Спосіб активації хімічно чистої та питної води

Спосіб активації хімічно чистої і питної води, який включає пропускання постійного струму через 39031 Ці реакції призводять до ланцюгового механізму розкладання води й утворення перекісних і надперекісних сполук. Крім розглянутих часток при контактній дії плазми тліючого розряду у воді в невеличких кількостях утворяться гідро перекисні радикали НО2 & & Н2О2 + O Н ® Н2О + Н O 2 (15) У основу винаходу поставлена задача вдосконалення засобу активації води шляхом обробки води електричними розрядами, таким чином, щоб досягти максимальну спрямованість зміни її властивостей і реакційної спроможності в результатіі утворення та накопичення перекісних та надперекісних сполук. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі активації хімічно чистої і питної води, який включає пропускання постійного струму через анод і катод, відповідно винаходу, обробку води здійснюють контактним тліючим розрядом, утвореним між двома різнойменними електродами, один з яких занурюється в оброблювану рідину, а інший знаходиться над її поверхнею у газовій фазі, при зниженому тиску від 50 до 5 кПа, струмом 10-200 мА на одиночному крапковому електроді, при напрузі 200-1000 В, відстані між електродом у газовій фазі і поверхнею рідини 1-30 мм, товщині шару рідини 0,3-100 мм, температурі рідини нижче температури природного кипіння. Сукупність ознак дозволяє направлено змінювати властивості і реакційну спроможність оброблюваних рідких середовищ унаслідок комплексного електронно-іонного впливу, фотоефекту й УФвипромінювання контактного тліючого розряду. Первинним актом дії контактного тліючого розряду є реакції утворення іонів, збуджених молекул води і вторинних електронів. Н2О + е ® Н2О+ +2×e (1) Н2О + е ® Н2О- + е (2) Після виникнення частки зникають по вторинних реакціях: & Н2О+ + Н2О ® Н3О+ + O Н (3) e + Н2O ® еaq+ Н2O & Н2О+ + Н2О ® Н2О2 +2 H & & Н2О- ® H + O Н (6) Можливо також утворення над пероксиду Н2О3 & & Н O 2 + O Н ® Н2О3 (16) Радикали ОН мають окисні властивості. Пероксид водню є окислювачем або відновником в залежності від значення рН середовища. Відновлювальні властивості виявляються гідратованим електроном і пероксидом водню у лужних розчинах, атомом водню - в кислих розчинах. В присутності розчиненого кисню атоми водню і гідратовані електрони перетворюються у радикали НО2, що є окислювачами. Продукти, що утворилися в результаті дії контактного тліючого розряду, визначають реакційну спроможність активованої води. У такий системіі при наявності двох фаз - газоподібної і рідкої, у яких відбувається перенос електричного струму між зануреним у рідину електродом і електродом, що знаходиться в газовій фазі, особливу роль відіграє поверхня поділу фаз, у якій протікають інтенсивні фізико-хімічні перетворення внаслідок її складної структурної будови. Над поверхнею рідини існує декілька динамічних шарів із різноманітними електричними зарядами у них. Тому що потенціал газового простору має позитивний знак, варто припустити, що він утворюється хмарою зарядів із переважно позитивно зарядженими частками. Механізм прямування іона, що попадає в заряджений фрагмент частки розчинника, складається з 2-х стадій. На перший, властивій усім іонам, відбувається зсув іона щодо маси розчинника внаслідок прикладеної до іона сили зовнішнього електричного поля. Ця стадія, хоча і дає свій внесок в іонну рухливість, але внесок її незначний. Друга стадія є спрямованою хімічною реакцією переносу протона на сусідню частку розчинника. Сукупність таких стадій не призводить до помітно переміщення часток, а лише до просторового переносу заряду (естафетний механізм). Особливість протона як носія заряду полягає в тому, що він достатньо малий по розмірах і масі, щоб при його прямуванні в елементарному акті виявлялися його хвилясті властивості - тунельний ефект. Цей ефект викликає зменшення енергії активації елементарного акту переносу протона і- отже збільшення іонної провідності. У при