Продукт для очистки флюидов и способ получения

Авторы патента:


Продукт для очистки флюидов и способ получения
Продукт для очистки флюидов и способ получения
Продукт для очистки флюидов и способ получения
Продукт для очистки флюидов и способ получения

 


Владельцы патента RU 2559498:

ДИУМ Серинь (FR)

Изобретения могут быть использованы при бактерицидной обработке флюидов, таких как вода и промышленные жидкости. Продукт для очистки флюидов содержит, с одной стороны, пористое тело, имеющее наружную и внутреннюю удельную поверхность, и, с другой стороны, металлизированный слой нанометровой толщины, покрывающий, по меньшей мере, часть наружной и внутренней поверхности пористого тела. Металлизированный слой содержит, по меньшей мере, один металл (Ag), связанный с пористым телом химическими связями, возникшими под действием внутримолекулярных сил. Металлизированный слой содержит кремний (Si), также связанный с пористым телом химическими связями, возникшими в результате действия внутримолекулярных сил. Способ получения продукта (10) для очистки включает обработку пористого тела, имеющего наружную и внутреннюю удельную поверхность, в реакторе осаждения из плазмы инертного газа в условиях радиочастотного разряда. При этом обработку выполняют путем погружения пористого тела в плазму и инжекции металла (Ag) и кремния (Si) в плазму. Изобретения обеспечивают улучшение бактерицидной обработки флюидов при длительном сохранении бактерицидности обработанных флюидов, например, очищенной воды. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к продукту для очистки флюидов. Оно относится также к способу получения этого продукта.

Известны продукты для очистки воды, действующие по принципу фильтрации. Например, активированные угли, песок и другие пористые тела имеют хорошую производительность фильтрации благодаря их развитой внешней и внутренней удельной поверхности, позволяющей осуществить большую адсорбцию. Основным недостатком этих продуктов является то, что они не оказывают бактерицидного или по крайней мере бактериостатического действия в сочетании с их простой механической фильтрующей способностью. Напротив, они даже оказываются идеальным источником бактерий и не гарантируют пригодности фильтрованной воды для питья. Таким образом, они не позволяют обойтись без добавления химических дезинфицирующих средств (хлор, перекиси и т.д.) в процессе водоочистки.

Известны также средства для бактерицидной обработки воды, состоящие из активированного угля, пропитанного серебром в виде солей. Эти продукты для очистки получают, в частности, погружением активированного угля в раствор нитратов и других солей серебра. Один продукт этого типа описан, например, в патенте, опубликованном под номером FR 2585694. Этот продукт имеет недостатки, так как неизбежно высаливание серебра и нитратов в очищенную воду: нитраты остаются в полученном продукте, а серебро, добавленное согласно этому способу, связано с пористым телом лишь слабыми химическими связями типа связей Ван-дер-Ваальса.

Кроме того, в этом документе FR 2585694, а также в патенте, опубликованном под номером US 4407865, предусматривается металлизация активированного угля металлическим серебром при высокой температуре в камере с инертной атмосферой, где, кроме того, возможно необходимо наличие высокого вакуума. В этой камере серебро испаряется, чтобы затем проникнуть в углерод. Этот способ обеспечивает хорошую диффузию серебра в поры углерода, из-за плохой адгезии серебра и углерода снова происходит высаливание серебра в очищенную воду. Кроме того, полученный продукт является более непрочным и истирается при прохождении воды. Эта заявка не позволяет получить стабильный продукт, и получение этого продукта в промышленном масштабе затруднительно.

В последнее время развитие нанотехнологий позволяет задуматься о разработке наноматериалов или материалов, у которых по меньшей мере один из компонентов имеет нанометровые размеры, которые благодаря особым свойствам становятся особенно подходящими для различных применений, в частности, для борьбы за сохранение окружающей среды или для очистки. В сфере очистки флюидов, и в особенности воды, исследования принесли некоторый прогресс как в области фильтрации (ультрафильтрации через мембраны нового поколения), так и в области бактерицидной или по меньшей мере бактериостатической обработки флюидов, или в области очистки путем разложения химических загрязнений, в частности, металлическими наночастицами.

Например, в индийском технологическом институте IIT (от английского Indian Institute of Technology) в Мадрасе был разработан фильтр - отделитель пестицидов, основанный на свойствах наночастиц. Это приложение стало следствием обнаружения, что галогенированные углеводороды, такие, как тетрахлорид углерода, в результате реакций с золотом и наночастицами серебра разлагаются на галогениды металлов и аморфный углерод. Но этот фильтр не имеет бактерицидного или бактериостатического эффекта.

Также, например, в основе принципа действия установки Nano-Fotocide (зарегистрированный товарный знак), технология которой была разработана в университете Гонконга, лежит действие ультрафиолетового излучения низкой энергии и активация поверхности диоксида титана, действующего как катализатор, в присутствии воздуха или воды, чтобы образовать гидроксильные радикалы, которые окисляют некоторые загрязнения, как бактерии и вирусы, давая в качестве продуктов этих реакций диоксид углерода и воду. Следует отметить, однако, что эту реакцию, дающую диоксид углерода, нельзя считать идеальной в эпоху, когда этот газ с парниковым эффектом является предметом исследований, направленных на снижение его выбросов.

