ДЕЗИНФИЦИРУЮЩИЙ ВОДНЫЙ РАСТВОР (ВАРИАНТЫ)
AQUEOUS DISINFECTANT SOLUTION (VERSIONS)

Изобретение относится к дезинфицирующим водным растворам и может быть использовано в различных областях народного хозяйства (здравоохранении, пищевой и фармацевтической промышленности, предприятиях коммунального хозяйства и др.) для дезинфекции различных объектов, для обеззараживания и консервации питьевой воды из открытых пресных водоемов (рек, озер), подземных источников (артезианского водоснабжения), хозяйственно-питьевого водоснабжения, плавательных бассейнов.
Многообразие дезинфицирующих средств, известных и применяемых в настоящее время, построено на использовании всего нескольких классов химических соединений, известных много десятков лет. Общая тенденция в развитии химических дезинфектантов в последние годы состоит не в создании новых дезинфектантов, а в поиске способов активации уже известных дезинфицирующих средств - разработке режимов, при которых минимальная концентрация активных действующих веществ обеспечивает высокий бактерицидный эффект, а коррозионная или деструктивная активность по отношению к материалам изделия, а также токсикологические действия на человека становятся минимальными. В настоящее время одним из главных направлений повышения эффективности дезинфицирующих средств считается добавление в рецептуру активаторов, синергистов, использование дополнительных физических воздействий, т.е. создание условий, при которых действующее вещество в момент применения дезинфицирующих средств находилось бы в метастабильном состоянии, например в стадии пролонгированной химической реакции с активаторами /Л.С.Федорова. Основные направления повышения эффективности дезинфицирующих средств. Материалы Всероссийской научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения В.И.Вашкова «Актуальные проблемы дезинфектологии в профилактике инфекционных и паразитарных заболеваний», М., ИТАР-ТАСС, 2002, с.26-30/.
Аналогом дезинфицирующего водного раствора (вариант первый) является дезинфицирующий раствор на основе ионов серебра, действующим веществом (ДВ) которого является серебро (Ag) /Кульский Л.А. Серебряная вода. Киев. Наукова думка. 1983/. При длительном хранении бактерицидность этого раствора уменьшается и теряется его прозрачность. Это объясняется тем, что ионы серебра взаимодействуют с веществами, находящимися в воде, в результате чего концентрация ионов серебра падает, а продукты взаимодействия выпадают в осадок.
Прототипом заявляемого дезинфицирующего водного раствора (вариант первый) выбран дезинфицирующий водный раствор по патенту РФ №2125971, опубликованный 10.02.1999, как наиболее близкий по совокупности существенных признаков. Раствор содержит ионы серебра, полученные путем электролиза с использованием серебряного анода. В качестве пищевой кислоты дезинфицирующий раствор содержит лимонную или уксусную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ионы серебра Ag<sup>+</sup>
0,1·10<sup>-5</sup>-1
Лимонная или уксусная кислота
0,25-5,0
Вода дистиллированная
Остальное
Известный дезинфицирующий водный раствор обладает широким спектром антимикробного действия. Однако ионы серебра, полученные в процессе электролиза в присутствии лимонной кислоты (или уксусной) в растворе, образуют не только лимонно-кислое серебро (уксусно-кислое серебро), но и окись серебра, представляющую собой черно-коричневый осадок. Это снижает количество ионов серебра в растворе, создает необходимость постоянной его фильтрации, частой замены фильтрующих элементов, повышенный расход серебра, что определяет существенные недостатки дезинфицирующего раствора:
- недостаточная стойкость при хранении,
- недостаточная бактерицидность,
- недостаточная технологичность в изготовлении.
Аналогом дезинфицирующего водного раствора (вариант второй) является дезинфицирующий раствор на основе ионов серебра, действующим веществом (ДВ) которого является серебро (Ag) /Кульский Л.А. Серебряная вода. Киев. Наукова думка. 1983/. При длительном хранении бактерицидность этого раствора уменьшается и теряется его прозрачность. Это объясняется тем, что ионы серебра взаимодействуют с веществами, находящимися в воде, в результате чего концентрация ионов серебра падает, а продукты взаимодействия выпадают в осадок.
