СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННЫХ РАСТВОРОВ
METHOD OF OBTAINING ACTIVATED SOLUTIONS

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способам получения растворов, обладающих заранее обусловленными свойствами, и может найти применение в химической и пищевой промышленностях, медицине, сельхозпроизводстве и в других отраслях народного хозяйства.
Известны различные способы активирования водных растворов: механическое диспергирование, воздействие лазером, постоянным магнитным или высокочастотным электромагнитным полями, а также электрохимическим способом.
Электрохимический (ЭХ) способ [1, 2] заключается в том, что на водосодержащий электропроводный раствор воздействуют постоянным электрическим током в диафрагменном электролизере [3]. В результате получают анолит и католит - жидкости, обладающие специфическими свойствами, в том числе, кислотными и щелочными, соответственно. В свою очередь электрохимические качества анолита и католита характеризуются водородным показателем (pH) и окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП).
Получаемые выше указанными способами [1, 2] активированные водные растворы имеют недостаток, вызываемый релаксационным процессом, из-за чего они быстро теряют свои специфические свойства. Так, например, 0,5 л католита теряет приобретенные активностные свойства уже через 13-27, а то же количество анолита ~ через 17-19 часов после их получения [4, с.45]. Поэтому активирование растворов выполняют перед их непосредственным использованием, что вызывает излишние затраты времени и требует применения специального оборудования в каждом конкретном случае.
Известен, так же, способ получения активированных жидкостей [5], который заключается в том, что образующиеся в электролизере активированные растворы сгущают, а полученные концентраты растворяют в жидкости, подлежащей активированию. Недостатком данного способа является высокая энергоемкость процесса получения конечных целевых продуктов. Это вызвано тем, что концентрация получаемых в электролизере активированных водных растворов не превышает 0,3-0,5%. Поэтому чтобы приготовить от 3,0 до 5,0 г активированного концентрата необходимо удалить из активированного раствора, соответственно, от 997 до 995 г воды вымораживанием, выпариванием, мембранным или другими методами, требующими дополнительных энергетических затрат.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения активированных растворов по патенту РФ №8309899 [6], взятый в качестве прототипа.
Техническая сущность прототипа заключается в том, что на исходный 0,1-0,5%-ный водный раствор водорастворимой соли NaCl воздействуют постоянным электрическим током в диафрагменном электролизере. В результате электрохимической обработки исходного раствора в электролизере получают два активированных раствора, один из которых - анолит с pH менее 7,0 обладает кислотными свойствами и положительным ОВП, другой - католит с pH более 7,0 (щелочные свойства) и отрицательным ОВП.
В каждый из полученных активированных растворов (анолит и католит) вводят водорастворимую соль (например, кремнийсодержащие соединения, как силикат натрия или калия) в избыточном количестве (от 0,05 до 3,0% к массе раствора). Образовавшуюся двухфазную систему из насыщенного раствора и равновесного осадка соли после отстаивания разделяют и каждый компонент в дальнейшем используют для приготовления новых активированных растворов с электрохимическими показателями «маточных» (активированных) растворов.
Одним из недостатков прототипа является малая продолжительность (не более 8 месяцев [6]) сохранения конечными продуктами своих специфических (активностных) свойств, «приобретенных» в процессе активирования исходного раствора.
Другой недостаток - низкая биорезультативность в применении конечных продуктов (агентов) из-за недостаточного запаса специфических свойств, аккумулированных ими в процессе активирования. Это сильно ограничивает и сдерживает биотическое развитие и, в целом, - позитивный эколого-токсикологический эффект жизнедеятельности почвенных микроорганизмов при использовании агентов активированных растворов в комплексе с эффективными микроорганизмами (ЭМ) [7] для повышения плодородия почвы виноградников, качества и высокого уровня пищевой безопасности виноградовинодельческих продуктов [8, 9].
Эти недостатки вызывают дополнительные материальные издержки на выполнение новой ЭХА или восстановление утраченных во времени активностных свойств агентов для позитивного эколого-токсикологического эффекта, обеспечиваемого более активной жизнедеятельностью микроорганизмов почвенной биоты и включающего прирост плодородия почвы виноградников, повышение высокого качества и пищевой безопасности виноградовинодельческих продуктов.
