Спосіб електроерозійного диспергування металевих гранул у робочій рідині

Реферат: Спосіб електроерозійного диспергування металевих гранул у робочій рідині, причому як робочу рідину застосовують розчин органічної кислоти у воді, кислотність (рН) робочої рідини підтримують у межах 1,8-6,0, а розчин містить такі інгредієнти, г/л: органічна кислота 10-100 вода до 1 л. UA 101512 U (12) UA 101512 U UA 101512 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пропонована корисна модель належить до способів одержання дрібнодисперсних металів шляхом електроерозійного диспергування металевих гранул або порошків, які можуть бути застосовані зокрема у виробництві добрив, призначених для підживлення та підвищення захисних функцій рослин, урожайності культур, а також - покращення якісних та кількісних показників готової сільськогосподарської продукції. Найбільш близьким до пропонованого за технічною суттю є спосіб електроерозійного диспергування металевих гранул у робочій рідині [Патент на винахід № 2037386 Росія, МПК В23Н 9/00 (2006.01), Опубліковано: 19.06.1995]. Згаданий спосіб передбачає електроерозійне диспергування гранул з благородних металів і сплавів у водному розчині щавлевої та олеїнової кислот. Отримані згаданим способом порошки благородних металів і сплавів, через високу собівартість, як правило, не використовують для виготовлення зокрема добрив для підживлення і підвищення захисних функцій рослин. У основу пропонованої корисної моделі поставлена задача створення такого способу електроерозійного диспергування металевих гранул або порошків металів у робочій рідині, який би мав меншу собівартість і дозволив би отримати моно- та полікомпонентні біогенні добрива, призначені для застосування у рослинництві та як біологічно-активну добавку при виробництві комбінованих кормів та преміксів, функціональним призначенням якої є вплив на процеси росту клітин, прискорення поділу клітин, каталіз реакцій окиснення-відновлення, стимулювання циклу Кребса, вплив на процеси дихання та енергетичного обміну, забезпечення нормального функціонування імунної системи (імуномодулятори) для застосування у тваринництві та у ветеринарній медицині. Поставлена задача вирішується за рахунок створення умов для виробництва нанокарбоксилатів та амонійно-карбоксилатних комплексонів металів (Fe, Cu, Mg, Мn, К, La, Zn, Mo, Se, Ge, Nd, Ag, Bi, Cr, Co), одержаних шляхом електроерозійного перетворення гранул або порошків металів у нанорозмірні частки і їх взаємодії під час одного процесу у одному реакторі з робочою рідиною - природною органічною кислотою (лимонною, винною, бурштиновою, молочною) (у варіанті одержання нанокарбоксилатів вище перерахованих металів) та амонієм сірчанокислим (у варіанті одержання амонійно-карбоксилатних комплексонів), які у своєму складі містять комплексоутворювач (центральний атом чи іон, до якого приєднані нейтральні молекули або аніони), ліганди (молекули або іони, що координуються навколо центрального атома) і протиіони - іони зовнішньої сфери (катіони або аніони), які компенсують заряд внутрішньої координаційної сфери, щоб речовина загалом була електронейтральною. Пропонований, як і відомий спосіб електроерозійного диспергування металевих гранул або порошків металів у робочій рідині, а, відповідно до пропонованої корисної моделі, диспергування гранул або порошків здійснюють у робочій рідині - розчині органічної кислоти у воді, під час якого кислотність (рН) робочої рідини підтримують у межах 1,8-6,0, а розчин містить такі інгредієнти у г/л: органічна кислота 10 - 100 вода до 1 л. Особливістю пропонованого способу є і те, що як органічну кислоту застосовують лимонну кислоту. Нанокарбоксилати вище перерахованих металів на основі лимонної кислоти застосовують для передпосівної обробки насіння зернових, технічних, бобових та овочевих культур та позакореневого (листового) підживлення зернових, технічних, бобових та овочевих культур. Амонійно-карбоксилатні комплексони вище перерахованих металів на основі лимонної