Метод за получаване на биогел и биогел
Собственици на патент RU 2533235:
Изобретението се отнася до метод за получаване на биогел, който представлява водно-торфен гел с размер на частиците на диспергиран торф не повече от 40-60 nm. Споменатият метод се състои в това, че торфът в смес с вода се зарежда в дисперсионна камера, след това дисперсионната камера се запечатва, върху нея се прилага статично налягане от 5-7 atm и съдържанието на камерата се обработва с ултразвукови вибрации с плътност на звука най-малко 50 W/cm 2, осигурявайки за предварително определено време звуковото налягане върху сместа от торф с вода, превишаващо статичното налягане с 2-3 пъти. Изобретението се отнася и до биогел, получен по този метод. Заявеното изобретение осигурява производството на водно-торфен биогел с наноразмерни частици, в който полезните вещества не губят своята ефективност. 2 п. и 2 з.п. летя.
Областта на технологията, към която принадлежи изобретението
Това изобретение се отнася до техника за производство на биогел на основата на торф, който биогел има най-широко приложение.
В момента има различни методи за получаване на биогел, включително от торф. Всички тези методи включват смилане на торфени частици.
Общ недостатък на всички известни методи за производство на биогел е, че полученият биогел има размер на частиците от порядъка на микрометри, в резултат на което използването на такъв биогел е много ограничено, т.к. колкото по-малък е размерът на частиците на биогела, толкова по-висока е неговата ефективност като лекарство и (или) козметично средство.
Целта на това изобретение е да разшири арсенала от съществуващи технически средства чрез разработване на такъв метод за получаване на биогел, с който е възможно да се получи биогел с наноразмерни частици. Това позволяваосигуряват много по-широко приложение на такъв биогел.
За решаване на проблема и постигане на посочения технически резултат в първия обект на настоящото изобретение се предлага метод за получаване на биогел, който представлява водно-торфен гел с размер на частиците на диспергиран торф не повече от 40-60 nm, който се състои в следното: торфът се зарежда със съдържание на влага 60-80% в смес с вода при съотношение на торф към вода от 1:1,5 до 1:3,5; запечатване на дисперсионната камера; в запечатаната дисперсионна камера се подава статично налягане от 5-7 atm; съдържанието на дисперсионната камера се обработва с ултразвукови вибрации с плътност на звука най-малко 50 W/cm2, осигуряващи за предварително определено време звуково налягане върху споменатата смес от торф с вода, превишаващо статичното налягане 2-3 пъти.
Характеристика на метода съгласно настоящото изобретение е, че честотата на ултразвуковите вибрации може да се регулира в диапазона от 15-30 kHz с едновременно регулиране на статичното налягане за надеждно диспергиране на торфените частици до определените размери.
В този случай честотата на ултразвуковите вибрации може да се регулира в следния режим: първоначална експозиция в диапазона 15-20 kHz за 4-6 минути и крайна експозиция в диапазона 20-30 kHz за 4-6 минути.
Във втория обект на настоящото изобретение се предлага биогел, който е водно-торфен гел с размер на частиците на диспергиран торф 40-60 nm, получен по метода съгласно първия обект на настоящото изобретение.
Подробно описание на изобретението
Преди да се опише предложеният метод, трябва да се спрем по-подробно на изходния материал, който се използва в този метод за получаване на биогел.
Торфът екапилярно вещество, което трудно се диспергира. При механично смилане на торф минималният достижим размер на частиците е около 100 микрона. Опитите за механично раздробяване на торф на по-малки частици, например с помощта на вибрационно или газоструйно устройство, водят до размазване на торфа по повърхността на такова механично устройство.
По правило торфът има известно съдържание на влага. За използване в процеса на настоящото изобретение съдържанието на влага в торфа може да варира от 60% до 80%, въпреки че вариациите в двете страни са напълно приемливи.
Методът съгласно настоящото изобретение се реализира в устройства, които представляват запечатана дисперсионна камера, в която изходният материал (торф с дадено съдържание на влага) се зарежда в смес с определен обем вода и след това се създава статично налягане с дадена стойност от помпа. След това съдържанието на херметизираната дисперсионна камера се облъчва с ултразвук, чийто източник може да бъде или известен на специалистите магнитострикционен преобразувател, разположен например под дъното на камерата, или магнитоакустичен генератор, при който цилиндричната стена на камерата вибрира под действието на индуцирани в нея вихрови токове (виж български патент № 2490317). Всяка от тези обработки причинява образуването на кавитационни мехурчета в сместа торф-вода с последващото им свиване. Известно е (вж. Ултразвук. Малка енциклопедия. Главен изд. И. П. Голямина. - М .: Съветска енциклопедия, 1979. - 400 с.), че колабиращият кавитационен балон е способен да диспергира твърди частици, чиито размери са по-големи от собствения му максимален размер. По този начин, поради подходящия избор на параметри в метода съгласно настоящото изобретение, смиланетоторфени частици до стойности от порядъка на десетки нанометри.