Наконец, сейчас проводятся исследования, в частности, в университете RICE, Хьюстон, США, биметаллических наночастиц и их способности разлагать органическую ароматику и пестициды, содержащиеся в подземных водах, под действием ультрафиолетового излучения.

Кроме того, наиболее освоенные в настоящее время способы инжекции металлических атомов в пористое тело в среде плазмы позволяют получить продукты, не вызывающие высаливания металлов благодаря установлению сильных химических связей между введенными атомами и удельной поверхностью пористого тела.

Под "сильной химической связью" понимается любая связь, привлекающая химическую связь, возникшую под действием внутримолекулярных сил: к этой категории относятся ковалентные связи (делающие электронное облако общим для двух атомов), ионные связи (перенос по меньшей мере одного электрона от одного атома на другой) или же связи с более высокими уровнями энергии одного или нескольких электронов. Напротив, слабая химическая связь проистекает от действия межмолекулярных сил, другими словами, сил электрического взаимодействия малой интенсивности между атомами, молекулами или кристаллами: в эту категорию подпадают, в частности, взаимодействия типа Ван-дер-Ваальсовых, в которых атомы не имеют неподеленного электрона.

Таким образом, изобретение применимо, в частности, к продукту указанного выше типа, содержащему, с одной стороны, пористое тело, имеющее наружную и внутреннюю удельную поверхность и, с другой стороны, металлизированный слой максимум нанометровой толщины, покрывающий по меньшей мере часть наружной и внутренней удельной поверхности пористого тела, причем металлизированный слой содержит по меньшей мере один металл, связанный с пористым телом химическими связями, возникшими под действием внутримолекулярных сил.

Такой продукт описан в патенте, опубликованном под номером EP 0979212. Этот продукт включает пористое тело и металлический слой, равномерно распределенный по всей наружной и внутренней удельной поверхности пористого тела, в которой атомы металла связаны с наружной и внутренней поверхностью пористого тела ковалентными связями. Применение этого продукта для очистки такой среды, как вода, подтверждает его бактерицидный потенциал.

Однако, может быть желательным разработать продукт для очистки флюидов, который позволил бы далее улучшить очистку этой флюидов.

Таким образом, объектом изобретения является продукт для очистки флюидов, содержащий, с одной стороны, пористое тело, имеющее наружную и внутреннюю удельную поверхность, и, с другой стороны, металлизированный слой максимум нанометровой толщины, покрывающий по меньшей мере часть наружной и внутренней удельной поверхности пористого тела, причем металлизированный слой содержит по меньшей мере один металл, связанный с пористым телом химическими связями, возникшими под действием внутримолекулярных сил, отличающийся тем, что металлизированный слой содержит, кроме того, кремний, также связанный с пористым телом химическими связями, возникшими под действием внутримолекулярных сил.

Оказалось, что добавление кремния в металлизированный слой, связанный с пористым телом сильными связями, придает продукту новые неожиданные свойства, в частности, в отношении электромагнитного излучения, передачи энергии на очищенную среду и энергетического катализа в процессе разложения таких химических загрязнителей, как некоторые углеводороды и другие пестициды, сохраняя одновременно его бактерицидные свойства.

По меньшей мере часть кремния также необязательно связана с по меньшей мере частью металла металлизированного слоя химическими связями, возникшими под действием внутримолекулярных сил.

Также пористое тело необязательно содержит углеродный компонент, а металлизированный слой включает, во взаимодействии с пористым телом, компоненты типа карбосилицидов металла, в частности, обнаруживаемые на энергетическом уровне, по существу равном 283 эВ.

Также металлизированный слой необязательно включает компоненты, содержащие атомы углерода, кремния и металла, связанные между собой химическими связями типа ковалентных связей.

Также пористое тело необязательно содержит по меньшей мере один из элементов группы, состоящей из угольной пыли, графита, активированного угля, песка и цеолита.

Также металл содержит необязательно по меньшей мере один тяжелый металл с массой атома больше или равной массе атома меди.

Также металлизированный слой необязательно частично покрывает наружную и внутреннюю удельную поверхность пористого тела посредством образования агрегатов.

Объектом изобретения является также способ получения продукта для очистки, включающий этап обработки пористого тела, имеющего наружную и внутреннюю удельную поверхность, в реакторе осаждения из плазмы инертного газа в условиях радиочастотного разряда, путем погружения пористого тела в плазму и инжекции металла в плазму, отличающийся тем, что этап обработки пористого тела включает также инжекцию кремния в плазму.

Реактор осаждения возможно является диодным реактором, с электрической мощностью по существу равной 10 кВт, соединенным с блоком настройки полного сопротивления, типа RLC, и температура возбуждения плазмы на этапе обработки доводится до 5000-7000 K.

Способ получения продукта для очистки флюидов согласно изобретению может, кроме того, содержать этап предварительной функционализации пористого тела в реакторе с псевдоожиженным слоем, кипящим при низком давлении, в частности, в интервале от 5 до 500 Па, с холодной плазмой инертного газа и с индуктивным разрядом.

Изобретение будет далее раскрыто следующим описанием, данным исключительно в качестве примера и обращающимся к приложенным чертежам, на которых:

- фиг.1 схематически показывает структуру части продукта для очистки флюидов согласно изобретению,

- фиг.2 схематически показывает общую структуру установки для реализации способа получения продукта с фиг.1, и

- фиг.3 и 4 показывают в виде графиков энергетические уровни, измеренные у неочищенных сред или сред, очищенных на установке фильтрации, содержащей продукт согласно изобретению.

