Способ получения стабильного окисляющего биоцида

Способ получения стабильного окисляющего биоцида

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Данная заявка представляет собой частичное продолжение заявки US 11/618227, которая является включенной в данный документ путем ссылки.

УВЕДОМЛЕНИЕ ОБ АВТОРСКОМ ПРАВЕ

Часть раскрытия этого патентного документа содержит или может содержать материал, охраняемый авторским правом. Владелец авторского права не имеет никаких возражений против воспроизведения кем-либо прямой копии патентного документа или описания изобретения к патенту в точности в той форме, как оно выглядит в файле или записях Бюро по регистрации патентов и товарных знаков, но во всех других случаях сохраняет полностью все авторские права.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к получению стабильного хлорамина для использования в биоцидной композиции. Изобретение демонстрирует способ получения хлорамина в стабильной форме, который дает возможность для получения, хранения и транспортировки хлорамина. В изобретении демонстрируется способ получения стабильного и функционального хлорамина, который дает возможность использования хлораминов в системах очистки воды и в широком разнообразии других систем очистки в качестве биоцидной композиции без ее быстрого разложения.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к получению средства контроля биологического обрастания. Основой для изобретения является композиция реагентов и условий для получения с использованием концентрированных реагентов для превращения двух жидких растворов из их исходной химической формы в другую форму с измененными биоцидными свойствами.

По всему миру существует много типов систем для технологической воды. Системы для технологической воды существуют, чтобы необходимые химические, механические и биологические процессы можно было осуществить для достижения желаемого результата. Обрастание может произойти даже в системах для технологической воды, обработанных по лучшим программам очистки воды, доступным в настоящее время. Для целей этой патентной заявки термин "обрастание" определен как "отложение любого органического или неорганического материала на поверхности".

Если эти системы для технологической воды не обработать для контроля микробного обрастания, тогда они станут сильно обросшими. Обрастание оказывает негативное влияние на систему для технологической воды. Например, значительные минеральные отложения (неорганический материал) могут образоваться на контактирующих с водой поверхностях, и везде, где имеются отложения, существует идеальная среда для роста микроорганизмов.

Обрастание происходит по ряду механизмов, включая отложение переносимых по воздуху и образовавшихся в воде загрязнителей, застои воды, технологические утечки и другие факторы. Если допустить их прогрессирование, система для воды может пострадать от сниженной эксплуатационной эффективности, преждевременного отказа оборудования, потери производительности, потери в качестве продукта и увеличенных опасностей для здоровья, связанных с микробным обрастанием.

Обрастание может также возникать из-за микробиологического загрязнения. Источники микробного загрязнения в системах для технологической воды являются многочисленными и могут включать (но не ограничиваются ими) переносимое по воздуху загрязнение, добавочную воду, технологические утечки и неправильно очищенное оборудование. Эти микроорганизмы могут быстро установить микробные колонии на любой увлажненной или частично увлажненной поверхности системы для воды. Как только эти микробные популяции будут присутствовать в объеме воды, более чем 99% микробов, присутствующих в воде, будут присутствовать на поверхности в виде биопленок.

Экзополимерное вещество, секретированное из микроорганизмов, способствует образованию биопленок по мере того, как микробные колонии на поверхности развиваются. Эти биопленки представляют собой сложные экосистемы, которые обеспечивают средство для концентрации питательных веществ и дают защиту для роста. Биопленки могут ускорить отложения, коррозию и другие процессы обрастания. Биопленки не только делают вклад в снижение эффективности системы, но они также обеспечивают отличную среду для распространения микробов, которые могут включать патогенные бактерии. Следовательно, является важным, чтобы биопленки и другие процессы обрастания были бы минимизированы настолько, насколько это возможно, для максимизации эффективности процесса и минимизации связанных с состоянием здоровья опасностей от переносимых водой патогенов.

Несколько факторов вносят вклад в проблему биологического обрастания и управляют его степенью. Температура воды/pH воды; органические и неорганические питательные вещества, условия роста, такие как аэробные или анаэробные условия, и, в некоторых случаях, присутствие или отсутствие солнечного света и т.д. могут играть важную роль. Эти факторы также содействуют в решении того, какие типы микроорганизмов могут присутствовать в системе для воды.

