании жидкости в узких (порядка мкм) порах происходит нарушение распределения подвижных ионов относительно стенки поры вследствие гидравлического перемешивания жидкости при протекании в извилистом узком канале. Для полностью однородного распределения подвижных ионов в цилиндрической поре с заряженной стенкой зависимость значения напряженности электрического поля от расстояния от центра поры x составит

где r - радиус поры, а точнее - поверхности несущей неподвижный заряд, на которой потенциал равен ζ, положительное направление вектора выбрано от центра к внешней поверхности поры. Для поры диаметром 2 мкм на расстоянии 0,5 мкм от центра при значении дзета-потенциала 10 мВ локальное значение напряженности электрического поля составит 10000 В/м=100 В/см, а на расстоянии 0,1 мкм от заряженной поверхности - 18000 В/м=180 В/см.

Собственный размер вирусов составляет 50-100 нм, а с учетом взаимодействия белковой рубашки вируса с водой эффективный размер вируса как коллоидной частицы в воде может быть оценен в десятые доли микрона. При движении в извилистых порах вирусы попадают в зону действия существенных электрических сил. Перепад потенциала вдоль частицы вируса с эффективным размером δx составит

При попадании в зону действия электрических сил вирусная частица подвергается поляризации и оказывается в условиях, сходных с процессом активации вируса, когда при приближении к клетке-хозяину происходит раскрытие белковой оболочки вируса и вбрасывание нуклеиновой кислоты вируса в тело клетки через транспортные каналы ее мембраны. Сигналом к разрушению четвертичной белковой структуры вирусной рубашки может быть только электростатическое взаимодействие вблизи поверхности клеточной мембраны. Можно предположить, что вблизи заряженной поверхности пор фильтрующего материала может происходить аналогичное нарушение структуры белковой рубашки вируса, но при этом ДНК (или РНК) вируса оказывается не в теле клетки-хозяина, а в воде, где не имеет условий, необходимых для редупликации. Таким образом, вирус оказывается инактивированным, при этом его компоненты остаются в воде и на адсорбирующих материалах, составляющих поверхность пор.

Для реализации изобретения воду фильтруют под давлением через одну или несколько зон, причем, по крайней мере, одна зона имеет необходимые сочетания эффективного радиуса пор и пористости при максимально возможной однородности этих свойств по объему зоны (отсутствие канальных эффектов). Средней характеристикой напряженности электрического поля в поре может служить величина

имеющая физический смысл значения напряженности на расстоянии от центра, равном половине радиуса поры.

Одним из наиболее однородных фильтрующих материалов являются пористые смолы, полученные конденсацией альдегидов с ароматическими фенолами и аминами. Конденсация проводится в форме, при этом пористость элемента задается количеством и соотношением компонентов. Наиболее распространены пористые фильтрующие элементы, полученные конденсацией формальдегида с резорцином и меламином в кислой среде. Удается получать элементы с эффективным радиусом пор от 0,5 до 15 мкм.

Эффективный радиус рассчитывается из соотношения

где ε - порозность среды (доля свободного объема, заполненного водой), ρ - истинная плотность материала, σ - удельная поверхность.

Удельная поверхность материала σ определяется по адсорбции азота по методу Брунауэра-Эммета-Теллера. Порозность ε рассчитывается из разности масс материала, пропитанного водой и после его центрифугирования, когда вода из пор удалена.

Для определения ζ-потенциала образец материала истирают в ручной ступке, затем размешивают в воде и дают отстояться в течение 30 мин, после чего суспензию с оставшимися во взвешенном состоянии мелкими частицами исследуют на приборе «Zetasizer, Malvern».

Обнаружено, что полимерные пористые элементы на основе формальдегида и резорцина показывают значительные (от -25 до -40 мВ) отрицательные значения ζ-потенциала. Элементы на основе формальдегида и меламина, напротив, показывают высокие положительные значения - до +35 мВ. Указанное поведение связано с наличием на поверхности пор материалов значительных количеств слабокислотных и слабоосновных групп соответственно.