Цель заявляемого изобретения - увеличить время сохранения активностных свойств конечных продуктов, получаемых активированием водных растворов, повысить их активностную биорезультативность и эколого-токсикологическую эффективность при использовании в комплексе с биотехнологией эффективных микроорганизмов (ЭМ) для повышения плодородия почвы виноградников, качества и пищевой безопасности виноградовинодельческх продуктов.
Цель, поставленная в заявляемом изобретении, достигается воздействием на исходный 0,6%-ный водный раствор водорастворимой соли NaCl постоянным электрическим током в диафрагменном электролизере, добавлением в получаемые анолит и католит равнодолевой (с соотношением сухих масс 1/1/1) смеси трех веществ (агентов): силиката натрия, силиката калия и азотнокислого калия в общем (смешанном) количестве 4,0% к массе раствора, разделением образующейся в каждом случае двухфазной системы на два компонента - насыщенный раствор и равновесный осадок, дальнейшим использованием этих компонентов для приготовления на их основе новых активированных растворов с электрохимическими показателями исходных («маточных») активированных растворов (анолита и католита).
Пример выполнения процесса активирования по способу, заявляемому в качестве изобретения.
Заявляемый способ получения активированных растворов осуществляли следующим образом. Вначале, на основе дистиллированной воды приготовили 0,6%-ный раствор хлорида натрия NaCl, который обработали в камерах диафрагменного электролизера.
2
3
2
2
3
2
3
После обработки исходного 0,6%-го раствора NaCl в камерах диафрагменного электролизера постоянным электрическим током получили два активированных раствора - анолит и католит. В каждый из них (анолит и католит) добавили заранее подготовленную равнодолевую смесь трех веществ (агентов) с соотношением сухих масс 1/1/1: силиката натрия (NaO n SiO), силиката калия (KO m SiO), азотнокислого калия (KNO) в избыточном обще-смешанном количестве - 4,0% к массе каждого раствора и тщательно перемешали.
Образовавшиеся после отстаивания в каждом случае (анолит и католит) двухфазные системы, состоящие из насыщенных активированных растворов и равновесных осадков, разделили в каждом случае фильтрацией на два отдельных компонента - насыщенный раствор и равновесный осадок. Равновесные осадки обезводили воздушным просушиванием при комнатной температуре.
Полученные конечные продукты: насыщенные растворы и равновесные осадки поместили в сосуды из темного стекла с герметичными крышками для хранения и последующего использования в приготовлении на их основе новых активированных растворов с электрохимическими показателями, аналогичными «маточным» растворам.
Достижение поставленной в заявляемом изобретении цели определяли оценкой продолжительности сохранения активностных свойств конечных продуктов активирования, их активностной биорезультативности и эколого-токсикологической эффективности в практике использования агробиотехнологии увеличения плодородия почвы виноградников эффективными микроорганизмами (ЭМ), повышения качества и пищевой безопасности виноградовинодельческих продуктов [7, 8, 9].
Время сохранения активностных свойств насыщенных растворов и равновесных осадков, получаемых прототипом и заявляемым способом, изучали следующим образом.
В электролизере проактивировали два раствора водорастворимой соли NaCl различных концентраций: первый - 0,3% (прототип) и второй - 0,6% (заявляемый способ). На основе полученных анолитов и католитов приготовили насыщенные растворы с равновесными осадками, соответственно: по прототипу с растворением силиката натрия в количестве 3,0% к массе раствора и по заявляемому способу - с растворением равно долевой смеси трех веществ: силиката натрия, силиката калия и азотнокислого калия в количестве 4,0% к массе раствора.
Насыщенные («маточные») растворы и их равновесные осадки разделили, последние обезводили воздушной сушкой и каждый из 8-ми компонентов, полученных активированием исходных растворов по прототипу и заявляемому способам, поместили в отдельный сосуд из темного стекла с герметичной крышкой.
Поисково-опытная разработка и экспериментальные исследования способа активирования растворов, предлагаемого в качестве изобретения, выполнялись в 2006-2011 годах в лабораторных (СКЗНИИСиВ) и производственных (полевых) условиях - на промышленных виноградниках агрофирмы «Мирный» Темрюкского района Краснодарского края.
При разработке и изучении нового способа активирования растворов в эколого-токсикологической лаборатории СКЗНИИСиВ использовались следующие поверенные приборы и оборудование; для измерения pH и температуры среды - pН метр «Testo 206 РШКомплект» и pH метр типа PН-221; для измерения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) - ОВП метр «Наппа»; для активирования растворов - электролизер-«Установка электрохимической активации СТЭЛ-4Н-60-02».
