Способ и устройство получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода (варианты) Российский патент 2021 года по МПК C01B15/27 C02F1/32 C02F1/48 B01J19/12 B01J19/24 A01N59/00 

Изобретение относится к области электротехнологии, в частности к сельскому хозяйству для стимуляции роста растений, к ветеринарии и медицине для санитарной обработки, дезинфекции и дезинсекции, а именно, к способу и устройству для электрофизического воздействия на воду для получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода.

Известен способ получения водного раствора пероксида (перекиси) водорода электрохимическим методом через надсерную кислоту (медицинскую и техническую марки А) и органическим методом, основанном на жидкофазным окислением изопропилового спирта (ГОСТ 177-88 «Водорода перекись. Технические условия»). Полученный известным способом пероксид водорода предназначен для применения в химической целлюлозно-бумажной, текстильной промышленности и в медицине только для наружного применения.

Недостатком известного способа получения водного раствора пероксида водорода является наличие токсических стабилизирующих добавок (серная кислота, уксусная кислота, мышьяк, бензоат натрия и др.), не позволяющие использовать его в сельском хозяйстве, а также в ветеринарии и медицине для внутреннего применения.

Другим недостатком известного способа получения водного раствора пероксида водорода является то, что используемые для стабилизации пероксида водорода примеси и добавки снижают эффективность использования его в медико-биологических процессах (реакциях) по сравнению с пероксидом водорода, находящимся в свободном от примесей состоянии.

Известен способ и устройство получения водного раствора пероксида водорода путём электрофизического воздействия с помощью безэлектродного разряда катушки Тесла на водяной пар с последующей его конденсацией при температуре 81°К (-192,12°С) (Barton S.S., Groch F., Lipin S.E., Brittain D. “Variation of the evolved oxygen-hydrogen peroxide ratio with volume and input power in the discharged water vapour system”, J. Chem. Soc.A, 1968. P. 689-691. https://doi.org/10.1039/J19680000689) (прототип).

Недостатком известного способа и устройства является небольшой выход экологически чистого раствора пероксида водорода, необходимость использования водяного пара и низкой температуры для его конденсации.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение экологической чистоты и эффективности использования водного раствора пероксида водорода, и расширение областей его применения.

Технический результат заключается в получении экологически чистых и стерильных водных растворов пероксида водорода, не содержащих химических стабилизирующих добавок электрофизическим воздействием на воду ультрафиолетового излучения и стримеров высоковольтного электрического разряда и использования полученного водного раствора пероксида водорода в сельском хозяйстве для стимуляции роста и развития растений, для санитарной обработки, дезинфекции и дезинсекции в ветеринарии и медицинской практике путем распыления мелкодисперсной капельно-воздушной смеси водного раствора пероксида водорода.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения экологически чистого и стерильного водного раствора пероксида водорода путём электрофизического воздействия на воду в реакторе, согласно изобретению, реактор заполняют водой, в реакторе размещают ультрафиолетовые лампы и высоковольтные электроды, облучают воду в реакторе ультрафиолетовым излучением от ультрафиолетовых ламп с длиной волны 150–400 нм с плотностью энергии ультрафиолетового излучения 10-100 мДж/см², электрической мощностью ультрафиолетовых ламп 5-30 Вт на один литр объёма воды в реакторе и одновременно облучают воду стримерами электрического разряда напряжением 1-1000 кВ частотой 1 кГц – 6 МГц путём соединения высоковольтных электродов с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла до получения необходимой концентрации пероксида водорода в воде.

В варианте способа получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода реактор заполняют дистиллированной водой.

В другом варианте способа получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода в качестве реактора используют естественный или искусственный водоём, например, пруд, бассейн или водохранилище.

Ещё в одном варианте способа получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода ультрафиолетовые лампы погружают в воду и изолируют от воды прозрачным экраном из кварцевого стекла.

В варианте способа получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода высоковольтные электроды размещают над водой, а корпусы реакторов заземляют.

В другом варианте способа получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода высоковольтные электроды погружают в воду, а корпусы реакторов заземляют.

