Маточний колоїдний розчин металів

Маточний колоїдний розчин металів, що містить водний розчин наночастинок металів концентрацією не менше 10мг/л, який відрізняється тим, що розмір наночастинок металів складає від 250нм до 1000нм, а їх концентрація у бідистильованій воді не більше значення, розрахованого за наступною формулою: m≤1278·V-0,8 , де: m - концентрація наночастинок металів, мг/л; V - об'єм 1 моля атомів металів, см 3/моль. (19) (21) u200810314 (22) 12.08.2008 (24) 12.01.2009 (46) 12.01.2009, Бюл.№ 1, 2009 р. (72) ЛОПАТЬКО КОСТЯНТИН ГЕОРГІЙОВИЧ, UA, АФТАНДІЛЯНЦ ЄВГЕН ГРИГОРОВИЧ, UA, КАЛЕНСЬКА СВІТЛАН А МИХАЙЛІВН А, U A, ТОНХА ОКСАН А ЛЕОНІДІВНА, U A (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, UA 3 38459 ній основі з біоцидними властивостями "Шумерське срібло". МПК (2006) C02F1/50, B22F9/16. Опубл. 10.09.2007, бюл. №14]. Недоліком відомого нанодисперсного розчину срібла і міді є низька стійкість. Відомий також нанодисперсний розчин, який містить як дисперсну фаз у наночастинки срібла і/або міді, розміри яких складають 1-1000нм, а як дисперсійне середовище воду і/або спирт, при цьому компоненти узяті в наступних співвідношеннях, мас.%: наночастинки срібла і/або наночастинки міді 0,0001-0,1; вода і/або спирт до 100 [Патент України №32614. Нанодисперсний розчин. Опубл. 26.05.2008]. Недоліком такого розчину є низька концентрація наночастинок срібла і міді у воді і неможливість отримання достатньо насичених концентрованих розчинів цих металів у великих кількостях. Найбільш близьким до складу, що заявляється, є колоїдний розчин металу або суміші металів у воді, що містить наночастинки металу, розміром від 1нм до 100нм, метали вибрані з групи, що складається з срібла, золота, платини, міді, паладію, родію, іридію, танталу, нікелю, ванадію, молібдену, кобальту, заліза, марганцю, вольфраму, хрому, цинку, олова, цирконію, ніобію, титану, алюмінію, магнію, а концентрація наночастинок металу в розчині не менше 10мг/л. [патент України - прототип №24390. Колоїдний розчин металу або суміші металів у воді. МПК8 B01J13/00. Опубл. 25.06.2007. Бюл. №9]. Недоліком цього колоїдного розчину є недостатня стійкість, що звужує область його застосування а також невеликі розміри наночастинок металів, при яких колоїдний розчин надає недовготривалу корисну дію. Крім того у відомому колоїдному розчині [патент України №24390 - прототип] невизначено максимальний вміст наночастинок металів у воді, при якому існує колоїдний розчин. Це не дає можливість отримання достатньо насичених концентрованих розчинів металів у великих кількостях, оскільки невідома межа існування колоїдних розчинів при високих концентраціях наночастинок металів. Корисною моделлю ставиться завдання - розробки маточних колоїдних розчинів пролонгованої дії, з максимально можливою концентрацією наночастинок. Поставлене корисною моделлю завдання досягається тим, що у маточному колоїдному розчині металів, що включає водний розчин наночастинок металів концентрацією не менше 10мг/л, згідно корисній моделі розмір наночастинок металів складає від 250нм до 1000нм, а їх концентрація у бідистильованій воді не більше значення розрахованого за наступною формулою: m≤1278·V-0,8 , (1), де m - концентрація наночастинок металів, мг/л; V - об'єм 1 моля атомів металів, см 3/моль. Відомо, що ефективність впливу наночастинок металів істотно залежить від їх розмірів, оскільки при зменшенні розмірів наночастинок збільшується поверхнева енергія, що зумовлює інтенсифікацію процесу взаємодії наночастинок з навколиш 4 нім середовищем [Русанов А.И. Коллоиднохимические аспекты нанонауки / Ма териалы первой междунар. науч. конф. "Наноструктурные материалы". - Минск: Белорус, наука. 2008. - 11с.]. Це призводить, наприклад, до того, що наночастинки металів невеликих розмірів при контакті з мікроорганізмами інтенсивно взаємодіють з ними і роблять ефективний, але нетривалий вплив на їх інгібіровання або знищення, оскільки швидко вичерпують свій бактерицидний потенціал. Власними дослідженнями встановлено, що оптимальні розміри наночастинок, при яких спостерігається тривала корисна дія (бактерицидна при дезінфекції, лікувальна та інше) складають від 250нм до 1000нм. При розмірі наночастинок менше 250нм спостерігається їх ефективна, але короткотермінова дезінфікуюча дія. При розмірі наночастинок більше 1000нм зменшується сумарна площа взаємодії наночасток з навколишнім середовищем і, як наслідок, зменшується ефективність впливу. Відомо, що оптимальна концентрація наночастинок металів в колоїдних розчинах залежить від їх призначення і змінюється в широких межах [Патенти України №№25023; 26298; 32614. Патент RU №2186810]. Тому найефективніше застосування колоїдних розчинів наночасток металів спостерігатиметься тільки у тому випадку, коли виготовляється один маточний колоїдний розчин наночастинок металів максимальної концентрації, який поставляється на підприємство або господарство, де залежно від необхідності (дезинфекція, лікування маститу у тварин, передпосівна обробка насіння або рослин в процесі зростання і інше) розчиняється до необхідної концентрації, при якій відбувається його використовування. Виробництво маточних колоїдних розчинів наночастинок металів максимальної концентрації дає можливість з одного маточного