Способ получения раствора пероксида водорода с требуемой концентрацией для стимулирования роста семян растений Российский патент 2019 года по МПК C02F1/46 

Описание патента на изобретение RU2706659C1

Изобретение относится к способам обработки воды электрохимическими методами, а именно к способу контроля содержания пероксида водорода в активированной воде в процессе ее получения, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, где традиционно применяется активированная вода: в сельском хозяйстве для обработки семян и для полива растений, в качестве антибактериального средства в медицине и пищевой промышленности и др.

Известны различные способы и устройства для получения активированной воды с помощью электрохимических методов. Обычно воду активируют в диафрагменных электролизерах с раздельным выводом кислой и щелочной воды (Рогов В.М., Филипчук В.Л. Электрохимическая технология изменения свойств воды. Львов: Изд-во ЛГУ, 1989, с. 82; RU 2113411, C02F 1/46, 20.06.1998; RU 2170499, А01С 1/00, 20.07.2001). Известно устройство для получения активированной воды (кислой и щелочной), содержащее генератор радиочастотной плазмы для воздействия радиоволнами на обрабатываемую воду (RU 2272787, C02F 1/30, C02F 103/02, 27.03.2006).

В предлагаемом изобретении активированной водой является «плазменная» вода, получаемая авторами принципиально иным способом по сравнению с приведенными выше известными способами получения активированной воды, и существенно отличающаяся по своим свойствам.

«Плазменную» (далее без кавычек) воду получали по методу, разработанному в Институте общей физики им. A.M. Прохорова РАН (Н.В. Бабурин, С.В. Белов и др. Гетерогенная рекомбинация в плазме водяных паров как механизм воздействия на биологические ткани. Доклады Академии наук. Физика. 2009, том 426, №4, с. 468-470; С.В. Белов, Ю.К. Данилейко и др. Особенности генерации низкотемпературной плазмы в высокочастотных плазменных электрохирургических аппаратах. Медицинская техника, №2, 2011, с. 26-32), следующим образом: в объеме водного раствора электролита (например, физиологический раствор) формировали электродный плазменный разряд с высокочастотной накачкой. Электродами плазменного разряда являлись с одной стороны погруженный в жидкость "горячий" металлический электрод, а с другой - жидкий квазиэлектрод на границе плазма-электролит. Формирование жидкого квазиэлектрода вокруг поверхности металлического электрода ведет к образованию однородного по толщине (~1.5⋅10-4 м) плазменного слоя из паров воды с постоянной плотностью тока.

Возбуждение плазмы производили высокочастотным током с частотой следования импульсов ПО кГц при амплитудном значении напряжения на металлическом электроде до 300 В. Для замыкания электрической цепи использовался второй металлический электрод большей площади, также погруженный в жидкость. Исследование динамики падения силы тока, протекающего через металлический электрод, показало, что время вскипания электролита на острие электрода с образованием плазмы водяного пара (температура пара Т~150°С при атмосферном давлении) имеет величину (3-4)⋅10-5 с. Энергетические параметры плазмы исследовались методом эмиссионной спектроскопии. На основании исследования эмиссионного спектра излучения плазмы и с учетом литературных данных оценивались энергетические параметры плазмы водяного пара, в частности, значение электронной температуры плазмы определено равным Те=4.8 эВ, энергии электронов - .

В эмиссионном спектре излучения наблюдались линии водорода, атомарного натрия, а также полосы излучения гидроксильных групп ОН. Энергетические потери горячих электронов (е) в плазме водяного пара при энергии ~4 эВ в основном определяются неупругими потерями за счет диссоциативного прилипания свободного электрона к молекуле воды с ее последующей диссоциацией с образованием иона Н- и гидроксила ОН:

Дальнейшие плазмохимические реакции приводят к образованию в плазменной воде, в том числе, водорода и пероксида водорода (ПВ):

Анализ полученной плазменной воды на содержание ПВ (для анализа использовали количественный йодометрический метод, как наиболее чувствительный: А.В. Лобанов, Н.А. Рубцова, Г.Г. Комиссаров. Доклады Академии наук. Химия. 2008, том 421, №6, с. 773-776; RU 2477470, G01N 33/02, 10.03.2013) показал, что концентрация ПВ в плазменной воде составляет 1⋅10-5-5⋅10-5 М (3,4⋅10-4-1,7⋅10-3 г/л). При хранении полученной плазменной воды в течение 6 суток в темном сосуде при температуре +20°С изменения концентрации ПВ не наблюдалось.