Прототипом заявляемого дезинфицирующего водного раствора (вариант второй) выбран дезинфицирующий водный раствор по патенту РФ №2125971, опубликованному 10.02.1999, как наиболее близкий по совокупности существенных признаков. Раствор содержит ионы серебра, полученные путем электролиза с использованием серебряного анода. В качестве пищевой кислоты дезинфицирующий раствор содержит лимонную или уксусную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ионы серебра Ag<sup>+</sup>
0,1·10<sup>-5</sup>-1
Лимонная или уксусная кислота
0,25-5,0
Вода дистиллированная
Остальное
Известный дезинфицирующий водный раствор обладает широким спектром антимикробного действия. Однако ионы серебра, полученные в процессе электролиза в присутствии лимонной кислоты (или уксусной) в растворе, образуют не только лимонно-кислое серебро (уксусно-кислое серебро), но и окись серебра, представляющую собой черно-коричневый осадок. Это снижает количество ионов серебра в растворе, создает необходимость постоянной его фильтрации, частой замены фильтрующих элементов, повышенный расход серебра.
Дезинфицирующий раствор имеет следующие существенные недостатки:
- недостаточная стойкость при хранении,
- недостаточная бактерицидность,
- недостаточная технологичность в изготовлении,
- ограниченная функциональность из-за отсутствия альгицидных свойств.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение эффективности и сроков хранения технологичного в изготовлении дезинфицирующего водного раствора за счет повышения его бактерицидности и стойкости (стабильности) при хранении.
Сущность изобретения (вариант первый) заключается в том, что дезинфицирующий водный раствор, содержащий ионы серебра, полученные путем электролиза, дистиллированную воду и пищевую кислоту, дополнительно содержит в качестве пищевой кислоты молочную кислоту, а также 33%-ную перекись водорода при следующем соотношении компонентов:
Ионы серебра Ag<sup>+</sup>
0,01-1,5 г/л
Молочная кислота
1-50 г/л
Перекись водорода, 33%-ная
0,1-3 г/л
Дистиллированная вода
Остальное
При этом электролиз осуществляется с использованием двух серебряных электродов при периодической смене их полярности.
В процессе электролиза раствор насыщается ионами серебра, которые реагируют с молочной кислотой, в результате чего образуется молочно-кислое серебро (лактат серебра) - активно действующее вещество дезинфицирующего раствора. Лактат серебра является хорошо диссоциирующим соединением, т.е. концентрация ионов серебра в растворе остается стабильной.
С помощью перекиси водорода в присутствии молочной кислоты осуществляется химическое растворение накопленного в растворе в процессе электролиза оксида серебра с образованием лактата серебра, что увеличивает концентрацию действующего вещества, позволяет сохранять раствор прозрачным в течение длительного времени и избавляет от необходимости фильтрации раствора и извлечения оксида серебра из фильтров.
Непрореагировавшая молочная кислота и перекись водорода, являясь бактерицидами, также усиливают бактерицидные свойства раствора. В то же время перекись водорода способствует повышению антимикробных свойств ионов серебра.
Таким образом, повышается бактерицидность и стойкость раствора, а также его технологичность.
Сущность изобретения (вариант второй) заключается в том, что дезинфицирующий водный раствор, содержащий ионы серебра, полученные путем электролиза, дистиллированную воду и пищевую кислоту, дополнительно содержит в качестве пищевой кислоты молочную кислоту, ионы меди, полученные путем электролиза, а также 33%-ную перекись водорода при следующем соотношении компонентов:
Ионы серебра Ag<sup>+</sup>
0,01-1,5 г/л
Ионы меди Cu<sup>+</sup>
0,04-4 г/л
Молочная кислота
1-50 г/л
Перекись водорода, 33%-ная
0,1-3 г/л
Дистиллированная вода
Остальное
При этом электролиз осуществляется с использованием серебряного и медного электродов при периодической смене их полярности.
В процессе электролиза раствор насыщается ионами серебра и меди, которые реагируют с молочной кислотой, в результате чего образуются молочно-кислое серебро (лактат серебра) и молочно-кислая медь (лактат меди) - активно действующие вещества дезинфицирующего раствора. Лактат серебра и лактат меди являются хорошо диссоциирующими соединениями, т.е. концентрация ионов серебра и ионов меди в растворе остается стабильной.