Технический результат достигается также тем, что в способе получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода путем электрофизического воздействия на воду в реакторе, согласно изобретению, n+ 1 проточных реакторов, где n= 1,2,3…, натуральный ряд чисел, соединяют между собой патрубками и с насосом для прокачки воды и заполняют водой, в m реакторах, m<n+ 1, устанавливают ультрафиолетовые лампы, в остальных n- m + 1 реакторах размещают высоковольтные электроды, облучают воду в m реакторах ультрафиолетовым излучением от ультрафиолетовых ламп с длиной волны 150–400 нм, плотностью энергии ультрафиолетового излучения 10-100 мДж/см², электрической мощностью ультрафиолетовых ламп 5-30 Вт на один литр объёма воды в реакторе и одновременно облучают воду в n- m + 1 реакторах стримерами электрического разряда напряжением 1-1000 кВ частотой 1 кГц – 6 МГц путём соединения высоковольтных электродов с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла до получения необходимой концентрации пероксида водорода в воде.

В варианте способа получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода реактор заполняют дистиллированной водой.

В другом варианте способа получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода ультрафиолетовые лампы погружают в воду и изолируют от воды прозрачным экраном из кварцевого стекла.

Ещё в одном варианте способа получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода высоковольтные электроды размещают над водой, а корпусы реакторов заземляют.

В варианте способа получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода высоковольтные электроды погружают в воду, а корпусы реакторов заземляют.

В другом варианте способа получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода все n+ 1 реакторов соединяют патрубками последовательно.

Ещё в одном варианте способа получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода все n+ 1 реакторов соединяют патрубками параллельно.

В варианте способа получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода m реакторов с ультрафиолетовыми лампами соединяют патрубками параллельно и n- m + 1 реакторов с высоковольтными электродами соединяют патрубками параллельно, соединенные параллельно реакторы с ультрафиолетовыми лампами соединяют последовательно патрубками с параллельно соединенными реакторами с высоковольтными электродами.

Технический результат достигается также тем, что в предлагаемом устройстве получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода, содержащем реактор и источник электроэнергии, согласно изобретению, реактор содержит изолированные от корпуса реактора высоковольтные электроды и погруженные в воду ультрафиолетовые лампы, ультрафиолетовые лампы соединены с источником электроэнергии и имеют длину волны ультрафиолетового излучения 150–400 нм с максимальной энергией излучения на длине волны 254 нм, плотность энергии ультрафиолетового излучения10-100 мДж/см², электрическую мощность 5-30 Вт на один литр объёма воды в реакторе, высоковольтные электроды соединены с источником электроэнергии через резонансный высокочастотный трансформатор Тесла для обработки воды стримерами электрического разряда с напряжением 1-1000 кВ частотой 1 кГц – 6 МГц.

В варианте устройства получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода все реакторы заполнены дистиллированной водой.

В другом варианте устройства получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода ультрафиолетовые лампы отделены от воды герметичными прозрачными экранами из кварцевого стекла или пластика.

Ещё в одном варианте устройства получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода реактор выполнен в виде естественного или искусственного водоёма, например, пруда, бассейна или водохранилища.

В варианте устройства для получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода высоковольтные электроды установлены над водой, а корпусы реакторов заземлены.

В другом варианте устройства для получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода высоковольтные электроды погружены в воду, а корпусы реакторов заземлены.

Технический результат достигается также тем, что в устройстве получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода, содержащем реактор и источник электроэнергии, согласно изобретению, n+ 1 проточных реакторов, где n= 1,2,3…, натуральный ряд чисел, соединены между собой патрубками и с насосом для прокачки воды, в m реакторах, где m<n+ 1, установлены ультрафиолетовые лампы, в остальных n- m + 1 реакторах установлены высоковольтные электроды, ультрафиолетовые лампы соединены с источником электроэнергии и имеют длину волны ультрафиолетового излучения 150–400 нм с максимальной энергией излучения на длине волны 254 нм, плотность энергии ультрафиолетового излучения 10-100 мДж/см², электрическую мощность ультрафиолетовых ламп 5-30 Вт на один литр объёма воды в реакторе при скорости потока воды 1–10 мл/мин на 1 Вт электрической мощности ультрафиолетовой лампы, высоковольтные электроды соединены с источником электроэнергии через резонансный высокочастотный трансформатор Тесла для обработки воды стримерами электрического разряда с напряжением 1-1000 кВ частотой 1 кГц – 6 МГц.

В варианте устройства получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода все реакторы заполнены дистиллированной водой.

В другом варианте устройства получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода ультрафиолетовые лампы отделены от воды герметичными прозрачными экранами из кварцевого стекла или пластика.

Ещё в одном варианте устройства получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода все n+ 1 реакторов соединены патрубками последовательно.

В варианте устройства получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода все n+ 1 реакторов соединены патрубками параллельно.