кислоти та амонію сірчанокислого забезпечують суттєвий приріст урожаю та підвищують показники якості при позакореневому (листовому) підживленні зернових, технічних, бобових та овочевих культур. В залежності від групи сільськогосподарської культури, їх потреб у мікроелементах, виробляється низка з спеціалізованих мікродобрив, представлених широким спектром монопрепаратів та полімікродобрив. Особливістю пропонованого способу є і те, що як органічну кислоту застосовують винну кислоту. Нанокарбоксилати вище перерахованих металів на основі винної кислоти застосовують для позакореневого (листового) підживлення зернових, технічних, бобових та овочевих культур, що сприяє швидкому акумулюванню енергії росту у рослині, забезпечує відмінний стартовий розвиток рослини, підвищує її стресостійкість та імунітет. Амонійно-карбоксилані комплексони вище перерахованих металів на основі винної кислоти та амонію сірчанокислого забезпечують збалансоване живлення рослин, нівелює наслідки кліматичного та пестицидного стресу, сприяє отриманню високих врожаїв з відмінними якісними 1 UA 101512 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 та кількісними показниками при позакореневому (листовому) підживленні широкого спектру сільськогосподарських культур. Особливістю пропонованого способу є і те, що як органічну кислоту застосовують бурштинову кислоту. Нанокарбоксилати вище перерахованих металів на основі бурштинової кислоти застосовують для передпосівної обробки насіння польових, зернових, кормових та овочевих культур для забезпечення стартового розвитку рослин, підвищення енергії проростання, стресостійкості та покращення імунітету. Амонійно-карбоксилані комплексони вище перерахованих металів на основі бурштинової кислоти та амонію сірчанокислого застосовують для широкого спектра сільськогосподарських культур шляхом позакореневого (листового) підживлення, що сприяє збільшенню вмісту вітамінів та цукрів у плодах, збільшенню кількості хлорофілу, що прискорює розвиток рослини та засвоєння нею макро- і мікроелементів з ґрунту. Одержані на основі бурштинової кислоти сукцинати, нормалізують природну мікрофлору ґрунту та життєдіяльність мікроорганізмів, що знаходяться в ній, допомагають організмам в ґрунті швидше руйнувати органічні речовини з підвищеною токсичністю, не дозволяють токсинам накопичуватись у рослині, сприяють підвищенню урожайності до 30 %. Особливістю пропонованого способу є і те, що як органічну кислоту застосовують молочну кислоту. Нанокарбоксилати вище перерахованих металів на основі молочної кислоти застосовують для передпосівної обробки зернових, кормових, технічних та овочевих культур. Молочна кислота, як один з активних компонентів добрива забезпечує відмінне прилипання до поверхонь і швидке проникнення у клітини рослини, забезпечує ефективне транспортування активних часток металів та сприяє швидкому акумулюванню енергії росту у рослині. Амонійно-карбоксилані комплексони вище перерахованих металів на основі молочної кислоти та амонію сірчанокислого застосовують для широкого спектра сільськогосподарських культур шляхом позакореневого (листового) підживлення, що сприяє активізації азотного обміну, відновленню нітратів, стимулюванню процесу азотфіксації, циклу Кребса, окисновідновних процесів у рослинах, процесів дихання і енергетичного обміну. Особливістю пропонованого способу є те, що у процесі диспергування гранул або порошків металів застосовують електроерозійну технологію, яка заснована на локальній взаємодії комплексної плазми з розпилюючою поверхнею в імпульсному режимі. При цьому між матеріалом, який диспергують, подають плазмоутворюючий потенціал, в результаті чого продукується комплексна локалізована низькотемпературна плазма і під її дією відбувається структурно-фазова зміна з утворенням твердих частинок в рідкій фазі. Під час електроерозійного диспергування металевих гранул або порошків утворюються тверді частки з активованою поверхнею, а тому такі частки, утворені навіть з металів, що не є достатньо