Продукт 10 для очистки флюидов, часть которого схематически представлена на фиг.1, содержит пористое тело 12, имеющее наружную и внутреннюю удельную поверхность 14, такую, что она обеспечивает ему высокую фильтрующую способность. В предпочтительном варианте осуществления изобретения пористое тело включает углеродный компонент, такой, например, как порошок или гранулы углерода, со средним гранулометрическим размером от 0,5 до 1 мм, графит в виде листа или стержня, активированный уголь, ткани или волокна из активированного углерода, или комбинация этих элементов. Он может дополнительно содержать другие компоненты, в частности, компонент, содержащий кремний, как песок или цеолит. Уже без особой обработки это пористое тело имеет фильтрующие свойства, но не обладает бактерицидными или бактериостатическими свойствами.

После обработки, например, такой, какая будет детально описана при описании фиг.2, продукт 10 дополнительно содержит металлизированный слой 16 максимум нанометровой толщины, покрывающий по меньшей мере часть наружной и внутренней удельной поверхности 14 пористого тела 12. Под термином "максимум нанометровая толщина" подразумевают толщину, не превышающую нескольких нанометров и в основном не превышающую предела меньше одного нанометра.

Металлизированный слой содержит металл, например, серебро, а также кремний. Атомы Ag и Si этих компонентов связаны с пористым телом 12 сильными химическими связями, то есть, согласно данному ранее определению, химическими связями, возникшими под действием внутримолекулярных сил. Некоторые атомы серебра Ag и кремния Si в металлизированном слое 16 могут быть также связаны между собой химическими связями, возникшими под действием межмолекулярных сил.

Продукт, показанный на фиг.1, данной в качестве неограничивающего примера, имеет слой, металлизированный серебром, но для металлизации подходит также и любой другой тяжелый металл или комбинация тяжелых металлов (например, биметаллы), в том числе, в частности, золото, медь и цинк. В целом, под "тяжелым металлом" понимается любой металл с массой атома больше или равной массе атома меди. Никель также является подходящим. Он обычно считается аллергенным и канцерогенным, но в продукте 10 он присутствовал бы в количестве настолько маленьком, что не оказывал бы вредного влияния.

Полученный таким образом продукт 10 состоит в основном из углерода и содержит в очень малых количествах кремний и тяжелый металл, предпочтительно присутствующий в высокочистой форме. Чистота металла соответствует, например, порядку N6, то есть равна 99,9999%. Кроме того, способ получения этого продукта, который будет подробно описан при описании фиг.2, позволяет получить осажденный слой металла с сильными химическими связями, включающий металл в неокисленной форме (форма Ag0 в случае, когда используется серебро).

Этот слой, металлизированный серебром и имеющий сильные химические связи между серебром, кремнием и пористым телом, придает продукту 10 бактерицидные свойства благодаря энергетическому катализу реакций окисления, или по меньшей мере бактериостатические свойства.

В результате осуществления способа получения, который будет описан при обсуждении фиг.2, металлизированный слой 16 предпочтительно содержит, во взаимодействии с пористым телом 12, компоненты типа карбосилицидов металла, выявляемые, в частности, по энергетическому уровню, по существу равному 283 эВ. Получение этих компонентов с очень стабильной и поэтому прочной молекулярной структурой указывает, что химические связи между металлом, кремнием и пористым телом (в частности, элементарным углеродом пористого тела) являются очень сильными, в частности, более сильными, чем ковалентные или ионные связи. Таким образом, нет опасности, что продукт 10 потеряет одну из своих составляющих при применении для очистки среды такого типа, как, например, вода, и не имеется опасности высаливания наночастиц; хотя металлизированный слой имеет нанометровую толщину, он оказывается вполне подходящим для применений, связанных с очисткой воды с доведением до питьевого качества, и для других отраслей агропромышленности, требующих очистки флюидов.

Металлизированный слой 16 может дополнительно включать компоненты, содержащие атомы углерода, кремния и металла, связанные между собой химическими связями типа ковалентных связей.

Наконец, в одном предпочтительном варианте осуществления металлизированный слой 16 лишь частично покрывает наружную и внутреннюю удельную поверхность 14 пористого тела 12 посредством образования агрегатов. Таким образом, поры (в частности, микропоры) пористого тела, где активные центры могут участвовать в ионном обмене, адсорбции и каталитических реакциях, не полностью закупорены металлизированным слоем 16.

Установка 20, показанная на фиг.2, подходит для осуществления способа получения описанного выше продукта 10. Поскольку иллюстрация является лишь схематичной, ее пропорции не следует принимать во внимание.

Она содержит первый реактор функционализации плазмой 22, соединенный со вторым реактором 24 неравновесного плазменного осаждения линией 26, оборудованной транспортирующей системой, содержащей, в частности, клапан 28. Управление этой транспортирующей системой и этим клапаном 28 позволяет провести тарелку 30 из первого реактора 22 внутрь второго реактора 24. В каждом реакторе между электродами 32 возникает среда плазмы, и пористое тело 10, находящееся на тарелке 30, погружается в эту плазму.

