Область техники
Настоящее изобретение относится к способу стерилизации микроорганизмов, таких как E.coli, конкретно, к способу стерилизации, подходящему для питьевой воды, промывной воды, жилого пространства, внутреннего пространства автомобиля, помещений для хранения пищевых продуктов, установок, использующих воду, находящихся в комнате предметов и личных вещей. Настоящее изобретение также относится к колонке и фильтру, используемым для уничтожения микроорганизмов. Кроме того, настоящее изобретение относится к маске, предотвращающей вдыхание и высвобождение микроорганизмов.
Уровень техники
Например, в качестве способа стерилизации инфекционных и патогенных микроорганизмов, в большинстве случаев рекомендуется способ тепловой стерилизации. Однако температура нагревания часто ограничена, потому что в некоторых случаях применение тепловой обработки является затруднительным, а также из-за опасения обусловленного нагреванием ухудшения качества и т.д. Естественно, эффект от стерилизации будет ограничен. Взамен или в сочетании с тепловой стерилизацией используют гипохлорит натрия, а также коммерчески доступной является дезинфицирующая водосодержащая хлорноватистая кислота.
Также, в качестве общепризнанного примера, патентный документ 1 раскрывает способ стерилизации микроорганизмов (E.coli), который сконфигурирован таким образом, чтобы обработка проводилась так, что температура нагревания составляет 60°C или ниже в присутствии аллилизотиоцианата. Патентный документ 2 раскрывает способ стерилизации микроорганизмов в установках с использованием воды, который сконфигурирован таким образом, чтобы обеспечивалась возможность совместного использования ионов серебра и ионов меди, ионов серебра и остаточного хлора, ионов меди и остаточного хлора или ионов серебра, ионов меди и остаточного хлора.
Перечень ссылок
Патентная литература
Патентный документ 1: выложенный патент Японии № 11-322521
Патентный документ 2: выложенный патент Японии № 2007-268402
Сущность изобретения
Техническая проблема
Задачей настоящего изобретения является предоставление нового способа стерилизации, способного уничтожать не только отдельные микроорганизмы в воде, но также микроорганизмы в газе, по сравнению со способом стерилизации, раскрытым в каждом из упомянутых выше патентных документов.
Решение проблемы
Авторы настоящего изобретения усердно изучали осуществление упомянутой выше задачи. В результате они обнаружили, что материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, который используют для твердокислотного катализатора, протонопроводящей мембраны топливного элемента и тому подобное, демонстрирует сильное стерилизующее действие против микроорганизмов в газе или жидкости.
Хорошо известно, что, хотя жидкая кислота оказывает стерилизующее воздействие на микроорганизмы, в отличие от жидкой кислоты, считается, что твердая кислота имеет менее частый контакт с микроорганизмами вследствие недостатка у нее текучести. Соответственно, во время подачи настоящей заявки, предполагалось, что твердая кислота не обладает стерилизующим действием, которое демонстрирует жидкая кислота. Таким образом, тот факт, что материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, демонстрирует сильное стерилизующее действие, был полностью непредсказуемым для специалистов в данной области.
Авторы настоящего изобретения обнаружили также, что материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, не только просто убивает микроорганизмы, но также обладает действием гидролиза компонентов микроорганизмов.
Настоящее изобретение полностью основано на изложенных открытиях.
То есть настоящее изобретение предоставляет следующее с [1] по [9].
[1] Способ стерилизации газа или жидкости, включающий контактирование микроорганизма в газе или жидкости с материалом, содержащим аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу.
[2] Способ стерилизации газа или жидкости по п.[1], в котором газ или жидкость пропускают через колонку, наполненную материалом, содержащим аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу.
[3] Способ стерилизации газа или жидкости по п.[1], в котором газ или жидкость пропускают через фильтр, несущий материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу.
[4] Способ стерилизации газа или жидкости по п.[1], в котором материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, получают путем конденсации и сульфонирования не полностью карбонизированного органического соединения с помощью тепловой обработки триоксидом серы или сульфонирующим агентом, содержащим триоксид серы.
[5] Способ стерилизации газа или жидкости по п.[1], в котором материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, получают путем конденсации и сульфонирования по меньшей мере одного, выбранного из группы полициклических ароматических углеводородов, имеющих 2 или более и 7 или менее конденсированных ароматических колец, с помощью тепловой обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте.
[6] Способ стерилизации газа или жидкости по п.[1], в котором материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, получают путем введения сульфогруппы в органическое соединение с помощью тепловой обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте, при этом материал обладает следующими свойствами: (1) в спектре ядерного магнитного резонанса на ядрах углерода-13 обнаруживаются химические сдвиги конденсированного 6-членного ароматического углеродного кольца и конденсированного 6-членного ароматического углеродного кольца, имеющего связанную с ним сульфогруппу, (2) в порошковой рентгеновской дифракции обнаруживается, по меньшей мере, дифракционный пик плоскости (002) углерода, среднее значение ширины (2θ) которого составляет от 5 до 30°, и (3) он обладает протонной проводимостью.
[7] Колонка для стерилизации, при этом колонка заполнена материалом, содержащим аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу.
[8] Фильтр для стерилизации, при этом фильтр несет материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу.
[9] Маска, содержащая проницаемый для воздуха элемент, при этом проницаемый для воздуха элемент несет материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу.
Предпочтительные результаты изобретения
Способ стерилизации по настоящему изобретению может оказывать сильное стерилизующее воздействие без потребности в электрической энергии или тепловой энергии. Вследствие этого, он является полезным в качестве способа стерилизации в области, где имеется недостаток снабжения электроэнергией и тому подобное, а также он является предпочтительным в том, что он оказывает слабое воздействие на окружающую среду.
