способ получения активированной воды

Формула изобретения

Способ активации воды, заключающийся в ее электролизе между двумя электродами, разделенными между собой пористой диафрагмой, между которыми подано напряжение, отрицательный и положительный потенциалы которого соединены соответственно с катодным и анодным электродами, отличающийся тем, что электроды выполняют из шунгита, причем в аноде и в анодной камере возбуждают ультразвуковые колебания, частота которых лежит выше частоты порога кавитации в диапазоне от 20 кГц до 100 кГц, а интенсивность упомянутого ультразвука лежит в области стабильной кавитации от 1,5 Вт/см² до 2,5 Вт/см².

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прикладной электрохимии и может быть использовано для получения из активированной шунгитной воды, стимулирующей и нормализующей процессы в различных биологических объектах, которую можно использовать в медицине для лечения и профилактики различных заболеваний, а также в косметологии и в других областях деятельности человека.

Известен способ получения активированной воды, при котором воду настаивают в сосуде, с размещенным в нем шунгитом, в течение трех суток [1].

Недостатками такого способа активирования воды являются длительное время активирования воды и низкая минерализация воды полезными микроэлементами.

Известен способ активирования воды с использованием бытового диафрагменного электролизера для получения католита («живой» воды) и анолита («мертвой» воды), содержащий водонепроницаемый корпус-сосуд (стеклянную банку), прямоугольные анодный и катодный электроды, выполненные из нержавеющей стали (относящейся к неблагородному проводящему материалу) и закрепленные на диэлектрической крышке корпуса-сосуда, выпрямительный полупроводниковый диод, закрепленный на диэлектрической крышке и подключенный катодом к анодному электроду, водонепроницаемый брезентовый мешочек, помещенный в корпус-сосуд, в который, в свою очередь, помещается анодный электрод, и двухпроводной шнур питания, первый конец первого провода которого соединен с анодом диода, первый конец второго провода подключен к катодному электроду и вторые концы которого оканчиваются вилкой, включаемой в сеть переменного напряжения 220 В [2].

Недостатком такого способа активации воды является то, что отрываемые электрическим полем с поверхности анодного электрода катионы (положительные ионы) за счет создаваемых электрохимическими процессами на поверхности анодного электрода конвекционных потоков жидкости быстро, менее чем за минуту, достигают внутренней поверхности мешочка, проходят через его поры и попадают в катодную камеру, окружающую мешочек. Католит оказывается загрязненный ионами металлов, входящих в состав нержавеющей стали, в частности ионами никеля. Употреблять такой католит внутрь организма небезопасно для здоровья человека.

Известен способ активации воды с использованием электролизера, содержащего прямоугольный водонепроницаемый корпус-сосуд, выполненный из инертного диэлектрического материала, катодный и анодный электроды, выполненные из нержавеющей стали, размещенные внутри корпуса-сосуда и разделенные между собой двумя стеклянными стаканами, стенки которых наращены обечайками из ватмана, выполняющих роль пористых диафрагм, и источник однополярного пульсирующего напряжения, отрицательный и положительный выводы которого соединены соответственно с катодным и анодным электродами [3]. Электролизер питается от сети переменного напряжения через последовательно соединенные полупроводниковый выпрямительный диод и лампу накаливания 220 В, 40 Вт, выполняющую роль гасящего избыточного напряжения сопротивления. Параллельно лампе накаливания подключен выключатель, при замыкании которого форсируется процесс получения католита и анолита. Стеклянные стаканы располагаются на опускаемом в корпус-сосуд поддоне. Обечайки располагаются друг от друга на расстоянии около 1 см (судя по двум проекциям прибора, представленным на рис.1 в [3], с.26).

Недостатком указанного способа является то, что с помощью его вырабатывают католит, в котором содержатся катионы анодного электрода небезопасные для здоровья человека и животных, в частности катионы никеля. Это обусловлено тем, что катионы преодолевают ближайшее расстояние между диафрагмами в электролизере-прототипе за время существенно меньшее времени электролиза воды, и катионы анодного электрода оказываются в катодной камере электролизера-прототипа задолго до окончания процесса электролиза.

