ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2288186

СПОСОБ ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА

СПОСОБ ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ
ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА

Имя изобретателя: Гутенев Владимир Владимирович (RU); Найденко Валентин Васильевич (RU); Осадчий Сергей Юрьевич (RU); Сердцев Николай Иванович (RU); Денисова Ирина Анатольевна 
Имя патентообладателя: Гутенев Владимир Владимирович
Адрес для переписки: 123520, Москва, Пятницкое ш., 23, корп.1, кв.25, В.В. Гутеневу
Дата начала действия патента: 2005.06.14 

Изобретение относится к методам обработки воды и может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения. В способе обеззараживания воды пероксид водорода вводят в воду однократно и выдерживают в течение 0,1-0,2 часа. Далее воду пропускают через слой гранулированного или таблетированного катализатора, загруженного в реактор, таким образом, чтобы время контактирования воды и слоя катализатора составляло 0,5-1 час. Катализатор получают смешением растертого в порошок пиролюзита с соединением меди, выбранным из группы: медный купорос CuSO4·5H 2O, нитрат меди Cu(NO3)2, хлорид меди CuCl2, гидроксид меди Cu(OH)2, оксид меди (II), при соотношении пиролюзита и соединения меди в пересчете на ионы Cu2+, соответственно равном (100-150):1, смачиванием полученной порошкообразной смеси дистиллированной водой до получения пасты, ее таблетированием или гранулированием и подсушиванием гранул или таблеток при температуре 105-150°С. Изобретение обеспечивает упрощение процесса обеззараживания воды, снижение материальных затрат на приготовление катализатора, а также предотвращение вторичного бактериального заражения воды в течение длительного времени.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к методам обработки воды пероксидом водорода в присутствии гетерогенного катализатора, содержащего соединения марганца и меди. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения населенных пунктов, а также предприятий пищевой индустрии.

Как известно, для обеззараживания сточных вод, содержащих органические пероксиды, используют гетерогенный катализатор - пиролюзит (RU 2048454, С 02 F 1/467, 1995). Этот метод малопригоден для обеззараживания питьевой воды, так как для катализатора необходим дорогостоящий компонент - палладий.

Известен способ обеззараживания воды, заключающийся в совместном действии пероксида водорода и 0,05-1,0 мг/л ионов меди. При этом медь не только усиливает бактерицидные свойства пероксида водорода, но и является катализатором его разложения (Савлук И.П. и др. Антимикробные свойства меди // Химия и технология воды, 1986, т.8, №6, с.65-67). Однако эффективность этого метода недостаточно высока.

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения по назначению, совокупности существенных признаков и достигаемому результату является известный из патента RU 2213707, опубликованный 10.10.2003 г., способ обеззараживания воды, по которому в емкость с исходной водой добавляют часть используемого в процессе пероксида водорода и выдерживают, затем в воду вводят гетерогенный катализатор, выдерживают, добавляют оставшуюся часть пероксида водорода и вновь выдерживают. Катализатор получают смешением растертого в порошок пиролюзита с частицами мелко раздробленного металлического серебра при массовом соотношении пиролюзит : серебро, равном (800-1500):1, последующим добавлением к смеси воды, подсушиванием полученной пасты и формованием на прессе в виде таблеток. Этот способ, хотя и эффективен в бактерицидном отношении, отличается сложностью технологической схемы, а также необходимостью применения дорогостоящего и дефицитного серебра.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось упрощение процесса обеззараживания воды, снижение материальных затрат на приготовление катализатора, а также предотвращение вторичного бактериального заражения воды в течение длительного времени (не менее месяца).

Поставленная задача решается тем, что способ обеззараживания воды, включающий ее обработку пероксидом и гетерогенным катализатором на основе пиролюзита, отличается от наиболее близкого аналога тем, что пероксид водорода вводят в воду однократно, выдерживают в течение 0,1-0,2 часа и пропускают через слой гранулированного или таблетированного катализатора, загруженного в реактор, таким образом, чтобы время контактирования воды и слоя катализатора составляло 0,5-1 час, при этом указанный катализатор получают смешением растертого в порошок пиролюзита с соединением меди, выбранным из группы: медный купорос CuSO4·5H2O, нитрат меди Cu(NO3)2, хлорид меди CuCl2 , гидроксид меди Cu(ОН)2, оксид меди (II), при соотношении пиролюзита и соединения меди в пересчете на ионы Cu2+ соответственно равном (100-150):1, смачиванием полученной порошкообразной смеси дистиллированной водой до получения пасты, ее таблетированием или гранулированием и подсушиванием гранул или таблеток при температуре 105-150°С.

Дополнительно способ может отличаться тем, что после обработки катализатором воду пропускают через механический фильтр.

Использование катализатора в виде таблеток или гранул снижает до минимума риск попадания его частиц в питьевую воду. Кроме того, их удобно хранить до использования в процессе обеззараживания. Для полного предотвращения возможности попадания частиц катализатора в воду используют механический фильтр (мелкую сетку), установленный на выходе из реактора.