Для усиления антивирусной активности фильтрующих патронов возникает потребность создания второй фильтрующей зоны, которая может быть сформирована на поверхности первой в виде намывного слоя. Этот слой может быть составлен мелкодисперсным материалом с высоким значением ζ-потенциала. Одним из таких материалов является расширенный перлит, полученный термической обработкой минерала на основе диоксида кремния с особой кристаллической структурой. Материал обладает значительной удельной поверхностью частиц при наличии на их поверхности многочисленных слабокислотных групп.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРИМЕР 1. Пористый фильтрующий элемент был получен в процессе конденсации резорцина с формальдегидом в присутствии кислоты. Фильтрующий элемент имеет цилиндрическую форму с линейными размерами: внешний диаметр - 75 мм, внутренний диаметр - 40 мм, высота - 240 мм. Объем фильтрующего элемента - 0,76 л. Доля свободного объема (порозность) в фильтрующем модуле составила 52%.

Удельная поверхность материала, определенная по адсорбции азота методом BET составила 0,7 м²/г. Эффективный радиус канала составлял r_эф=2,6 мкм.

Устойчивое значение ζ - потенциала при протекании водопроводной воды г. Санкт-Петербурга составляло - 28 мВ. Таким образом, отношение абсолютного значения дзета потенциала сорбционного материала к значению эффективного радиуса канала протекания жидкости составляет

ПРИМЕР 2. Через фильтр с фильтрующим элементом по примеру 1 пропускали воду с внесенными вирусами. В качестве вирусной культуры использовали вирус гепатита А (HAS-15). Использовали суспензии вирусной культуры концентрацией от 10² до 10¹⁰ частиц в мл. В каждом тесте через фильтр пропускали 10 л суспензии, определяли наличие вирусов после 2 и 10 литров, скорость пропускания составляла 8 л/мин.

Концентрацию вирусов определяли методом ПЦР (полимеразная цепная реакция) с применением реактивов «АмплиСенс HAV» (пр-во ИнтерЛабСервис), предел обнаружения вирусов этим методом составляет 10² ТЦД/мл (ТЦД - тканевые цитопатические дозы) Для контроля использовали иммуноферментный анализ с применением тест-системы «Вектоген А-Антиген Стрип» (пр-во Вектор-Бест), предел обнаружения метода составляет 10⁶ ТДЦ/мл. Результаты определения наличия вирусов в отфильтрованной воде приведены в таблице 1.

Таблица 1. Концентрация вируса на входе ТЦЦ/мл Метод ПЦР Иммуноферментный анализ 2-й литр 10-й литр 2-й литр 10-й литр 10² - - - - 10³ - - - - 10⁴ - - - - 10⁵ - - - - 10⁶ - - - - 10⁷ - - - - 10⁸ - - - - 10⁹ - + - - 10¹⁰ + + - -

Обнаружено, что фильтрующий элемент в условиях эксперимента обеспечивает снижение концентрации вирусов по меньшей мере в 10⁷ раз.

ПРИМЕР 3. Через фильтр с фильтрующим элементом по примеру 1 пропускали воду с внесенными вирусами. В качестве вирусной культуры использовали ротавирус человека HRV/SPb/884/10/05. Использовали суспензии вирусной культуры концентрацией от 10² до 10¹⁰ частиц в мл. В каждом тесте через фильтр пропускали 10 л суспензии, определяли наличие вирусов после 2 и 10 литров, скорость пропускания составляла 8 л/мин.

Концентрацию вирусов определяли методом ПЦР (полимеразная цепная реакция) с применением реактивов «АмплиСенс Рота-вирусы группы А» (пр-во ИнтерЛабСервис), предел обнаружения вирусов этим методом составляет 10² ТЦД/мл (ТЦД - тканевые цитопатические дозы) Для контроля использовали иммуноферментный анализ с применением тест-системы «Рота АГ» (пр-во НПП АКВАПАСТ), предел обнаружения метода составляет 10⁶ ТДЦ/мл. Результаты определения наличия вирусов в отфильтрованной воде приведены в таблице 2.