Более точно, согласно способу получения продукта 10, в ходе первого этапа функционализации 100 пористое тело 12 погружается в плазму в первом реакторе 22. Этот реактор 22 является реактором с псевдоожиженным слоем, кипящим при низком давлении, предпочтительно при давлении, составляющем от 5 до 500 Па, с холодной плазмой инертного газа и с индуктивным разрядом. В качестве инертного газа используют, например, аргон. На этом первом этапе 100 пористое тело 12 бомбардируют ионами аргона, следствием чего сначала является освобождение его от примесей, а также увеличение его активной поверхности в результате увеличения его наружной и внутренней удельной поверхности и создания центров прикрепления.

Рабочие параметры на этапе 100 могут быть следующими:

- расход аргона: переменный и зависит от типа используемого материала,

- давление в реакторе: от 5 до 500 Па,

- температура в реакторе: классическая температура в среде холодной плазмы,

- мощность возбуждения плазмы: от 100 до 400 Вт, например, 400 Вт, и

- продолжительность этапа функционализации: 5 мин.

На втором этапе осаждения 102 пористое тело 12 погружают в плазму во втором реакторе 24, например, открывая клапан 28 и управляя транспортирующей системой, то есть путем перемещения тарелки 30 по линии 26. Реактор 24 является реактором диодного типа с электрической мощностью, по существу равной 10 кВт, соединенный с блоком настройки полного сопротивления типа RLC, с горячей плазмой инертного газа и с радиочастотным разрядом. В качестве инертного газ также применяется, например, аргон. Этот реактор осаждения 24 содержит, кроме того, источники серебра и кремния. Источник серебра содержит, например, одну или несколько нитей серебра, или серебряную пластинку или лист с размерами, позволяющими не возмущать среду плазмы, созданную в реакторе 24. Источник кремния содержит, например, пластинку или кусок кварца, с размером и формой, выбранными так, чтобы не возмущать среду плазмы.

В одном из вариантов источником кремния может служить непосредственно пористое тело 12, если оно содержит кремний, в частности, когда оно содержит песок или цеолит. Например, пористое тело может состоять из комбинации активированного угля и цеолита. Цеолит, с точки зрения его сложной структуры, является неорганическим кристаллическим полимером, основанным на трехмерной последовательности четырехвалентных структур тетраэдрических AlO4 и SiO4, связанных между собой в результате обмена ионами кислорода. Этап функционализации 100, проведенный на такой комбинации, позволяет сочетать макропоры углерода с упорядоченными микропорами цеолита, покрывая их тонким слоем. Макропоры углерода позволяют облегченный доступ к микропорам цеолита, где активные центры могут участвовать в ионном обмене, адсорбции и каталитических реакциях.

На втором этапе 102 источники серебра и кремния бомбардируют ионами аргона при температуре плазмы, составляющей от 5000 до 7000 K, вследствие чего осуществляется попадание атомов серебра и кремния, в плазме аргона, на по меньшей мере часть наружной и внутреннюю удельную поверхность пористого тела 12, чтобы образовать металлизированный слой максимум нанометровой толщины, связанный с пористым телом в результате образования карбосилицидов серебра, а также побочных продуктов, связанных ковалентно, объединяющих углерод, серебро и кремний. Этот слой предпочтительно принимает форму агрегатов, которые не блокируют поры пористого тела 12, хотя возможно регулирование параметров обработки на этапе 102, с целью получения более однородного слоя. Продолжительность этапа 102 можно регулировать, но она предпочтительно ниже 5 мин, с целью получения металлизированного слоя в виде агрегатов максимум нанометровой толщины. Расстояние между электродами 32 во втором реакторе 24 составляет, например, около 4 см, с целью возможности генерации сильного электрического поля в плазме, следствием чего является возможность регулирования интенсивности потока ионов аргона в широких пределах и возможность оптимальной функционализации поверхности пористого тела 12. Этот второй этап 102 позволяет также создать активную поверхность продукта 10 благодаря увеличению площади его наружной и внутренней удельной поверхности.

Рабочие параметры на этапе 102 могут быть следующими:

- расход аргона: около 40 sccm (см3 в минуту),

- давление в реакторе: около 0,01 Па,

- температура возбуждения плазмы в реакторе: от 5000 до 7000 K, в частности, 6000 K,

- мощность возбуждения плазмы: 1,5 кВт,

- частота радиочастотного разряда: 13,56 МГц,

- потенциал самополяризации: по меньшей мере 1,2·105 В/м,

- продолжительность этапа осаждения: 3 мин, и

- толщина осажденного слоя: от 5 до 10 ангстрем.

В этих условиях получают очень высокую плотность атомов аргона, находящихся в метастабильном состоянии возбуждения 3P2, что дает большую энергию дезактивации возбужденного состояния при контакте с пористым телом 12. Доля вводимого вещества оценивается в 7,5 мкг/с.

Определение характеристик полученного продукта 10 методом рентгеновской фотоэлектронной спектрометрии позволяет, в частности, выявить пики энергии карбосилицида серебра на 283 эВ, а также другие энергии связи для углерода, кремния и серебра, а также для различных других окисленных форм, присутствующих в очень малых количествах, которые благоприятны для механизмов химической очистки и другого окисления бактерий и вирусов, встречающихся при очистке флюидов.

