ЗАСЕРЕБРИТЕЛЬ ВОДЫ "БИСЕР"

Полезная модель относится к области устройств для обогащения воды ионами металлов, в частности, к устройствам для обогащения воды ионами серебра. Обогащение воды ионами серебра производится в порядке олигодинамической обработки воды с целью ее стерилизации.
Наибольший прогресс в области использования человеком соединений серебра достигнут за последние 130 лет. Например, изучение воздействия малых количеств серебра и нитрата серебра на микроскопические формы жизни, такие как бактерии и плесень начали лишь в последней трети 19 столетия. В конце 19 столетия - начале 20 столетия порошок нитрата серебра и его мазь (коллоидное серебро в виде мази) были использованы для лечения ран и кожных заболеваний. В 1928 году серебро начали использовать в качестве покрытия фильтрующих систем для стерилизации воды в домашнем использовании, а в 1929 году были подтверждены данные исследований, в которых сообщалось, что все патогены, включая E. coli, уничтожаются при обработке воды серебром. Тогда же было установлено, что обработка серебром не повреждает и не уничтожает полезные микроорганизмы в воде и воздухе.
Эти свойства связаны с так называемым олигодинамическим эффектом, когда некоторые металлы (серебро, медь, олово) опасны в больших дозах, но в микроскопических количествах они способны убивать бактерии и грибки. (Значение слова олигодинамический - «эффективный в малых количествах»).
-10
Многие исследователи пытались определить и объяснить, как на самом деле работает олигодинамический эффект. Однако определенный ответ так и не был найден, хотя был установлен так называемый бактерицидный предел - минимальная концентрация ионов серебра, равная ~10 моль/литр (~0.01 микрограмм на литр), при достижении которой погибают болезнетворные и патогенные микроорганизмы и бактерии [1]. При этом предельная допустимая концентрация (ПДК) ионов серебра в питьевой воде установлена в размере 50 микрограмм на литр [2]. Таким образом, концентрация ионов серебра в питьевой воде для обеспечения олигодинамического эффекта должна превышать 0.01 микрограмм на литр, но быть меньше установленного предела 50 микрограмм на литр.
Существуют два основных метода насыщения воды серебром. К первому относится метод, основанный на контактировании воды с серебряными или
посеребренными поверхностями, ко второму - обогащение воды серебром под действием электрического тока (электрохимическое растворение). Обычно устройства для насыщения воды ионами серебра по первому методу представляют собой серебряные или посеребренные предметы - носители серебра, контактирующие с водой, а устройства по второму методу - электролизеры, которые насыщают воду ионами серебра при пропускании электрического тока между серебряными электродами, погруженными в насыщаемую среду (воду).
Наиболее близким к настоящему полезному образцу (прототипом) является устройство [3], предложенное государственным научно-производственным предприятием «Рубин» (г.Харьков; Украина), которое представляет миниатюрные посеребренные стеклянные шарики. Носители серебра - шарики диаметром от 3 до 40 мм, изготовленные из обычного тарного («пищевого»), инертного к организму человека, стекла. На их поверхность нанесен тонкий слой серебра в количестве около сотой доли грамма на один шарик. Расчет количества серебра производят таким образом, чтобы его хватило для насыщения и очистки одного литра жидкости в течение года. Один шар необходимо поместить в емкость с одним литром питьевой воды и держать его в ней при температуре от +5°С до +30°С. Воду рекомендуется пить через 72 часа после погружения в нее серебряного шара. При обработке питьевой воды в объемах более одного литра, в течение одного года можно использовать несколько шаров с расчетом один шар на один литр воды. При многократном использовании шара суммарное нахождение его в одной и той же емкости питьевой воды объемом один литр не должно превышать одного года. Срок годности шара - до полного исчезновения серебра с его поверхности либо, до потемнения серебряного покрытия.
Использование прототипа требует значительного времени для насыщения воды серебром, что не всегда допустимо, например, в походных условиях, на отдыхе, на даче и т.д. - то есть в условиях дефицита времени. Это обусловлено малой скоростью растворения металлического серебра в воде. Кроме того, при использовании прототипа не определена достигнутая концентрация серебра в воде. При этом имеется опасность как превышения ПДК по содержанию серебра в питьевой воде, так и не достижения бактерицидного предела.
Техническим результатом разработки настоящей полезной модели является создание устройства, называемого «Засеребритель воды» (далее Засеребритель),
способного насыщать воду ионами серебра до концентраций выше бактерицидного предела за время ~10 минут при известном (определенном) значении концентрации серебра в воде.
Этот результат достигается усовершенствованием конструкции устройства, осуществляющего процесс перевода ионов серебра из связанного состояния в водный раствор.
Усовершенствование заключается в том, что нерастворимый в воде и инертный по отношению к человеку носитель серебра - контейнер выполнен в виде пористого тела, обеспечивающего контакт серебра с водой, а серебро находится в химически связанном состоянии в виде малорастворимой в воде соли серебра, слой которой покрывает стенки пор контейнера.
Носитель серебра - контейнер Засеребрителя (далее контейнер) может быть выполнен в виде «таблетки» из пористой керамики, нерастворимой в воде и инертной к организму человека, стенки пор которой покрыты слоем малорастворимого галогенида серебра.