Описание вариантов осуществления
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно.
Способ стерилизации газа или жидкости по настоящему изобретению включает контактирование микроорганизма в газе или жидкости с материалом, содержащим аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу.
Данный материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, проявляет такие свойства, которые демонстрируют сильную кислотность, не вызывая вымывание кислоты, даже когда его помещают в полярный растворитель (такой как вода, спирт, альдегид, карбоновая кислота и кетон), не влияя посредством этого на качество воды в отличие от химической стерилизации, а также не вызывая вымывание в газе, таком как воздух.
Материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, который может быть использован в данном описании, включает следующие углеродсодержащие твердые кислоты A-C.
Углеродсодержащая твердая кислота A представляет собой твердую кислоту, полученную путем конденсации и сульфонирования не полностью карбонизированного органического соединения с помощью тепловой обработки триоксидом серы или сульфонирующим агентом, содержащим триоксид серы. Заявка, имеющая отношение к данной углеродсодержащей твердой кислоте A, была ранее подана в Японии (патентная заявка Японии № 2009-134096).
В данном случае органическим соединением могут быть древесные отходы или древесные опилки; однако предпочтительно использовать по меньшей мере один полициклический ароматический углеводород, выбранный из бензола, антрацена, перилена, коронена и их сульфосоединений. Кроме того, также могут быть использованы тяжелая топливная нефть, деготь, гудрон, асфальт и тому подобное, содержащие ароматические углеводороды. Упомянутые выше органические соединения могут быть использованы отдельно или также может быть использована смесь множества видов из двух или более видов приведенных выше органических соединений. Не полностью (частично) карбонизированное органическое соединение относится к аморфному углероду, состоящему из полициклического ароматического углерода, состоящего из 10-20 ароматических 6-членных колец, и одним примером является аморфный углерод, в котором выстроены в ряд 10-20 бензольных колец. Не полностью карбонизированное органическое соединение получают, например, нагреванием органического соединения при 200-600°C, предпочтительно при 300-500°C в течение 0,5-20 часов, предпочтительно в течение 1-10 часов. В органическом соединении, полученном, как описано выше, все еще остается множество углерод-водородных связей, и когда его подвергают сульфонированию, сульфогруппа образует связь с данным углерод-водородным участком связывания. Вследствие этого, не полностью карбонизированное органическое соединение используют для того, чтобы получить твердую кислоту с более высокой плотностью сульфогрупп. В свете сказанного выше желательно, чтобы не полностью карбонизированное органическое соединение содержало множество углерод-водородных связей, другими словами, желательно содержало большое количество водорода. Количество водорода в не полностью карбонизированном органическом соединении предпочтительно составляет 0,3-1,5, более предпочтительно 0,5-1,1 в показателях соотношения элементов водород-углерод (H/C, атомное отношение).
Химической формулой триоксида серы является SO3, которая также относится к безводной серной кислоте. При контакте триоксида серы с не полностью карбонизированным органическим соединением важно проводить данную процедуру в струе инертного газа, такого как азот или аргон, или в струе сухого воздуха для получения твердой кислоты с высокой плотностью сульфогрупп.
Одним примером сульфонирующего агента, содержащего триоксид серы, может быть дымящая серная кислота.
Углеродсодержащая твердая кислота B представляет собой твердую кислоту, полученную путем конденсации и сульфонирования по меньшей мере одного, выбранного из группы из полициклических ароматических углеводородов, имеющих конденсированные 2 или более и 7 или менее ароматических колец, с помощью тепловой обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте. Ранее в Японии была подана заявка, имеющая отношение к данной углеродсодержащей твердой кислоте B, и был выдан патент (патент Японии № 40414909). В этой патентной публикации Японии № 40414909 описаны свойства, способы получения данной углеродсодержащей твердой кислоты B и тому подобное.
В данном случае примеры полициклического ароматического углеводорода включают нафталин, антрацен, перилен и коронен, и поскольку конденсируются два или более ароматических колец, в качестве синтетического исходного материала углеродсодержащей твердой кислоты B может быть использован любой из этих полициклических ароматических углеводородов. Известно, что ароматические углеводороды подвергаются поликонденсации в концентрированной или дымящей серной кислоте с образованием аморфного материала из высококонденсированного сложного полициклического ароматического углеводорода и что свойство полученного в результате аморфного материала приближается к свойству графита с повышением числа ароматических колец и тому подобное. Также, углеродсодержащая твердая кислота по настоящему изобретению обладает стабильной химической структурой, которую получают путем конденсации и сульфонирования полициклического ароматического углеводорода с помощью тепловой обработки полициклического ароматического углеводорода, в частности, по меньшей мере одного, выбранного из группы полициклических ароматических углеводородов, имеющих 2 или более и 7 или менее конденсированных ароматических колец, в концентрированной или дымящей серной кислоте.
