Спосіб отримання біогеля та біогель
Власники патенту UA 2533235:
Винахід відноситься до способу отримання біогеля, що є водоторф'яним гель з розмірами частинок диспергованого торфу не більше 40-60 нм. Зазначений спосіб полягає в тому, що торф у суміші з водою завантажують в диспергаційну камеру, потім диспергаційну камеру герметизують, подають у неї статичний тиск в 5-7 атм і обробляють вміст камери ультразвуковими коливаннями з щільністю озвучування не менше 50 Вт/см 2 протягом заздалегідь заданого часу звуковий тиск на суміш торфу з водою, що перевищує статичний тиск у 2-3 рази. Також винахід відноситься до біогелю, отриманого вказаним способом. Заявлений винахід забезпечує отримання водоторф'яного біогеля з нанорозмірними частинками, в якому корисні речовини не втрачають своєї ефективності. 2 зв. та 2 з.п. ф-ли.
Область техніки, до якої належить винахід
Даний винахід відноситься до техніки отримання біогеля на основі торфу, який біогель має найширше застосування.
В даний час відомі різні способи одержання біогеля, у тому числі з торфу. Всі ці способи включають подрібнення частинок торфу.
Загальний недолік всіх відомих способів одержання біогеля полягає в тому, що одержуваний біогель має розмір частинок порядку мікрометрів, внаслідок чого застосування такого біогеля дуже обмежене, тому що ця гібридна біогеля має велике значення. чим менші розміри частинок біогеля, тим вища його ефективність як лікарський та (або) косметичний засіб.
Завданням даного винаходу є розширення арсеналу існуючих технічних засобів за рахунок розробки такого способу отримання біогеля, за допомогою якого можна отримувати біогель з нанорозмірними частинками. Це дозволяєзабезпечити значно ширше застосування такого біогеля.
Для вирішення поставленої задачі та досягнення зазначеного технічного результату в першому об'єкті цього винаходу запропоновано спосіб отримання біогеля, що представляє собою водоторф'яний гель з розмірами частинок диспергованого торфу не більше 40-60 нм, що полягає в тому, що: завантажують вологістю торф 60-80% в суміші з водою при співвідношенні торфу до води не більше від 1:1,5 до 1:3,5; герметизують диспергаційну камеру; подають у герметизовану диспергаційну камеру статичний тиск 5-7 атм; обробляють вміст диспергаційної камери ультразвуковими коливаннями з щільністю озвучування не менше 50 Вт/см 2 , що забезпечують протягом заздалегідь заданого часу звуковий тиск на згадану суміш торфу з водою, що перевищує статичний тиск у 2-3 рази.
Особливість способу даного винаходу полягає в тому, що частоту ультразвукових коливань можуть регулювати в діапазоні 15-30 кГц з одночасним регулюванням статичного тиску для надійної диспергації частинок торфу до зазначених розмірів.
При цьому регулювання частоти ультразвукових коливань можуть здійснювати в режимі початковий вплив в діапазоні 15-20 кГц протягом 4-6 хвилин і кінцевий вплив в діапазоні 20-30 кГц протягом 4-6 хвилин.
У другому об'єкті цього винаходу запропоновано біогель, що являє собою водоторф'яний гель з розмірами частинок диспергованого торфу 40-60 нм, отриманий способом першого об'єкта цього винаходу.
Детальний опис винаходу
Перш ніж описувати запропонований спосіб, слід докладніше зупинитися на тому вихідному матеріалі, який використовується для отримання біогеля.
Торф єкапілярна речовина, яка важко піддається диспергуванню. При механічному подрібненні торфу мінімально досяжний розмір часток становить близько 100 мкм. Спроби механічного дроблення торфу на дрібніші частинки, наприклад, за допомогою вібраційного або газоструминного пристрою призводять до розмазування торфу поверхнею такого механічного пристрою.
Як правило, торф має певну вологість. Для використання в способі даного винаходу вологість торфу може знаходитися в межах від 60 до 80%, хоча цілком допустимі її відхилення в будь-який бік.
