Результат интеллектуальной деятельности: Жидкое комплексное средство для аквариумов

Изобретение относится к аквариумистике, а именно к комплексному средству, содержащему макроэлементы и микроэлементы в хелатной форме и обеспечивающему контролируемое обогащение воды в аквариумах углекислым газом наряду с понижением показателя рН, которое может быть использовано в моделировании экосистемы в замкнутом искусственном водоёме

В последние годы появилось множество аквариумистов, для которых основным хобби стало разведение аквариумных растений и культивирование «подводных садиков». Для содержания таких аквариумов необходимо выполнение следующих требований: растения не должны мешать друг другу и должны легко уживаться вместе; условия освещенности, жесткости и кислотности воды должны подходить данным растениям; грунт не должен препятствовать циркуляции воды; не реже чем в полгода необходимо прореживать растения; растения необходимо удобрять, подкармливая минеральными добавками. Аквариумное растениеводство в наше время является неотъемлемой частью аквариумистики и необходимой составляющей для создания имитации аквабиосистем в искусственных водоемах- аквариумах. Для моделирования экосистемы в замкнутом искусственном водоёме - аквариуме где находятся растения, кораллы и т. д и рыбы, необходимо ежедневное применение макро и микроудобрений, а также средств, поддерживающих оптимальный уровень водородного показателя и углекислого газа, который стимулирует фотосинтез и способствует наращиванию зеленой массы растений.

Известно сложное удобрение полученное методом разложения апатитового концентрата азотной кислотой при использовании низкосортного фосфатного сырья, в качестве которого используют измельченный фосфорит, содержащий 24,6 мас.% Р₂O₅(фосфорит Каратау), а соотношение апатитового концентрата и низкосортного фосфатного сырья в пересчете на Р₂О₅ поддерживают в пределах (2÷7):1 [RU 2384547 C1, C05B 11/06, 20.03.2010]. Недостатком является относительно узкая область применения полученного удобрения.

Известно жидкое комплексное удобрение [RU 2268868 С2, G05F 11/02], включающее смесь из гуминового и комплексного водорастворимого минерального удобрений, причем, в качестве компонентов смеси применено жидкое гуминовое удобрение с содержанием гуминовых кислот не менее 2,6 г/л, а в качестве комплексного водорастворимого минерального удобрения - «Акварин-13» при содержании последнего в смеси в количестве не менее 0,1%, при этом жидкое гуминовое удобрение применено с показателем рН не менее 11-12 и изготовлено путем обработки гумифицированного материала щелочным раствором едкого кали, отстаивания, перемешивания суспензии, отделения жидкой фракции и введение в полученное жидкое гуминовое удобрение элементов минерального питания растений, причем обработку гумифицированного материала щелочным раствором осуществляют в соотношении 1:13-16, при этом элементы минерального питания растений вводят в виде комплексного водорастворимого минерального удобрения «Акварин-13».

Недостатком этого жидкого комплексного удобрения является относительно узкая область применения, поскольку известное удобрение не может быть эффективно использовано в качестве листостебельного водорастворимого удобрения с микроэлементами преимущественно для аквариумов.

Известно жидкое комплексное удобрение для аквариумов, включающее удобрения «ASTET МИКРО» и «ASTET МАКРО», которые используют в равных долях из расчета 2 мл/сутки каждого на 100 л объема воды в аквариуме, а также удобрение «ASTET УНИ», которое используют в период активного цветения и/или деления аквариумных растений дополнительно по 2 мл/сутки на 100 л объема воды в аквариуме. (RU 2464252 C1 Опубликовано: 20.10.2012)

Способ получения удобрения «ASTET МАКРО» включает приготовление 1,3%-ного раствора КН₂РO₄ в дистиллированной воде при температуре 50°С, приготовление 3%-ного раствора K₂SO₄ в дистиллированной воде при температуре 50°С, приготовление 1%-ного раствора лимонной кислоты в дистиллированной воде при температуре 30°С, приготовление смеси из полученных водных растворов КН₂РO₄, K₂SO₄ и лимонной кислоты с последующим смешением его с предварительно полученным 35,3%-ным раствором KNO₃ в дистиллированной воде при температуре 50°С и охлаждением смеси до 20°C с отстаиванием в течение 12 часов и фильтрацией.