Наиболее близким к заявляемому является способ активации воды с использованием диафрагменного электролизера, содержащего прямоугольный водонепроницаемый корпус-сосуд, изготовленный из инертного диэлектрического материала, катодный и анодный электроды, выполненные из неблагородных проводящих материалов, размещенных внутри корпуса-сосуда и разделенных между собой двумя пористыми диафрагмами, и источник однополярного пульсирующего напряжения, отрицательный и положительный выводы которого соединены соответственно с катодным и анодным электродами, причем пористые диафрагмы размещены друг от друга на расстоянии, определяемом соотношением:

1,3E·b·t L>1,0E·b·t,

где L - расстояние между пористыми диафрагмами, в см; Е - средняя напряженность пульсирующего электрического поля между электродами в жидкости, в В/см; b - подвижность жидких наиболее быстрых катионов, отрываемых от анодного электрода электрическим полем, в см²·В ^-1·c^-1 при Е=1 В/см; t - время электролиза, в с [4].

Недостатком способа-прототипа является то, что опасные для здоровья человека и животных катионы, отрываемые полем с поверхности анода попадают в воду, и выбранное расстояние L между электродами не гарантирует полного исключения указанных катионов из готового продукта - католита. Кроме того, вырванные из анода ионы опасных и вредных для здоровья человека и животных ионов металла (катионов) находятся и в анолите, который также используется в лечебных целях, и могут нанести ущерб здоровью людей и животных. Увеличение расстояния между электродами в способе-прототипе приводит к необходимости увеличения напряжения электролиза и приводит к увеличению процесса активирования воды.

Задача, на которую направлено изобретение, состоит не только в исключении отрицательного фактора в способах-аналогах и в способе-прототипе, заключающегося в отрыве электрическим полем вредных и опасных ионов от металлического анода, но и преобразование этого отрицательного фактора в положительный фактор, позволяющий существенно интенсифицировать процесс активации воды, и повысить ее стимулирующие, профилактические и лечебные свойства.

Поставленная задача решается тем, что в способе активации воды, заключающемся в ее электролизе между двумя электродами, разделенными между собой пористой диафрагмой, между которыми подано напряжение, отрицательный и положительный потенциалы которого соединены соответственно с катодным и анодным электродами, электроды выполняют из шунгита, причем в аноде и в анодной камере возбуждают ультразвуковые колебания, частота которых лежит выше частоты порога кавитации в диапазоне от 20 кГц до 100 кГц, а интенсивность упомянутого ультразвука лежит в области стабильной кавитации от 1,5 Вт/см² до 2,5 Вт/см².

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.

Шунгитовый камень, обладающий богатым минеральным составом, выраженными сорбционными, бактерицидными и каталитическими свойствами, уже на протяжении многих лет находит успешное применение в системах очистки и активации питьевой воды. Кроме того, настоянная на шунгите вода, представляющая собой молекулярно-коллоидный раствор гидратированных фуллеренов, оказывает на организм человека противовоспалительное, бактерицидное, антисептическое, болеутоляющее, противоаллергенное и иммуностимулирующее действие. Благодаря своей мощной целительной силе шунгитовая вода с 17-го века и по сей день активно используется в разных областях медицины и находит применение в качестве эффективного оздоравливающего средства в сфере курортно-санаторного лечения.

Шунгит является природным композитом, структура которого представляет собой аморфный микропористый кварцевый каркас, заполненный высокодисперсными (около 1 мкм) частицами минералов алюмосиликатного ряда.

Главный компонент шунгита - углерод С60. Его содержание в породе может доходить до 99%. В минеральном составе шунгита помимо углерода С60 оксид кремния и оксид алюминия, остальная же часть минерального состава шунгита содержит более 20 макро- и микроэлементов - Na, Ca, K, Mg, Fe, Cu и др.). Уникальная особенность шунгита заключается в том, что при взаимодействии его с водной средой в воду выходят только наиболее полезные для организма человека минеральные составляющие этой горной породы.

Шунгит применяют в производстве фильтров-активаторов для комплексного очищения питьевой воды, используют для обеззараживания воды в колодцах и плавательных бассейнах, применяют для очистки бытовых и промышленных стоков от загрязнений.

Россия является крупным экспортером карельского шунгита в Америку и страны Западной Европы (Австрию, Германию, Норвегию и Голландию).