Методът от настоящото изобретение се осъществява както следва. Торфът с определена влажност се смесва с вода в съотношение от 1:1,5 до 1:3,5. Получената торфено-водна смес се зарежда в дисперсионната камера, която след зареждането се запечатва и след това чрез помпа към нея се подава статично налягане от около 5-7 атмосфери. След това се включва генераторът, свързан с ултразвуков преобразувател, който произвежда ултразвуков сигнал с честота около 15-20 kHz и с амплитуда, осигуряваща звуково налягане в торфено-водната смес, приблизително два или три пъти по-високо от статичното налягане в дисперсионната камера. Такава ултразвукова обработка на водно-торфената смес се извършва за около 4-6 минути.
Тъй като размерът на торфените частици намалява по време на процеса на кавитация, протичащ в дисперсионната камера, размерът на получените кавитационни мехурчета трябва да бъде съответно намален. Максималният размер на мехурчето зависи от времето на растежа му, а оттам и от честотата на сондиране. Следователно, за по-фино разпръскване на торфените частици в следващите 4-6 минути, обработката може да се извърши при по-висока честота (20-30 kHz). По принцип честотата на ултразвука може постепенно да се увеличава по време на цялата обработка на заредената част от торфено-водната смес, тогава крайният размер на торфените частици ще бъде от порядъка на 40-60 nm.
Необходимо е само да се има предвид, че намаляването на времето за растеж на кавитационен мехур намалява кинетичната енергия на течните потоци, които възникват по време на колапса му и разрушават торфените частици. Следователно, за да се поддържа динамиката на дисперсията, статичното налягане в дисперсионната камера трябва да се увеличи до 7-10 атмосфери с увеличаване на честотата на ултразвуковите вибрации.
В случай, когато разглежданият ултразвуковобработката се извършва с помощта на магнитоакустично устройство, в което ултразвуковите вибрации се възбуждат от вибрациите на тънката стена на дисперсионната камера, площта на излъчващата повърхност става много по-голяма, отколкото при използване на магнитострикционен преобразувател. Поради това значително се повишава ефективността на процеса и се намалява времето за диспергиране на единица маса водонаситен торф.
По този начин настоящото изобретение дава възможност да се получи биогел от смес торф-вода, в която полезните вещества не губят своята ефективност, т.к. методът от настоящото изобретение осигурява производството на диспергирани торфени частици с размери от порядъка на 40-60 nm и не използва никаква химическа или термична обработка.
1. Метод за получаване на биогел, който представлява водно-торфен гел с размер на частиците на диспергиран торф не повече от 40-60 nm, който се състои в следното: - торф със съдържание на влага 60-80% смесен с вода се зарежда в дисперсионната камера при съотношение на торф към вода в диапазона от 1:1,5 до 1:3,5; - споменатата дисперсия сионната камера е запечатана; запечатана дисперсионна камера със статично налягане от 5-7 atm; - съдържанието на споменатата дисперсионна камера се обработва с ултразвукови вибрации с плътност на звука най-малко 50 W/cm 2, осигурявайки за предварително определено време звуково налягане върху споменатата смес от торф с вода, надвишаващо споменатото статично налягане 2-3 пъти.
2. Метод съгласно претенция 1, при който честотата на споменатите ултразвукови вибрации се регулира в диапазона 15-30 kHz с едновременно регулиране на статичното налягане за надеждно диспергиране на частиците от споменатия торф до посочените размери.
3. Метод съгласно претенция 2, при който споменатият контрол на честотатаултразвуковите вибрации се извършват в следния режим: първоначална експозиция в диапазона 15-20 kHz за 4-6 минути и крайна експозиция в диапазона 20-30 kHz за 4-6 минути.
4. Биогел, който е водно-торфен гел с размер на частиците на диспергиран торф не повече от 40-60 nm, получен по метода съгласно всяка една от претенции 1-3.