Таблица 2. Концентрация вируса на входе ТЦД/мл Метод ПЦР Иммуноферментный анализ 2-й литр 10-й литр 2-й литр 10-й литр 10² - - - - 10³ - - - - 10⁴ - - - - 10⁵ - - - - 10⁶ - - - - 10⁷ - - - - 10⁸ - - - - 10⁹ - - - - 10¹⁰ + + - -

Обнаружено, что фильтрующий элемент в условиях эксперимента обеспечивает снижение концентрации вирусов, по меньшей мере, в 10 раз.

ПРИМЕР 4. Через фильтр с фильтрующим элементом по примеру 1 пропускали воду с внесенными вирусами. В качестве вирусной культуры использовали норовирус (noro-Spb/2005). Использовали суспензии вирусной культуры концентрацией от 10² до 10¹⁰ частиц в мл. В каждом тесте через фильтр пропускали 10 л суспензии, определяли наличие вирусов после 2 и 10 литров, скорость пропускания составляла 8 л/мин.

Концентрацию вирусов определяли методом ПЦР (полимеразная цепная реакция) с применением реактивов «АмплиСенс Калицивирусы: Норовирусы» (пр-во ИнтерЛабСервис), предел обнаружения вирусов этим методом составляет 10² ТЦД/мл (ТЦД - тканевые цитопатические дозы). Результаты определения наличия вирусов в отфильтрованной воде приведены в таблице 3.

Таблица 3. Концентрация вируса на входе ТЦД/мл Метод ПЦР 2-й литр 10-й литр 10² - - 10³ - - 10⁴ - - 10⁵ - - 10⁶ - - 10⁷ - - 10⁸ - - 10⁹ + + 10¹⁰ + +

Обнаружено, что фильтрующий элемент в условиях эксперимента обеспечивает снижение концентрации вирусов, по меньшей мере, в 10⁶ раз.

ПРИМЕР 5. Пористый фильтрующий элемент был получен в процессе конденсации резорцина с формальдегидом в присутствии кислоты. Линейные размеры элемента - аналогично примеру 1. Доля свободного объема (порозность) в фильтрующем модуле составила 45%.

Удельная поверхность материала, определенная по адсорбции азота методом BET составила 2,4 м²/г. Эффективный радиус канала составлял r_эф=0,6 мкм.

Устойчивое значение ζ-потенциала при протекании водопроводной воды г. Санкт-Петербурга составляло - 38,0 мВ. Таким образом, отношение абсолютного значения дзета потенциала сорбционного материала к значению эффективного радиуса канала протекания жидкости составляет

ПРИМЕР 6. Через фильтр с фильтрующим элементом по примеру 5 пропускали воду с внесенными вирусами. В качестве вирусной культуры использовали вирус гепатита А (HAS-15). Условия эксперимента - по примеру 2. Результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4. Концентрация вируса на входе ТПД/мл Метод ПЦР Иммуноферментный анализ 2-й литр 10-й литр 2-й литр 10-й литр 10² - - - - 10³ - - - - 10⁴ - - - - 10⁵ - - - - 10⁶ - - - - 10⁷ - - - - 10⁸ - - - - 10⁹ - - - - 10¹⁰ - - - -

Обнаружено, что фильтрующий элемент в условиях эксперимента обеспечивает снижение концентрации вирусов, по меньшей мере, в 10⁸ раз.

ПРИМЕР 7. Через фильтр с фильтрующим элементом по примеру 5 пропускали воду с внесенными вирусами. В качестве вирусной культуры использовали ротавирус человека HRV/SPb/884/10/05. Условия эксперимента - по примеру 3. Результаты приведены в таблице 5.