Получение удобрения «ASTET УНИ» включает приготовление 14,9%-ного раствора K2SO4 в дистиллированной воде при 30°С, приготовление смеси двух растворов, первым из которых является 2%-ный раствор FeSO₄*7H₂O в дистиллированной воде при 40°C с поддержанием ее в течение 10 минут, а вторым - 0,67%-ный раствор Трилона Б в дистиллированной воде при 60°С, который вливают в 2%-ный раствор FeSO₄*7H₂O при непрерывном помешивании, после чего температуру на водяной бане поднимают до 80°С и 20 минут выдерживают с последующим охлаждением до 60°С, добавление MgSO₄*7H₂O из расчета 5 г/л в полученную смесь двух растворов с размешиванием до полного растворения и вливание в приготовленный раствор K₂SO₄ и последующим вливанием в предварительно приготовленный первого сложного раствора, который получают путем приготовления 0,5%-ного раствора Трилона Б в дистиллированной воде при 60°С, отдельное приготовление 5%-ного раствора MnSO₄*5H₂O в дистиллированной воде при 40°С и смешивание этого раствора с раствором Трилона Б, приготовление второго сложного раствора путем вливания в отдельную емкость с дистиллированной водой при температуре 60°С и последовательном растворении КН₂РO₄ из расчета 6,7 г/л, KNO₃ из расчета 133,3 г/л и Ca(NO₃)₂ из расчета 13,3 г/л и последующее вливание первого сложного раствора во второй сложный раствор с помешиванием и охлаждением до 20°С. Данное изобретение может быть использовано в качестве эффективного растительно-стеблевого удобрения преимущественно для аквариумов. Однако недостатком его является сложность приготовления, а также необходимость установки дополнительной системы подачи углекислого газа из баллона под давлением.

Из патента РФ 2379270 (МПК C05G 1/00, C05D 7/00, Опубликовано: 20.01.2010) известно жидкое комплексное удобрение с использованием азот-, фосфор- и калийсодержащих компонентов, отличающееся тем, что карбонат или гидрокарбонат калия или аммония и однозамещенный фосфат калия или аммония объединяют при мольном отношении, равном 1:0,8-2,2 соответственно и при перемешивании вводят в воду непосредственно перед поливом растений. Удобрение позволяет увеличивать скорость наращивания зеленой массы растений за счет выделения углекислого газа. Кроме того, действующим веществом является фосфат аммония-калия, который образуется непосредственно при смешении и более активно воздействует на метаболизм растений. Удобрение особенно эффективно при применении в теплицах. Недостатком является то, что оно не предназначено для аквариумов.

Из патента GB1010773 (опубликовано 1965-11-24) известна композиция водорастворимого удобрения NPK, которая содержит шипучий материал, выделяющий газ при контакте с водой, тем самым облегчая растворение удобрения в воде. Композиция может содержать 20-80% компонентов удобрения и 80-20% шипучего материала. Компоненты удобрения могут включать мочевину, калий, натрий, магний, марганец, бор, хлорид, сульфат и фосфат. Шипучий материал может содержать карбонат или бикарбонат натрия или калия и винную кислоту. Композиция может также содержать аравийскую камедь, тальк и крахмал. Композиция может быть в форме таблетки, бруска, блока или брикета. Недостатком является необходимость использования карбонат или бикарбонат натрия или калия, а также назначение – только для облегчения растворения удобрения в воде, но не для использования в аквариумистике.

Задача изобретения заключается в разработке эффективного комплексного средства для аквариумов, обеспечивающего стимуляцию роста растений за счет подкормки аквариумных растений одновременно с контролируемым обогащением воды в аквариумах углекислым газом наряду с понижением показателя рН.