В процессе 12-месячного хранения конечных продуктов опытно-экспериментального активирования обоими способами (прототип и предлагаемый как изобретение) в каждом текущем месяце измеряли их электрохимические показатели (таблица 1).
Таблица 1
Электрохимические (ЭХ) показатели
Способ активирования, компоненты
Начальные
В динамике: pH и ОВП(мВ) к исходу…месяца
4-го
8-го
10-го
12-го
pH
ОВЦ, мВ
pH
ОВП
pH
ОВП
pH
ОВП
pH
ОВП
Прототип
Вода дистиллированная
6,9
+71
-
-
-
-
-
-
-
-
Исходный 0,3%-ный раствор NaCl
7,4
-85
-
-
-
-
-
-
-
-
<u>Анолит:</u>
активированный исходный раствор NaCl;
2,4
+262
-
-
-
-
-
-
-
-
актив-й р-р, насыщенный силикатом натрия;
2,0
+303
1,9
+299
2,1*
+301*
4,1
+239
5,0
+202
осадок (раствор в дист., воде) силиката натрия
4,5
+148
4,6
+139
4,7*
+135*
4,9
+130
6,1
+114
<u>Католит:</u>
активированный исходный раствор NaCl;
12,5
-327
-
-
-
-
-
-
-
-
актив-й. р-р, насыщенный силикатом натрия;
10,4
-278
10,4
-278
103*
-270*
8,9
-215
8,0
-189
осадок (раствор в диет, воде) силиката натрия
10,1
-265
10,1
-265
10,0*
-255*
7,8
-201
7,1
-143
Заявляемый способ
Вода дистиллированная
6,8
+74
-
-
-
-
-
-
-
-
Исходный 0,6%-ный раствор NaCl
7,8
-106
-
-
-
-
-
-
-
-
<u>Анолит:</u>
активирований исходный раствор NaCl;
2,5
+283
-
-
-
-
-
-
-
-
актив-й. р-р, насыщенный равнодолевой смесью силикатов натрия, калия и азотнокислого калия;
1,9
+375
1,9
+374
1,8
+375
1,9
+376
1,8
+373
раствор осадка равнодолевой смеси силикатов натрия, калия и азотнокислого калия
4,9
+191
4,9
+190
4,8
+189
4,8
+190
4,8
+189
<u>Католит:</u>
активированный исходный раствор NaCl;
13,8
498
-
-
-
-
-
-
-
актив-й р-р, насыщенный равнодолевой смесью силикатов натрия, калия и азотнокислого калия;
133
490
133
490
13,1
489
13,2
489
13,2
-489
раствор осадка равнодолевой смеси силикатов натрия, калия и азотнокислого калия
12,8
469
12,8
468
12,8
468
12,7
467
12,7
467
* по окончании 7,5 месяцев хранения
Измерения показали: электрохимические показатели конечных продуктов активирования (ЭХПКПА) по сравниваемым способам (прототипу и заявляемому изобретением) изменялись различно. К исходу 7,5 месяцев хранения ЭХПКПА по прототипу сохраняли свои начальные значения, но в дальнейшем ускоренно их утрачивали. Значения ЭХПКПА по способу, заявляемому изобретением, наоборот, - на протяжении всех 12-ти месяцев хранения оставались практически неизменными. Это для целей виноградарства служит важным агротехнологическим преимуществом гарантии полноценного развития и активной жизнедеятельности микроорганизмов почвенной биоты для нормализации и сохранения оптимального эколого-токсикологического состояния агроугодий промышленных виноградников, повышения качества и стабилизации обеспечения высокого качества и уровня пищевой безопасности виноградовинодельческих продуктов.
Биорезультативность конечных продуктов ЭХ активирования по предлагаемому способу, стимулирование ими активного биотического развития почвенных микроорганизмов и позитивного эколого-токсикологического эффекта их жизнедеятельности изучались в комплексе с эффективными микроорганизмами (ЭМ) [7, 8, 9]. Из всех конечных продуктов (агентов) ЭХ активирования полевым исследованиям подвергли лишь агенты католитного происхождения, являющиеся по общепринятой принципиальной сути первоосновой так называемой "живой воды" [10].