Известно, что ПВ является нетоксичным, экологически безопасным и уникальным по многим свойствам регулятором роста растений (Корзинников Ю.С. Экологически безопасные средства защиты растений. Вестник РАСХН. 1997, №2, с. 44-47; Апашева Л.М., Комиссаров Г.Г. Влияние пероксида водорода на развитие растений. Изв. РАН, сер. биол. 1996, №5, с. 621-623; RU 2142707, 20.12.1999; RU 2172099, 20.08.2001). Установлено, что ПВ стимулирует образование крахмала в процессе фотосинтеза высших растений (RU 2253235, 10.06.2005), позволяет защищать растения от засухи (RU 2423813, 20.07.2011), повышает их морозоустойчивость (RU 2264070, 20.11.2005), увеличивает жизнеспособность зеленых черенков картофеля (RU 2584417, 20.05.2016), стимулирует образование хлорофилла в процессе развития высших растений (RU 2578531, 27.03.2016). Обработка растворами ПВ растений в период вегетации или почво-грунтов является наиболее щадящим методом стимулирования роста, сохраняющим жизнеспособность почвенной микрофлоры.

Плазменная вода в качестве стимулятора роста растений до настоящего времени не исследовалась.

Проведенные при создании заявляемого изобретения испытания ростстимулирующих свойств плазменной воды показали, что плазменная вода значительно превосходит по эффективности воздействия водные растворы ПВ соответствующей концентрации (см. примеры 1-4), что предположительно можно объяснить, во-первых, тем, что применяемые в медицине и сельском хозяйстве растворы ПВ, как и в приведенных нами контрольных примерах, обязательно содержат стабилизаторы, снижающие активность ПВ, и во-вторых, присутствием помимо ПВ микропримесей из материалов металлических электродов, неизбежно появляющихся в плазменной воде. Возникает необходимость контроля за содержанием ПВ в плазменной воде в процессе ее получения, так как наиболее целесообразно получать плазменную воду непосредственно на месте ее применения, в том числе в полевых условиях (достаточно лишь иметь воду практически любой чистоты и доступ к источнику электроснабжения).

Задачей изобретения является разработка способа получения раствора ПВ с требуемой концентрацией для стимулирования роста растений, включающего контроль содержания ПВ в активированной (плазменной) воде в процессе ее получения, что позволит повысить эффективность ее использования и производства.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом получения раствора пероксида водорода с требуемой концентрацией для стимулирования роста семян растений, включающим контроль содержания пероксида водорода в активированной воде в процессе ее получения воздействием плазмы водяного пара на водный раствор электролита с одновременным определением количества выделившегося водорода посредством установленного датчика с калибровочным графиком, связывающим

количество выделившегося водорода с концентрацией пероксида водорода в активированной воде, и добавление воды до содержания пероксида водорода в растворе от 5⋅10-7 М до 5⋅10-5 М.

Как видно из уравнений плазмохимических реакций (2), на одну молекулу выделившегося водорода синтезируется одна молекула ПВ, то есть, зная количество выделившегося водорода, можно рассчитать концентрацию ПВ в получаемой воде.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Для перевода значений количества выделившегося водорода в соответствующие значения концентрации пероксида водорода в активированной воде используется калибровочный график.

Как видно из уравнений плазмохимических реакций (2), на одну молекулу выделившегося водорода синтезируется одна молекула ПВ, то есть, зная количество выделившегося водорода, можно рассчитать концентрацию ПВ в получаемой плазменной воде.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Схема процесса представлена на чертеже. Сосуд (1) заполняют водным раствором электролита, на «горячий» металлический электрод (2) и второй металлический электрод (3) большей площади с генератора (4) подают высокочастотное напряжение и формируют жидкий квазиэлектрод вокруг поверхности «горячего» металлического электрода (2) с образованием однородного по толщине плазменного слоя из паров воды для воздействия на водный раствор электролита. Одновременно с генерированием плазмы водяного пара с помощью датчика (5) (Мегакон 10К, тип: электрохимический, производитель: Тарусский филиал ИОФ РАН) производят измерение количества выделившегося водорода и определяют содержание в получаемой плазменной воде ПВ - датчик (5) запрограммирован в соответствии с калибровочным графиком. Из сосуда (1) плазменная вода с известной концентрацией ПВ поступает в смеситель (6), в который подается требуемое количество воды для получения рабочего раствора с заданной концентрацией ПВ. Рабочий раствор из смесителя (6) направляется для применения или в накопитель (7).

Приводим примеры испытаний ростстимулирующих свойств плазменной воды. Тест-объектами были выбраны представители разных семейств с/х растений (что существенно при определении возможной универсальности применения плазменной воды): Огурец сорт «Конкурент» и «Дальневосточный», семейство тыквенных; Редис сорт «18 дней», семейство капустных; сафлор сорт «Заволжский», семейство астррвых.