Технический результат заключается в том, что заявленное комплексное средство для аквариумов, содержащее макроэлементы и микроэлементы в хелатной форме в сочетании с 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовой кислотой, обеспечивает улучшение доступа макроэлементов и микроэлементов к растениям за счет обогащения воды аквариума углекислым газом и понижения показателя рН. В результате применения средства исключается необходимость приобретения и установки оборудования подачи в аквариум углекислого газа под давлением.

Задача решается предложенным составом, включающим следующие ингридиенты в масс%:

Моногидрат сульфата марганца II - 0,0051- 2,4 ;

Гептагидрат сульфата цинка II - 0,001- 0,5 ;

Гексагидрат хлорида кобальта II – 0,004 - 0,2 ;

Пентагидрат сульфата меди II - 0,004 - 0,2;

Этилендиаминтетраацетат натрия – 0,020 – 9,5;

Гептагидрат сульфата магния – 0,18 – 5,0 ;

Диэтилентриаминпентаацетат железа III – 0,059 – 2,8;

Калий хлористый – 0,056 – 5,0;

Борная кислота - 0,001 - 4,0;

Молибдат аммония – 0,001 – 0,9;

3-гидрокси-3-карбоксипентандиовая кислота – 5,0 — 45;

Вода – до 100,

Для получения состава сначала готовят водный раствор моногидрата сульфата марганца II, гептагидрата сульфата цинка II, гексагидрата хлорида кобальта II, пентагидрата сульфата меди II и этилендиаминтетраацетата натрия; далее полученный раствор термостатируют при температуре 50°С в течение 30 минут с последующим охлаждением, после чего нейтрализуют выделившиеся серную и соляную кислоты путем добавления щелочи до нейтральной среды, после чего вносят дополнительно в заявленных количествах гептагидрат сульфата магния, диэтилентриаминпентаацетат железа III, калий хлористый, борную кислоту, молибдат аммония, 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовую кислоту и перемешивают в течение не менее 30 минут.

В заявленном составе жидкого комплексного средства для аквариумов ингридиенты добавляют в следующих целях:

- этилендиаминтетраацетат натрия используется как комплексообразователь для получения макроэлементов и микроэлементов в хелатной форме.

- макроэлементы калий и магний положительно влияют на фотосинтез, без которого невозможно развитие растений, регулируют рост вегетативной массы, активизируют рост корневой системы, усиливают образование сахаров и их передвижение их по тканям растений;

- микроэлементы железо, медь, цинк, марганец, кобальт, молибден, бор участвуют в процессах синтеза белков, углеводов, жиров, витаминов.

Неожиданно было обнаружено, что 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовой кислоты в указанных концентрациях от 5,0 до 45 мас% , помимо того, что это соединение как комплексообразователь образует хелатные комплексы с ионами кальция, магния, меди, железа и другими элементами, одновременно выполняет функцию обогащения воды углекислым газом, что улучшает доступ макроэлементов и микроэлементов к растениям, а также снижает кислотность раствора до оптимального уровня рН =7,0-7,2. Известно, что оптимальный показатель рН в аквариуме составляет диапазон от 5 до 10 единиц. Но все живое в аквариуме (рыбки, растительность) комфортно чувствует себя в воде, кислотно-щелочной баланс которой находится в пределах 6,8 – 7,2. Данный интервал обеспечивает максимальную доступность элементов питания – первоочередного условия для полноценного роста и успешного размножения живых организмов.

Новизна и изобретательский уровень заявленного способа заключается в том, что из уровня техники неизвестна совокупность существенных признаков, заявленного комплексного средства для аквариумов, улучшающего доступ макроэлементов и микроэлементов к растениям за счет обогащения воды аквариума углекислым газом и понижения показателя рН.

Примеры осуществления изобретения.

Пример 1. Приготовление контрольного состава без 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовой кислоты.

