способ получения воды, обогащенной кремнием

Формула изобретения

Способ получения воды, обогащенной кремнием, с содержанием кремния 1,4-2,5 г/л, заключающийся в смешении питьевой воды при перемешивании в течение 10-12 ч при комнатной температуре высокочистыми диоксидами кремния (кремнеземами): либо торговой марки «Экосил-мелур-3», эмпирическая формула SiO₂, представляющим собой белый порошок с размером частиц 0,125-0,315 мм, с насыпным удельным весом 1,20 г/см³, истинным удельным весом 1,87 г/см ³, с массовой долей SiO₂ 99,7%, или специально синтезированным гидролизом тетраэтоксисилана, тонкодисперсным, аморфным диоксидом кремния, эмпирическая формула SiO₂ с насыпным удельным весом 0,364 г/см³, истинным удельным весом 1,75 г/см³ и степенью чистоты 99,1% и последующей фильтрацией полученного раствора для удаления остаточного количества диоксида кремния.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химии биогенных элементов - элементов, которые необходимы организму для построения и жизнедеятельности его клеток и органов. По концентрации элементов в организме биогенные элементы делят на 1) макробиоэлементы; 2) микроэлементы; 3) ультрамикробиоэлементы. Кремний - один из важнейших микроэлементов, входящий в состав человеческого организма. Нормальное его содержание в организме - естественный ключ к здоровью человека. Результатом предлагаемого изобретения является разработка простой в исполнении и эффективной методики получения воды, обогащенной кремнием, для использования ее в лечебно-профилактических целях.

В двадцатых годах прошлого века академик В.И.Вернадский постулировал: «Никакой организм не может существовать без кремния». В семидесятых годах двадцатого века Нобелевский комитет полностью подтвердил этот тезис, признав кремний «элементом жизни». Роль кремния для жизнедеятельности живых организмов и, главным образом, человека всесторонне освещена в трудах одного из авторов предлагаемого изобретения [М.Г.Воронков, Г.И.Зелчан, Э.Я.Лукевиц «Кремний и жизнь», Изд. «Зинатне», Рига, 1977 г., с.588; М.Г.Воронков, И.Г.Кузнецов «Удивительный элемент жизни», Вост.-Сиб. кн. изд., Иркутск, 1983 г., с.108; М.Г.Воронков, И.Г.Кузнецов «Кремний в живой природе», Изд. «Наука», Сибирское Отделение, Новосибирск, 1984 г., с.160]. Серьезные научные исследования о значении кремния для здоровья людей освещены также в ряде других монографий (например, В.В.Кривенко, А.В.Хмелевская, Г.П.Потебня «Литотерапия. Лечение минералами» М., Изд. Педагогика-Пресс, 1994 г., 224 с.; Э.Михеева «Целительные свойства кремния» СПб., Изд.: Невский проспект, 2002 г., 128 с.).

Кремний присутствует во всех тканях и органах млекопитающих. В человеческом организме он в первую очередь необходим для формирования основного вещества кости и хряща, хотя принимает и непосредственное участие в процессе минерализации костной ткани. При переломах костей концентрация кремния в пораженных местах увеличивается в 50 раз. Кремний активно участвует в функционировании свертывающей системы крови. Он необходим для построения эпителиальных и нервных клеток. Он защищает интиму аорты от инфильтрации липидами и, тем самым, предохраняет организм от развития атеросклероза. В моче кремний образует защитные коллоиды, препятствующие кристаллизации некоторых минеральных компонентов и, тем самым, предохраняет организм от развития мочекаменной болезни.

Нормальное содержание кремния в человеческом организме 1-1.5 г (мышечная ткань человека содержит кремния 1-2·10^-2%, костная ткань 17·10^-4%, а кровь 3.9 мг/л).

Суточная потребность в кремнии у взрослого человека 20-30 мг. Для беременных женщин, кормящих матерей и растущих детей до 11 лет суточная потребность в этом элементе в пять раз выше.