Продукт 10, полученный согласно изобретению и задействованный в одном и том же интегрированном способе, какой был описан выше, с материалом типа активированного угля, был испытан и проанализирован в случае очистки воды. Оказалось, что хорошо подтверждается бактерицидная обработка, а также катализ процессов разложения таких химических загрязнений, как некоторые углеводороды и другие пестициды, как, например, ДДТ (т.е. дихлордифенилтрихлорэтан). Кроме того, наблюдается, что присутствие кремния в виде карбида модифицирует электрические свойства продукта.

Экспериментальные условия испытания

Установка фильтрации, содержащая первый крупнослойный фильтр и второй угольный фильтр, содержащий продукт для очистки 10, была собрана в лаборатории, чтобы определить ее эффективность в контроле определенного числа патогенных для человека возбудителей, содержащихся в воде. Работа установки осуществляется в модуле безопасности класса III, с использованием неочищенной воды Темзы как источника водоснабжения.

Более точно, оборудование, используемое для испытания, включало следующие элементы:

- герметичная камера класса III,

- насос Watson Marlow, серия 800 (зарегистрированная торговая марка),

- нагнетательные трубки,

- 50 литров воды из Темзы,

- два стерильных контейнера Nalgene (зарегистрированная торговая марка) на 50 литров,

- первый крупнослойный фильтр (0,2 мкм),

- угольный фильтр, содержащий продукт 10,

- пластинки с агаром (BCYE, YEA).

Использовались следующие микроорганизмы:

- Pseudomonas diminuta: одна из самым маленьких водных бактерий, часто использующихся для тестирования фильтров, так как она является наиболее вероятным организмом, проникающим в систему фильтрации,

- Escherichia coli: особенно важный индикатор фекальных загрязнений,

- Pseudomonas aeruginosa: бактерия-оппортунист для пациентов с иммунодефицитным состоянием,

- Legionella pneumophila serogroup 1 Pontiac: бактериальный агент, ответственный за болезнь легионеров, который размножается в теплых и холодных водных системах зданий, а также в охлаждающих трубах, и

- Cryptosporidium parvum: простейший паразит, представляющий большую проблему для водной промышленности из-за своей стойкости к хлору - наиболее широко применяющемуся дезинфицирующему средству.

Источник микробов культивировали в соответствующей среде агара, инкубировали при 37°C в течение ночи, затем добавляли по отдельности в испытуемую воду, чтобы получить затравку каждого микроорганизма в количестве от 102 до 106 на мл. Cryptosporidium parvum добавляли таким образом, чтобы получить количество от 104 до 105 на мл.

Фильтровальная установка запускалась на круговую циркуляцию в течение по меньшей мере тридцати минут для установки ее параметров перед проведением испытания. Затем воду, содержащую затравку бактерий, вводили в фильтр со скоростью 4,15 л/мин, чтобы определить эффективность фильтровальной установки в снижении бактериальной нагрузки.

Проводили последовательные разбавления на первом фильтре, чтобы определить эффективное число бактерий (колониеобразующих единиц на мл), входящих в и проходящих через фильтровальную установку.

Образцы профильтрованной воды (100 мл) собирали фильтрацией.

Для анализа на Legionella образцы культивировали на среде агара BCYE. Образцы Pseudomonas diminuta, Pseudomonas aeruginosa и Escherichia coli культивировали на средах соответствующих агаров (YEA).

Пробу воды после фильтрации для каждого испытания сохраняли и повторно культивировали через пятнадцать дней, чтобы определить, не имело ли место повторное развитие.

Аликвоту (10 мл) воды после фильтрации сразу же смешивали с 10 мл воды до фильтрации и определяли число способных к размножению организмов сразу же через 5 мин и через 15 дней.

Процент живучести ооцитов Cryptosporidium parvum в пробах воды перед и после фильтрации определяли путем заражения живыми организмами, используя пропидий и 4'-6'-диамино-2-фенилиндол. Результаты получали путем микроскопического исследования, используя флуоресцентную микроскопию.

Число ооцитов Cryptosporidium parvum на мл в пробах воды до и после обработки определяли путем заражения флуоресцентно-мечеными моноклональными антителами Cryptosporidium. Число присутствующих ооцитов подсчитывали, применяя флуоресцентную микроскопию.

Наконец, оборудование окуривали формальдегидом, и внутрь фильтровальной установки запускали горячую воду (60°C), чтобы деактивировать Cryptosporidium parvum.

Результаты испытания и обсуждение

Испытуемая фильтровальная установка удаляла более 99,9% всех испытанных видов бактерий. Имело место 100%-ное уменьшение числа Escherichia coli и Legionella pneumophila, и никаких бактерий не было обнаружено после обработки. Это удалось подтвердить, когда после фильтрации было собрано 100 мл воды и проанализировано на присутствие бактерий. Простое проведение воды через фильтровальную установку со скоростью 4,15 л/мин при использовании воды из Темзы позволяет предполагать, что эта установка фильтрации уменьшит более чем на 99,9% присутствие патогенных бактерий, содержащихся в воде.

Пробы воды после фильтрации сохраняли в течение 15 дней, и было показано, что в образцах фильтрованной воды не происходило никакого повторного развития.

В отфильтрованную воду добавляли бактерии, чтобы определить остаточную бактерицидную эффективность. Результаты указывают, что снижение на 10-20% было получено в течение 5 мин; однако, после 15 дней было установлено снижение более чем на 95%. Таким образом, результаты указывают, что вода после фильтрации не может быть быстро повторно заражена бактериями, использованными в данном испытании.