Готовят навески ингридиентов в масс%:

1. Калий хлористый – 0,056;

2. Гептагидрат сульфата магния – 0,18;

3. Диэтиленртриаминпентаацетат железа III – 0,059 ;

4. Моногидрат сульфата марганца II - 0,005;

5. Борная кислота - 0,001 %;

6. Гептагидрат сульфата цинка II - 0,001;

7. Молибдат аммония – 0,001;

8. Гексагидрат хлорида кобальта II – 0,004;

9. Пентагидрат сульфата меди II - 0,004;

10. Этилендиаминтетраацетат натрия – 0,042;

11. Вода – до 100 %.

В колбу объемом 1200 мл загружают: пентагидрат сульфата меди II 0,04 г; гептагидрат сульфата цинка II - 0,01 г; моногидрат сульфата марганца II - 0,05 г; гексагидрат хлорида кобальта II – 0,04 г; этилендиаминтетраацетат натрия – 0,42 г , воды дистиллированной 996,47 г, термостатируют при температуре 50°С в течение 30 минут. После охлаждения для нейтрализации выделившихся серной и соляной кислот добавляют КОН до нейтральной среды. Затем вносят калий хлористый – 0,56 г; борную кислоту - 0,01 г; молибдат аммония – 0,01 г. гептагидрат сульфата магния – 1,8, диэтилентриаминпентаацетат железа III – 0,59 Процесс перемешивания ведут в течение 30 минут.

Пример 2. Способ приготовления состава, включающего 5,0 % 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовой кислоты.

Готовят навески ингридиентов в масс%:

1. Калий хлористый – 5,00 ;

2. Гептагидрат сульфата магния – 5,00;

3. Диэтиленртриаминпентаацетат железа III – 2,80;

4. Моногидрат сульфата марганца II - 2,40 ;

5. Борная кислота – 4,00;

6. Гептагидрат сульфата цинка II - 0,101;

7. Молибдат аммония – 0,181;

8. Гексагидрат хлорида кобальта II – 0,043;

9. Пентагидрат сульфата меди II - 0,043;

10. Этилендиаминтетраацетат натрия – 2,014;

11. 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовая кислота – 5,0;

12. Вода – до 100 %.

В колбу объемом 1200 мл загружают: пентагидрат сульфата меди II 0,43 г; гептагидрат сульфата цинка II — 1,01 г; моногидрат сульфата марганца II — 24,00 г; гексагидрат хлорида кобальта II – 0,43 г; этилендиаминтетраацетат натрия – 20,14 г , воды дистиллированной 734,18 г, термостатируют при температуре 50°С в течение 30 минут. После охлаждения для нейтрализации выделившихся серной и соляной кислот добавляют NaОН до нейтральной среды. Затем вносят калий хлористый – 50,00 г; борную кислоту — 40,00 г; молибдат аммония – 1,81 г., гептагидрат сульфата магния – 50,00, диэтилентриаминпентаацетат железа III – 28,00, 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовую кислоту в количестве 50,00 г. Процесс перемешивания ведут в течение 30 минут.

Пример 3. Способ приготовления состава, включающего 15,0 % 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовой кислоты.

Готовят навески ингридиентов в масс%:

1. Калий хлористый – 2,034;

2. Гептагидрат сульфата магния – 2,108;

3. Диэтилентриаминпентаацетат железа III – 1,155;

4. Моногидрат сульфата марганца II - 0,963;

5. Борная кислота - 1,601;

6. Гептагидрат сульфата цинка II - 0,201;

7. Молибдат аммония – 0,361;

8. Гексагидрат хлорида кобальта II – 0,082;

9. Пентагидрат сульфата меди II - 0,082;

10. Этилендиаминтетраацетат натрия – 3,985;

11. 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовая кислота – 15,0;

12. Вода – до 100 %.

В колбу объемом 1200 мл загружают: пентагидрат сульфата меди II 0,82 г; гептагидрат сульфата цинка II - 2,01 г; моногидрат сульфата марганца II — 9,63 г; гексагидрат хлорида кобальта II – 0,82 г; этилендиаминтетраацетат натрия – 39,85 г , воды дистиллированной 725,1 г, термостатируют при температуре 50°С в течение 30 минут. После охлаждения для нейтрализации выделившихся серной и соляной кислот добавляют КОН до нейтральной среды. Затем вносят калий хлористый – 20,34 г; борную кислоту — 16,01 г; молибдат аммония – 3,61 г. гептагидрат сульфата магния – 21,08 диэтилентриаминпентаацетат железа III – 11,55, 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовую кислоту в количестве 150,00 г. Процесс перемешивания ведут в течение 30 минут.