активними для взаємодії з органічними кислотами у звичайних умовах, в умовах електроерозійного диспергування - за рахунок низькотемпературної плазми, яка виникає під час імпульсного потенціалу у рідині, стають активними і досить легко реагують з органічними кислотами. Цей ефект дав можливість створити нові види добрив - добрив, які у своєму складі містять комплексоутворювач - атом металу, ліганди і протиіони, на основі яких і створюють нові види моно-та полікомпонентних біогенних добрив. Авторами експериментально встановлено той факт, що найбільш інтенсивно процес електроерозійного диспергування металевих гранул або порошків проходить у робочій рідині при значенні кислотності рН 1,8-6,0. Виходи за межі згаданого діапазону уповільнюють процес руйнування гранул. Також авторами встановлено оптимальне співвідношення інгредієнтів робочої рідини. Так при кількості органічної кислоти менше за 10 г/л нанокарбоксилати згаданих металів практично не утворюються. При кількості органічної кислоти більше за 300 г/л суттєво підвищується кислотність робочої рідини, що робить процес електроерозійного диспергування металевих гранул або порошків малокерованим. Пропонований спосіб дає можливість отримання і амонійно-карбоксилатних комплексонів шляхом додавання до розчину нанокарбоксилату амонію сірчанокислого. При цьому при додаванні амонію сірчанокислого у кількості меншій за 2,5 г/л суттєво збільшується кислотність робочої рідини, що робить процес отримання амонійно-карбоксилатних комплексонів вище перерахованих металів малокерованим. Додавання кількості амонію сірчанокислого більше за 100 г/л суттєво підвищує собівартість продукту, що економічно не виправдано. Тому оптимальним є таке співвідношення інгредієнтів для отримання амонійно-карбоксилатних комплексонів, г/л: 2 UA 101512 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 органічна кислота 10 - 100 амоній сірчанокислий 2,5 - 100 вода до 1 л. Як добавка, яка інгібує ріст патогенної мікрофлори, може бути використаний також спиртовий розчин йоду з диметилсульфоксидом (ДМСО), що забезпечує підвищення стійкості готового продукту та розбавлених робочих розчинів до ушкодження мікрофлорою та збереження необхідних властивостей готового продукту для обробки насіння та вегетуючих рослин. Приклад 1. Електроерозійному диспергуванню піддавали гранули Fe у реакторі, в якому були горизонтально вмонтовані внутрішній сітчастий піддон з вбудованими електродами та -6 зовнішній суцільний піддони. При цьому гранули з характерним розміром від 1 × 10 м до 1 × 10 2 м розміщували на сітчастому піддоні у порожнині реактора з робочою рідиною, до складу якої входила лимонна кислота, концентрація якої складала 20 г/л. Електроди у вигляді двох циліндрів з діаметром 16 мм та довжиною 60 мм розміщували вертикально у робочій рідині в середині сітчастого піддону на відстані приблизно 100-160 мм один від одного. На електроди подавали імпульсну напругу амплітудою 3000-10000 В, частотою 5-80 Гц. Під час процесу диспергування контролювали значення рН індикаторним папером або рН-метром. При відхиленні значення рН від встановленого до розчину додавали лимонну кислоту. У процесі руйнування гранул утворювалися тверді наночастки, що взаємодіяли з лимонною кислотою і утворювалися нанокарбоксилати. Отримані нанокарбоксилати охолоджувалися, проходили через сітчастий піддон і накопичувалися на суцільному піддоні. Процес тривав 1-3 години до отримання гранул заданих параметрів. У другому варіанті після отримання розчину нанокарбоксилатів, до розчину додавали амоній сірчанокислий і отримували аонійнокарбоксилатні комплексони потрібної концентрації. Отримані розчини використовували для виробництва моно- та полікомпонентних біогенних добрив, призначених для застосування у рослинництві. Такі розчини мають меншу собівартість за аналогічні добрива, отримані шляхом проведення звичайних хімічних перетворень. Приклад 2. Електроерозійному диспергуванню піддавали штабік Мо у реакторі, в якому були горизонтально вмонтовані