Сульфонированный полициклический ароматический углеводород, имеющий множество поликонденсированных ароматических колец, получают путем сульфонирования и поликонденсации полициклического ароматического углеводорода с помощью тепловой обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте. Однако когда температура обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте ниже чем 100°C, поликонденсация полициклического ароматического углеводорода протекает неудовлетворительно, без образования полициклического ароматического углеводорода, состоящего из множества ароматических колец, и без получения посредством этого твердой кислоты, которая является нерастворимой в полярном растворителе. Между тем, когда температура обработки превышает 450°C, происходит термическое разложение сульфогруппы, не позволяющее получить нерастворимый аморфный углеводород, содержащий достаточное количество сульфогрупп. Более предпочтительная температура обработки составляет от 200°C до 350°C. Твердокислотный катализатор по настоящему изобретению может быть синтезирован путем использования в качестве исходного материала не только единственного полициклического ароматического углеводорода, но также использования в качестве исходного материала множества полициклических ароматических углеводородов. Кроме того, он также может быть синтезирован путем использования дегтя, гудрона и тому подобное, содержащего в качестве исходного материала различные виды полициклических ароматических углеводородов, а также насыщенный углеводород и ненасыщенный углеводород.
Углеродсодержащая твердая кислота C представляет собой твердую кислоту, полученную путем введения сульфогруппы, подвергая органическое соединение тепловой обработке в концентрированной или дымящей серной кислоте. Международная заявка, имеющая отношение к данной углеродсодержащей твердой кислоте C, была подана ранее (WO 2005/029508). Свойства, способы получения данной углеродсодержащей твердой кислоты C и тому подобное описаны в международной публикации № WO 2005/029508.
В данном случае, в качестве органического соединения могут быть использованы ароматические углеводороды; однако также могут быть использованы другие органические соединения, например сахариды, такие как глюкоза, сахар (сахароза) и целлюлоза, и синтетические полимерные соединения, такие как полиэтилен и полиакриламид. Ароматическими углеводородами являются либо полициклические ароматические углеводороды, либо моноциклические ароматические углеводороды, и могут быть использованы, например, бензол, нафталин, антрацен, перилен и коронен, из которых предпочтительно может быть использован нафталин. Хотя органическое соединение может быть использовано отдельно, также может быть использована комбинация двух или более их видов. Также, необязательно может быть использовано очищенное органическое соединение и, например, тяжелая топливная нефть, деготь, гудрон и асфальт, содержащие ароматические углеводороды.
Когда в качестве исходного материала используют сахариды, такие как глюкоза и целлюлоза, и синтетические полимерные соединения, предпочтительно нагревать данные исходные материалы в струе инертного газа для частичной их карбонизации в преддверии тепловой обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте. Температура нагревания при данной тепловой обработке составляет обычно 200-600°C, а время обработки составляет обычно 0,5-20 часов. Условие частичной карбонизации является предпочтительно таким, чтобы в картине порошковой рентгеновской дифракции подвергаемого тепловой обработке продукта обнаруживался дифракционный пик плоскости (002), среднее значение ширины (2θ) которого составляет 30.
Когда в качестве исходного материала используют ароматические углеводороды или тяжелую топливную нефть, деготь, гудрон, асфальт и тому подобное, содержащие ароматические углеводороды, предпочтительно подвергать продукт, образующийся в результате тепловой обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте, вакуумному нагреванию. Данный процесс удаляет избыточную серную кислоту, способствуя в то же время карбонизации и затвердеванию продукта, повышая за счет этого выход продукта. Для откачки предпочтительно используют экстрактор (exhauster) со скоростью откачки, равной 10 л/мин или больше, и предельным давлением, равным 100 торр или меньше. Предпочтительная температура нагревания составляет 140-300°C, а более предпочтительная температура составляет 200-280°C. Время откачки при данной температуре, как правило, составляет 2-20 часов.
Данная углеродсодержащая твердая кислота C обладает следующими характеристиками (1)-(3).
(1) В спектре ядерного магнитного резонанса на ядрах углерода-13 обнаруживаются химические сдвиги конденсированного 6-членного ароматического углеродного кольца и конденсированного 6-членного ароматического углеродного кольца, имеющего связанную с ним сульфогруппу,
(2) В порошковой рентгеновской дифракции обнаруживается по меньшей мере дифракционный пик плоскости (002) углерода, среднее значение ширины (2θ) которого составляет от 5 до 30°. Также, обнаруженные дифракционные пики могут включать пик, соответствующий плоскости, не являющейся (002); однако, предпочтительно, обнаруживается только дифракционный пик плоскости (002).
(3) Она обладает протонной проводимостью. В данном случае, хотя на протонную проводимость не накладывается никакое особое ограничение, она составляет предпочтительно 0,01-0,2 Ссм-1, более предпочтительно 0,08-0,11 Ссм-1 (упомянутая выше протонная проводимость представляет собой значение, которое измеряют с помощью метода переменно-токового импеданса в условиях температуры, равной 80°C, и влажности, равной 100%).
На способ контакта микроорганизма в газе или жидкости с материалом, содержащим аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, не накладывается никаких ограничений. Его примеры включают способ пропускания газа или жидкости, подлежащих стерилизации, через колонку, наполненную материалом, содержащим аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, способ пропускания газа или жидкости, подлежащих стерилизации, через фильтр, несущий материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, и способ смешивания газа или жидкости, подлежащих стерилизации, с материалом, содержащим аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, с последующим перемешиванием.
Колонка, которая может быть использована в данном случае, включает колонку, имеющую входное отверстие, через которое вводится газ или жидкость, подлежащие стерилизации, выходное отверстие, через которое выпускается стерилизованный газ или жидкость, и часть, которая должна быть заполнена материалом, содержащим аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу. Для колонки для стерилизации также может быть использована колонка, используемая для хроматографии и тому подобное.
Фильтр, который может быть использован в данной заявке, включает фильтр, который имеет тонкие каналы или отверстия, так чтобы через фильтр мог проходить газ или жидкость, и который может нести материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу. Конкретно, может быть использован тканый или нетканый материал и тому подобное, который несет материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу. Может быть использован любой тканый или нетканый материал при условии, что он является устойчивым к кислоте.