Производственное (полевое) испытание католитных агентов ЭХА растворов обоими способами (прототип и предлагаемый) выполняли на агрои-дентичных участках виноградников сорта Каберне-Совиньон. В междурядья виноградных кустов одновременно с заделкой в почву измельченной биомассы сидератов [8, 9] вносили раствор ЭМ [7], приготовленный на основе дистиллированной воды (ДВ) с добавкой в нее католитного агента - ЭХ активированного насыщенного раствора в пропорции к ДВ по объему 1/1. Экспериментальная работа выполнялась в течение 5-ти вегетационных периодов (агросезонов) 2006-2011 годов (таблица 2).
Результаты полевых испытаний показали: по всем агропараметрам выращивание винограда с применением в почвообработке междурядий раствора ЭМ [7, 8, 9] с добавкой в него католитного агента (насыщенного раствора), полученного заявляемым способом, существенно и выгодно отличались от варианта, связанного с прототипом.
Таблица 2
Результаты полевых исследований (средние данные итогового 2011 года)
Оцениваемые агропараметры и показатели
Способ ЭХА раствора
прототип
предлагаемый
Остатки пестицидов в почве виноградников, мг/кг: хлорорганических/фосфорорганических
0,31/0,75
0,05/0,23
Увеличение содержания гумусовых веществ в почве междурядий относительно традиционной* агротехнологии, %
1,06
2,34
Продуктивность виноградных кустов, кг/куст
39
48
Урожайность винограда, ц/га
75
94
Остатки пестицидов в виноградной продукции, мг/кг:
виноградных ягодах (хлорорганических/фосфорорганических)
0,08/0,14
0,007/0,08
виноматериале (хлорорганических/фосфорорганических)
0,03/0,08
0,002/0,03
Прирост рентабельности производства винограда относительно традиционной агротехнологии, %
2,5
9,9
* агротехнология выращивания винограда без использования в почвообработке междурядий католитных агентов ЭХ активированных растворов
Практическая ценность и полезность предлагаемого способа в сравнении с прототипом заключаются в значительном увеличении времени сохранения (до 12 месяцев) получаемыми данным способом агентами (ЭХА насыщенные растворы и осадки) практически неизменными своих специфических свойств активности.
Это, наряду с сокращением затрат на их получение и тиражирование, гарантирует высоко эффективную биорезультативность применения их в целях нормализации эколого-токсикологического состояния виноградников, высокого качества и пищевой безопасности виноградовинодельческих продуктов за счет более активного развития и экологически эффективной жизнедеятельности микроорганизмов почвенной биоты. Использование приготовленных данным способом агентов (ЭХА насыщенные растворы и осадки) в почвообработке междурядий виноградных кустов в комплексе с раствором эффективных микроорганизмов увеличивает рентабельность производства винограда в сравнении с традиционной агротехнологией на 9,9%.
Информационные источники
1. Патент РФ 2167823, C02F 1/46, 2001 г.
2. Патент РФ 2181106, C02F 1/46, 1/48, 2002 г.
3. Электрохимическая активация: очистка воды и получение полезных растворов. / Бахир В.М., Задорожный Ю.Г., Леонов Б.И. и др. М.: ВНИИИМТ, 2001, с.69-81.
4. Техника и наука, 1985, №5, с.43-45.
5. Патент Украины 34551, С02F 1/46, 2002 г.
6. Патент РФ 8309899, С02F 1/46, 2006 г
7. Сухамера С.А. ЭМ-технология - биотехнология XXI века. Сборник материалов по практическому применению препарата «Байкал ЭМ-1». - Алматы, 2006, 77 с.
8. Воробьева Т.Н., Ветер Ю.А. Продуктивность ампелоценозов и агротехнические новации в виноградарстве (изучение, экологизация производства) - Краснодар: ООО «Альфа-полиграф+», 2011, 200 с.
9. Воробьева Т.Н., Волкова А.А. Применение медьсодержащих препаратов на виноградниках юга Кубани (исследования, экологическая оптимизация). - Краснодар: ООО «Альфа-полиграф+», 2011, 155 с.
10. Прилуцкий В.И., Бахир В.М. Электрохимически активированная вода: Аномальные свойства, механизм биологического действия. - М.; ВНИИИМТ АО НПО "Экран". 1997. - 228 с.