В другом варианте устройства получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода m реакторов с ультрафиолетовыми лампами соединены патрубками параллельно и остальные n- m + 1 реакторов с высоковольтными электродами соединены патрубками параллельно, соединенные параллельно реакторы с ультрафиолетовыми лампами соединены последовательно патрубками с параллельно соединенными реакторами с высоковольтными электродами.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема способа и устройства получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода в одном реакторе, на фиг. 2 – блок-схема способа и устройства для получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода в двух проточных реакторах (осевое течение).

Блок-схема способа и устройства на фиг. 1 содержит реактор 1, заполненный водой 2, патрубок 3 с краном 4 периодической подачи воды и патрубок 7 с краном 8 для слива полученного экологически чистого водного раствора пероксида водорода в ёмкость для хранения 9. Внутри реактора 1 в воде установлены одна (n= 1) ультрафиолетовая лампа 10 с длиной волны 150–400 нм и максимальной энергией излучения на длине волны 254 нм. Электрическая мощность лампы 10 составляет 5–30 Вт на 1 литр объёма воды в реакторе 1. Плотность энергии излучения на поверхности лампы 10 составляет 10–100 мДж/см² в зависимости от электрической мощности лампы 10 и объёма реактора 1. Ультрафиолетовая лампа 10 присоединена к источнику электроэнергии 11 и изолирована от воды прозрачным экраном 12 из кварцевого стекла. В реакторе 1 над поверхностью воды 2 установлены на изоляторах 13 высоковольтный электрод 14, который соединён с источником электроэнергии 11 через резонансный высокочастотный трансформатор Тесла 15 с напряжением на высоковольтном электроде 14 1-1000 кВ частотой 1 кГц – 6 МГц. Трансформатор Тесла 15 и реактор 1 заземлены.

На фиг. 2 два (n= m = 1) проточных реактора 16 и 17 содержат патрубок 18 для дозированной непрерывной подачи воды от источника водоснабжения 5 с фильтром 6, насосом 19 и патрубки 20 и 21 для последовательного соединения двух реакторов 16 и 17 через трубопровод 22 и патрубок 23 для слива полученного экологически чистого водного раствора пероксида водорода 24 в ёмкость 25 для хранения. В реакторе 16 установлены две ультрафиолетовые лампы 26 и 27, которые соединены с источником электроэнергии 28. В реакторе 17 на изоляторах 29 установлен высоковольтный электрод 30, присоединённый через трансформатор Тесла 31 к источнику электроэнергии 28. Скорость непрерывной подачи воды через реакторы 16 и 17 насосом 19 составляет 1–10 мл/мин на 1 Вт электрической мощности ультрафиолетовой лампы.

Способ и устройство для получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода реализуется следующим образом.

В устройстве на фиг. 1 после заполнения реактора 1 водой одновременно соединяют с источником электроэнергии 11 ультрафиолетовую лампу 10 и высокочастотный трансформатор Тесла 15. На воду в реакторе 1 одновременно воздействуют ультрафиолетовым излучением с максимальной энергией излучения на длине волны 254 нм и стримерами электрического разряда напряжением 1-1000 кВ частотой 1 кГц – 6 МГц. Электрофизическое воздействие двух факторов: ультрафиолетового излучения и высокочастотного высокопотенциального электромагнитного поля приводит к образованию в воде озона и пероксида водорода, концентрация которого в воде определяется временем и интенсивностью электрофизического воздействия.

В устройстве на фиг. 2 пероксид водорода образуется в реакторе 16 под действием ультрафиолетового излучения. Полученный водный раствор пероксида водорода поступает в реактор 17, в котором под действием стримеров электрического разряда происходит увеличение концентрации пероксида водорода в воде.

Примеры выполнения способа и устройства получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода.

Пример 1. Реактор 1 (фиг. 1) наполняют дистиллированной водой 12. В воду помещают одну ультрафиолетовую лампу 10 максимальной энергией на длине волны 254 нм электрической мощностью 12 Вт. Объём воды в реакторе 1 л. Над водой 12 устанавливают высоковольтный электрод 14, на который подают напряжение 220 кВ с частотой 6 МГц от трансформатора Тесла 15. Длина стримеров электрического разряда 20 см, электрическая мощность 300 Вт. Ультрафиолетовую лампу 10 и высокочастотный трансформатор Тесла 15 соединяют с источником электроэнергии 11. Длительность процесса электрофизического воздействия на воду 30 мин.

Содержание пероксида водорода в водном растворе 15 мг/л, что в 150 раз превышает концентрацию пероксида водорода 0,1 мг/л в биологически активной воде, указанную в Межгосударственном стандарте ГОСТ 32460-2013 по определению содержания пероксида водорода в питьевой воде.

