СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАННЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ

Изобретение относится к технологии обработки водных растворов солей и может быть использовано для получения электроактивированных средств.

Электроактивированные водные растворы солей находят применение в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и других отраслях. Способ получения электроактивированных средств осуществляется путем обработки растворов солей в диафрагменном электролизере-активаторе постоянным электрическим током. При этом в катодной камере диафрагменного электролизера получают щелочной раствор - католит с рН 8-12, в анодной камере - анолит с рН 2-5 - кислый раствор.

Католит наряду со щелочью содержит восстановители и активные частицы с окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) от -100 до -1000 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения (ХСЭ), анолит наряду с кислотами - окислители и активные частицы с ОВП +300-+1100 мВ (ХСЭ). Католит обладает моющими свойствами, анолит - дезинфицирующими свойствами [1]. На этих свойствах в основном основаны методы их применения в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и других отраслях [2, 3, 4]. В качестве растворителя применяют дистиллированную либо водопроводную питьевую воду. Католит и анолит обладают также биологической активностью.

Описан способ электрохимической активации (ЭХА) водных растворов хлорида натрия с концентрацией 5-10%, например, на установке проточного типа СТЭЛ-МТ-1, выпускаемой НПО «Экран» (Москва) [5].

В комплект установки входят: вертикальный диафрагменный электролизер, емкости для исходного раствора, католита и анолита, входной водоструйный насос, выпрямитель и арматура, керамическая диафрагма. Производительность установки по 10 л/час католита и анолита.

Анолит содержит до 300 мг/л «активного хлора».

Недостатки способа: большой расход соли и необходимость утилизации отработанных растворов, разбавление исследуемого раствора водопроводной водой.

Описан способ получения электроактивированных водных растворов солей натрия (сульфата и фосфата натрия) с концентрацией 0,9-2,2 г/л обработкой в электрическом поле постоянного тока в непроточном электролизере - активаторе разборного типа «Мелеста» [6]. Прибор (электролизер) снабжен емкостью объемом около 1 литра вертикального типа из корозионностойкой пластмассы с диафрагмой из подобной ткани. Прибор модифицирован нами путем замены крышки на пластину из оргстекла с прорезями для крепления электродов - катода из нержавеющей стали и анода - типа ОРТА, с выпрямителем типа ВСА-5к, снабженном амперметром и вольтметром. Объемы католита ~660 мл, а анолита ~330 мл.

Прибор позволяет с указанными растворами получать католит и анолит с рН 11,9 и 2,1 соответственно при плотности тока 0,08-0,14 А/см² и малый срок хранения анолита (до 2-3 суток).

Недостатки способа:

- использование относительно дорогостоящих веществ сульфата и фосфата натрия;

- малый срок хранения анолита.

Известен способ получения электроактивированных растворов хлорида натрия с концентрацией 1 г/л в диафрагменном электролизере непроточного типа путем электрообработки (ЭХА) при силе тока 1-1,4 А, температуре 18-20°C в течение 15 мин. Получают католит с рН 12,44, ОВП -877 мВ и анолит с рН 2,5, ОВП +1198 мВ.

Растворы католита и анолита хранили в закрытой емкости при температуре 18-20°C. Растворы применяют, в частности, при переработке сахарной свеклы и в пищевой промышленности [7; прототип].

Авторы изучили стабильность показателей рН и ОВП при хранении. Установлено, что показатели изменяются в течение недели:

Таким образом, показатели при хранении в значительной степени изменяются, особенно значения ОВП. Анолит применяли для дезинфекции свекловичного сырья.

В источнике не указано: величина рН и ОВП исходных растворов до электрообработки, напряжение, плотность тока на электродах, объемы катодного и анодного пространств.

Недостатки способа:

- неполнота данных по показателям качества растворов, параметрах электрообработки;

- относительно малый срок хранения анолита со стабильными показателями рН и ОВП.

Технический результат - разработка способа получения электроактивированных водных растворов солей, позволяющего продлить срок хранения анолита, получить дополнительную информацию по процессу ЭХА, расширить ассортимент электроактивированных растворов.

Это достигается тем, что в качестве электролизера - активатора используют модифицированный вариант прибора типа «Мелеста». В качестве разбавленных растворов солей используют раствор смеси NaCl и NH₄Cl с концентрацией 1-2 г/л, причем доля NH₄C1 в смеси составляет 10-20% от суммы солей.