Недостаток кремния в организме вызывает выпадение волос, приводит к размягчению и болезням суставов, рожистому воспалению кожи, заболеванию соединительной ткани и глазного хрусталика, силикозному малокровию. Симптомами «кремниевой анемии» могут служить общая слабость, быстрая утомляемость, повышенная раздражительность. Поскольку кремний отвечает за некоторые функции головного мозга, в частности работу мозжечка, его недостаток приводит к дисфункции этого органа, проявляющейся в нарушении координации движения человека. Введение недостающего кремния в организм способствует нормальному функционированию сосудов, спасению человека от стенокардии, инфаркта миокарда, кардиосклероза, аритмии сердца, инсульта, психических нарушений.

Многие продукты животного и растительного происхождения, такие, например, как сельдерей, репа, редис, семена подсолнечника, орехи, кисломолочные продукты, яйца, икра, обогащены кремнием. Однако чтобы пополнить дефицит кремния в человеческом организме с помощью этих продуктов требуется их постоянное употребление и в достаточно большом количестве, что не всегда возможно или желательно.

Наиболее удобным источником кремния для пополнения его дефицита в человеческом организме считается кремниевая вода. Одним из видов кремниевой воды является водный настой хвоща полевого, растения - являющегося природным кладезем кремния. Рекомендуется 50-60 г травы прокипятить 5-10 минут в 10 л воды. Полученный настой остудить и дать настояться 3-4 часа [Сергеева О.И. «Кремниевая вода в считанные секунды». Газета «Лечебные письма» № 14, 2009 г.]. Однако сбор травы и ее подготовка к употреблению - трудоемкий, требующий определенных знаний и материальных затрат процесс.

Для получения обогащенной кремнием воды в последние годы широкое распространение получил метод, заключающийся в настаивании воды на природном камне (кремень). Этот камень имеет черную, темно- или светло-серую окраску. Неорганические соединения кремния - кремнеземы и силикаты составляют три четверти земной коры, и используемый для получения кремниевой воды камень имеет силикатную природу. Силикаты в незначительном количестве находятся в растворенном состоянии во всех водоемах планеты и входят в состав всех ее живых организмов, извлекающих кремний из воды и почвы в виде олигокремниевой кислоты. Первооткрывателем лечебных свойств таким образом полученной кремниевой воды является А.Д.Малярчиков [А.Д.Малярчиков «Кремень и человечество или Кремень вновь обретает славу». М.: АНК «ИТМО им. А.В.Лыкова», 1998 г., 352 с.].

Методика получения такой воды для лечебно-профилактических целей предельно проста. В емкость, например 2-3-литровый сосуд, заполненный водопроводной водой, вносят 35-40 г относительно мелких природных камней. Емкость ставят в место, защищенное от прямых солнечных лучей, и выстаивают при комнатной температуре в течение 5-7 дней [Ветштейн В., Сухин В. «Феномен кремния и здоровье людей», http://nashiprava.by.ru/Internet3.html.].

Недостатком этого метода получения кремниевой воды для лечебно-профилактических целей является неконтролируемое содержание в ней кремния, а также присутствие экстрагированных из камней нежелательных или вредных примесей. Употребление такой воды может привести к переизбытку кремния в организме, что, как и в случае любого микроэлемента, может вызвать эффект, обратный лечебному.

Известен способ получения кремниевой воды для глазных капель [Патент RU № 2321415, БИ, № 10, 2008 г.]. Он основан на применении аппарата, позволяющего с помощью различных фильтрующих и сорбционных материалов очищать воду от механических и вредных примесей. На последней стадии проводится ее насыщение кремнием, настаиванием на том же природном «темном кремне». Камни берутся из расчета 7-10 г на 1 литр воды. Настаивание осуществляется в течение 4-7 суток с получением в конечном итоге воды, которая, как утверждает автор, содержит 6.5-7 мг диоксида кремния на 1 литр воды.