Простейшие Cryptosporidium parvum особенно устойчивы к дезинфицирующей обработке. Однако, имело место заметное снижение (более чем на 95%) числа Cryptosporidium parvum при прохождении через фильтровальную установку.

Отметим, кроме того, что это испытание позволяет выявить очищающие свойства фильтровальной установки, содержащей продукт 10, а также выявить очень необычное свойство - последействие очистительной обработки. Последействие можно определить как продолжение процесса, когда причина этого процесса исчезла. В случае испытуемой бактерицидной обработки обработанная среда сохраняет (иногда в течение нескольких недель, в зависимости от экспериментальных условий) свою способность не загрязняться, обеспечивая гигиеническую защиту воды без добавления какого-либо дополнительного химического продукта, такого, как хлор или другое. Исследование и оценка этого последействия заставляют определять различные параметры, влияющие на осуществляемый способ очистки, такие, как кинетическая энергия воды, проходящей через фильтровальную установку, ее минеральный наполнитель и т.д.

Кроме того, что касается температурных параметров воды перед и после очистки на фильтровальной установке, можно подтвердить эндотермический характер каталитических реакций после обработки, так как неочищенная вода, изначально с температурой 26°C при температуре окружающей среды 27°C, выходит из фильтровальной установки, имея температуру 18°C и оставаясь при 19°C в течение нескольких часов после этого, даже если ее оставить на открытом воздухе в той же окружающей среде с постоянной температурой, что отражается в положительном изменении энтальпии.

Наконец, наблюдения за электростатическими явлениями на продукте 10 заставляет заинтересоваться изучением динамики электрических полей, которые в обрабатываемых средах являются очень слабыми, с помощью такого устройства, как "Bioscope System" (зарегистрированный товарный знак), выпускаемого компанией Sonoscope. Это устройство, принцип которого основан на комплексном электрическом и биосопротивлении, позволяет обнаружить и записать тонкие изменения электроакустических полей, общих для всех биоактивных сред. Устройство генерирует на аудио-частоте (не акустической) контрольный сигнал, который используется для широкого регулирования электрического поля. Этот контрольный сигнал передается посредством электрода-усилителя на анализируемый образец. Контрольный сигнал устанавливается между устройством и образцом в ходе преобразования информации в цифровую форму. Когда материал находится в контакте со средой, он производит возмущение, которое, в свою очередь, изменяет контрольный сигнал.

Это устройство позволяет выявить тонкие изменения состояния, которые нельзя обнаружить химическим анализом. Так, оно позволяет очень быстро визуализировать изменения параметров, в том числе изменения качества и возможное загрязнение очищенной воды.

Фиг.3 с помощью графика показывает чистую разницу энергетических уровней для одной и той же частоты возбуждения (281,25 Гц) и одинаковой скорости отбора, между водой, обработанной продуктом 10 (левый график) и этой же неочищенной водой (правый график). Этот график показывает изменение во времени спектра в диапазоне от 0 до 4000 Гц волны, возвращаемой соответствующей средой (очищенной водой слева и неочищенной водой справа) в ответ на волну возбуждения.

Кроме того, как свидетельствуют следующие спектры на фиг.4, электромагнитные эффекты, то есть энергетика продукта 10, ощущается очищенной средой, даже когда она не контактирует напрямую с продуктом. На этой фигуре разница энергий между водой, очищенной продуктом 10 (левый график), и неочищенной водой (правый график), но отобранной вблизи фильтровальной установки, содержащей продукт 10, заметно меньше.

Таким образом, наблюдаемые электростатические явления были подтверждены, и они которые позволяют показать, что испытанная фильтровальная установка оказывает активизирующее энергию действие на обрабатываемые флюиды, даже без прямого контакта, когда эти флюиды остаются вблизи продукта 10. Эти электрические свойства обусловлены присутствием карбосилицида металла.

Эта динамическая энергетика проявляется на клеточном уровне, когда вводят различные порции воды в среду клеточной культуры и когда измеряют коэффициент поглощения белка. Действительно, было проведено сравнительное исследование эффекта неочищенной воды и воды, очищенной с помощью продукта 10, на фибробластах в культуре (от 20 до 50% в культурной среде). Измерения проводились на супернатантах после 48 часов обработки. Из них следует, что введение воды, очищенной с помощью продукта 10, позволяет повысить более чем до 50% долю культурной среды, тогда как неочищенная вода не позволяет достичь 10% без того, чтобы клетки не погибали. Поскольку повышение доли воды обедняет питательную среду, очевидно, что биодоступность среды заметно улучшается в случае очищенной воды. Это подтверждает также факт, что в очищенной воде улучшается рост клеток.

Представляется ясным, что продукт для очистки согласно изобретению и, в частности, описанный и испытанный выше, имеет хорошую каталитическую способность в бактерицидных реакциях во флюидах, таких, как вода, воздух или другие промышленные флюиды. Как показывают проведенные испытания, он имеет, кроме того, удивительные свойства последействия бактерицидного эффекта на обработанную среду в течение нескольких недель и улучшения биодоступности обработанной среды, в частности, путем активации ее энергии. Наконец, продукт производит эффект на расстоянии без прямого контакта со средой, посредством электромагнитного излучения.