Примеры использования способа стерилизации по настоящему изобретению включают следующие. Нестерилизованную воду пропускают через упомянутую выше колонку для стерилизации, так чтобы она предоставлялась в виде питьевой воды или моющей. Упомянутый выше фильтр устанавливают в вентиляторе или в вентиляционном отверстии в жилом пространстве, внутреннем пространстве автомобиля, помещениях для хранения пищевых продуктов и тому подобное для предотвращения проникновения микроорганизмов в помещение. Очиститель воздуха, имеющий упомянутый выше фильтр, устанавливают в жилом пространстве, внутреннем пространстве автомобиля, помещениях для хранения пищевых продуктов и тому подобное для уничтожения микроорганизмов в помещении. Также, упомянутый выше фильтр или колонку устанавливают в части с циркулирующей водой в установках, использующих воду, таких как бассейн, для стерилизации воды.
Способ стерилизации по настоящему изобретению может также быть использован для маски. То есть, если воздухопроницаемый элемент (например, тканый или нетканый материал), который является устойчивым к кислоте, снабжен материалом, содержащим аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, и маску изготавливают с использованием полученного в результате элемента, то ее используют в качестве маски, способной предотвращать вдыхание и выдыхание микроорганизмов.
В настоящем изобретении микроорганизмы относятся к организму, называемому в большинстве случаев микроорганизмом, например, бактериям, археям, простейшим и грибам, и, кроме того, он также включает одноклеточную эукариотическую водоросль, имеющую жгутик, такую как Эвглена, и, кроме того, вирусы.
Механизм действия стерилизующего эффекта материала, содержащего аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, еще не был подробно выяснен; однако в связи с тем, что данный материал имеет сульфогруппу, которая преобразуется в сайт сильной кислоты, которая сравнима с серной кислотой, полагают, что стерилизующий эффект происходит через контакт микроорганизмов с данной сульфогруппой. Вследствие того, что данный материал является углеродсодержащим, он является адсорбционным для микроорганизмов, и считается, что микроорганизмы в газе или жидкости притягиваются благодаря данной адсорбирующей способности, посредством чего микроорганизмы эффективно вводятся в контакт с сульфогруппой. Как описано выше, считалось, что твердая кислота лишена стерилизующего эффекта, потому что, в отличие от жидкой кислоты, ей недостает текучести; однако считается, что с данным материалом, содержащим аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, проблема текучести решена благодаря его способности адсорбирования микроорганизмов.
Также, в примерах, описываемых далее, продемонстрирован только стерилизующий эффект на микроорганизмы в жидкости. Однако если предполагается, что механизм действия стерилизующего эффекта материала, содержащего аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, является таким, как описано выше, то допускается, что он оказывает стерилизующее воздействие на микроорганизмы в газе, аналогичное воздействию на микроорганизмы в жидкости.
Примеры
Далее, стерилизующий эффект настоящего изобретения будет рассмотрен со ссылкой на примеры.
Пример 1
В данном примере исследуется стерилизующий эффект углеродсодержащих твердых кислот A и C, полученных с помощью следующих способов на E. coli.
(1) Получение углеродсодержащей твердой кислоты A.
В качестве органического соединения использовали коммерчески доступную микрокристаллическую целлюлозу. В трехгорлую колбу помещали 20 г данной целлюлозы с последующим нагреванием при 450°C на протяжении пяти часов в струе газообразного азота, в результате чего получали 9 г не полностью карбонизированного продукта (далее данный продукт называется «неполный карбид»). Данную операцию повторяли для получения определенной массы неполного карбида. В приемную колбу на 1 л помещали 20,2 г неполного карбида, полученного как описано выше, и затем колбу устанавливали на ротационный испаритель ROTAVAPOR RE120 (производимый BUCHI Labortechnik AG (Швейцария)). Приемную колбу вращали, нагревая до 60°C, и в то же самое время из внутренней части испарителя удаляли воздух с помощью вакуумного насоса (0,5 кПа) и колбу герметично закупоривали. Между тем, отвешивали 6,1 г триоксида серы (торговое название «Nisso Sulfan», поставляемый NISSO METALLOCHEMICAL CO., LTD.) и помещали в трехгорлую колбу для превращения в газ. Данный триоксид серы постепенно вводили в испаритель из впрыскивающего крана в верхней части конденсатора ротационного испарителя. После введения триоксида серы обеспечивали возможность протекания реакций, одновременно вращая приемную колбу при 60°C в течение двух часов. После завершения реакции линию введения газообразного триоксида серы перекрывали и газообразный триоксид серы в испарителе заменяли газообразным азотом. Приемную колбу отсоединяли от испарителя и в приемную колбу добавляли приблизительно 500 мл дистиллированной воды с последующим перемешиванием на протяжении 10 минут. Температуру поддерживали на уровне 30°C или ниже. Вслед за этим твердое содержимое отфильтровывали путем фильтрования с аспирацией, используя гидрофильный фильтр из политетрафторэтилена (PTFE) (изготавливаемого Millipore Corporation, omnipore, размер пор составляет 10 мкм). В качестве водного промывания твердое содержимое ресуспендировали приблизительно в 500 мл дистиллированной воды, с последующим перемешиванием в течение 10 минут, и твердое вещество снова фильтровали. Данную операцию повторяли до тех пор, пока рН фильтрата не становился почти постоянным, а затем твердое содержимое высушивали при 80°C в течение дня. Кроме того, в качестве промывания горячей водой твердое содержимое промывали 500 мл дистиллированной воды приблизительно 100°C. Данную операцию повторяли до тех пор, пока рН фильтрата не становился почти постоянным. После промывания горячей водой твердое содержимое высушивали при 80°C в течение дня с получением 20,9 г твердой кислоты. Содержание серы в углеродсодержащей твердой кислоте A, полученной как описано выше, составляло 0,94 мас.%.