колоїдного розчину одержувати декілька колоїдних розчинів з різною оптимальною концентрацією наночастинок металів (для дезинфекції, лікування маститу у тварин, передпосівної обробки насіння або рослин в процесі зростання), що розширює область застосування колоїдних розчинів. У зв'язку з відсутністю інформації про максимальну розчинність наночастинок металів у воді нами були виконані дослідження, які показали, що максимальна розчинність (m) наночастинок Ag, Cu, Mo, Zn, Mn, Fe в деіонізованій воді, при якій існує колоїдний розчин, залежить від молярного об'єму атомів металу (V), що розчиняється, і описується наступним рівнянням m=1287·V-0,8, (2), де: m - концентрація наночастинок металів, мг/л; V - об'єм 1 моля атомів металів, см 3/моль. Довірчий інтервал, для вірогідності 95%, визначається наступною нерівністю 1278·V-0,8≤m≤1295·V-0,8, (3). Отже, при концентрації наночастинок не більше значення розрахованого за формулою m≤1278·V-0,8 , (4), гарантовано буде існувати колоїдний розчин. 5 38459 При концентрації колоїдних наночастинок більше значення розрахованого за формулою m=1278·V-0,8, (5), буде відбуватися коагуляція та седиментація (випад в осад) наночастинок, що означає поступово зникнення колоїдного розчину. На Фіг. показана область існування максимальних концентрацій наночастинок Ag, Cu, Mo, Zn, Mn, Fe, при яких існують колоїдні розчини. Застосування бідистильованої води (дистильована вода за ГОСТ 6709-72 після повторної дистиляції), як розчинника при виготовленні маточного колоїдного розчину наночастинок металів, є найбільш оптимальним, оскільки вона містить незначну кількість домішок і є достатньо дешевою. Застосування деіонізованої води, як розчинника при виготовленні маточного колоїдного розчину наночастинок металів, є недоцільним, оскільки не дивлячись на те, що деіонізована вода містить мінімальну кількість домішок (до 0.00001%) вона, в теж час, є достатньо дорогою. Застосування дистильованої води, як розчинника при виготовленні маточного колоїдного розчину наночасток металів, є недоцільним, оскільки вона містить значну кількість домішок (відповідно ГОСТ 6709-72 до 6,99мг/л), що погіршує стабільність колоїдного розчину. 6 Маточні колоїдні розчини наночастинок міді отримували за допомогою методу об'ємної електроіскрової ерозії. Склад відомого колоїдного розчину (варіант 1 - прототип), колоїдного розчину що заявляється (варіанти 2-4) та склади що виходять за межі які заявляються (варіанти 5, 6) приведені в таблиці 1. Отримані колоїдні розчини (варіанти 14) розчиняли дистильованою водою до концентрації наночастинок міді 20мг/л, обробляли стіни стайні у присутності тварин і визначали час появи кишкової палички після дезінфікуючої обробки. Кількість дезінфікуючого розчину в якому концентрація наночастинок міді 20мг/л, отриманого з 1 літру маточного колоїдного розчину, площа обробленої поверхні та час появи кишкової палички після дезінфекції приведені в таблиці 2. З приведених в таблицях 1, 2 даних видно, що маточний колоїдний розчин, який заявляється, має вміст наночастинок міді в 2,1-2,2 рази більше ніж прототип, що дозволяє отримати в 2,1-2,2 рази більше дезінфікуючого колоїдного розчину і обробити на 111-118% більше поверхні ніж колоїдним розчином виготовленим згідно прототипу. Крім того дезінфікуюча активність протягом певного часу, тобто пролонгуюча дія дезінфікуючого колоїдного розчину, який виготовлений з маточного колоїдного розчину, який заявляється в 1,6-2,1 рази більше в порівнянні з прототипом. Таблиця 1 Склад відомого колоїдного розчину (варіант 1 - прототип), маточного колоїдного розчину, що заявляється (варіанти 2-4) та склади, що ви ходять за межі, які заявляються (варіанти 5, 6)) Відношення маси Питома електіонів міді до маси ропровідність, Концентрація, Тип наночастинок міді мкСіменс/см мг/л в розчині Відомий колоїдний розчин - прототип 50 90 Деіонізат Решта 9·10-5 0,09 Маточний колоїдний розчин, що заявляється 250 190 Бідистилят Решта Не визначались 600 196 Бідистилят Решта Не визначались 1000 194 Бідистилят Решта Не визначались Маточний колоїдний розчин, склади якого виходять за межі, що заявляються Розмір на- Концентрація на№ ночастинок ночастинок міді в варіанту міді, нм розчин і, мг/л 1 2 3 4 Вода 5 200 220 Бідистилят Решта Не визначались 6 1100 200 Бідистилят Решта Не визначались Тип розчину Колоїд Колоїд Колоїд Колоїд Вода та осад Вода та осад Таблиця 2 Кількість дезінфікуючого розчину (концентрація наночастинок міді 20мг/л), отриманого з 1 літру маточного колоїдного розчину, площа обробленої поверхні та час появи кишкової палички після дезінфекції № варіанту 1 2 3 4 Кількість дезінфікуючого розчину (концентрація Площа Час появи кишкової паличнаночасток міді 20мг/л), отриманого з 1 літру ма- обробленої по- ки після дезінфекції, доба 2 точного колоїдного розчину, л верхні,м Відомий колоїдний розчин - прототип 4,5 25,7 12 Маточний колоїдний розчин, що заявляється 9,5 54,3 19 9,8 56,0 22 9,7 55,4 25 7 38459 Істотними відмінностями корисної моделі є: розмір наночастинок металів; концентрація наночастинок металів не більше значення розрахова Комп’ютерна в ерстка О. Рябко 8 ного за визначеної формулою; використання у якості розчинника бідистильованої води. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601