Таблица 5. Концентрация вируса на входе ТЦД/мл Метод ПЦР Иммуноферментный анализ 2-й литр 10-й литр 2-й литр 10-й литр 10² - - - - 10³ - - - - 10⁴ - - - - 10⁵ - - - - 10⁶ - - - - 10⁷ - - - - 10⁸ - - - - 10⁹ - - - - 10¹⁰ - - - -

Обнаружено, что фильтрующий элемент в условиях эксперимента обеспечивает снижение концентрации вирусов, по меньшей мере, в 10⁸ раз.

ПРИМЕР 8. Через фильтр с фильтрующим элементом по примеру 5 пропускали воду с внесенными вирусами. В качестве вирусной культуры использовали норовирус (noro-Spb/2005). Условия эксперимента - по примеру 4. Результаты приведены в таблице 6.

Таблица 6. Концентрация вируса на входе ТЦД/мл Метод ПЦР 2-й литр 10-й литр 10² - - 10³ - - 10⁴ - - 10⁵ - - 10⁶ - - 10⁷ - - 10⁸ - - 10⁹ - - 10¹⁰ + +

Обнаружено, что фильтрующий элемент в условиях эксперимента обеспечивает снижение концентрации вирусов по меньшей мере в 10⁷ раз.

ПРИМЕР 9. Через фильтр с фильтрующим элементом по примеру 1 пропускали воду с внесенными вирусами. В качестве вирусной культуры использовали ротавирус человека HRV/SPb/884/10/05. Определение содержания вируса в исходной и отфильтрованной воде - методом ПЦР по примеру 3.

Выполняли фильтрацию суспензии вируса с концентрацией 10⁶ ТДЦ/мл. при различных скоростях фильтрации. Результаты эксперимента приведены в таблице 7.

Таблица 7. Скорость фильтрации, л/мин Концентрация вирусов, ТДЦ/мл Время контакта с водой, с. На входе На выходе 8,7 10⁶ - 5,2 9,7 10⁶ - 4,7 13,3 10⁶ - 3,4 30,2 10⁶ 10² 1,5

Обнаружено, что проскок активных вирусов происходит при времени контакта фильтрующего материала с водой менее 2 секунд.

ПРИМЕР 10. Пористый фильтрующий элемент был получен в процессе конденсации резорцина с формальдегидом в присутствии кислоты. Линейные размеры элемента - аналогично примеру 1. Доля свободного объема (порозность) в фильтрующем модуле составила 60%.

Удельная поверхность материала, определенная по адсорбции азота методом BET составила 0,2 м²/г. Эффективный радиус канала составлял r_эф=12,5 мкм.

Устойчивое значение ζ-потенциала при протекании водопроводной воды г. Санкт-Петербурга составляло - 25 мВ. Таким образом, отношение абсолютного значения дзета потенциала сорбционного материала к значению эффективного радиуса канала протекания жидкости составляет

ПРИМЕР 11. Через фильтр с фильтрующим элементом по примеру 10 пропускали воду с внесенными вирусами. В качестве вирусной культуры использовали норовирус (noro-Spb/2005). Условия эксперимента аналогичны Примеру 4.

Результаты определения наличия вирусов в отфильтрованной воде приведены в таблице 8.

Таблица 8. Концентрация вируса на входе ТЦЦ/мл Метод ПЦР 2-й литр 10-й литр 10² - - 10³ - - 10⁴ - + 10⁵ + + 10⁶ + + 10⁷ + +

Обнаружено, что фильтрующий элемент в условиях эксперимента обеспечивает снижение концентрации вирусов не более, чем в 10 раз. Таким образом, фильтрующий элемент проявляют низкую эффективность при инактивации вирусов.

ПРИМЕР 12. Воду с внесенными вирусами пропускали через фильтрующий элемент по примеру 9, на поверхности которого был дополнительно сформирован намывной слой, составленный частицами расширенного перлита.