С помощью перекиси водорода в присутствии молочной кислоты осуществляется химическое растворение накопленного в растворе в процессе электролиза оксида серебра с образованием лактата серебра, что увеличивает концентрацию действующего вещества, позволяет сохранять раствор прозрачным в течение длительного времени и избавляет от необходимости фильтрации раствора и извлечения оксида серебра из фильтров.
Непрореагировавшая молочная кислота и перекись водорода, являясь бактерицидами, также усиливают бактерицидные свойства раствора. В то же время перекись водорода способствует повышению антимикробных свойств ионов серебра и ионов меди.
Кроме того, при комплексном использовании серебра и меди с перекисью водорода достигается высокий обеззараживающий эффект.
Таким образом, повышается бактерицидность и стойкость раствора, а также его технологичность.
Введение ионов меди позволяет без увеличения содержания ионов серебра получить раствор с повышением бактерицидных свойств, за счет чего появляется дополнительный экономический эффект.
Кроме того, дезинфицирующий водный раствор, содержащий ионы серебра и ионы меди, обладает не только ярко выраженными бактерицидными, но и альгицидными свойствами.
Получение заявляемого дезинфицирующего раствора (вариант первый) осуществляют следующим образом.
В ванне с дистиллированной водой растворяют молочную кислоту в количестве 1-50 г/л. В раствор помещают два серебряных электрода на расстоянии 10-15 мм друг от друга. Выбор такого межэлектродного расстояния обусловлен тем, что при большем расстоянии интенсивность образования ионов серебра значительно уменьшается, а при меньшем - между электродами возможно образование перемычки из окиси серебра.
Электролиз ведут в следующем режиме:
U - 12-24 В,
2
i - 1-5 А/дм.
2
Процесс электролиза проводится при повышенной плотности тока (1-5 А/дм), что ускоряет процесс образования оксидов серебра.
Полярность электродов меняют через каждые 5 мин. Изменение полярности электродов позволяет растворять поочередно каждый из электродов, насыщая раствор ионами серебра.
Серебряный анод растворяется с переходом в раствор ионов серебра, которые взаимодействуют с молочной кислотой, образуя молочно-кислое серебро (лактат серебра). Когда потенциал серебряного анода достигает величины потенциала выделения кислорода, процесс перехода ионов серебра в раствор и образование лактата серебра замедляется. Начинается процесс образования оксидов серебра, представляющего собой осадок черного цвета. При достижении концентрации ионов серебра в растворе 75% от требуемой, электролиз останавливают и добавляют в раствор 33%-ную перекись водорода в количестве 0,4-0,7 г/л. Выбор такого количества обусловлен тем, что остаточная концентрация перекиси водорода в дезинфицирующем растворе должна быть в пределах 0,15-0,20 г/л. Эта остаточная концентрация перекиси водорода в дезинфицирующем растворе является оптимальной для сохранения его стабильности и прозрачности в течение длительного времени.
Кроме того, непрореагировавшая перекись водорода (оставшаяся в растворе) усиливает бактерицидные свойства раствора.
В течение всего процесса электролиза осуществляют струйную прокачку электролита с помощью WL 301 RM насоса с направлением струи в межэлектродное пространство. Постоянная перекачка электролита позволяет удалять из межэлектродного пространства образующиеся оксиды серебра, тем самым создавая возможность накапливания их во всем объеме ванны, при этом повышается электропроводность электролита в межэлектродном пространстве.
Процесс образования молочно-кислого серебра может быть представлен по следующей схеме:
3
6
3
3
5
3
+
+
СНО+Ag=AgCHO+Н
3
6
3
2
2
2
3
5
3
2
2
2CHO+AgO+2HO=2AgCHO+3HO+O↑
В результате химической реакции в растворе образуется молочно-кислое серебро, являющееся активно действующим веществом дезинфицирующего раствора. Не прореагировавшая молочная кислота и перекись водорода также усиливают бактерицидные свойства раствора. Химическое растворение оксида серебра, накопленного в растворе в процессе электролиза, увеличивает концентрацию ионов серебра на 25% и избавляет от необходимости фильтрации раствора и извлечения оксида серебра из фильтров. Таким образом, повышается бактерицидность и стойкость раствора, а также его технологичность.