Шунгит является отличным и практически универсальным природным адсорбентом, способным задерживать на своей поверхности более 94% всевозможных вредных примесей, содержащихся в ежедневно употребляемой нами водопроводной воде.

Входящие в состав шунгита молекулярные соединения фуллерены при взаимодействии с водой играют роль своеобразных катализаторов, ускоряющих дезактивацию и разрушение содержащихся в воде вредных для организма человека органических соединений (фенолов, смол, кислот, ацетона, спиртов, гуминовых веществ, газов и др.).

Кроме того, благодаря высокой сорбционной и каталитической активности шунгит способен осаждать на своей поверхности также и другие загрязняющие воду вещества, способные в значительной мере нанести ущерб нашему здоровью (соли тяжелых металлов, коллоидное железо, радионуклиды, соединения хлора, фосфора, азота (нитраты и нитриты), нефтепродукты, пестициды).

По эффективности фильтрации воды от диоксинов и хлорорганических соединений шунгит превосходит знаменитый активированный уголь в 30 раз. По качеству очистки воды от нефтепродуктов шунгит также не уступает фильтру из активированного угля.

С помощью обладающего бактерицидными и сорбционными свойствами шунгита можно также качественно отфильтровать питьевую воду или очистить воду в колодцах и плавательных бассейнах от различной вредной микрофлоры, спор растений, водорослей, вирусов, биологических токсинов, яиц гельминтов.

К достоинству шунгита относится также его способность активировать воду. Ведь если большинство искусственных фильтров вместе с вредными примесями неизбежно удаляют из воды полезные для организма человека минеральные компоненты (соли кальция, магния, калия и др.), то природный фильтр шунгит, наоборот, способствует насыщению воды полезными макро- и микроэлементами в наиболее оптимальной для человеческого организма концентрации. А кроме того, настоянная на шунгите вода приобретает уникальные целебные свойства.

Использование шунгита для комплексного очищения воды наиболее перспективно и экономически целесообразно в наше время в связи с тем, что этот горный минерал в отличие от других искусственных фильтров для очистки воды способен на протяжении достаточно длительного промежутка времени сохранять свою уникальную сорбционную, каталитическую и бактерицидную активность.

Фуллерены, входящие в состав шунгитовой воды, также способствуют улучшению клеточного обмена веществ и повышению устойчивости клетки (в т.ч. и ее генетического аппарата) к внешним неблагоприятным воздействиям (вирусное заражение, повышение температуры окружающей среды и др.). Эти же молекулярные соединения, переходящие из шунгита в воду, также способствуют улучшению работы нервной системы, повышая устойчивость человеческого организма к стрессу и высоким физическим нагрузкам. Фуллерены находящиеся в шунгите являются сильными и длительно действующими антиоксидантами, и именно поэтому на их основе было создано множество лекарств, предназначенных для лечения болезней, в отношении которых были недостаточно эффективны стандартные методы лечения (грипп, астма, атеросклероз, бесплодие, язвы, ожоги и др.).

Настоянная на шунгите вода характеризуется высокой антитоксической активностью (шунгитовые фуллерены обладают гепатопротекторными свойствами - нейтрализуют различные яды и токсины, защищая тем самым печень от их вредного воздействия). Кроме того, шунгитовая вода обладает массой других лечебных свойств (противовоспалительное, противоаллергическое, обезболивающее и иммуностимулирующее свойства).

В результате многочисленных клинических наблюдений, проводимых в различных лечебно-профилактических учреждениях России (в т.ч. и в санаторно-курортных учреждениях Карелии, расположенных вблизи источников шунгитных вод), было выявлено, что наиболее выраженное оздоравливающее действие вода, настоянная на шунгите, и другие вышеперечисленные средства на основе шунгита оказывают при комплексном лечении:

- Анемии (шунгитовая вода способствует скорейшему восстановлению нормального уровня гемоглобина, содержащиеся в ней фуллерены шунгита оказывают защитное действие на красные кровяные тельца и улучшают процесс кроветворения).

- Заболеваний органов пищеварительной системы (шунгитовая вода способствует устранению изжоги, метеоризма, нормализации стула и весьма эффективна в составе комплексного лечения гастритов, колитов, энтеритов, болезней желчного пузыря, печени и поджелудочной железы (в т.ч. холецистита, панкреатита и желчнокаменной болезни)).