Основным недостатком этого метода является использование природного силиката для получения кремниевой воды, применяемой в лечебных целях. В частности использованный в работе так называемый «темный кремень», как известно, может содержать примесь урана [Доронина Ю.А. «Шунгит - камень спаситель» СПб., Изд. «Невский проспект», 2003 г., 96 с.]. Поэтому без измерения уровня радиоактивности этот природный материал применять не следует. Этот процесс нерентабелен, так как использование на его конечной стадии природных камней, например темного кремня или шунгита (пористый кварц, заполненный углеродом), требует применения сложного аппарата для предварительной очистки воды не только от механических примесей, но и от микроэлементов. При этом методика определения содержания кремния в полученной таким образом кремниевой воде не указывается.

Наиболее близким к заявленному изобретению является кремниевая вода, образующаяся при настаивании в ней препарата «Полисорб». Полисорб - неорганический, неселективный, полифункциональный энтеросорбент, представляющий собой высокодисперсный кремнезем, с химической формулой SiO ₂ и размером частиц 0.09 мм [Сергеева О.И. «Кремниевая вода в считанные секунды». Газета «Лечебные письма» № 14, 2009 г.]. С учетом того, что кремний в природной воде или в искусственно приготовленных растворах находится в основном в форме ортокремниевой кислоты H₄SiO₄, самый близкий путь к получению кремниевой воды - это растворение в ней диоксида кремния. Однако использование для получения кремниевой воды лекарственного препарата «Полисорб» не совсем рентабельно. У этого сравнительно дорогого препарата совсем другое назначение. Он применяется в виде водных суспензий и его назначение не обогащать человеческий организм кремнием, а выводить из организма человека эндогенные и экзогенные токсические вещества различной природы.

Цель предлагаемого изобретения - разработка способа получения воды, обогащенной кремнием с концентрацией кремния 1,4-2.3 г/л, для создания на ее основе путем ее разбавления кремниевой воды, пригодной для использования в лечебно-профилактических целях с требуемой для этой цели концентрацией кремния 10-20 мг/л. Технический результат достигается путем использования в качестве источника насыщения воды кремнием аморфных кремнеземов высокой степени чистоты - торговой марки «Экосил-мелур-3» (ООО Торговый дом «Кварц», г.Санкт-Петербург) и синтетический аморфный кремнезем (эмпирическая формула SiO₂).

Предлагаемый в качестве наполнителя «Экосил-мелур-3», эмпирическая формула SiO₂ - белый порошок с размером частиц 0.125-0.315 мм, нерастворимый в кислотах (кроме фтористоводородной кислоты), растворимый в щелочных растворах. Его характеристики были определены нами: насыпной удельный вес составил 1.20 г/см, истинный удельный вес равен 1.87 г/см³. Массовая доля SiO₂ - 99.7%.

Синтетический аморфный кремнезем, эмпирическая формула SiO₂, получают гидролизом товарного кремнийорганического реагента - тетраэтоксисилана (ТЭОС), эмпирическая формула - (C₂H₅O)₄ Si. Для этого последний предварительно очищают двойной ректификацией (Т_кип. 166-167ºС / Р_атм.), до достижения чистоты 99,9% (контроль чистоты осуществляют с помощью метода газожидкостной хроматографии - хроматограф ЛХМ-80). Гидролиз ТЭОС проводят водным раствором КОН при рН 8-9.

Полученный таким путем диоксид кремния (SiO₂) - тонкодисперсный, белый аморфный порошок, нерастворимый в азотной, серной и соляной кислотах, растворимый во фтористоводородной кислоте и в растворах щелочей с насыпным удельным весом 0,364 г/см³, истинным удельным весом 1.75 г/см³. Степень его чистоты - 99.1%. Его индивидуальность и чистота определялись с помощью ИК-спектроскопии, элементного микроанализа, а также электронно-сканирующего рентгеновского микроанализа. По данным электронно-сканирующего рентгеновского микроанализа полученный таким путем диоксид кремния содержит лишь небольшую примесь (0,8-0.9%) этилового спирта и не содержит примеси тяжелых и токсичных металлов.