Пример 2. Устройство на фиг. 2 содержит два проточных реактора 16 и 17, соединённых последовательно. В реакторе 16 с объёмом воды 8 л установлены две ультрафиолетовые лампы 26 и 27 общей электрической мощностью 110 Вт, которые соединены с источником электроэнергии 28.

В реакторе 17 высоковольтный электрод 30 соединён с трансформатором Тесла 31. При соединении трансформатора Тесла 31 с источником электроэнергии 28 напряжение на высоковольтном электроде 30 составляет 200 кВ, частота 6 МГц, электрическая мощность 250 Вт, скорость потока очищенной артезианской воды через реакторы 16 и 17 составляет 0,5 л/мин. Концентрацию пероксида водорода в водном растворе составляет 16 мг/л.

В соответствии с Межгосударственным стандартом ГОСТ 32460-2013 по определению содержания в воде пероксида водорода его присутствие при массовой концентрации до 100 мкг/дм³ (0,1 мг/л) является признаком биологической полноценности природной воды, а отсутствие пероксида водорода в природной воде является признаком ухудшения биологической полноценности природной воды (ГОСТ 32460-2013).

Таким образом в реакторе 1 на фиг. 1 и в реакторах 16 и 17 на фиг. 2 воспроизведены условия образования пероксида водорода в природной среде в дождевой воде, которые происходят под действием ультрафиолетового излучения Солнца, электрического поля Земли и грозовых разрядов в атмосфере. Полученный водный раствор пероксида водорода может использоваться в сельском хозяйстве для ускоренного проращивания семян, стимуляции роста и развития растений.

При использовании дистиллированной воды экологически чистый водный раствор пероксида водорода может найти применение в ветеринарии и медицине, в частности, при изготовлении стерильных и особо чистых растворов пероксида (перекиси) водорода.

В медицине экологически чистый водный раствор пероксида водорода может быть использован в профилактике короновируса и гриппа, для санации полости рта, горла и носовой полости путём полоскания и орошения. Эффективность использования водного раствора пероксида водорода повышается при отсутствии стабилизирующих примесей и добавок, а также при использовании небулайзера с размером применяемых капель до 5 мкм. Концентрацию пероксида водорода, длительность и частоту ингаляций необходимо согласовать со специалистом.

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве для стимуляции роста растений, в ветеринарии и медицине. Для получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода реактор заполняют водой. В реакторе размещают ультрафиолетовые лампы и высоковольтные электроды. Облучают воду в реакторе ультрафиолетовым излучением от ультрафиолетовых ламп с длиной волны 150-400 нм с плотностью энергии ультрафиолетового излучения 10-100 мДж/см², электрической мощностью ультрафиолетовых ламп 5-30 Вт на один литр объёма воды в реакторе. Одновременно облучают воду стримерами электрического разряда напряжением 1-1000 кВ частотой 1 кГц - 6 МГц путём соединения высоковольтных электродов с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла. Предложен также вариант способа получения экологически чистого раствора пероксида водорода и устройства для осуществления указанных способов. Группа изобретений позволяет получить экологически чистые стерильные растворы пероксида водорода, не содержащие химических стабилизирующих добавок, путем электрофизического воздействия на воду. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

1. Способ получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода путем электрофизического воздействия на воду в реакторе, отличающийся тем, что реактор заполняют водой, в реакторе размещают ультрафиолетовые лампы и высоковольтные электроды, облучают воду в реакторе ультрафиолетовым излучением от ультрафиолетовых ламп с длиной волны 150-400 нм с плотностью энергии ультрафиолетового излучения 10-100 мДж/см², электрической мощностью ультрафиолетовых ламп 5-30 Вт на один литр объёма воды в реакторе и одновременно облучают воду стримерами электрического разряда напряжением 1-1000 кВ частотой 1 кГц - 6 МГц путём соединения высоковольтных электродов с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реактор заполняют дистиллированной водой.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве реактора используют естественный или искусственный водоём, например пруд, бассейн или водохранилище.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ультрафиолетовые лампы погружают в воду и изолируют от воды прозрачным экраном из кварцевого стекла.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высоковольтные электроды размещают над водой, а корпусы реакторов заземляют.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высоковольтные электроды погружают в воду, а корпусы реакторов заземляют.