- Заболеваний сердечно-сосудистой системы (артериальная гипертензия, атеросклероз, стенокардия, вегето-сосудистая дистония, варикозное расширение вен, диабетическая ангиопатия).

- Воспалительных и аллергических кожных заболеваний (аллергические дерматиты, нейродермит, псориаз, экзема, грибковые заболеваний кожи, фурункулы, герпес), а также лечении травматических повреждений кожи (ожоги, порезы, ссадины, пролежни, мозоли). Для лечения дерматологических заболеваний и скорейшего заживления повреждений кожи наиболее эффективно сочетание внутреннего употребления шунгитовой воды с ее наружным применением (шунгитовые ванны и компрессы).

- Заболеваний суставов и позвоночника (остеохондроз, радикулит, артрит, артроз и др.). При лечении данного вида заболеваний рекомендуется сочетание ежедневного употребления в пищу настоянной на шунгите воды с регулярным применением шунгитовых ванн, компрессов и специального шунгитного массажа стоп. При таком комплексном лечении улучшается микроциркуляция крови и питание тканей в области больного сустава, значительно снижаются болевые ощущения, увеличивается подвижность суставов.

- Заболеваний органов дыхания, полости рта и горла. При таких заболеваниях, как пародонтоз, пародонтит, стоматит, ангина, тонзиллит, наиболее полезны полоскания слегка подогретой шунгитовой водой, при насморке же рекомендуется регулярно закапывать такую воду в нос. Ингаляции на основе шунгита (вдыхание в течение нескольких минут паров подогретой до 90-92 градусов шунгитовой воды) особенно эффективны при заболеваниях нижних дыхательных путей (заболевания гортани и трахеи, бронхит, воспаления легких и др.).

Несмотря на все вышеперечисленные достоинства шунгитовой воды достаточно быстрого и эффективного способа ее получения в настоящее время не известно. Наиболее применим в настоящее время весьма длительный и недостаточно эффективный способ получения шунгитовой воды, путем ее настаивания в сосуде с шунгитом в течение 3-4 дней. При таком способе получения шунгитовой воды не использованы многие полезные потенциальные возможности шунгита, в частности, в малой степени происходит минерализация шунгитовой воды необходимыми для человека микроэлементами, находящимися в шунгите, такими как Na, Ca, K, Mg, Fe, Cu и др.

В настоящем изобретении эти недостатки известных способов устранены за счет следующих операций.

При электролизе воды в анодной камере образуется анолит, а в катодной камере - католит.

Католит, образуемый в катодной камере диафрагменного электролизера, обладает щелочными свойствами. Значение его водородного показателя pH при электролизе хорошо проводящей жидкости может достигать 12,0. Значение окислительно-восстановительного потенциала (кратко обозначаемого Eh или ОВП) измеряется при помощи платинового и хлорсеребряного электродов. Оно может достигать значения минус 900 мВ. Католит, приготовленный из питьевой воды, в отличие от большинства синтезированных сильных антиоксидантов при встрече со свободными радикалами не становится «более слабым свободным радикалом». Более сильных антиоксидантов, чем католит, по-видимому, в природе не существует.

Анолит, образуемый в анодной камере диафрагменного электролизера, обладает кислотными свойствами. Его значение pH может достигать 1,5, а значение Eh=1200 мВ. То есть анолит может быть сильнейшим окислителем (оксидантом).

В медицинской практике используют как анолит, так и католит.

В частности, поскольку анолит обладает сильным антисептическим действием, то его эффективно используют при обеззараживании воды (в том числе от холерных вибрионов), при обеззараживании различных предметов и инструментов, при инфекциях желудочно-кишечного тракта (сальмонеллез, дизентерия), ангинах и хронических тонзиллитах. Используется в хирургии в качестве антисептического препарата для обработки гнойных ран, абсцессов, флегмон и т.д.

Католит, обладает иммуностимулирующим, детоксицирующим действием, ускоряет регенерацию тканей и поэтому эффективен при многих хронических заболеваниях, сопровождающихся ослаблением иммунной реактивности организма, длительно незаживающих ранах и язвах.

Однако активированная вода, получаемая в бытовых электролизерах, помимо целебных свойств, может нести в себе и определенную опасность для человека и животных.