Совместная обработка воды пероксидом водорода и предлагаемым гетерогенным катализатором более чем на порядок (по сравнению с применением только пероксида водорода или только катализатора) увеличивает глубину обеззараживания воды. Поскольку катализатор одновременно разлагает остатки пероксида водорода по реакции Н2 О2--> Н2О+1/2O2, вода быстро освобождается от пероксида.

Ниже приведены примеры осуществления предложенного способа.

Пример 1

В воду с концентрацией микроорганизмов E.coli 1,5·104 особей/л при температуре 19±1°С и рН 6,7 вводили пероксид водорода с концентрацией 300 мг/л. Далее воду объемом 100 л пропускали через реактор со слоем гетерогенного катализатора в течение 0,5 часа, на выходе из реактора устанавливали механический фильтр. Катализатор получали смешением растертого в порошок пиролюзита с порошком медного купороса CuSO4 ·5H2O в соотношении пиролюзит : купорос (в расчете на Cu2+), равном 150:1, соответственно. Полученную механическую смесь смачивали дистиллированной водой до состояния пасты, далее ее гранулировали, подсушивали при температуре 150°С и загружали в реактор в количестве 0,2 кг. Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример 2

Опыты проводили аналогично примеру 1. Отличия состояли в том, что: 1) в качестве медьсодержащего компонента катализатора использовали нитрат меди Cu(NO3)2; 2) соотношение пиролюзит : нитрат меди (в пересчете на Cu2+) было равно 125:1; 3) сушку гранул проводили при температуре 105°С. Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример 3

Опыты проводили аналогично примеру 1. Отличия состояли в том, что: 1) в качестве соединения меди в катализаторе использовали хлорид меди CuCl 2; 2) сушку гранул проводили при температуре 125°С. Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример 4

Опыты проводили аналогично примеру 1. Отличия: 1) в качестве соединения меди использовали гидроксид меди Cu(ОН)2 ; 2) соотношение пиролюзит : гидроксид меди (в пересчете на Cu 2+) было равно 100:1; 3) сушку полученных таблеток проводили при температуре 105°С. Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример 5

Опыты проводили аналогично примеру 4. Отличия состояли в том, что в качестве соединения меди использовали оксид меди (II) CuO. Результаты испытаний представлены в таблице.

Как следует из полученных данных (см. таблицу), предлагаемый способ практически не отличается по бактерицидной эффективности от известного способа. В обработанной воде были обнаружены ионы меди и марганца (входящего в состав пиролюзита) в количестве, меньшем, чем их ПДК. Частицы пиролюзита и соединений меди в воде обнаружены не были.

Исследования, выполненные для установления уровня бактериальной устойчивости обработанной известным и предлагаемым способами воды, показали, что во всех случаях вода сохраняет устойчивость к внешнему бактериальному загрязнению в течение длительного времени - не менее месяца.

Преимуществами предложенного способа являются: 1) отсутствие в катализаторе серебра (оно заменено на менее дефицитные и доступные по цене соединения меди); 2) более простая схема обеззараживания (в одну стадию); 3) более простая технология получения катализаторов; 4) обеспечивается длительная сохранность воды.

СПОСОБ ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА

Таблица

Результаты испытаний обеззараживания воды (исходное число микроорганизмов 1,5·104 особей/л)
Катализатор Число микроорганизмов в воде особей/л
через сутки через 5 суток через 15 суток через 30 суток
По примеру 1 не обнар. не обнар. 1 5
По примеру 2 не обнар. 1 2 4
По примеру 3 2 3 3 6
По примеру 4 1 3 4 8
По примеру 5 3 2 6 6
Известный из RU 2213707 не обнар. 2 4 10

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ обеззараживания воды, включающий ее обработку пероксидом и гетерогенным катализатором на основе пиролюзита, отличающийся тем, что пероксид водорода вводят в воду однократно, выдерживают в течение 0,1-0,2 ч и пропускают через слой гранулированного или таблетированного катализатора, загруженного в реактор, таким образом, чтобы время контактирования воды и слоя катализатора составляло 0,5-1 ч, при этом указанный катализатор получают смешением растертого в порошок пиролюзита с соединением меди, выбранным из группы медный купорос CuSO4·5H2 O, нитрат меди Cu(NO3)2, хлорид меди CuCl 2, гидроксид меди Cu(ОН)2, оксид меди (II), при соотношении пиролюзита и соединения меди в пересчете на ионы Cu2+ соответственно (100-150):1, смачиванием полученной порошкообразной смеси дистиллированной водой до получения пасты, ее таблетированием или гранулированием и подсушиванием гранул или таблеток при температуре 105-150°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после обработки катализатором воду пропускают через механический фильтр.

 

Версия для печати
Дата публикации 26.02.2007гг


вверх