Как описано ранее, биологическое обрастание может вызывать нежелательные технологические вмешательства и, следовательно, должно являться контролируемым. Для контроля биологического обрастания в промышленных процессах использовали много различных подходов. Наиболее часто используемый способ представляет собой внесение биоцидных соединений в технологические воды. Используемые биоциды могут являться окисляющими или неокисляющими по природе. Из-за некоторых различных факторов, таких как рентабельность и экологические проблемы, окисляющие биоциды являются предпочтительными. Окисляющие биоциды, такие как хлоргаз, гипохлористая кислота, происходящие от брома биоциды и другие окисляющие биоциды являются широко используемыми в обработке систем для технологической воды.

Один фактор в установлении эффективности окисляющих биоцидов представляет собой присутствие компонентов внутри водной матрицы, которые составили бы "потребность хлора" или потребность окисляющего биоцида. "Потребность хлора" определяют как количество хлора, которое восстанавливается или иным образом трансформируется в инертные формы хлора при помощи веществ в воде. Хлоропоглощающие вещества включают (но не ограничиваются ими) микроорганизмы, органические молекулы, аммиак и производные аминов; сульфиды, цианиды, окисляемые катионы, лигнины мякоти, крахмал, сахара, масло, добавки для очистки воды типа ингибиторов отложений и коррозии, и т.д. Рост микробов в воде и в биопленках вносит вклад в потребность хлора у воды и в потребность хлора обрабатываемой системы. Было обнаружено, что обычные окисляющие биоциды являются неэффективными в водах, имеющих высокую потребность хлора, включая тяжелые шламы. Для таких вод обычно рекомендуются неокисляющие биоциды.

Хлорамины являются эффективными и обычно используются в условиях, когда существует большая потребность в окисляющих биоцидах, таких как хлор, или при условиях, которые имеют преимущество от присутствия "окисляющего" биоцида. Системы для хозяйственно-бытовой воды в увеличивающемся масштабе обрабатывают хлораминами. Хлорамины, в общем, образуются, когда свободный хлор реагирует с аммиаком, присутствующим или добавленным в воду. Задокументировано много способов получения хлораминов. Определенные ключевые параметры реакции между хлором и источником азота определяют стабильность и эффективность полученного биоцидного соединения. Ранее описанные способы полагались либо на предварительное формирование разбавленных растворов реагентов с последующим их объединением для образования раствора хлораминов. Реагенты представляют собой источник амина в форме аммониевой соли (сульфата, бромида или хлорида) и донора Cl (донора хлора) в форме газа или объединенного со щелочноземельным металлом (Na или Са). Также описанные способы полагались на контролирование pH реакционной смеси при помощи прибавления реагента при высоком pH или путем отдельного прибавления раствора каустика. Полученный таким образом дезинфектант необходимо немедленно подать в обрабатываемую систему, так как дезинфектант быстро разлагается. Раствор дезинфектанта генерируют вне обрабатываемой системы и затем подают в водную систему для обработки. В ранее описанных способах получения для обработки жидкостей для контроля биологического обрастания возникала значительная проблема в том, что активный биоцидный ингредиент являлся химически нестабильным и быстро разлагался с получающимся быстрым падением pH. Быстрое разрушение биоцидного ингредиента приводило к потере эффективности. Также наблюдалось, что pH активного биоцидного ингредиента никогда не составлял >8,0 из-за быстрого разложения биоцидного компонента (указано в US 5976386). Во все еще других способах, где хлорамин изготавливали в качестве предшественника в получении гидразина, концентрации выше 3,5% никогда не достигали из-за присутствия гидроксил-ионов в исходной реакционной смеси (указано в US 3254952).