Толщина слоя перлита составила 3 мм, общий вес его - 155 г, что при собственной плотности частиц 2,65 г/см³ соответствует порозности слоя 0,65. Удельная поверхность материала, определенная по методу БЭТ составила 4 м²/г. Таким образом, эффективный радиус канала протекания r_эф=0,35 мкм.

Устойчивое значение ζ-потенциала при протекании водопроводной воды г.Санкт-Петербурга составляло - 54 мВ. Таким образом, отношение абсолютного значения дзета потенциала сорбционного материала к значению эффективного радиуса канала протекания жидкости составляет

В качестве вирусной культуры использовали норовирус (noro-Spb/2005). Условия эксперимента аналогичны Примеру 4.

Результаты определения наличия вирусов в отфильтрованной воде приведены в таблице 9.

Таблица 9. Концентрация вируса на входе ТЦД/мл Метод ПЦР 2-й литр 10-й литр 10² - - 10³ - - 10⁴ - - 10⁵ - - 10⁶ - - 10⁷ - - 10⁸ - - 10⁹ - + 10¹⁰ + +

Обнаружено, что фильтрующий элемент в условиях эксперимента обеспечивает снижение концентрации вирусов по меньшей мере в 10⁶ раз.

ПРИМЕР 13. Пористый фильтрующий элемент был получен в процессе конденсации меламина с формальдегидом в присутствии кислоты. Линейные размеры элемента - аналогично примеру 1. Доля свободного объема (порозность) в фильтрующем модуле составила 50%.

Удельная поверхность материала, определенная по адсорбции азота методом BET составила 0,6 м²/г. Эффективный радиус канала составлял r_эф=5,5 мкм.

Устойчивое значение ζ-потенциала при протекании водопроводной воды г.Санкт-Петербурга составляло 36 мВ. Таким образом, отношение абсолютного значения дзета потенциала сорбционного материала к значению эффективного радиуса канала протекания жидкости составляет

ПРИМЕР 14. Через фильтр с фильтрующим элементом по примеру 13 пропускали воду с внесенными вирусами. В качестве вирусной культуры использовали норовирус (noro-Spb/2005). Условия эксперимента аналогичны Примеру 4.

Результаты определения наличия вирусов в отфильтрованной воде приведены в таблице 10.

Таблица 10. Концентрация вируса на входе ТПД/мл Метод ПЦР 2-й литр 10-й литр 10² - - 10³ - - 10⁴ - - 10⁵ - - 10⁶ - - 10⁷ - - 10⁸ - - 10⁹ - - 10¹⁰ + +

Обнаружено, что фильтрующий элемент в условиях эксперимента обеспечивает снижение концентрации вирусов, по меньшей мере, в 10⁷ раз.

ПРИМЕР 15. Пористый фильтрующий элемент был получен в процессе конденсации мочевины с формальдегидом в присутствии кислоты. Линейные размеры элемента - аналогично примеру 1. Доля свободного объема (порозность) в фильтрующем модуле составила 54%.

Удельная поверхность материала, определенная по адсорбции азота методом BET составила 1,5 м²/г. Эффективный радиус канала составлял r_эф=1,3 мкм.

Устойчивое значение ζ-потенциала при протекании водопроводной воды г.Санкт-Петербурга составляло - 12 мВ. Таким образом, отношение абсолютного значения дзета потенциала сорбционного материала к значению эффективного радиуса канала протекания жидкости составляет

ПРИМЕР 16. Через фильтр с фильтрующим элементом по примеру 15 пропускали воду с внесенными вирусами. В качестве вирусной культуры использовали норовирус (noro-Spb/2005). Условия эксперимента аналогичны Примеру 4.

Результаты определения наличия вирусов в отфильтрованной воде приведены в таблице 11.