внутрішній сітчастий піддон з вбудованими електродами та зовнішній -6 -2 суцільний піддони. При цьому штабік з характерним розміром від 1 × 10 м до 0,5 × 10 м розміщували на сітчастому піддоні у порожнині реактора з робочою рідиною, до складу якої входила лимонна кислота, концентрація якої складала 20 г/л. Електроди у вигляді двох циліндрів з діаметром 16 мм та довжиною 60 мм розміщували вертикально у робочій рідині в середині сітчастого піддону на відстані приблизно 100-160 мм один від одного. На електроди подавали імпульсну напругу амплітудою 3000-10000 В, частотою 5-80 Гц. Під час процесу диспергування контролювали значення рН індикаторним папером або рН-метром. При відхиленні значення рН від встановленого додавали до розчину, відповідно, лимонну кислоту. У процесі руйнування штабіку утворювалися тверді частки, що взаємодіяли з лимонною кислотою і утворювалися нанокарбоксилати. Отримані нанокарбоксилати охолоджувалися, проходили через сітчастий піддон і накопичувалися на зовнішньому суцільному піддоні. Процес тривав 2-3 години до отримання гранул наперед заданих параметрів. У другому варіанті після отримання розчину нанокарбоксилатів, до розчину додавали амоній сірчанокислий і отримували амонійнокарбоксилатні комплексони потрібної концентрації. Отримані розчини використовували для виробництва моно- та полікомпонентних біогенних добрив, призначених для застосування у рослинництві. Такі розчини мають меншу собівартість за аналогічні добрива, отримані шляхом проведення звичайних хімічних перетворень. Приклад 3. Електроерозійному диспергуванню піддавали порошок Сu у реакторі, в якому були горизонтально вмонтовані верхній сітчастий піддон з вбудованими електродами та нижній -6 -6 суцільний піддони. При цьому порошок з характерним розміром від 1 × 10 м до 10 × 10 м розміщували на сітчастому піддоні у порожнині реактора з робочою рідиною, до складу якої входила янтарна кислота, що складала 20 г/л до 1 л. Електроди у вигляді двох циліндрів з діаметром 16 мм та довжиною 60 мм розміщували вертикально у робочій рідині в середині сітчастого піддону на відстані приблизно 100-160 мм один від одного. На електроди подавали імпульсну напругу амплітудою 3000-10000 В, частотою 5-80 Гц. Під час процесу диспергування контролювали значення рН індикаторним папером або рН-метром. При відхиленні значення рН від встановленого додавали до розчину лимонну кислоту. У процесі руйнування порошку утворювалися тверді наночастки, що взаємодіяли з янтарною кислотою і утворювалися нанокарбоксилати. Отримані нанокарбоксилати охолоджувалися, проходили через сітчастий піддон і накопичувалися на суцільному піддоні. Процес тривав 2-3 години до отримання гранул наперед заданих параметрів. У другому варіанті після отримання розчину нанокарбоксилатів, 3 UA 101512 U 5 до розчину додавали амоній сірчанокислий і отримували амонійно-карбоксилатні комплексони потрібної концентрації. Отримані розчини використовували для виробництва моно- та полікомпонентних біогенних добрив, призначених для застосування у рослинництві. Такі розчини мають меншу собівартість за аналогічні добрива, отримані шляхом проведення звичайних хімічних перетворень. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 1. Спосіб електроерозійного диспергування металевих гранул у робочій рідині, який відрізняється тим, що як робочу рідину застосовують розчин органічної кислоти у воді, кислотність (рН) робочої рідини підтримують у межах 1,8-6,0, а розчин містить такі інгредієнти, г/л: органічна кислота 10-100 вода до 1 л. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як органічну кислоту застосовують лимонну кислоту. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як органічну кислоту застосовують винну кислоту. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як органічну кислоту застосовують бурштинову кислоту. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як органічну кислоту застосовують молочну кислоту. 20 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4