Затем чистая питьевая вода настаивается над диоксидами кремния (кремнеземами) марки «Экосил-мелур-3» или синтетическим аморфным диоксидом кремния при перемешивании в течение 10-12 часов при комнатной температуре. Содержание кремния в полученной "кремниевой" воде определяется с помощью микроэлементного и термогравиметрического анализа и составляет 0.14-0.23% или 1,4-2.3 г/л. Полученную воду, насыщенную кремнием, разбавляют водой до нужной концентрации в ней кремния, например 10 мг/л (0.01 г/л).

Расчет ведут по формуле X (степень разбавления) = M₁ (исходная концентрация диоксида кремния (г или мг/л))/M₂ (нужная концентрация диоксида кремния в воде). Например, из воды с концентрацией 1,4 г/л следует сделать воду с концентрацией 0.01 г/л. 1,4 г/л : 0.01 г/л = 140, т.е. из одного литра с концентрацией кремния 1,4 г/л получится 140 литров воды с концентрацией кремния 0.01 г/л или 10 мг/л.

Следующие примеры демонстрируют изобретение.

Пример 1.

Смесь 223 мл (1 моль) ТЭОС и 72 мл воды с добавлением твердой КОН до получения смеси с рН 8-9 кипятили при перемешивании в течение 7.5-14 часов. Выпавший в осадок диоксид кремния отфильтровывали, промывали большим количеством дистиллированной воды и сушили в вакуум-эксикаторе над прокаленным CaCl₂. Выход диоксида кремния (SiO ₂) - 33 г (55%) с насыпным удельным весом 0,364 г/см ³, истинным удельным весом 1.75 г/см³ и степенью чистоты полученного диоксида кремния - 99.1% по данным микроэлементного анализа и электронно-сканирующего рентгеновского микроанализа. Массовая доля потери при прокаливании 0.1%. Примесей тяжелых и токсичных металлов по данным электронно-сканирующего рентгеновского микроанализа в полученном диоксиде кремния не содержится.

Пример 2.

Смесь 335 мл (1,5 моль) ТЭОС и 100 мл воды с добавлением КОН до получения смеси с рН 8-9 кипятили при перемешивании в течение 14 часов. Выпавший в осадок диоксид кремния отфильтровывали, промывали большим количеством дистиллированной воды и сушили в вакуум-эксикаторе над прокаленным CaCl₂. Выход диоксида кремния (SiO₂) - 66,7 г (60%) с вышеуказанными свойствами.

Пример 3.

Насыщение воды кремнием с помощью диоксида кремния торговой марки «Экосил-мелур-3» осуществлялось путем смешения 7.5 г SiO₂ с 500 мл чистой питьевой воды и перемешивания смеси при комнатной температуре в течение 10-12 ч. Полученный раствор фильтровался через двойной бумажный фильтр для полного удаления остаточного количества диоксида кремния. Содержание элементного кремния (Si) в полученном таким образом водном растворе, определенное с помощью микроэлементного и термогравиметрического анализа, составляет 0.23% или 2.3 г/л.

Пример 4.

Насыщение воды кремнием с помощью синтетического аморфного диоксида кремния (SiO₂) осуществлялось путем смешения 7.5 г SiO₂ с 500 мл чистой питьевой воды и перемешивания смеси при комнатной температуре в течение 10-12 ч. Полученный раствор фильтровался через двойной бумажный фильтр для полного удаления остаточного количества диоксида кремния. Содержание элементного кремния (Si) в полученном таким образом водном растворе, определенное с помощью микроэлементного и термогравиметрического анализа, составляет 0.14% или 1.4 г/л.

Пример 5.

Синтетический аморфный диоксид кремния в количестве 45 г смешивали с 3 литрами воды. Смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 12-14 часов. Полученный раствор фильтровали. Содержание кремния в полученном фильтрате, определенное с помощью микроэлементного анализа, составило 0,25% или 2.5 г/л.