поверхневому розряді на воді перенос струму у рідині забезпечується продуктами автопротолізу Н3О+ і ОН-. При цьому Н3О+ рухається до катоду, ОН- до поверхні поділу фаз, на катоді іони Н3О+ утворюють Н и Н2, сприймаючі один або два електрони від катоду. Молекули Н2 коалісцюють у бульбашки, що випливають у рідині, і у газовий простір розряду над рідиною надходить газ водень. Товщина при поверхневого шару позитивно заряджених часток не може перевищити довжину вільного пробігу електрона або молекули, атома, юна водню. Структура цих шарів рухлива і змінюється під час обробки рідини. Має місце також підповерхневий стрибок потенціалу, також рухливий і (4) (5) де еaq - гідратований електрон. Приймається, що при цьому утворяться декілька пар іонів і біля шести молекул води. що можуть дати до дев'яти пар радикалів. Таким чином, початкова концентрація таких часток у розчині велика, тому з найбільшою можливістю протікають реакції рекомбінації радикалів з утворенням продуктів активації. & & & H + O Н ® Н2О + H (7) & & O Н + O Н ® Н2О2 & + H ® Н2 & H eaq + eaq +2Н2О ® H2 +2OH (8) (9) (10) При накладанні на розчин електричного поля безладне прямування іонів, в основному, зберігається, але один з напрямків стає переважним. Чим вище градієнт потенціалу, тим вище швидкість прямування іона в електричному полі. Якщо активні частки розподілені досить однорідно, то стають істотними радикал-молекулярні реакції: & & Н2 + O Н ® Н2О + H (11) & & Н2О2 + H ® Н2О + O Н & Н2О2 + eaq ® O Н + OH (13) & Н2О2 + Н2О ® Н2О + 2 O Н (14) (12) 2 39031 мінливий у процесі контактної дії тліючою розряду. Зміна розміру приповерхневого потенціалу свідчить про первісне нагромадження зарядів із характерним часом переносу і наступної їхньої витрати. Зміна фізико-хімічних властивостей води у процесі обробки обумовлена в першу чергу перетворенням у приповерхневих шарах рідини, що забезпечують перенос струму з рідкої фази у газову через поверхню поділу фаз. Активувати хімічно чисту воду зі спрямованою зміною властивостей і реакційної спроможності можна при веденні процесу в розрядах пониженого тиску з напругою 1000-2000 В, силою струму 10200 мА із наступним переходом, у міру підвищення електропровідності в режим тліючого розряду з параметрами від 200 до 2000 В і силою струму до 100 мА. Про бактерицидні властивості активованого дистиляту, бідитиляту та питної води свідчать дані, що надані в табл. 1. Особливості активованої води: - Активована вода має антагоністичні властивості у відношенні до таких мікроорганізмів: E.coli, Aerocuccus viridans, Salmonela tiphymurium, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aerogenosae, Proteus vulgaris, Candida albicans, що викликають інфекційні захворювання у людей, тварин та птахів. Антагоністична активність води, яка оброблена контактним тліючим розрядом, обумовлена накопиченням у ній високо реакційних пероксиду водню і над перекисних сполук, активних радикалів і часток, що придушують дихальну спроможність мікроорганізмів, що руйнує їх, але не є шкідливим для макроорганізмів унаслідок підтримуваного гомеостазу за допомогою пероксидази і каталази. Озонування або штучне насичення розчину пероксидом водню і повітрям не змінює активності води. Антагоністичні властивості виявляються тільки при дії на мікроорганізми води яка оброблена контактним тліючим розрядом. Антагоністична активність водяних розчинів, оброблених контактним тліючим розрядом, перевірялась після 1, 5, 10, 14, 21, 40, 50, 60 і 180 діб з моменту їх готування. Спеціальних умов для збереження не створювалося, розчини зберігалися в скляних колбах у природних умовах. Протягом усього періоду спостерігалося деяке зниження антагоністичної активності розчинів, проте затримка росту культури Staph. aureus відзначалася також після 8-ми місяців збереження активованої води. Підтвердженням наявності окисних властивостей активованої води є її застосування в гідрометалургійних процесах вилучення золота та срібла ціануванням рудних