Анализ степени воздействия получаемой воды на растения вели на ранних стадиях их развития с помощью морфологических тестов.

Учитывали:

а) количество проросших семян;

б) вступление растений в очередную фазу развития по количеству растений с появившимся первым листом;

в) развитие корневой системы; j

г) количество жизнеспособных растений к определенному времени эксперимента.

Пример 1.

Семена огурца сорт «Дальневосточный» замачивали в чашках Петри - в контроле в дистиллированной воде и в растворах ПВ, в опыте - в растворах плазменной воды, которую получали, активируя водные растворы солей NaCl и KCl (концентрация 0,9%). Чашки с семенами помещали в термостат при температуре +20°С. На третьи сутки определяли количество проросших семян. Результаты приведены в таблице 1 - плазменная вода значительно превосходит по эффективности воздействия водные растворы ПВ соответствующей концентрации. Заметных отличий при использовании хлорида натрия или калия при получении плазменной воды по степени воздействия на прорастание семян огурца не наблюдается.

Пример 2.

Опыт проводили аналогично примеру 1, но с семенами огурца сорт «Конкурент». В качестве соли использовали только NaCl. Через 48 часов определяли количество проросших семян, через 72 часа учитывали количество семян с длиной корня, равной или большей 8-9 мм. Результаты приведены в таблице 2 - плазменная вода значительно превосходит по эффективности воздействия водные растворы ПВ соответствующей концентрации.

Пример 3.

Семена редиса сорт «18 дней» замачивали в чашках Петри - в контроле в дистиллированной воде и в растворах ПВ, в опыте - в растворах плазменной воды, которую получали, активируя физраствор (0,9% NaCl). Через 20 часов семена высаживали в культуральные сосуды с песком, который однократно увлажняли соответствующими растворами. Растения подращивали в культуральном шкафу с ритмом освещения 12-12. На 6-е сутки эксперимента учитывали количество растений с раскрытым семядольным листом. Результаты приведены в таблице 3 - плазменная вода значительно превосходит по эффективности воздействия водные растворы ПВ соответствующей концентрации.

Пример 4.

Опыт проводили аналогично примеру 3, но с семенами сафлора, которые замачивали в чашках Петри в течение 4 часов и затем помещали в культуральные сосуды с увлажненным песком. На седьмые сутки измеряли высоту надземной части растений. Результаты приведены в таблице 4 - плазменная вода значительно превосходит по эффективности воздействия водные растворы ПВ соответствующей концентрации.

Таким образом, разработан способ контроля содержания ПВ в активированной (плазменной) воде в процессе ее получения воздействием плазмы водяного пара на водный раствор электролита, что существенно повысит эффективность ее использования и производства. Проведенные испытания ростстимулирующих свойств плазменной воды показали практическую значимость решаемой данным изобретением задачи.

