СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА


RU (11) 2022016 (13) C1

(51) 5 C12P3/00, C12N9/08 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 15.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4953470/13 
(22) Дата подачи заявки: 1991.06.11 
(45) Опубликовано: 1994.10.30 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Заявка РСТ 86/02063, кл. A 61M 16/10, опублик. 1986. 2. Штрауб Ф.Б. Биохимия, изд. Будапешт, 1963, с.93. 3. Hugo Aebi. Catalase, Method of Enzymatic Analysis, v.2, 1974, p.673-685. 
(71) Заявитель(и): Гудкова Людмила Васильевна[UA]; Латышко Неля Васильевна[UA]; Дегтярь Рига Григорьевна[UA]; Кудинов Станислав Александрович[UA] 
(72) Автор(ы): Гудкова Людмила Васильевна[UA]; Латышко Неля Васильевна[UA]; Дегтярь Рига Григорьевна[UA]; Кудинов Станислав Александрович[UA] 
(73) Патентообладатель(и): Гудкова Людмила Васильевна (UA) 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА 

Использование: изобретение относится к экологии, а именно к процессам подготовки газов для вдыхания, и может быть использовано при ферментативно-каталитическом получении кислорода в устройствах автономного жизнеобеспечения, применяемых в медицине. Сущность изобретения: осуществляют взаимодействие грибной каталазы штамма гриба Penicillium vitale 1312/140 в растворимой или иммобилизованной форме с активностью 4000 Е/мг или 6000 Е/мг с перекисьсодержащим соединением - 10 - 30%-ной перекисью водорода при массовом соотношении перекиси и каталазы (500 - 150) : 1 или водным раствором перекисно-емкой соли pH 4,5 - 8,5 при соотношении соли катализы (2000 - 1250) : 1. 2 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к экологии, а именно к процессам подготовки газов для вдыхания, и может быть использовано при ферментативно-каталитическом получении кислорода в устройствах автономного жизнеобеспечения, применяемых в медицине.

Известны способы каталитического получения кислорода из перекисно-емких солей в присутствии катализаторов - окислов или солей металлов Мn, Fe, K, Cu, Pb и др. [1].

Последний способ как более прогрессивный аналог выбран по достигаемому положительному эффекту в качестве базового объекта. Получаемый согласно способу газообразный кислород охлаждают, очищают от твердых частиц, снижают щелочность. Выход кислорода при температуре 20оС составляет 1,6 л/мин.

Прототипом изобретения, выбранным по максимальному количеству сходных признаков, является ферментативный способ получения кислорода из перекиси водорода в присутствии каталазы [2].

Однако указанные известные способы обладают рядом недостатков:

способы являются недостаточно производительными;

выход получаемого кислорода нельзя регулировать во времени в зависимости от потребности;

в прототипе [2] используют перекись низкой концентрации, т.к. каталаза инактивируется в таких условиях;

в базовом способе необходима дополнительная операция - снижение щелочности.

Поставленная задача - повышение производительности способа при одновременном регулировании выхода кислорода, а также упрощение способа.

В способе ферментативного получения кислорода в качестве катализатора используют грибную каталазу штамма Penicillium vitale 1312/140 в растворимой или иммобилизованной форме.

Предложено в качестве источника кислорода использовать 10-30%-ную перекись водорода при весовом соотношении перекиси к каталазе (500-150) : 1 или водный раствор перекисно-емкой соли или смеси солей рН 4,5-8,5 при соотношении перекиси к каталазе (2000-1250):1.

Сопоставительный анализ нового и известных способов показывает их сходство и отличие. Общими признаками являются использование в качестве источников кислорода перекиси водорода [2] или пере- кисно-емких солей [1] и в качестве катализатора каталазы [2].

Новизна способа заключается

в использовании грибной каталазы штамма Penicillium vitale 1312/140 в растворимой или иммобилизованной форме:

во введении указанной каталазы в определенном соотношении в (10-30%-ную) перекись водорода или в раствор перекисно-емкой соли рН 4,5-8,5.