Пример 1.
В ванне с дистиллированной водой растворяют молочную кислоту в количестве 5 г/л. В раствор помещают серебряные электроды на расстоянии 10-15 мм друг от друга. Режим электролиза устанавливают:
U - 12-24 В,
2
i - 1-5 А/дм.
+
2
2
Полярность электродов меняют через каждые 5 мин. В течение всего процесса электролиза в ванне осуществляют струйную перекачку электролита с направлением струи в межэлектродное пространство. При достижении концентрации ионов Ag 0,15 г/л электролиз прекращают и добавляют HO в количестве 0,4 г/л.
2
+
После растворения AgO концентрация ионов Ag достигает значения ≈0,2 г/л.
Пример 2.
В ванне с дистиллированной водой растворяют молочную кислоту в количестве 10 г/л. В раствор помещают серебряные электроды на расстоянии 10-15 мм друг от друга. Режим электролиза устанавливают:
U - 12-24 В,
2
i - 1-5 А/дм.
+
2
2
Полярность электродов меняют через каждые 5 мин. В течение всего процесса электролиза в ванне осуществляют струйную перекачку электролита с направлением струи в межэлектродное пространство. При достижении концентрации ионов Ag 0,30 г/л электролиз прекращают и добавляют НО в количестве 0,7 г/л.
2
+
После растворения AgO концентрация ионов Ag достигает значения ≈0,4 г/л.
Получение заявляемого дезинфицирующего раствора (вариант второй) осуществляют следующим образом.
В ванне с дистиллированной водой растворяют молочную кислоту в количестве 1-50 г/л. В раствор помещают серебряный и медный электроды на расстоянии 10-15 мм друг от друга. Выбор такого межэлектродного расстояния обусловлен тем, что при большем расстоянии интенсивность образования ионов серебра значительно уменьшается, а при меньшем - между электродами возможно образование перемычки из окиси серебра.
Электролиз ведут в следующем режиме:
U - 12-24 В,
2
i - 1-5 А/дм.
2
Процесс электролиза проводится при повышенной плотности тока (1-5 А/дм), что ускоряет процесс образования оксидов серебра.
Полярность электродов меняют через каждые 5 мин. Это позволяет поочередно растворять серебряный и медный электроды, насыщая раствор ионами серебра и меди. Ионы серебра, взаимодействуя с молочной кислотой, образуют молочно-кислое серебро (лактат серебра). Ионы меди, взаимодействуя с молочной кислотой, образуют молочно-кислую медь (лактат меди).
Когда потенциал анода достигает величины потенциала выделения кислорода, процесс перехода ионов серебра в раствор и образование лактата серебра замедляется. Начинается процесс образования оксидов серебра, представляющего собой осадок черного цвета. При достижении концентрации ионов серебра в растворе 75% от требуемой, электролиз останавливают и добавляют в раствор 33%-ную перекись водорода в количестве 0,4-0,7 г/л. Выбор такого количества обусловлен тем, что остаточная концентрация перекиси водорода в дезинфицирующем растворе должна быть в пределах 0,15-0,20 г/л. Эта остаточная концентрация перекиси водорода в дезинфицирующем растворе является оптимальной для сохранения его стабильности и прозрачности в течение длительного времени. Кроме того, непрореагировавшая перекись водорода (оставшаяся в растворе) усиливает бактерицидные свойства раствора.
В течение всего процесса электролиза осуществляют струйную прокачку электролита с помощью WL 301 RM насоса с направлением струи в межэлектродное пространство. Постоянная перекачка электролита позволяет удалять из межэлектродного пространства образующиеся оксиды серебра, тем самым создавая возможность накапливания их во всем объеме ванны, при этом повышается электропроводность электролита в межэлектродном пространстве.