Похожие патенты RU2706659C1

название год авторы номер документа
Способ плазменной активации воды или водных растворов и устройство для его осуществления 2018
  • Сергейчев Константин Федорович
  • Лукина Наталья Александровна
  • Андреев Степан Николаевич
  • Апашева Людмила Магомедовна
  • Савранский Валерий Васильевич
  • Лобанов Антон Валерьевич
RU2702594C1
СПОСОБ СВЧ-ПЛАЗМЕННОЙ АКТИВАЦИИ ВОДЫ ДЛЯ СИНТЕЗА ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2020
  • Сергейчев Константин Фёдорович
  • Хаваев Валерий Борисович
  • Лукина Наталия Александровна
RU2761437C1
СПОСОБ ПРЕРЫВАНИЯ ПЕРИОДА ЕСТЕСТВЕННОГО ПОКОЯ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ И УСКОРЕНИЯ ИХ ПРОРАСТАНИЯ 2013
  • Апашева Людмила Магомедовна
  • Комиссаров Геннадий Германович
  • Овчаренко Елена Николаевна
  • Рубцова Наталья Анатольевна
  • Сахаров Павел Андреевич
  • Сергеев Андрей Иванович
  • Полякова Мария Николаевна
  • Мартиросян Юрий Цатурович
RU2547547C1
СПОСОБ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ ОТ ЗАСУХИ 2010
  • Апашева Людмила Магомедовна
  • Комиссаров Геннадий Германович
RU2423813C1
СОСТАВ ДЛЯ ПРОЛОНГИРОВАННОЙ ДОСТАВКИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО ИНГРЕДИЕНТА К СЕМЕНАМ И РАСТЕНИЯМ И СПОСОБ ПРИМЕНЕНИЯ СОСТАВА 2006
  • Апашева Людмила Магомедовна
  • Комиссаров Геннадий Германович
RU2305404C1
Устройство получения экологически чистого раствора пероксида водорода для стимуляции роста и развития растений 2020
  • Будник Михаил Иванович
  • Стребков Дмитрий Семёнович
  • Евстафеев Александр Сергеевич
  • Апашева Людмила Магомедовна
  • Лобанов Антон Валерьевич
  • Овчаренко Елена Николаевна
  • Сурдо Александр Валентинович
  • Митьков Денис Николаевич
RU2773011C1
СРЕДСТВО ДЛЯ СТИМУЛИРОВАНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ХЛОРОФИЛЛА В ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ 2015
  • Апашева Людмила Магомедовна
  • Лобанов Антон Валерьевич
  • Рубцова Наталья Анатольевна
  • Овчаренко Елена Николаевна
  • Комиссаров Геннадий Германович
RU2578531C1
СПОСОБ РАЗМНОЖЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ ЗЕЛЕНЫМИ ЧЕРЕНКАМИ, ОБЛАДАЮЩИМИ ПОВЫШЕННОЙ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬЮ 2015
  • Апашева Людмила Магомедовна
  • Лобанов Антон Валерьевич
  • Сергеев Андрей Иванович
  • Гумаргалиева Клара Зенноновна
  • Шилкина Наталия Георгиевна
  • Овчаренко Елена Николаевна
  • Рубцова Наталья Анатольевна
  • Комиссаров Геннадий Германович
RU2584417C1
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СОЛЕУСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ (ВАРИАНТЫ) 2010
  • Апашева Людмила Магомедовна
  • Комиссаров Геннадий Германович
  • Сахаров Андрей Михайлович
  • Сахаров Павел Андреевич
RU2445759C1
Способ тестирования эффективности рострегулирующего воздействия на растения 2017
  • Андреев Степан Николаевич
  • Мельник Николай Николаевич
  • Савранский Валерий Васильевич
  • Апашева Людмила Магомедовна
  • Лобанов Антон Валерьевич
  • Рубцова Наталья Анатольевна
  • Овчаренко Елена Николаевна
RU2663284C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 706 659 C1

Реферат патента 2019 года Способ получения раствора пероксида водорода с требуемой концентрацией для стимулирования роста семян растений

Изобретение относится к способам обработки воды электрохимическими методами, а именно к способу контроля содержания пероксида водорода в активированной воде в процессе ее получения воздействием плазмы водяного пара на водный раствор электролита. Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве для обработки семян и полива растений. Предложен способ получения раствора пероксида водорода с требуемой концентрацией для стимулирования роста семян растений, включающий контроль содержания пероксида водорода в активированной воде в процессе ее получения воздействием плазмы водяного пара на водный раствор электролита с одновременным определением количества выделившегося водорода посредством установленного датчика с калибровочным графиком, связывающим количество выделившегося водорода с концентрацией пероксида водорода в активированной воде, и добавление воды до содержания пероксида водорода в растворе от 5⋅10-7 М до 5⋅10-5 М. Предложенный способ позволяет увеличить рост семян растений. 1 ил., 4 табл.

Формула изобретения RU 2 706 659 C1

Способ получения раствора пероксида водорода с требуемой концентрацией для стимулирования роста семян растений, включающий контроль содержания пероксида водорода в активированной воде в процессе ее получения воздействием плазмы водяного пара на водный раствор электролита с одновременным определением количества выделившегося водорода посредством установленного датчика с калибровочным графиком, связывающим количество выделившегося водорода с концентрацией пероксида водорода в активированной воде, и добавление воды до содержания пероксида водорода в растворе от 5⋅10-7 М до 5⋅10-5 М.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2706659C1

СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА В НАТУРАЛЬНЫХ МЕДАХ И ДРУГИХ ПРОДУКТАХ ПЧЕЛОВОДСТВА 2012
  • Лобанов Антон Валерьевич
  • Апашева Людмила Магомедовна
  • Комиссаров Геннадий Германович
  • Кулинич Александр Валентинович
  • Ярова Ольга Александровна
  • Смирнов Анатолий Михайлович
  • Сохликов Алексей Борисович
RU2477470C1
WO 2018089577 A1, 17.05.2018
US 7291314 B2, 06.11.2007
EP 1951625 B1, 06.04.2011
US 8048930 B2, 01.11.2011.

RU 2 706 659 C1

Авторы

Андреев Степан Николаевич

Белов Сергей Владимирович

Данилейко Юрий Константинович

Савранский Валерий Васильевич

Нефедов Сергей Михайлович

Захарян Роберт Артушевич

Апашева Людмила Магомедовна

Лобанов Антон Валерьевич

Рубцова Наталья Анатольевна

Овчаренко Елена Николаевна

Даты

2019-11-19Публикация

2018-10-25Подача