7. Способ получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода путем электрофизического воздействия на воду в реакторе, отличающийся тем, что n+1 проточных реакторов, где n=1,2,3…, натуральный ряд чисел, соединяют между собой патрубками и с насосом для прокачки воды и заполняют водой, в m реакторах, m<n+1, устанавливают ультрафиолетовые лампы, в остальных n-m+1 реакторах размещают высоковольтные электроды, облучают воду в m реакторах ультрафиолетовым излучением от ультрафиолетовых ламп с длиной волны 150-400 нм, плотностью энергии ультрафиолетового излучения 10-100 мДж/см², электрической мощностью ультрафиолетовых ламп 5-30 Вт на один литр объёма воды в реакторе и одновременно облучают воду в n-m+1 реакторах стримерами электрического разряда напряжением 1-1000 кВ частотой 1 кГц - 6 МГц путём соединения высоковольтных электродов с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что реакторы заполняют дистиллированной водой.

9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что ультрафиолетовые лампы погружают в воду и изолируют от воды прозрачным экраном из кварцевого стекла.

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что высоковольтные электроды размещают над водой, а корпусы реакторов заземляют.

11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что высоковольтные электроды погружают в воду, а корпусы реакторов заземляют.

12. Способ по п. 7, отличающийся тем, что все n+1 реакторов соединяют патрубками последовательно.

13. Способ по п. 7, отличающийся тем, что все n+1 реакторов соединяют патрубками параллельно.

14. Способ по п. 7, отличающийся тем, что m реакторов с ультрафиолетовыми лампами соединяют патрубками параллельно и n-m+1 реакторов с высоковольтными электродами соединяют патрубками параллельно, соединенные параллельно реакторы с ультрафиолетовыми лампами соединяют последовательно патрубками с параллельно соединенными реакторами с высоковольтными электродами.

15. Устройство получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода способом по п. 1, содержащее реактор и источник электроэнергии, отличающееся тем, что реактор содержит изолированные от корпуса реактора высоковольтные электроды и погруженные в воду ультрафиолетовые лампы, ультрафиолетовые лампы соединены с источником электроэнергии и имеют длину волны ультрафиолетового излучения 150-400 нм с максимальной энергией излучения на длине волны 254 нм, электрическую мощность 5-30 Вт на один литр объёма воды в реакторе, высоковольтные электроды соединены с источником электроэнергии через резонансный высокочастотный трансформатор Тесла для обработки воды стримерами электрического разряда с напряжением 1-1000 кВ частотой 1 кГц - 6 МГц.

16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что все реакторы заполнены дистиллированной водой.

17. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что ультрафиолетовые лампы отделены от воды герметичными прозрачными экранами из кварцевого стекла или пластика.

18. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что реактор выполнен в виде естественного или искусственного водоёма, например пруда, бассейна или водохранилища.

19. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что высоковольтные электроды установлены над водой, а корпусы реакторов заземлены.

20. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что высоковольтные электроды погружены в воду, а корпусы реакторов заземлены.

21. Устройство получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода способом по п. 7, содержащее реактор и источник электроэнергии, отличающееся тем, что n+1 проточных реакторов, где n=1,2,3…, натуральный ряд чисел, соединены между собой патрубками и с насосом для прокачки воды, в m реакторах, m<n+1, установлены ультрафиолетовые лампы, в остальных n-m+1 реакторах установлены высоковольтные электроды, ультрафиолетовые лампы соединены с источником электроэнергии и имеют длину волны ультрафиолетового излучения 150-400 нм с максимальной энергией излучения на длине волны 254 нм, плотность энергии ультрафиолетового излучения 10-100 мДж/см², электрическую мощность 5-30 Вт на один литр объёма воды в реакторе при скорости потока воды 1-10 мл/мин на 1 Вт электрической мощности ультрафиолетовой лампы, высоковольтные электроды соединены с источником электроэнергии через резонансный высокочастотный трансформатор Тесла для обработки воды стримерами электрического разряда с напряжением 1-1000 кВ частотой 1 кГц - 6 МГц.

22. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что все реакторы заполнены дистиллированной водой.

23. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что ультрафиолетовые лампы отделены от воды герметичными прозрачными экранами из кварцевого стекла или пластика.

24. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что все n+1 реакторов соединены патрубками последовательно.

25. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что все n+1 реакторов соединены патрубками параллельно.

26. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что m реакторов с ультрафиолетовыми лампами соединены патрубками параллельно и остальные n-m+1 реакторов с высоковольтными электродами соединены патрубками параллельно, соединенные параллельно реакторы с ультрафиолетовыми лампами соединены последовательно патрубком с параллельно соединенными реакторами с высоковольтными электродами.