Способ получения продукта для очистки, описанный при обсуждении фиг.2, позволяет, кроме того, существенно увеличить удельную поверхность конечного продукта, улучшая таким образом его адсорбционную способность и, как следствие, фильтрационную способность, как это ясно выражено при описании этапов функционализации и осаждения 100 и 102.

Отметим также, что изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления. Другие металлы, в частности, более тяжелые металлы, чем серебро, могут использоваться для металлизации слоя максимум нанометровой толщины.

В более широком смысле, специалисту должно быть ясно, что в описанные выше варианты осуществления могут быть внесены различные модификации, в свете описанных выше принципов. В следующей формуле изобретения используемые термины не должны интерпретироваться как ограничивающие притязания вариантом осуществления, раскрытым в настоящем описании, но должны интерпретироваться как включающие все эквиваленты, которые стремится охватить формула в результате ее изложения и которые способен предвидеть специалист, применяя свои общие познания при воплощении идей, которые были ему раскрыты.

1. Продукт (10) для очистки флюидов, содержащий, с одной стороны, пористое тело (12), содержащее углеродный компонент и имеющее наружную и внутреннюю удельную поверхность (14), и, с другой стороны, металлизированный слой (16) максимум нанометровой толщины, покрывающий по меньшей мере часть наружной и внутренней удельной поверхности (14) пористого тела (12), причем металлизированный слой (16) содержит по меньшей мере один металл (Ag), связанный с пористым телом (12) химическими связями (18), возникшими под действием внутримолекулярных сил, отличающийся тем, что металлизированный слой (16) также содержит кремний (Si), также связанный с пористым телом (12) химическими связями (18), возникшими в результате действия внутримолекулярных сил, и тем, что металлизированный слой (16) содержит, во взаимодействии с пористым телом, карбосилициды металла.

2. Продукт для очистки флюидов по п. 1, в котором по меньшей мере часть кремния (Si) также связана с по меньшей мере частью металла (Ag) металлизированного слоя (16) химическими связями (18), возникшими в результате действия внутримолекулярных сил.

3. Продукт для очистки флюидов по п. 1, в котором, карбосилициды металла включают соединения, обнаруживаемые на энергетическом уровне, по существу равном 283 эВ.

4. Продукт для очистки флюидов по п. 2, в котором карбосилициды металла включают соединения, обнаруживаемые на энергетическом уровне, по существу равном 283 эВ.

5. Продукт для очистки флюидов по п. 3, в котором металлизированный слой (16) дополнительно включает компоненты, содержащие атомы углерода, кремния и металла, связанные между собой ковалентными связями.

6. Продукт для очистки флюидов по п. 4, в котором металлизированный слой (16) дополнительно включает компоненты, содержащие атомы углерода, кремния и металла, связанные между собой ковалентными химическими связями.

7. Продукт для очистки флюидов по любому из пп. 1-6, в котором пористое тело (12) содержит по меньшей мере одно из угольной пыли, графита, активированного угля, песка и цеолита.

8. Продукт для очистки флюидов по любому из пп. 1-6, в котором металл (Ag) содержит по меньшей мере один тяжелый металл с атомной массой, большей или равной атомной массе меди.

9. Продукт для очистки флюидов по п. 7, в котором металл (Ag) содержит по меньшей мере один тяжелый металл с атомной массой, большей или равной атомной массе меди.

10. Продукт для очистки флюидов по любому из пп. 1-6, в котором металлизированный слой (16) частично покрывает наружную и внутреннюю удельную поверхность (14) пористого тела (12) посредством образования агрегатов.

11. Продукт для очистки флюидов по п. 7, в котором металлизированный слой (16) частично покрывает наружную и внутреннюю удельную поверхность (14) пористого тела (12) посредством образования агрегатов.

12. Продукт для очистки флюидов по п. 8, в котором металлизированный слой (16) частично покрывает наружную и внутреннюю удельную поверхность (14) пористого тела (12) посредством образования агрегатов.

13. Продукт для очистки флюидов по п. 9, в котором металлизированный слой (16) частично покрывает наружную и внутреннюю удельную поверхность (14) пористого тела (12) посредством образования агрегатов.

14. Способ получения продукта (10) для очистки флюидов, включающий этап (102) обработки пористого тела (12), содержащего углеродный компонент и имеющего наружную и внутреннюю удельную поверхность (14), в реакторе (24) осаждения из плазмы инертного газа в условиях радиочастотного разряда путем погружения пористого тела (12) в плазму и инжекции металла (Ag) в плазму, отличающийся тем, что этап (102) обработки пористого тела включает также инжекцию кремния (Si) в плазму для формирования металлизированного слоя (16) максимум нанометровой толщины, покрывающего по меньшей мере часть наружной и внутренней удельной поверхности (14) пористого тела (12), содержит, во взаимодействии с пористым телом, карбосилициды металла.

15. Способ получения продукта для очистки флюидов по п. 14, в котором реактор осаждения (24) является реактором диодного типа с электрической мощностью, по существу равной 10 кВт, соединенным с блоком настройки полного сопротивления типа RLC, и в котором температура возбуждения плазмы на этапе обработки (102) доводится до 5000-7000 К.