Известно, что при электролизе воды происходит разрушение анода, и положительно заряженные ионы его материала (катионы) проходят от анода через анолит и через мембрану поступают в катодную камеру. Так как в большинстве бытовых электролизеров в качестве электродов используют металлы, то поступающие в анолит и католит катионы делают их небезопасными для человека и животных.

В заявляемом способе в качестве электродов используют шунгит. Использование шунгита в качестве электродов позволяют в первую очередь его высокая электропроводность и другие его физические характеристики, приведенные ниже,:

- плотность - 2,25-2,40 г/см³;

- пористость - 0,5-5%;

- прочность на сжатие - 100-150 МПа;

- модуль упругости (Е) - 0,31×10⁵ МПа;

- электропроводность - (1-3)×10³ См/м;

- теплопроводность - 3,8 Вт/м·К;

- среднее значение коэффициента теплового расширения в интервале температур 20-600°C - 12×10^-6 1/град.

В заявляемом способе используется тот факт, что в процессе электролиза из анода электрическим полем вырываются положительно заряженные ионы (катионы) материала анода, которые под действием поля переносятся в прикатодную область, насыщая католит этими катионами. Так как в отличие от приведенных выше аналогов и способа-прототипа, где анод наиболее часто выполнен из материалов, отрицательно воздействующих на организм человека и животных, в заявляемом способе используют шунгит, ионы которого обладают целебными и стимулирующими свойствами и полезны для человека и животных.

Следует отметить, что фуллерены, полученные искусственным путем, практически нерастворимы в воде. Шунгит - это камень естественного происхождения, и фуллерены, входящие в его состав, способны к растворению в воде.

В заявляемом способе процесс поступления полезных для человека и животных положительных ионов из шунгитового анода интенсифицируют, используя ультразвук.

По своей физической природе ультразвук представляет собой упругие волны и в этом он не отличается от звука.

Принято считать, что к ультразвуковому диапазону относятся частоты, находящиеся в диапазоне от 20 кГц до 1 ГГц. Частоты, находящиеся в диапазоне от 16 кГц до 20 кГц, относятся к слышимому звуку.

Частоты, лежащие ниже 16 кГц, относятся к инфразвуку, а частоты, лежащие выше 1 ГГц, называют гиперзвуком.

Область частот ультразвука можно подразделить на три подобласти:

ультразвук низких частот (2×10⁴-10⁵ Гц) - УНЧ;

ультразвук средних частот (10⁵-10 ⁷ Гц) - УСЧ;

ультразвук высоких частот (10 ⁷-10⁹ Гц) - УЗВЧ.

В жидких средах под действием ультразвука возникает и протекает специфический физический процесс - ультразвуковая кавитация, обеспечивающий максимальные энергетические воздействия на пропиточный состав.

В ультразвуковой волне во время полупериодов разрежения возникают кавитационные пузырьки, которые резко захлопываются после перехода в область повышенного давления, порождая сильные гидродинамические возмущения в воде и в порах шунгитового анода, за счет чего значительно усиливается эффект образования катионов из материала анода (шунгита).

Кавитация производится за счет чередующихся волн высокого и низкого давления, образуемых звуком высокой частоты (ультразвуком).

Ультразвуковая кавитация - основной инициатор физико-химических процессов, возникающих в жидкости под действием ультразвука, и, в частности, процессов образования катионов из материала анода.

Кавитационные явления в той или иной среде возникают только при превышении ультразвуком порога кавитации.

Порогом кавитации называется интенсивность ультразвука, ниже которой не наблюдаются кавитационные явления. Порог кавитации зависит от параметров, характеризующих как ультразвук, так и саму жидкость.

Для воды и водных растворов пороги кавитации возрастают с увеличением частоты ультразвука и уменьшением времени воздействия.

В при частотах выше 20 кГц порог нестабильной кавитации находится в диапазоне от 0,3 Вт/см² до 1 Вт/см².

Дальнейшее повышение интенсивности до 1,5 Вт/см ² приводит к нарушению линейности колебаний стенок пузырьков. Начинается стадия стабильной кавитации. Диапазон интенсивностей стабильной кавитации лежит в области от 1,5 Вт/см² до 2,5 Вт/см². Пузырек сам становится источником ультразвука колебаний. На его поверхности возникают волны, микротоки, электрические разряды.

