Способ и устройство получения экологически чистого водного раствора пероксида водорода (варианты)
METHOD AND DEVICE FOR OBTAINING AN ENVIRONMENT-FRIENDLY AQUEOUS SOLUTION OF HYDROGEN PEROXIDE (OPTIONS)

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.
2
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/см, 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.
2
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/см, 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.
2
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/см, 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.
2
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/см, 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).
2
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/смв 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.
3
В соответствии с Межгосударственным стандартом ГОСТ 32460-2013 по определению содержания в воде пероксида водорода его присутствие при массовой концентрации до 100 мкг/дм (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.