Пример 4. Способ приготовления состава, включающего 25,0 % 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовой кислоты.

Готовят навески ингридиентов в масс%:

1. Калий хлористый – 3,022%;

2. Гептагидрат сульфата магния – 3,072;

3. Диэтилентриаминпентаацетат железа III – 1,704;

4. Моногидрат сульфата марганца II - 1,442;

5. Борная кислота - 2,400;

6. Гептагидрат сульфата цинка II - 0,300;

7. Молибдат аммония – 0,540;

8. Гексагидрат хлорида кобальта II – 0,122;

9. Пентагидрат сульфата меди II - 0,122;

10. Этилендиаминтетраацетат натрия – 5,957;

11. 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовая кислота – 25,00

12. Вода – до 100 %.

В колбу объемом 1200 мл загружают: пентагидрат сульфата меди II 1,22 г; гептагидрат сульфата цинка II - 3,00 г; моногидрат сульфата марганца II — 14,42 г; гексагидрат хлорида кобальта II – 1,22 г; этилендиаминтетраацетат натрия – 59,57 г , воды дистиллированной 563,19 г, термостатируют при температуре 50°С в течение 30 минут. После охлаждения для нейтрализации выделившихся серной и соляной кислот добавляют NaОН до нейтральной среды. Затем вносят калий хлористый – 30,22 г; борную кислоту — 24,00 г; молибдат аммония – 5,4 г. гептагидрат сульфата магния – 30,72, диэтилентриаминпентаацетат железа III – 17,04, 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовую кислоту в количестве 250,00 г. Процесс перемешивания ведут в течение 30 минут.

Пример 5. Способ приготовления состава, включающего 35,0 % 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовой кислоты.

Готовят навески ингридиентов в масс%:

1. Калий хлористый – 4,011;

2. Гептагидрат сульфата магния – 4,036;

3. Диэтилентриаминпентаацетат железа III – 2,252;

4. Моногидрат сульфата марганца II - 1,921;

5. Борная кислота - 3,200;

6. Гептагидрат сульфата цинка II - 0,400;

7. Молибдат аммония – 0,720;

8. Гексагидрат хлорида кобальта II – 0,161;

9. Пентагидрат сульфата меди II - 0,161;

10. Этилендиаминтетраацетат натрия – 7,928;

11. 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовая кислота – 35,0;

12. Вода – до 100 %.

В колбу объемом 1200 мл загружают: пентагидрат сульфата меди II 1,61 г; гептагидрат сульфата цинка II - 4,00 г; моногидрат сульфата марганца II — 19,21 г; гексагидрат хлорида кобальта II – 1,61 г; этилендиаминтетраацетат натрия – 79,28 г , воды дистиллированной 473,452 г, термостатируют при температуре 50°С в течение 30 минут. После охлаждения для нейтрализации выделившихся серной и соляной кислот добавляют NaОН до нейтральной среды. Затем вносят калий хлористый – 40,11 г; борную кислоту — 32,00 г; молибдат аммония – 7,2 г. гептагидрат сульфата магния – 40,36, диэтилентриаминпентаацетат железа III – 22,52, 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовую кислоту в количестве 350,00 г. Процесс перемешивания ведут в течение 30 минут.

Пример 6. Способ приготовления состава включающего 45,0 % 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовой кислоты.