Процессы образования лактата серебра и лактата меди могут быть представлены по следующей схеме:
3
6
3
3
5
3
+
+
СНО+Ag=AgCHO+Н
3
6
3
2
2
2
3
5
3
2
2
2CHO+AgO+2HO=2AgCHO+3HO+O↑
3
6
3
3
5
3
+2
+
2СНО+2Cu=2Cu(CHO)+2Н
Таким образом, в этом случае происходит процесс образования молочно-кислого серебра (лактата серебра) и молочно-кислой меди (лактата меди), являющихся активно действующими веществами дезинфицирующего водного раствора. Непрореагировавшая молочная кислота и перекись водорода также усиливают бактерицидные свойства раствора. Химическое растворение оксида серебра, накопленного в растворе в процессе электролиза, увеличивает концентрацию ионов серебра на 25% и избавляет от необходимости фильтрации раствора и извлечения оксида серебра из фильтров. Таким образом, повышается бактерицидность и стойкость раствора, а также его технологичность.
Введение ионов меди позволяет без увеличения содержания ионов серебра получить раствор с повышением бактерицидных свойств, за счет чего появляется дополнительный экономический эффект.
Кроме того, дезинфицирующий водный раствор, содержащий ионы серебра и ионы меди, обладает не только ярко выраженными бактерицидными, но и альгицидными свойствами.
Пример 1.
В ванне с дистиллированной водой растворяют молочную кислоту в количестве 5 г/л. В раствор помещают серебряный и медный электроды на расстоянии 10-15 мм друг от друга.
+2
+
+
+2
Для приготовления раствора с одинаковым количеством ионов Cu и ионов Ag соотношение площади медного электрода к площади серебряного электрода выбирают 3,5:1. Это объясняется тем, что количество серебра и меди, растворяющихся в процессе электролиза, зависит от их электрохимического эквивалента, а электрохимический эквивалент Ag больше электрохимического эквивалента Cu примерно в 3,5 раза.
Режим электролиза устанавливают:
U - 12-24 В,
2
i - 1-5 А/дм.
Полярность электродов меняют через каждые 5 мин. Изменение полярности электродов позволяет поочередно растворять серебряный и медный электроды, насыщая раствор ионами серебра и ионами меди. В течение всего процесса электролиза в ванне осуществляют струйную перекачку электролита с направлением струи в межэлектродное пространство.
+
2
2
При достижении концентрации ионов Ag 0,15 г/л электролиз прекращают и добавляют НО в количестве 0,4 г/л.
2
+
+
После растворения AgO концентрация ионов Ag достигает значения ≈0,2 г/л, концентрация ионов Cu≈0,2 г/л.
Пример 2.
В ванне с дистиллированной водой растворяют молочную кислоту в количестве 10 г/л. В раствор помещают серебряный и медный электроды на расстоянии 10-15 мм друг от друга.
+2
+
+
+2
Для приготовления раствора с количеством ионов Cu, большим в два раза, чем количество ионов Ag, соотношение площади медного электрода к площади серебряного электрода выбирают 7:1. Это объясняется тем, что количество серебра и меди, растворяющихся в процессе электролиза, зависит от их электрохимического эквивалента, а электрохимический эквивалент Ag больше электрохимического эквивалента Cu примерно в 3,5 раза.
Режим электролиза устанавливают:
U - 12-24 В,
2
i- 1-5 А/дм.
Полярность электродов меняют через каждые 5 мин. Изменение полярности электродов позволяет поочередно растворять серебряный и медный электроды, насыщая раствор ионами серебра и ионами меди. В течение всего процесса электролиза в ванне осуществляют струйную перекачку электролита с направлением струи в межэлектродное пространство.
+
2
2
При достижении концентрации ионов Ag 0,15 г/л электролиз прекращают и добавляют НО в количестве 0,4 г/л.
2
+
+2
После растворения AgO концентрация ионов Ag достигает значения ≈0,2 г/л, концентрация ионов Cu ≈0,4 г/л.
Предлагаемый дезинфицирующий водный раствор (варианты) имеет следующие преимущества:
высокий уровень обеззараживания в отношении широкого круга микроорганизмов,
стабильность при хранении,
экологическую безопасность и технологическую безотходность,
взрыво- и пожарную безопасность,
простоту получения активно действующего вещества.
Применение заявляемого раствора позволяет иметь в арсенале народного хозяйства нетоксичный, бактерицидный, с высокой степенью стойкости дезинфицирующий водный раствор, который может быть применен для дезинфекции и стерилизации различных как стационарных бытовых объектов, так и объектов в полевых условиях.