Неочевидным является осуществление способа в присутствии каталазы из источников получения кислорода с высокой концентрацией перекиси водорода (10-30% ), так как известно, что этот фермент (из сырья животного происхождения) теряет свою каталитическую активность при концентрациях перекиси более 0,34% (0,1 М) [3].

Новый способ отличается высокой производительностью выхода кислорода до 2,5 л/мин (в базовом способе 1,6 л/мин). При этом в зависимости от потребности достигается дозирование выхода кислорода во времени:

практически одномоментное в течение 10 с выделение 90% кислорода при использовании растворимой формы каталазы;

или в течение 25 и более небольшими порциями при использовании иммобилизованного фермента.

Такие режимы процесса благодаря использованию одной из двух форм каталазы позволяют создать реакторы непрерывного и прерывного принципа действия. Кроме того, при разложении перекиси образуется вода (выход до 100%), степень чистоты которой обусловлена степенью чистоты исходной перекиси водорода. Следует отметить также, что в отличие от базового новый способ менее трудоемкий (исключается ряд операций), не связан с энергозатратами и позволяет получать параллельно с кислородом воду при разложении перекиси водорода.

П р и м е р 1. В реактор, представляющий собой емкость с тремя отверстиями - для термометра, делительной воронки и патрубка для выхода образующегося кислорода, помещают 5 мл 30%-ной перекиси водорода (1500 мг Н2О2). Систему герме- тизируют. Из делительной воронки подают раствор препарата грибной каталазы штамма Penicillium vitale 1312/140 Косарского биохимического завода, содержащий 10 мг фермента с активностью 4000 Е/мг. При весовом соотношении перекиси водорода и каталазы равном 150:1 за 10 с выделяется 417 мл кислорода. Производительность по кислороду составляет 2,5 л/мин. Удельный выход 278 мл кислорода на 1г перекиси водорода.

П р и м е р ы 2-5. Кислород и воду получают согласно методике, описанной в примере 1. Подбираемые условия и получаемые результаты для каждого конкретного примера представлены в табл.1.

Исследования по выбору оптимальных условий показали, что повышение концентрации перекиси водорода до 50-60% при весовом соотношении перекиси и фермента 150:1 приводит к неполному разложению перекиси - всего на 65-36%.

Уменьшение концентрации перекиси водорода менее 10% при соотношении перекиси и фермента 500:1 приводит к нерентабельности, избыточному использованию каталазы.

П р и м е р 6. Кислород получают в реакторе, работающем в цикличном режиме. В реактор, заполненный 3,5 г препарата иммобилизованной на силохроме каталазы Косарского биохимического завода с активностью 4000 Е/мг вводят 4 г пербората натрия и 4 г однозамещенного фосфорно- кислого калия. Затем подают в реактор 40 мл воды. Полученный кислород удаляют через специальное отверстие. После окончания реакции (1 цикл) вводят следующую порцию соли, количество каталазы остается неизменным.

Эффективная работа реактора обеспечивается в течение 55 циклов, хотя ресурс реактора не исчерпан, а количество иммобилизованной каталазы соответствует первоначальной загрузке.

П р и м е р 7-8. Кислород получают согласно методике, описанной в примере 6. Однако в реакторы, работающие в циклическом режиме, загружают по 3,5 г препарата каталазы, в одном случае иммобилизованной на аэросиле (пример 7), а в другом - на смоле АИ-109 (Кемеровское НПО "Карболит") (пример 8). Получаемые результаты для каждого конкретного примера представлены в табл. 2.