(2) Получение углеродсодержащей твердой кислоты B.
Углеродсодержащую твердую кислоту B получали в соответствии с описанием примера 1 патента Японии № 4041409. Конкретно, получение проходило, как описано ниже. В качестве полициклического ароматического углеводорода использовали коммерчески доступный коронен (С24Н12). В 100 мл концентрированной серной кислоты (96%) добавляли 1 г коронена с последующим нагреванием при 200°C на протяжении восьми часов. Затем избыточную концентрированную серную кислоту удаляли с помощью дистилляции при пониженном давлении при 250°C с получением твердого порошка черного цвета. Твердый порошок, полученный таким образом, промывали 300 мл этилового спирта и данную операцию повторяли до тех пор, пока количество серной кислоты в этиловом спирте после промывания не становилось равным или ниже предела чувствительности элементарного анализа. Углеродсодержащую твердую кислоту B получали в виде порошка черного цвета, при этом картина рентгеновской дифракции не подтверждала никакую структуру, показывая, что он был аморфным. Также, содержание серы в углеродсодержащей твердой кислоте B, полученной как описано выше, составляло 4 мас.%.
(3) Получение углеродсодержащей твердой кислоты C.
Углеродсодержащую твердую кислоту C получали в соответствии с описанием примера 4 описания WO 2005/029508. Конкретно, получение проходило, как описано ниже. В качестве органического соединения использовали коммерчески доступный нафталин. В 300 мл 96% концентрированной серной кислоты добавляли 20 г нафталина, и одновременно вводя газообразный азот в полученную смесь при 30 мл/мин, смесь нагревали при 250°C в течение 15 часов с получением жидкости черного цвета. Жидкость, полученную таким образом, нагревали при 250°C в течение пяти часов, одновременно откачивая с использованием высоковакуумного роторного насоса со скоростью откачки, составляющей 50 л/мин, и предельным давлением, составляющим 1×10-2 торр или менее, для удаления избыточной концентрированной серной кислоты и содействия карбонизации, посредством чего получали порошок черного цвета. Порошок черного цвета, полученный таким образом, нагревали при 180°C в течение 12 часов в струе инертного газа, а затем промывали 300 мл дистиллированной воды. Данную операцию повторяли до тех пор, пока количество серной кислоты в дистиллированной воде после промывания не становилось равным или ниже предела чувствительности упомянутого выше элементарного анализа с помощью элементарного анализирующего устройства с использованием мгновенного сжигания, посредством чего получали аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу, а именно, углеродсодержащую твердую кислоту. В результате измерения полученной углеродсодержащей твердой кислоты посредством спектрометрии ядерного магнитного резонанса на ядрах углерода-13 при вращении под магическим углом (13CMAS), в спектре ядерного магнитного резонанса на ядрах углерода-13 около 130 м.д. появлялся химический сдвиг по причине конденсированного 6-членного ароматического углеродного кольца, и около 140 м.д. появлялся химический сдвиг по причине конденсированного 6-членного ароматического углеродного кольца со связанной сульфогруппой. Данные сдвиги представляют собой боковые полосы при вращении, которые характеристически наблюдаются при спектрометрии ядерного магнитного резонанса на ядрах углерода-13 при вращении под магическим углом и происходят не от разновидностей углерода. Также, в виде картины порошковой рентгеновской дифракции дифракционные пики плоскостей (002) и (004) углерода подтверждали посредством измерения рентгеновским анализирующим устройством. Среднее значение ширины (2θ) дифракционных пиков плоскости (002) составляло 11°. Также, содержание серы в углеродсодержащей твердой кислоте C, полученной как описано выше, составляло 9 мас.%.
(4) Стерилизующий эффект углеродсодержащих твердых кислот A-C на E. coli.
(i) В качестве E. coli использовали Escherichia coli NBRC3972, полученную из Национального Института Технологии и Оценки. Тестируемую бактериальную жидкость получали путем суспендирования бактериальных тел, полученных за счет культивирования упомянутой выше E. coli в нормальной агаровой среде для чашек (производимой NISSUI PHARMACEUTICAL CO., LTD) при 30°C в течение одного дня в стерилизованной воде, а затем доведения количества бактерий приблизительно до 2×107 КОЕ/мл (КОЕ означает колониеобразующую единицу).
(ii) В качестве среды для измерения количества бактерий получали большое количество агаровых сред для чашек путем добавления 1,5% агара в среду SCDLP “Daigo” (производимую NIHON PHARMACEUTICAL CO., LTD) и использовали.
(iii) Процедура измерения состоит в следующем: отвешивали 0,1 г порошковой углеродсодержащей твердой кислоты A и помещали в пробирку с SILICOSEN с последующей стерилизацией паром при 121°C в течение 15 минут. После такой стерилизующей обработки 2 мл упомянутой выше тестируемой бактериальной жидкости добавляли в пробирку с последующим вращательным встряхиванием при 30°C (140 об/мин). Спустя 10 минут отбирали 200 мкл жидкости, обработанной таким образом в пробирке (углеродсодержащая твердая кислота A + тестируемая бактериальная жидкость), которую затем немедленно последовательно разбавляли (10-104-кратное разбавление) стерилизованной водой. Вслед за этим 50 мкл каждого разбавления бактериальной жидкости по отдельности наносили мазком на упомянутую выше агаровую среду для чашек SCDLP. После нанесения мазка бактерии статически культивировали при 30°C в течение одного-двух дней, а затем живые бактерии подсчитывали с помощью метода подсчета колоний. Аналогичные измерения также проводили для углеродсодержащих твердых кислот B и C.