-5
В одном из вариантов исполнения керамическая таблетка контейнера изготовлена из легкоплавкого стекла С82-3, пористость керамической таблетки составляет 30%. При этом плотность пористой керамики на 30% ниже плотности компактной керамики того же состава, так как около 30% объема таблетки занимает объем пор. Стенки пор таблетки покрыты тонким слоем хлорида серебра, который имеет растворимость в воде при 25°С равную 1.35·10 моль/литр (~1.8 мг/литр, что дает ~1.4 миллиграмма ионов серебра на литр воды). Количество хлорида серебра в контейнере определялось из условия растворения всего вещества в заданном объеме воды. В частности, были изготовлены пористые керамические таблетки, содержащие 0.09; 0.9; 2.7 миллиграмм хлорида серебра, способные образовать насыщенные растворы соответственно в 0.05; 0.5; 1.5 литрах воды.
-7
-8
В других вариантах исполнения керамические пористые контейнеры Засеребрителя, содержали бромид серебра, имеющий растворимость в воде при 25°С равную 7.75·10 моль/литр (~139 микрограмм/литр, что дает ~80 микрограмм ионов серебра на литр воды) или иодид серебра, имеющий растворимость в воде при 25°С равную 10 моль/литр (~2.35 микрограмм/литр, что дает ~1.1 микрограмма ионов серебра на литр воды). Количество этих галогенидов серебра в контейнерах Засеребрителя варьировалось от 3 микрограмм до 1 миллиграмма.
Принцип действия предложенного Засеребрителя заключается в том, что при погружении в воду пористого керамического контейнера, стенки пор которого покрыты
слоем одного из малорастворимых галогенидов серебра - хлоридом, бромидом или иодидом серебра, вода свободно проникает внутрь пор и контактирует с галогенидом серебра. В результате взаимодействия образуется насыщенный раствор этих малорастворимых солей серебра в воде. Насыщенный раствор из объема пор постепенно переходит в общий объем обрабатываемой воды за счет диффузии, конвекции, перемешивания и т.д. В насыщенном растворе между растворяемым веществом и находящимися в растворе молекулами того же вещества существует равновесие. При растворении солей в раствор переходят ионы, образуя электролит. Равновесие устанавливается между твердой солью и перешедшими в раствор ионами. В нашем случае имеет место процесс:
, где Gal - один из галогенов (хлор, бром, иод).
Константа равновесия для этого процесса описывается уравнением:
+
-
К=[Ag][Gal]/[AgGal]
, где символы в квадратных скобках обозначают концентрацию этих ионов или вещества.
i
+
-
Знаменатель дроби - концентрация твердой соли. Она представляет собой постоянную величину, следовательно, и концентрация К=[Ag][Gal] является постоянной величиной. Таким образом, в насыщенном растворе малорастворимого электролита произведение концентраций его ионов есть величина постоянная при данной температуре. Эта величина количественно характеризует способность электролита растворяться в воде. Значения произведений растворимости для нашего случая составляют:
1
-10
AgCl→K=1.8·10
2
-13
AgBr→К=6·10
3
-16
AgI→К=1·10
Приведенные значения произведений растворимости для малорастворимых галогенидов серебра позволяют определить количество ионов серебра в насыщенном водном растворе. Если в воде отсутствуют ионы галогенов, то количество ионов серебра в
насыщенном растворе составит: для AgCl→~1.4 миллиграмма ионов серебра на литр; для AgBr→~80 микрограмм ионов серебра на литр; для AgI→~1.1 микрограмма ионов серебра на литр. Таким образом, использование Засеребрителя позволяет обеспечить определенную, заранее известную концентрацию ионов серебра в растворе. Время достижения насыщения растворов при температуре воды ~20°С и при периодическом перемешивании воды не превышает 5 минут.
Пористая структура контейнера Засеребрителя имеет очень развитую поверхность, покрытую галогенидом серебра, что позволяет ускорить получение насыщенного раствора. Кроме того, такая структура обеспечивает удержание галогенида серебра в объеме контейнера и позволяет многократно использовать Засеребритель (при условии разовых обработок воды меньшего объема, чем расчетный по количеству серебра объем воды). Применение в Засеребрителе носителей серебра простой формы, например, в виде шаров, аналогичных прототипу, но покрытых слоем малорастворимого соединения серебра, не позволяет многократно использовать их для обработки воды. Это обусловлено тем, что при некоторой продолжительности контакта с водой серебросодержащий слой осыпается с поверхности носителя и безвозвратно теряется. Использование в Засеребрителе носителя серебра пористой структуры исключает потери рабочего вещества и обеспечивает нормальное функционирование устройства до полной выработки серебросодержащего соединения.
В воде температуры 25°С концентрация ионов серебра при использовании Засеребрителя, содержащего хлорид серебра, в 28 раз превышает установленный ПДК [2]. При использовании Засеребрителя, содержащего бромид серебра, концентрация превышает ПДК в 1.6 раза, при использовании Засеребрителя, содержащего иодид серебра, концентрация меньше ПДК в 45 раз. Бактерицидный предел, равный ~0.01 микрограмм серебра на литр воды превышается даже в последнем случае более чем в 100 раз, что дает гарантию очищения и обеззараживания воды от болезнетворных и патогенных микроорганизмов и бактерий для всех описанных вариантов Засеребрителя.
Засеребритель, содержащий хлорид серебра предназначен для приготовления концентрированного раствора, который рекомендуется использовать для наружного применения и для обеззараживания предметов. Употреблять воду для питья можно после разбавления раствора в 30 раз.
Засеребритель, содержащий бромид серебра, предназначен для приготовления питьевой воды при разбавлении раствора в два раза.
Засеребритель, содержащий иодид серебра предназначен для приготовления питьевой воды.
Использованные источники информации:
[1] - Н.Л.Глинка «Общая химия». Химия, Ленинградское отделение, 1982, стр.579.
[2] - Санитарные Правила и Нормы «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству...» 2.1.4.1074-01
[3] - http://rubin-ukraine.narod.ru/preparat.html