П р и м е р 9. В реактор, представляющий собой емкость с тремя отверстиями - для термометра, делительной воронки и патрубка для выхода образующегося кислорода, загружают 2,5 г пербората натрия и 1,5 г щавелевой кислоты. Систему герметизируют. Из делительной воронки подают ферментный раствор, содержащий 1,25 мг каталазы - Penicillium vitale 1312/140 с активностью 6000 Е/мг, растворенной в 20 мл воды; рН смеси 4,5. Весовое соотношение пербората натрия и каталазы составляет 2000:1. Максимальная температура реакции 44оС. Выделяют 600 мл О2. Удельный выход О2 из расчета на 1 г пербората натрия составляет 612,40 мл.

Производительность 2 л О2/мин.

П р и м е р 10. Кислород выделяют аналогично схеме, описанной в примере 9. Однако в реактор загружают 2,5 г пербората калия и 1,5 мг 60%-ной уксусной кислоты. Затем подают ферметный раствор, содержащий 1,5 мг каталазы P. vitale 1312/140, растворенной в 20 мл воды; рН смеси равно 7,0. Весовое соотношение пербората калия и каталазы 1500:1. Максимальная температура 42оС.

Выделяют 590 мл О2.

Удельный выход О2 236 мл/г.

Производительность 2,43 л О2/мин.

П р и м е р 11. Кислород выделяют аналогично схеме, описанной в примере 9.

Однако в реактор загружают 2,5 г смеси перборатов натрия и калия, затем добавляют 2,5 г однозамещенного фосфорнокислого калия. Затем подают ферментный раствор, содержащий 2 мг каталазы Р.vitale 1312/140, растворенной в 20 мл воды; рН реакционной смеси равно 8,5. Весовое соотношение смеси перборатов натрия и калия и каталазы составляет 1250:1. Максимальная температура реакции 41оС. Выделяют 580 мл О2.

Удельный выход О2 232 мл/г.

Производительность 2,53 л О2/мин.

П р и м е р 12. Кислород выделяют аналогично схеме, описанной в примере 9.

Однако в реактор загружают 2,5 г пербората натрия и 1,25 г лимонной кислоты, затем добавляют 1,25 кг каталазы Р. vitale 1312/140, растворенной в 20 мл воды; рН реакционной смеси равно 5,0. Весовое соотношение пербората натрия и каталазы составляет 2000:1.

Максимальная температура реакции 41,5оС.

Выделяют 590 мл О2.

Удельный выход О2 236 мл/г.

Производительность 2,4 л О2/мин.

Полученные результаты подтверждают, что использование грибной каталазы Реnicillium vitale 1312/140 в растворимой и иммобилизованной форме обеспечивает достижение следующих эффектов:

повышение выхода кислорода в 1,5 раза по сравнению с базовым способом [1];

регулирование во времени выхода кислорода в зависимости от потребности - большой объем кислорода практически одномоментно (10 с) или малые порции в течение продолжительного времени (не менее 25 ч);

благодаря использованию иммобилизованной каталазы возможность осуществления цикличного получения кислорода (не менее 55 циклов);

простота реализации за счет полного разложения перекиси водорода в одну стадию (в течение 10 с 90%-ный выход кислорода и воды), а также благодаря снижению трудоемкости и использованию незначительно количества реактивов в реакции;

рентабельность благодаря низким энергозатратам (в отличие от базового) и применению реактивов с малой себестоимостью. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА, предусматривающий взаимодействие каталазы с источником кислорода, отличающийся тем, что используют грибную каталазу штамм гриба Penicillium vitale 1312/140 в растворимой или иммобилизованной форме с активностью 4000 или 6000 Е/мг из расчета 1 : (500 - 150) при использовании 10 - 30% -ной перекиси водорода или 1 : (2000 - 1250) при использовании в качестве источника кислорода водного раствора перекисно-емкой соли рН 4,5 - 8,5.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы получения, хранения водорода, кислорода и биогаза






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+водород -молекулярный".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "водород" будут найдены слова "водорода", "водородный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("водород!").


Устройства и способы получения кислорода и водорода | Устройства и способы хранения водорода и кислорода | Устройства и способы получения и хранения биогаза


Рейтинг@Mail.ru