Спосіб по справжньому винаходу реалізується в пристроях, що являють собою герметизовану диспергаційну камеру, в яку завантажується вихідний матеріал (торф заданої вологості) у суміші із заданим об'ємом води, а потім створюється насосом статичний тиск заданої величини. Після цього вміст герметизованої диспергаційної камери піддається впливу ультразвуку, джерелом якого може бути як відомий фахівцям магнітострикційний перетворювач, розташований, скажімо, під днищем камери, так і магнітоакустичний генератор, в якому циліндрична стінка камери вібрує під дією наведених в ній. Україна №2490317). Кожна з цих обробок викликає утворення в торфоводяній суміші кавітаційних бульбашок зі своїм наступним схлопыванием. Відомо (див. Ультразвук. Маленька енциклопедія. Глав. ред. І.П. Голяміна. - М.: Радянська енциклопедія, 1979. - 400 с.), що кавітаційний пляшечка, що схлопується, здатний диспергувати тверді частинки, розміри яких більше його власного . Таким чином, за рахунок відповідного вибору параметрів способу по справжньому винаходу забезпечується подрібнення торф'янихчастинок до величин десятків нанометрів.
Спосіб даного винаходу здійснюється наступним чином. Торф заданої вологості поєднується з водою в пропорції від 1:1,5 до 1:3,5. Отримана торфоводяна суміш завантажується в диспергаційну камеру, яка після завантаження герметизується, а потім насосом подається статичний тиск порядку 5-7 атмосфер. Далі включається генератор, підключений до ультразвукового перетворювача, що видає ультразвуковий сигнал з частотою порядку 15-20 кГц і з амплітудою, що забезпечує звуковий тиск у торфоводяній суміші, що приблизно вдвічі або втричі перевищує статичний тиск у диспергаційній камері. Така ультразвукова обробка водоторф'яної суміші проводиться протягом 4-6 хвилин.
Оскільки в процесі кавітації, що відбувається в диспергаційній камері, розміри торф'яних частинок зменшуються відповідно слід зменшувати і розмір кавітаційних бульбашок, що виникають. Максимальний розмір бульбашки залежить від часу його зростання, а від частоти озвучування. Тому для тоншої диспергації частинок торфу в наступні 4-6 хвилин обробку можна проводити на вищій частоті (20-30 кГц). В принципі, частоту ультразвуку можна плавно збільшувати протягом усієї обробки завантаженої порції торфоводяної суміші, тоді кінцеві розміри частинок торфу будуть близько 40-60 нм.
Потрібно лише пам'ятати, що зменшення часу зростання кавітаційного бульбашки знижує кінетичну енергію що виникають за його колапсі потоків рідини, руйнують частки торфу. Тому для підтримки динаміки диспергації статичний тиск у диспергаційній камері слід підвищити до 7-10 атмосфер у разі підвищення частоти ультразвукових коливань.
У тому випадку, коли розглянуту ультразвукову обробкупроводять з допомогою магнітоакустичного пристрою, в якому ультразвукові коливання збуджуються за рахунок вібрації тонкої стінки диспергаційної камери, площа поверхні, що випромінює, стає набагато більше, ніж при використанні магнітострикційного перетворювача. Тому значно збільшується ефективність процесу та скорочується час диспергації одиниці маси водонасиченого торфу.
Таким чином, даний винахід дозволяє отримувати з торфоводяної суміші біогель, в якому корисні речовини не втрачають ефективності, т.к. спосіб даного винаходу забезпечує отримання диспергованих частинок торфу з розмірами порядку 40-60 нм і не використовує ніякої хімічної або температурної обробки.
1. Спосіб отримання біогеля, що являє собою водоторф'яний гель з розмірами частинок диспергованого торфу не більше 40-60 нм, полягає в тому, що: - завантажують в диспергаційну камеру торф вологістю 60-80% в суміші з водою при співвідношенні торфу до воді в межах від 1:1,5 до 1:3,5; - герметизують згадану диспергаційну камеру; - подають у герметизовану диспергаційну камеру статичний тиск 5-7 атм; - обробляють вміст згаданої диспергаційної камери ультразвуковими коливаннями із щільністю озвучування не менше 50 Вт/см 2 , що забезпечують протягом заздалегідь заданого часу звуковий тиск на згадану суміш торфу з водою, що перевищує згаданий статичний тиск у 2-3 рази.
2. Спосіб за п.1, в якому регулюють частоту згаданих ультразвукових коливань в діапазоні 15-30 кГц з одночасним регулюванням статичного тиску для надійної диспергації частинок згаданого торфу до згаданих розмірів.
3. Спосіб за п.2, в якому згадане регулювання частоти ультразвуковихколивань здійснюють у режимі: початкова дія в діапазоні 15-20 кГц протягом 4-6 хвилин і кінцева дія в діапазоні 20-30 кГц протягом 4-6 хвилин.
4. Біогель, що є водоторф'яним гель з розмірами частинок диспергованого торфу не більше 40-60 нм, отриманий способом за будь-яким з пп.1-3.