ЭХА ведут при силе тока от 0,3 до 1,0 А при напряжении 38-40 В при температуре 20-25°C в течение 15-20 минут. Получают анолит с рН 1,80-2,15, ОВП 1000-1100 мВ (ХСЭ) со сроком хранения при температуре 2-+6°C от 7 до 11 суток при практически постоянных величинах рН и ОВП. Католиты в процессах хранения не изменяют свои показатели рН и ОВП при хранении в течение 5-6 часов. Площадь поверхности катода и анода составляют по 5 см².

Мы полагаем, что продление срока хранения анолита связано с образованием в анолите NH₂Cl и NHCl₂, которые постепенно гидролизуются с образованием «активного» хлора, способствующего стабилизации показателей рН и ОВП.

Пример 1

Приготовляют раствор, содержащий 0,9 г/л NaCl и 0,1 г/л NH₄Cl в мерной колбе на 1 л из навесок солей и дистиллированной воды. Загружают в катодную камеру 660 мл раствора и 330 мл в анодную камеру. Подают напряжение от выпрямителя ВСА-5к 56-38 В. Процесс ЭХА проводят при силе тока 0,4-0,6 А, температуре 20-23°C в течение 20 мин.

Отключают напряжение, выливают католит и анолит и определяют рН и ОВП которые составляют:

Анолит хранят в закрытой посуде в охлажденном состоянии (+2-+6°С) в течение 11 суток, показатели pH 2,0 ОВП+1121 мВ.

Пример 2

Приготовляют раствор 0,8 г/л NaCl и 0,2 г/л NH₄Cl, как в примере 1. Загружают в электролизер и проводят ЭХА при силе тока 0,35-0,40 А, напряжении 37-38 В, температуре 19-22°C в течение 14 минут.

Получают анолит и католит следующего качества:

Анолит хранят при температуре (+2-+6°C) в течение 7 суток показатели рН 2,20, ОВП +1060 мВ.

Пример 3

Приготавливают раствор 1,8 г/л NaCl и 0,2 г/л NH₄Cl, как в примере 1. Загружают в электролизер и проводят ЭХА при силе тока 0,7-1,0 А, напряжении 38-39 В, температуре 20-22°C в течение 15 минут.

Получают анолит и католит следующего качества:

Анолит хранят при температуре (+2-+6°C) в течение 7 суток показатели рН 1,80, ОВП +1047 мВ.

В примерах 1-3 показатели рН и ОВП католита в охлажденном состоянии сохраняются около 5 часов.

Таким образом, разработан способ получения электроактивированных водных растворов солей - смеси NaCl и NH₄Cl с концентрацией 1-2 г/л с долей NH₄Cl 10-20%, позволяющий продлить срок хранения анолитов до 7-11 суток без изменения величин рН и ОВП, дополнить информацию об условиях ЭХА и расширить ассортимент электроактивированных растворов.

Источники информации

1. Бахир, В.М. Современные технические электрохимические системы для обеззараживания, очистки и активации воды. М.: ВНИИМТ, 1999, 84 с.

2. Осадченко, И.М. Технология получения электроактивированной воды, водных растворов и их применение в АПК/И.М. Осадченко, И.М. Горлов. - Волгоградское науч. изд-во, 2010. - 92 с.

3. Осадченко, И.М. Перспективный способ хранения мяса в охлажденном состоянии / И.М. Осадченко, И.Ф. Горлов, Е.Ю. Злобина, Д.В. Николаев // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2014. - №3 (113). - С. 111-114.

4. Горлов, И.Ф. Инновационный способ выращивания свиней и хранения свинины в охлажденном состоянии / И.Ф. Горлов, И.М. Осадченко, О.П. Шахбазова, Д.В. Николаев, Л.А. Сюльев // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2013. - №2. - С. 41-44.

5. Установка СТЭЛ-МТ-1. Руководство оператора с режимно-технологической картой. НПО «Экран». Москва, 1993.

6. RU 2512362 от 10.02.2014.

7. Бывальцев, В.И. и др. Свойства активированной воды и ее использование в пищевой технологии // Хранение и переработка сельхозсырья, 2008. - №7. - С. 49-53.