концентратів шляхом попереднього розчинення ціанідів лужних металів в активованій воді. При цьому в результаті використання такого розчину підвищується швидкість вилуговування благородних металів, ріст селективності використання ціанідів і, як наслідок, підвищується продуктивність гідрометалургійного процесу в цілому. Так при звичайному ціануванні час, необхід ний для вилучення Аu га Ag із рудних концентратів складає 24-48 годин, а при використанні активованих ціанідних розчинів - 2-4години. У різноманітних умовах витяг Аu та Ag коливається від 97 до 99%, при цьому виключається необхідність використання кисню повітря як обов'язкового компонента системи, що реагує. Порівняльні дані витяги Аu та Ag ціануванням рудних концентратів деяких золотоносних родовищ України і Карамкенського гірничометалургійного комбінату (Росія) свідчать на користь ефективності використання для цього розчинів, приготовлених на активованій воді. Хімічно чиста активована вода зберігає свої властивості при кип'ятінні, на відміну від штучного приготовленого водяного розчину пероксиду водню. З приведених у табл.2 даних випливає, що з ростом тривалості кип'ятіння активованої води концентрація пероксиду водню і перекисних сполук зростає внаслідок випарювання води. У випадку кип'ятіння водяного розчину пероксиду водню, останній розкладається вже на 10-й хвилині. Питна вода, оброблена контактним тліючим розрядом поводиться аналогічним чином. Наводимо приклади конкретного здійснення запропонованого винаходу. Приклад 1. Дистилят із початковим значенням рН=6,67 піддають обробці контактним тліючим розрядом шляхом пропускання її у вигляді рідкого шару товщиною 50 мм. Параметри процесу: струм - 100 мА, напруга 2000 В, тиск у реакційному обсязі 13,2 кПа, відстань між електродом у газовій фазі і поверхнею рідини 10 мм. При цьому кінцеве значення рН складає 2,74, брутто концентрація пероксиду водню і над перекисних сполук - 293 мг/л. Приклад 2. Бідистилят із початковим значенням рН=6,24 піддають обробці контактним тліючим розрядом шляхом пропускання її у виді рідкого шару товщиною 50 мм. Параметри процесу: струм - 100 мА, напруга 2000 В, тиск у реакційному обсязі 13,2 кПа, відстань між електродом у газовій фазі і поверхнею рідини 10 мм. При цьому кінцеве значення рН складає 2,92, брутто концентрація пероксиду водню і перекисних сполук 240 мг/л. Приклад 3. Питну воду із початковим значенням рН=7,82 піддають обробці контактним тліючим розрядом шляхом пропускання її у виді рідкого шару товщиною 50 мм. Параметри процесу такі ж як і у попередніх прикладах. При цьому кінцеве значення рН складає 10,5, брутто концентрація пероксиду коліно і перекисних сполук 266 мг/л. Застосування запропонованого засобу дозволяє спрямовано змінювати властивість і реакційну спроможність хімічно чистої і питної води. У зв'язку з цим винахід можливо застосувати, окрім медицини та сільського господарства у хімічній промисловості для інтенсифікації окисно-відбудовних процесів у гальванотехніці та в інших галузях. 3 39031 Таблиця 1 Фізико-хімічні показники водяних середовищ і розміри зон ингібітування росту при впливі на мікроорганізми цих розчинів, оброблених тліючим розрядом. Зона затримки росту Утримання пероксимікроорганізмів, мм Оброблюване сереПочаткове зна- Кінцеве значен- ду водню і надпереStaph. довище чення рН ня рН кисних сполук в обStaph. aureus aureus робленій воді, мг/л 13 3824 Вода питна 7,98 .10,5 267,5 20 31 Вода хімічно чиста дистилят 6,67 2,9 285,0 16 30 бідистилят 6,2 2,92 242,25 19 30 Таблиця 2 Показники активованої води і водяного розчину Н2О2 після кип'ятіння Активована вода Водний розчин Н2О2 Час кип'ятіння води, хвил. pH Вміст пероксиду водню і надперекисних сполук, мг/л 1 2 3 4 5 10 15 25 30 35 40 3,41 3,38 3,32 3,26 3,22 3,22 2,98 2,94 2,92 2,75 2,91 119 119 100 127 136 136 136 187 192 221 238 pH Вміст пероксиду водню, мг/л 6.87 6.47 6.67 6.81 6.55 7,1 119 100 42,5 25 . 5,1 0 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4