16. Способ получения продукта для очистки флюидов по п. 14 или 15, дополнительно включающий предварительный этап (100) функционализации пористого тела (12) в реакторе (22) с псевдоожиженным слоем, кипящим при низком давлении, в частности от 5 до 500 Па, с холодной плазмой инертного газа и с индуктивным разрядом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу управления концентрацией и однородностью распределения легирующей примеси в синтетическом CVD-алмазном материале, используемом в электронных устройствах и датчиках.

Изобретение относится к области плазмохимии, в частности к способу и реактору для плазмохимического синтеза, и может быть использовано при создании плазмохимических реакторов на основе лазеров.
Изобретение относится к способу нанесения покрытия на металлический тигель. Техническим результатом изобретения является снижение открытой пористости покрытия.

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к устройствам для вакуумного нанесения пленок с использованием электромагнитного излучения. .

Изобретение относится к технологии неорганических веществ и материалов. .

Изобретение относится к технологиям модификации металлических поверхностей, например к технологиям азотирования, цементации, легирования и др. .

Изобретение относится к устройству для плазменного химического парофазного осаждения пленки на поверхности полосообразной подложки и может найти применение при изготовлении дисплеев.

Изобретение относится к полимерным изделиям, имеющим тонкое покрытие, и способу его изготовления. .

Изобретение относится к технологиям получения высокотвердых защитных и функциональных покрытий и может быть использовано для покрытия поверхностей деталей машин и механизмов, трубопроводов и насосов, элементов корпусов, функциональных и несущих металлоконструкций.

Изобретение относится к СВЧ плазменному реактору и может найти применение при формировании пленки большого размера, соизмеримого по диаметру с длиной СВЧ волны. .

Изобретение относится к способам очистки сточных и природных вод от сульфат-ионов и может быть использовано для очистки в различных отраслях промышленности, в том числе горнорудной, химической, и для очистки гальваностоков машиностроительных заводов.

Изобретение относится к производству питьевой воды, в том числе фасованной в емкости, бутыли или пакеты различной вместимости. Способ предусматривает забор глубинной воды из озера Байкал, ее фильтрацию и предварительную стерилизацию УФ-облучением, при этом одну часть глубинной воды насыщают озоном, а другую - пищевым газом под давлением.

Изобретение относится к способу очистки воды методом кристаллизации и может быть использовано в быту, пищевой промышленности и медицине. Способ получения и хранения талой воды включает замораживание воды в термоизолированной емкости 3 до получения массы очищенного льда, слив жидкого концентрата органических и неорганических примесей, плавление слоя льда при положительной температуре до получения талой воды и хранение ее при положительной температуре.

Изобретения относятся к области очистки воды. Предложен способ и деаммонифицирующая установка для очистки аммонийсодержащих сточных вод.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды. Для очистки загрязненного поверхностного стока с дорожного полотна автомобильных дорог строят и используют фильтрующую систему на поверхности грунтовых откосов.

Изобретение относится к химической промышленности. Смешанный коагулянт из минерального сырья получают путем растворения бемит-каолинитового боксита в автоклаве соляной кислотой концентрацией 220 г/л при соотношении Т:Ж=1:6 в течение 1-3 часов в интервале температур 150-180°C.

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Вакуумный деаэратор содержит патрубок подвода химически очищенной деаэрируемой воды на распределительный коллектор, первую струйную тарелку, снабженную гребенчатым переливным порогом и перфорированным пароотводящим листом, вторую струйную тарелку, имеющую гребенчатый переливной порог и перфорированный пароотводящий лист, причем гребни переливных порогов первой и второй струйных тарелок выполнены прямоугольными под углом 30-60° к вертикали с наклоном в сторону стекания с переливных порогов потоков деаэрируемой воды, перепускную тарелку, имеющую перепускной и переливной пороги, три перфорированных трубопровода подвода греющей воды на перепускную тарелку, барботажный лист с переливным порогом, перфорированный трубопровод подвода греющей воды под барботажный лист, по меньшей мере два трубопровода отвода неиспарившейся греющей воды на вход барботажного листа, перегородку, перекрывающую отвод неиспарившейся греющей воды в поток сливающейся с барботажного листа деаэрированной воды, проходящие через барботажный лист по меньшей мере два короба перепуска греющего пара, имеющие Г-образную форму и установленные равномерно вдоль корпуса деаэратора в пространстве между переливным порогом барботажного листа и перфорированным трубопроводом подвода греющей воды под барботажный лист, по меньшей мере один патрубок для отвода выпара и один патрубок для отвода деаэрированной воды.

Изобретение относится к устройствам для очистки воды методом кристаллизации и может быть использовано в быту и промышленности. Аппарат для очистки воды включает термостатированную теплообменную емкость для очистки воды, средство для фильтрации и подачи исходной воды на очистку из водопровода, средство для слива очищенной воды и средство для слива жидкого концентрата примесей, средство для замораживания воды и плавления льда с термоэлементами 22 охлаждения и нагрева, электронный блок управления аппаратом.
Изобретение может быть использовано в производствах, где отработанные концентрированные растворы и сточные воды требуют очистки от соединений шестивалентного хрома, например при переработке токсичных отходов гальванического производства - отработанных электролитов хромирования.

Изобретение относится к ступенчатой адсорбционной очистке сточных вод от органических соединений и может быть использовано на предприятиях с замкнутым циклом оборотного водопотребления.

Изобретение относится к области биотехнологии, биохимии и медицины. Предложен способ иммобилизации химотрипсина на наночастицах селена или серебра.
Наверх