Таблица 11. Концентрация вируса на входе ТЦД/мл Метод ПЦР 2-й литр 10-й литр 10² - - 10³ - - 10⁴ - - 10⁵ - + 10⁶ + + 10⁷ + +

Обнаружено, что фильтрующий элемент в условиях эксперимента обеспечивает снижение концентрации вирусов не более, чем в 10³ раз. Таким образом, фильтрующий элемент проявляют низкую эффективность при инактивации вирусов.

ПРИМЕР 17

Воду с внесенными вирусами пропускали через фильтрующий элемент по примеру 9, на поверхности которого был дополнительно сформирован намывной слой, составленный мелкодисперсного диоксида титана со средним размером частиц 1 мкм.

Толщина слоя диоксида титана составила 5 мм, общий вес его - 538 г, что при собственной плотности частиц 4,235 г/см³ соответствует порозности слоя 0,55. Удельная поверхность материала, определенная по методу БЭТ составила 1,4 м²/г. Таким образом, эффективный радиус канала протекания r_эф=0,4 мкм.

Устойчивое значение ζ-потенциала при протекании водопроводной воды г.Санкт-Петербурга составляло - 42 мВ. Таким образом, отношение абсолютного значения дзета потенциала сорбционного материала к значению эффективного радиуса канала протекания жидкости составляет

В качестве вирусной культуры использовали норовирус (noro-Spb/2005). Условия эксперимента аналогичны Примеру 4.

Результаты определения наличия вирусов в отфильтрованной воде приведены в таблице 12.

Таблица 12. Концентрация вируса на входе ТЦЦ/мл Метод ПЦР 2-й литр 10-й литр 10² - - 10³ - - 10⁴ - - 10⁵ - - 10⁶ - - 10⁷ - - 10⁸ - + 10⁹ + + 10¹⁰ + +

Обнаружено, что фильтрующий элемент в условиях эксперимента обеспечивает снижение концентрации вирусов по меньшей мере в 10⁶ раз.

Изобретение может быть использовано для приготовления ультрачистой воды, безопасной для употребления человеком, в результате сорбционной очистки питьевой воды от вирусов. Способ включает фильтрование воды через зоны с сорбционными материалами, где, по крайней мере, одна из зон представляет собой пористый фильтрующий элемент на основе смол, полученных конденсацией альдегидов с ароматическими фенолами или аминами. Сорбционный материал обладает следующими характеристиками: отношение абсолютного значения дзета-потенциала пористого фильтрующего элемента к значению эффективного радиуса канала протекания жидкости составляет не менее 10⁴ В/м. В качестве такого сорбционного материала, по крайней мере, одной из зон используют пористый фильтрующий элемент на основе смолы, полученной конденсацией формальдегида с резорцином или меламином. Предпочтительно пористый фильтрующий элемент может содержать намывной слой из сорбционного материала, характеризующегося отношением абсолютного значения дзета-потенциала материала к значению эффективного радиуса канала протекания не менее 10⁵ В/м. Способ обеспечивает высокую степень обезвреживания вирусов. 3 з.п. ф-лы, 17 пр., 9 табл.

1. Способ инактивации вирусов в водных средах, включающий прохождение под давлением жидкости через зоны с сорбционными материалами, отличающийся тем, что в качестве сорбционного материала по крайней мере одной из зон используют пористый фильтрующий элемент на основе смол, полученных конденсацией альдегидов с ароматическими фенолами или аминами, обладающий следующими характеристиками: отношение абсолютного значения дзета потенциала пористого фильтрующего элемента к значению эффективного радиуса канала протекания жидкости составляет не менее 10⁴ В/м.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сорбционного материала по крайней мере одной из зон используют пористый фильтрующий элемент на основе смолы, полученной конденсацией формальдегида с резорцином.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сорбционного материала по крайней мере одной из зон используют пористый фильтрующий элемент на основе смол, полученных конденсацией формальдегида с меламином.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пористый фильтрующий элемент может содержать намывной слой из сорбционного материала, характеризующегося отношением абсолютного значения дзета-потенциала материала к значению эффективного радиуса канала протекания не менее 10⁵ В/м.