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ

В настоящем изобретении описаны следующие ключевые аспекты:

1) композиция реагентов для получения "более стабильного" раствора дезинфектанта,

2) условия для получения "более стабильной" формы биоцидного компонента, и

3 способ получения дезинфектанта.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Изобретение относится к способу получения стабильного хлорамина в непрерывном потоке при комнатной температуре, в котором концентрированный источник хлора объединяют с концентрированным источником амина при их мольном соотношении, составляющем 1:0,755-1:6, с реакционной средой и перемешивают для получения стабильного хлорамина с pH 7-10,5. Источник хлора согласно изобретению включает гидроксид щелочноземельного металла, где предпочтительным источником хлора является гипохлорит натрия или гипохлорит кальция, и источник амина предпочтительно представляет собой сульфат аммония (NH₄)₂SO₄ или гидроксид аммония NH₄OH.

Способ согласно изобретению включает реакционную среду, где происходит реакция источника хлора и источника амина с образованием хлорамина, где мольное соотношение источника хлора и источника амина составляет 1:0,755-1:2. Реакционная среда представляет собой жидкость, которая предпочтительно представляет собой воду. Продуктом изобретения является стабильный хлорамин, имеющий pH 8-10.

В изобретении подробно рассматривается способ получения стабильного хлорамина, в котором концентрированный источник хлора объединяют с концентрированным источником амина и перемешивают для получения стабильного хлорамина с pH 7 или выше.

ПРИМЕРЫ

Вышеуказанное можно понять лучше путем рассмотрения следующего примера, который имеет целью иллюстрирование способов для осуществления изобретения и не имеет целью ограничить объем изобретения.

ПРИМЕР 1

В эксперименте для понимания получения и стабильности полученного раствора хлорамина приготовили свежие растворы гипохлорита, (NH₄)₂SO₄ и NH₄OH, и использовали их для получения хлорамина. Полученный раствор гипохлорита отдельно подвергли испытанию и обнаружили, что он содержит ~110 м.д. в виде свободного Cl₂, как ожидалось от разбавлений. Количество полученного хлорамина оценили путем измерения свободного Cl₂ и общего Cl₂ продукта. Результаты эксперимента показали, что наблюдалась 100% конверсия в хлорамин (общий Cl₂). Вдобавок, pH продукта, полученного с (NH₄)₂SO₄ и NH₄OH, оставался выше 7.

Полученный раствор хлорамина хранили в темноте и подвергли повторному анализу через 1 день. Заново измерили свободный Cl₂ и общий Cl₂ для понимания стабильности раствора хлорамина, полученного и хранимого в закрытом пространстве пробирки в 50 мл. Данные сравнили с данными времени получения, и потеря в общем Cl₂ представляла собой меру потери хлорамина из раствора. Хлораминовые продукты, полученные из амина, происходящего из (NH₄)₂SO₄ или NH₄OH, показали лишь легкое разложение, 7,7% и 5,9% соответственно, по истечении 1 дня. В качестве наблюдения: раствор хлорамина, полученный с амином, происходящим от бромида аммония (NH₄Br), показал более чем 90% потери/разложения по истечении 1 дня.

Следует понимать, что различные изменения и модификации указанных предпочтительных вариантов осуществления, описанных в данном документе, будут являться очевидными для специалистов в данной области техники. Такие изменения и модификации можно сделать без выхода за пределы сущности и объема изобретения и без уменьшения его предполагаемых преимуществ. Следовательно, предполагается, что такие изменения и модификации являются охваченными прилагаемыми пунктами формулы изобретения.

1. Способ получения стабильного хлорамина в непрерывном потоке при комнатной температуре, в котором концентрированный источник хлора объединяют с концентрированным источником амина при их мольном соотношении, составляющем 1:0,755-1:6, с реакционной средой и перемешивают для получения стабильного хлорамина с pH 7-10,5.

2. Способ по п. 1, в котором источник хлора содержит гидроксид щелочноземельного металла.

3. Способ по п. 1, в котором источник амина представляет собой сульфат аммония.

4. Способ по п. 1, в котором источник амина представляет собой гидроксид аммония.

5. Способ по п. 1, в котором мольное соотношение источника хлора и источника амина составляет 1:0,755-1:2.

6. Способ по п. 1, в котором реакционная среда представляет собой жидкость.

7. Способ по п. 1, в котором стабильный хлорамин имеет pH 8-10.

8. Способ по п. 2, в котором источник хлора представляет собой гипохлорит натрия или гипохлорит кальция.