Готовят навески ингридиентов в масс%:

1. Калий хлористый – 1,0448;

2. Гептагидрат сульфата магния – 1,144;

3. Диэтилентриаминпентаацетат железа III – 0,6072;

4. Моногидрат сульфата марганца II - 0,484;

5. Борная кислота - 0,801;

6. Гептагидрат сульфата цинка II - 0,500;

7. Молибдат аммония – 0,900;

8. Гексагидрат хлорида кобальта II – 0,200;

9. Пентагидрат сульфата меди II - 0,200;

10. Этилендиаминтетраацетат натрия – 9,500;

11. 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовая кислота – 45,00;

12. Вода – до 100 %.

В колбу объемом 1200 мл загружают: пентагидрат сульфата меди II 2,0 г; гептагидрат сульфата цинка II — 5,0 г; моногидрат сульфата марганца II — 4,84 г; гексагидрат хлорида кобальта II – 2,0 г; этилендиаминтетраацетат натрия – 95,0 г , воды дистиллированной 603,81 г, термостатируют при температуре 50°С в течение 30 минут. После охлаждения для нейтрализации выделившихся серной и соляной кислот добавляют NaОН до нейтральной среды. Затем вносят калий хлористый – 10,45 г; борную кислоту — 8,01 г; молибдат аммония – 9,0 г. гептагидрат сульфата магния – 11,44, диэтилентриаминпентаацетат железа III – 6,07, 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовую кислоту в количестве 450,00 г. Процесс перемешивания ведут в течение 30 минут.

Пример 7.

Подтверждение того, что вода в аквариуме при использовании заявленного средства насыщается углекислым газом. Качественная и количественная оценка.

Для качественной оценки наличия углекислого газа в воде аквариума использовали прибор с индикаторной жидкостью, представляющий изогнутую колбу, имеющую с одной стороны утолщение, а с другой стороны отверстие. Утолщение было заполнено раствором бромтимолового синего индикатора, отверстие погружалось в воду. При этом между толщей воды и раствором с индикаторной жидкостью образовывалась воздушная камера.

Сущность метода: углекислый газ, растворенный в воде, диффундирует в воздушную камеру прибора, а затем попадает в раствор с индикаторной жидкостью, изменяя его окраску. По интенсивности изменения окраски индикатора качественно оценивали выделение углекислого газа по следующему критерию: при выделении углекислого газа он желтеет, при его поглощении раствор становится зеленым или синим. (интернет-источник https://fb.ru/article/449581/bromtimolovyiy-siniy-opisanie-i-primenenie)

Количественную оценку углекислого газа в водной среде аквариума определяли при помощи датчика СО₂ фирмы BESKONTA, принцип действия которого основан на оптической технологии NDIR (англ. nondispersive infrared sensor).

Были поставлены серии опытов в аквариумах Third: объем воды - 54 л, карбонатная жесткость воды– 10°dKH, световой режим - 8 часов в день при интенсивности освещения 0,8 Вт на 1 л воды, температурный режим 23-25°C с внесением средств, полученных по примерам 1-6, в количестве 1мл в одно и тоже время в 11:00 дня. Проведена качественная и количественная оценка содержания углекислого газа в водной среде аквариума с растениями в течении одной недели, усредненные результаты приведены в Таблице.

Результаты семидневных экспериментов использования жидкого комплексного средства по примерам 2-6 в сравнении с примером 1.

* - композиция при содержании более 40% 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовой кислоты не стабильна: при хранении ниже комнатной температуры, может образовываться осадок.

Как видно из таблицы, уже при добавлении 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовой кислоты в количестве 5 масс%, увеличивается содержание углекислого газа в воде аквариума. Значимое увеличение СО₂ и оптимальное значение рН наблюдается при содержании 3-гидрокси-3-карбоксипентандиовой кислоты в количестве свыше 15 масс%.

Приведенные примеры подтверждают решение поставленной задачи по созданию комплексного средства, предназначенного для обогащения воды в аквариумах углекислым газом, что позволяет одновременно улучшить доступ микроэлементов и макроэлементов к растениям и понизить показатель рН до оптимального значения, который обеспечивает максимальную доступность элементов питания – первоочередного условия для полноценного роста и успешного размножения живых организмов. Повышение концентрации углекислого газа при применении средства исключает приобретение и установку оборудование подачи углекислого газа под давлением.