(iv) Кроме того, в качестве контрольного эксперимента также проводили следующий эксперимент. В стерилизованную паром пробирку с SILICOSEN помещали 2 мл упомянутой выше тестируемой бактериальной жидкости с последующим вращательным встряхиванием при 30°C (140 об/мин). Спустя 10 минут отбирали 200 мкл тестируемой бактериальной жидкости в пробирке, которую затем немедленно последовательно разбавляли (10-104-кратное разбавление) стерилизованной водой. Вслед за этим 50 мкл каждого разбавления бактериальной жидкости по отдельности наносили мазком на упомянутую выше агаровую среду для чашек SCDLP. После этого через один-два дня статического культивирования при 30°C подсчитывали живые бактерии с помощью метода подсчета колоний.
Таблица 1 показывает результаты, полученные таким образом. Также, с помощью метода подсчета колоний подсчитывали количество живых бактерий в тестируемой бактериальной жидкости без выполнения обработки с 10-минутным вращательным встряхиванием, и полученное в результате количество бактерий показано в таблице 1, как и количество живых бактерий в начале обработки. Количество живых бактерий в таблице 1 отображает значение на мл обрабатываемой жидкости и показывает среднее значение количества живых бактерий, полученное после выполнения дважды каждого эксперимента по обработке.
Пример 2
В данном примере, используя Euglena, относящуюся к роду Euglena, из типа Euglenozoa и типа Protozoa, стерилизующий эффект (эффект разрушения клеточных мембран) каждой из углеродсодержащих твердых кислот A-C исследовали в следующих условиях.
(1) Получение углеродсодержащих твердых кислот A-C.
Углеродсодержащие твердые кислоты A-C получали по аналогии с примером 1.
(2) Эффект разрушения клеточных мембран углеродсодержащих твердых кислот A-C на Euglena.
(i) В качестве тестируемой бактерии использовали Euglena (порошок), полученную от EUGLENA CO., LTD. Упомянутый выше эффект разрушения клеточных мембран подтверждали с помощью явления обнаружения межклеточной глюкозы в клетке Euglena наряду с разрушением Euglena.
(ii) Тестируемый способ состоит в следующем: 3 г углеродсодержащей твердой кислоты A, 1,5 г упомянутой выше Euglena и 2,5 мл воды отвешивали и помещали в лабораторный химический стакан с последующим перемешиванием при 30°C в течение одного часа (400 об/мин). Затем стерилизующий эффект оценивали посредством измерения глюкозы в полученном водном растворе. В качестве сравнительного примера проводили аналогичное испытание путем замены углеродсодержащей твердой кислоты на сильнокислотную ионообменную смолу (производимую Aldrich, Amberlyst-15). Углеродсодержащие твердые кислоты B и C также испытывали аналогичным образом.
Из приведенных выше исследований было обнаружено, что когда использовали углеродсодержащую твердую кислоту A, обнаружили 53 мг глюкозы, когда использовали углеродсодержащую твердую кислоту B, обнаружили 20 мг глюкозы, а когда использовали углеродсодержащую твердую кислоту C, обнаружили 25 мг глюкозы. Напротив, когда использовали сильнокислотную ионообменную смолу, глюкоза не была обнаружена.
Пример 3
В данном примере исследовали стерилизующий эффект углеродсодержащей твердой кислоты D, полученной с помощью следующего метода на различных микроорганизмах.
(1) Получение углеродсодержащей твердой кислоты D.
В трехгорлую колбу на 500 мл помещали 4 г упомянутого выше неполного карбида, 100 мл 96% концентрированной серной кислоты и 100 мл 30% дымящей серной кислоты с последующим нагреванием при 80°C в течение 10 часов в струе азота. Спустя 10 часов полученную в результате смесь возвращали к комнатной температуре и добавляли 200 мл дистиллированной воды, а твердое содержимое фильтровали путем фильтрования с отсасыванием, используя стекловолоконный фильтр. Твердое содержимое собирали и ресуспендировали в 400 мл дистиллированной воды приблизительно 100°C. После нагревания и перемешивания в течение 30 минут твердое содержимое фильтровали путем фильтрования с отсасыванием. Данную операцию повторяли до тех пор, пока рН фильтрата не становился почти постоянным, а затем твердое содержимое сушили при 80°C на протяжении одного дня. После высушивания, по аналогии с изложенным выше, твердое содержимое подвергали промыванию горячей водой, используя 400 мл дистиллированной воды приблизительно 100°C, и данную операцию повторяли до тех пор, пока рН фильтрата не становился почти постоянным. После промывания горячей водой твердое содержимое сушили при 80°C на протяжении одного дня с получением твердой кислоты. Содержание серы в углеродсодержащей твердой кислоте D, полученной как описано выше, составляло 5,1 мас.%.
(2) Стерилизующий эффект углеродсодержащей твердой кислоты D на различные микроорганизмы.
