Способ получения коллоидного раствора трисульфида титана с противомикробными свойствами Российский патент 2020 года по МПК C01G23/00 C01G1/12 B01J13/00 A01P1/00 A01P3/00 C02F1/50 C09K17/02 B82B3/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение может использоваться для обработки пористых систем с целью подавления активности патогенных микроорганизмов в том числе обработке различных видов почв.

Уровень техники

В качестве аналогов данного изобретения можно рассматривать патент [RU 2025470 С1] где описывается способ получения среды, улучшающей рост растений за счет обработки отходов отделения хлопковых волокон раствором или дисперсией гексахлорофена. При этом авторы в основном планируют применять данный момент только для компостирования уже имеющихся отходов хлопкового производства, а описание не затрагивает непосредственное влияние основных действующих веществ на микроорганизмы и не предусматривает обработку почв или добавление к другим составам и композициям. Композиции с противомикробным действием, содержащие наночастицы неорганических соединений описаны в [RU2327459 С1]. Где авторы рассматривают возможность использования композиций неорганических наночастиц и белковых агентов, позволяющих вводить препарат без значительных побочных эффектов. То есть изобретение подразумевает использование белка-носителя и противомикробного агента, который подавляет рост патогенных организмов и предотвращает контаминацию среды. Так как описываемое изобретение предполагает применение трисульфида титана в качестве основного противомикробного агента, можно указать, что для его получения запатентован метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, где в качестве исходного вещества используется Ti₂S [RU 2552544 С2], в то время как авторы настоящей заявки предлагают применение альтернативного подхода с использованием чистого металла и элементарной серы.

Раскрытие изобретения

Сущность изобретения заключается в использовании методики газотранспортных реакций для получения кристаллов чистого трисульфида титана (TiS₃) в запаянных кварцевых ампулах. В качестве исходных веществ используется металлический титан в виде порошка или фольги и порошок элементарной серы в неглубоком вакууме не хуже 10^-3 бар. Синтез следует проводить при температуре не более 500°С и не менее 450°С. Размер ампулы должен лежать в диапазоне от 10 до 25 см в длину. Для синтеза используется трубчатая печь с диаметром рабочей зоны 50 мм. Синтез ведется в течение 24 или 48 часов. Полученные в результате синтеза кристаллы используются для приготовления коллоидных растворов в деионизированной воде в концентрации от 0,001 до 1 г/л в результате обработки ультразвуком в закрытых пробирках в течение 2 часов. Полученный коллоид затем декантируется и с осадка сливается стабильная дисперсия пригодная дли исследований и дальнейшего применения. Так как материал обладает слоистой структурой в результате воздействия ультразвука происходит расшелушивание кристаллитов поперек кристаллографического направления 'с', где отсутствуют прочные ковалентные связи, что приводит к еще более развитой поверхности и повышению активности данного материала.

Изобретение направлено в первую очередь на использование в качестве жидкого противомикробного средства для обработки почв, пористых структур и сточных вод. Изобретение характеризуется возможностью длительного хранения порошкового компонента перед приготовлением дисперсии. Также, в процессе взаимодействия трисульфида титана с водой за счет высокоразвитой поверхности происходит сорбция различных примесей и микроорганизмов на поверхность твердой фазы, что может приводить к флокуляции с возможностью отделения патогенных микроорганизмов методом в результате седиментации осадка.

В связи с тем, что при взаимодействии TiS₃ с водой может наблюдаться образование малых количеств H₂S подавляется активная жизнедеятельность множества различных патогенных микроорганизмов. Присутствие серы в активном веществе также способствует проявлению и фунгицидных свойств.

Основным отличием от аналогов является использование активных наночастиц твердой фазы в виде коллоидных растворов непосредственно обладающих противомикробной активностью без необходимости применять органические соединения класса антибиотиков широкого спектра действия. При этом в случае длительного нахождения под воздействием света и кислорода материал может переходить в безвредный оксид титана, что позволяет говорить о низком вреде для окружающей среды.

Пример 1.

На первом этапе для проведения синтеза соединения TiS₃ готовились навески порошка чистого титана (99,99%) и порошка элементарной серы марки ЧДА в стехиометрическом соотношении в соответствии с реакцией 1.

Полученный образец анализировался методами сканирующей электронной и оптической микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния, рентгеноструктурного анализа и атомно-силовой микроскопии. Результаты сканирующей электронной микроскопии показаны на фигуре 1. Как видно из изображения в результате синтеза получены ленты, ширина которых варьируется от 1 до 10 мкм, а толщина при этом составляет менее 100 нм.

На втором этапе полученный материал промывается в изопропаноле и дистиллированной воде 2 раза, а затем либо подвергается сушке для дальнейшего хранения, либо диспергируется в необходимом буфере или деионизированной воде для получения коллоида с ультразвуковой обработкой в течение 10 минут.

Дальнейшая стабилизация достигается центрифугированием при 6000 об/мин в течение 15 минут полученного после обработки ультразвуком коллоида с последующим отделением осадка. В результате получается коллоидный раствор частиц TiS₃ в необходимом буфере. Стабильность данных коллоидов оценивается в соответствии с методикой оценки стабильности, которая построена на методе измерения электрокинетического потенциала (дзета-потенциала) и распределения частиц по размерам.

Исследование биоцидных свойств трисульфида титана (фиг. 2) показало интересные свойства наноматериала - проявление высокой антибактериальной активности при низких концентрациях (полная гибель микроорганизмов) и стимуляция люминесценции бактерий в высоких концентрациях. Причем время хранения дисперсий наночастиц не оказало влияния на проявляемые свойства, за исключением варианта 0,1 г/л, в котором отмечено противоположное влияние нанопрепарата на тест-объект - проявление высокого токсического эффекта свежего раствора и максимальная стимуляция свечения бактерий под действием образца, выдержанного 24 часа.

Изобретение может быть использовано при обработке почв, пористых структур и сточных вод с целью подавления активности патогенных микроорганизмов. Для получения коллоидных растворов трисульфида титана в деионизированной воде, обладающих противомикробной активностью, проводят синтез трисульфида титана из металлического титана и порошка элементарной серы, взятых в стехиометрическом соотношении в соответствии с реакцией Ti+3S=TiS₃. Металлический титан и порошок элементарной серы запаивают в кварцевые ампулы в вакууме не хуже 10^-3 бар. Синтез проводят в трубчатой печи в течение 24 или 48 часов при температурах от 450 до 500°С при градиенте температуры. Полученные кристаллы диспергируют в деионизированной воде в концентрации от 0,001 до 0,01 г/л при ультразвуковой обработке. Затем проводят центрифугирование и отделение верхней части дисперсии перед применением. Изобретение позволяет получить противомикробный раствор без использования антибиотиков широкого спектра действия, с возможностью длительного хранения порошкового компонента перед приготовлением дисперсии, уменьшить вред для окружающей среды. 2 ил., 1 пр.

Способ получения коллоидных растворов трисульфида титана в деионизированной воде, обладающих противомикробной активностью, включающий синтез трисульфида титана из металлического титана и порошка элементарной серы, взятых в стехиометрическом соотношении в соответствии с реакцией Ti+3S=TiS₃, запаянных в кварцевые ампулы в вакууме не хуже 10^-3 бар, при этом синтез проводят в трубчатой печи в течение 24 или 48 часов при температурах от 450 до 500°С при градиенте температуры, полученные в результате синтеза кристаллы диспергируют в деионизированной воде в концентрации от 0,001 до 0,01 г/л при ультразвуковой обработке, затем проводят центрифугирование и отделение верхней части дисперсии перед применением.