Увеличение интенсивности ультразвука за величину 2,5 Вт/см² приводит вновь к стадии нестабильной кавитации.

В заявляемом способе наиболее эффективно использовать диапазон интенсивностей стабильной кавитации лежит в области от 1,5 Вт/см² до 2,5 Вт/см².

Именно в этом диапазоне частот и мощностей ультразвука активируемая вода, омывая поверхность анода и проникая в его поры, способствует интенсивному разрушению анода, материал которого поступает в анолит в виде нейтральных частиц и ионов (катионов). Нейтральные частицы шунгита, оставаясь в анолите, усиливают его антисептические свойства, а катионы шунгита, прошедшие через мембрану в область катода, усиливают антиоксидантные свойства католита.

Исследования показали, что шунгитовая вода, получаемая по заявляемому способу, уже через 5-10 минут приобретает стимулирующие, антиоксидантные и целебные свойства, не уступающие свойствам активированной шунгитовой воды, получаемой при помощи настаивания воды в сосуде с шунгитом в течение 3-4 суток.

Так, например, в результате эксперимента было выявлено, что уже через 5 минут электролиза воды в электролизере с шунгитовыми электродами и использование шунгитового анолита в качестве антисептика, концентрация бактерий стрептококка группы Д (энтерококка) в воде снижалась более чем в 120 раз, а количество стрептококка группы А (возбудителя таких заболеваний, как ангина, ревматизм, скарлатина, нефрит и др.) уменьшалось более чем в 1000 раз. Использование для обеззараживания тех же стрептококков обычного анолита, полученного в бытовом электролизере с электродами из нержавеющей стали в способе-прототипе, дало более низкий эффект: концентрация бактерий стрептококка группы Д (энтерококка) в воде снижалась в 70 раз, а количество стрептококка группы А (возбудителя таких заболеваний как ангина, ревматизм, скарлатина, нефрит и др.) уменьшалось более чем в 600 раз.

Необходимо отметить, что при взаимодействии с шунгитом вода, при ее настаивании в сосуде с шунгитом в течение трех суток, приобретает мощные антиоксидантные свойства. Переходящие в воду шунгитовые фуллерены также обладают выраженной и достаточно продолжительной антиоксидантной активностью (превосходя в этом витамины С и Е) и способны в значительной мере снижать в организме концентрацию свободных радикалов - особых повреждающих молекул, часто являющихся причиной генетических нарушений, онкологических заболеваний, воспалительных процессов и преждевременного старения.

Католит же, полученный в обычном бытовом электролизере с электродами, выполненными не из шунгита, также является мощнейшим антиоксидантом.

В заявляемом способе антиоксидантные свойства шунгитовой воды, складываясь с антиоксидантными свойствами католита, позволяют получить в совокупности значительно более мощный антиоксидант, чем антиоксидант, полученный путем настаивания воды в сосуде с шунгитом, и католит - антиоксидант, полученный в обычном электролизере, с электродами, выполненными не из шунгита.

Таким образом, по сравнению со способами-аналогами и способом-прототипом, загрязняющими активированную воду небезопасными для человека и животных катионами металлов электродов, заявляемый способ не только позволяет исключить этот отрицательный фактор, но и за счет использования в качестве материала для электродов полезного для человека и животных шунгита и интенсификации процессов разрушения анода и образования катионов на шунгитовом аноде при помощи ультразвука преобразовать этот отрицательный фактор в положительный.

Кроме того, по сравнению с единственным аналогом получения шунгитовой воды, заключающегося в ее настаивании в сосуде с шунгитом в течение 3-4 суток, заявляемый способ позволяет ускорить процесс активации более чем на два порядка.

Источники информации

1. http://www.kakprosto.ru/kak-46750-kak-poluchit-zhivuvu-vodu

2. Лечение «живой» и «мертвой» водой. - СПб.: Лениздат, «Ленинград», 2005. - 320 с. [с.91-92].

3. В Хахалкин. Активатор для рассады // Моделист конструктор, 1987, № 3, с.26-27.

4. Патент РФ на изобретение № 234496. Бытовой диафрагменный электролизер // Опубликовано 27.01.2009. Бюл. № 3 - прототип.