(i) В качестве тестируемых бактерий использовали Pseudomonas putida NBRC14164, Staphylococcus aureus подвид aureus NBRC12732, и Bacillus atrophaeus NBRC13721, полученные из Национального Института Технологии и Оценки. Тестируемые бактериальные жидкости получали путем суспендирования бактериальных тел, полученных за счет культивирования каждого из микроорганизмов в агаровой среде для чашек, которую получали путем добавления 1,5% агара в среду SCDLP “Daigo” (производимую NIHON PHARMACEUTICAL CO., LTD), при 30°C (37°C для микроорганизмов, относящихся к роду Staphylococcus) в течение одного дня в стерилизованной воде и доведения количества бактерий приблизительно до 105-107 КОЕ/мл (КОЕ означает колониеобразующую единицу).
(ii) В качестве среды для измерения количества бактерий аналогичным образом получали и использовали большое количество агаровых сред для чашек SCDLP.
(iii) Процедура измерения состоит в следующем: отвешивали 0,1 г порошковой углеродсодержащей твердой кислоты A и помещали в пробирку с SILICOSEN с последующей стерилизацией паром при 121°C в течение 15 минут. После такой стерилизующей обработки по 2 мл каждой из упомянутых выше тестируемых бактериальных жидкостей добавляли в пробирку с последующим вращательным встряхиванием при 30°C (140 об/мин). Спустя 10 минут отбирали 100 мкл жидкости, обработанной таким образом в пробирке, которую затем немедленно последовательно разбавляли (10-104-кратное разбавление) стерилизованной водой. Вслед за этим 50 мкл каждого разбавления бактериальной жидкости по отдельности наносили мазком на упомянутую выше агаровую среду для чашек SCDLP. После нанесения мазка бактерии статически культивировали при 30°C (37°C для микроорганизмов, относящихся к роду Staphylococcus) в течение одного-двух дней, а затем живые бактерии подсчитывали с помощью метода подсчета колоний.
(iv) Кроме того, в качестве контрольного эксперимента в стерилизованную паром пробирку с SILICOSEN помещали по 2 мл каждой из упомянутых выше тестируемых бактериальных жидкостей с последующим вращательным встряхиванием при 30°C (140 об/мин). Спустя 10 минут отбирали 100 мкл тестируемой бактериальной жидкости в пробирке и живые бактерии подсчитывали с помощью метода подсчета колоний по аналогии с описанным выше.
Таблица 2 показывает результаты, полученные таким образом. Также, с помощью метода подсчета колоний подсчитывали количество живых бактерий в каждой из тестируемых бактериальных жидкостей без выполнения обработки с 10-минутным вращательным встряхиванием, и полученное в результате количество бактерий показано в таблице 2, как и количество живых бактерий в начале обработки. Количество живых бактерий в таблице 2 отображает значение на мл обрабатываемой жидкости и показывает среднее значение количества живых бактерий, полученное после выполнения дважды каждого эксперимента по обработке.
Пример 4
В данном примере исследовали стерилизующий эффект углеродсодержащей твердой кислоты D, используя E. coli, в следующих условиях.
(1) Получение углеродсодержащей твердой кислоты D.
Углеродсодержащую твердую кислоту D получали по аналогии с примером 3.
(2) Стерилизующее действие углеродсодержащей твердой кислоты D на E. coli.
(i) Использовали ту же самую E. coli, которую использовали в примере 1.
(ii) В качестве среды для измерения количества бактерий использовали триптосоевую агаровую среду (производимую NISSUI PHARMACEUTICAL CO., LTD).
(iii) Процедура измерения состоит в следующем: отвешивали 0,5 г порошковой углеродсодержащей твердой кислоты D и помещали в стерилизованную паром пробирку с SILICOSEN. Затем 10 мл жидкости с упомянутой выше E. coli добавляли в пробирку с последующим вращательным встряхиванием при 25°C (140 об/мин). Спустя три часа отбирали 100 мкл жидкости, обработанной таким образом в пробирке, которую затем немедленно последовательно разбавляли (10-103-кратное разбавление) стерилизованной водой. Вслед за этим 50 мкл каждого разбавления бактериальной жидкости по отдельности наносили мазком на упомянутую выше триптосоевую агаровую среду для чашек. После нанесения мазка бактерии статически культивировали при 30°C в течение одного дня, а затем живые бактерии подсчитывали с помощью метода подсчета колоний.
(iv) Кроме того, в качестве контрольного эксперимента в стерилизованную паром пробирку с SILICOSEN помещали 10 мл жидкости с упомянутой выше E. coli с последующим вращательным встряхиванием при 25°C (140 об/мин). Спустя три часа отбирали 100 мкл жидкости с E. coli в пробирке и живые бактерии подсчитывали с помощью метода подсчета колоний по аналогии с описанным выше.
Таблица 3 показывает результаты, полученные таким образом. Также, с помощью метода подсчета колоний подсчитывали количество живых бактерий в тестируемой бактериальной жидкости без выполнения обработки с 3-часовым вращательным встряхиванием, и полученное в результате количество бактерий показано в таблице 3, как и количество живых бактерий в начале обработки. Количество живых бактерий в таблице 3 отображает значение на мл обрабатываемой жидкости и показывает среднее значение количества живых бактерий, полученное после выполнения дважды каждого эксперимента по обработке. Также в скобках показан рН каждой жидкости.
Промышленная применимость
Способ стерилизации по настоящему изобретению не требует электрической энергии, тепловой энергии или тому подобное. Вследствие этого он является полезным для приготовления питьевой воды или моющей воды в регионе, где ощущается недостаток электрической энергии и запасов ископаемого топлива.
Группа изобретений относится к очистке газа или жидкости от микроорганизмов. Способ уничтожения микроорганизмов в газе или жидкости включает контактирование микроорганизмов в газе или жидкости с материалом, содержащим аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу. Группа изобретений относится также к колонке и фильтру для стерилизации, содержащим указанный материал, и к маске, содержащей воздухопроницаемый элемент, включающий указанный материал. Группа изобретений позволяет уничтожать микроорганизмы как в жидкости, так и в газе, а также оказывает сильное стерилизующее действие без использования электрической или тепловой энергии. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 пр.
1. Способ уничтожения микроорганизмов в газе или жидкости, включающий контактирование микроорганизмов в газе или жидкости с материалом, содержащим аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу,
где материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу получают путем
(a) конденсации и сульфонирования не полностью карбонизированного органического соединения посредством тепловой обработки триоксидом серы или сульфонирующим агентом, содержащим триоксид серы; или
(b) конденсации и сульфонирования по меньшей мере одного, выбранного из группы полициклических ароматических углеводородов, имеющих 2 или более и 7 или менее конденсированных ароматических колец, с помощью тепловой обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте; или
(c) введения сульфогруппы в органическое соединение с помощью тепловой обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте, при этом материал обладает следующими свойствами: (1) в спектре ядерного магнитного резонанса на ядрах углерода-13 обнаруживаются химические сдвиги конденсированного 6-членного ароматического углеродного кольца и конденсированного 6-членного ароматического углеродного кольца, имеющего связанную с ним сульфогруппу, (2) в порошковой рентгеновской дифракции обнаруживается, по меньшей мере, дифракционный пик плоскости (002) углерода, среднее значение ширины (2θ) которого составляет от 5 до 30°, и (3) он обладает протонной проводимостью.
2. Способ по п. 1, в котором газ или жидкость пропускают через колонку, наполненную материалом, содержащим аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу.
3. Способ по п. 1, в котором газ или жидкость пропускают через фильтр, содержащий материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу.
4. Колонка для стерилизации, при этом колонка заполнена материалом, содержащим аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу,
где материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу получают путем
(a) конденсации и сульфонирования не полностью карбонизированного органического соединения посредством тепловой обработки триоксидом серы или сульфонирующим агентом, содержащим триоксид серы; или
(b) конденсации и сульфонирования по меньшей мере одного, выбранного из группы полициклических ароматических углеводородов, имеющих 2 или более и 7 или менее конденсированных ароматических колец, с помощью тепловой обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте; или
(c) введения сульфогруппы в органическое соединение с помощью тепловой обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте, при этом материал обладает следующими свойствами: (1) в спектре ядерного магнитного резонанса на ядрах углерода-13 обнаруживаются химические сдвиги конденсированного 6-членного ароматического углеродного кольца и конденсированного 6-членного ароматического углеродного кольца, имеющего связанную с ним сульфогруппу, (2) в порошковой рентгеновской дифракции обнаруживается, по меньшей мере, дифракционный пик плоскости (002) углерода, среднее значение ширины (2θ) которого составляет от 5 до 30°, и (3) он обладает протонной проводимостью.
5. Фильтр для стерилизации, при этом фильтр содержит материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу,
где материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу получают путем
(a) конденсации и сульфонирования не полностью карбонизированного органического соединения посредством тепловой обработки триоксидом серы или сульфонирующим агентом, содержащим триоксид серы; или
(b) конденсации и сульфонирования по меньшей мере одного, выбранного из группы полициклических ароматических углеводородов, имеющих 2 или более и 7 или менее конденсированных ароматических колец, с помощью тепловой обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте; или
(c) введения сульфогруппы в органическое соединение с помощью тепловой обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте, при этом материал обладает следующими свойствами: (1) в спектре ядерного магнитного резонанса на ядрах углерода-13 обнаруживаются химические сдвиги конденсированного 6-членного ароматического углеродного кольца и конденсированного 6-членного ароматического углеродного кольца, имеющего связанную с ним сульфогруппу, (2) в порошковой рентгеновской дифракции обнаруживается, по меньшей мере, дифракционный пик плоскости (002) углерода, среднее значение ширины (2θ) которого составляет от 5 до 30°, и (3) он обладает протонной проводимостью.
6. Маска, содержащая проницаемый для воздуха элемент, при этом проницаемый для воздуха элемент содержит материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу,
где материал, содержащий аморфный углерод, имеющий введенную в него сульфогруппу получают путем
(a) конденсации и сульфонирования не полностью карбонизированного органического соединения посредством тепловой обработки триоксидом серы или сульфонирующим агентом, содержащим триоксид серы; или
(b) конденсации и сульфонирования по меньшей мере одного, выбранного из группы полициклических ароматических углеводородов, имеющих 2 или более и 7 или менее конденсированных ароматических колец, с помощью тепловой обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте; или
(c) введения сульфогруппы в органическое соединение с помощью тепловой обработки в концентрированной или дымящей серной кислоте, при этом материал обладает следующими свойствами: (1) в спектре ядерного магнитного резонанса на ядрах углерода-13 обнаруживаются химические сдвиги конденсированного 6-членного ароматического углеродного кольца и конденсированного 6-членного ароматического углеродного кольца, имеющего связанную с ним сульфогруппу, (2) в порошковой рентгеновской дифракции обнаруживается, по меньшей мере, дифракционный пик плоскости (002) углерода, среднее значение ширины (2θ) которого составляет от 5 до 30°, и (3) он обладает протонной проводимостью.
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СКВАЖИН МЕТОДОМ ИМПЛОЗИИ | 1996 |
|
RU2086753C1 |
