EA006856B1 - Чистящее и дезинфицирующее средство - Google Patents

Abstract

Чистящее и дезинфицирующее средство, в котором используют растворимые в воде перманганаты для осуществления окисления органических веществ в щелочном растворе, и в то же время применяют химический окислитель, предпочтительно пероксодисульфат, который подходит для того, чтобы при поддержке катализатора при помощи манганатов, образующихся из добавленного перманганата, вызвать реакции радикалов, которые, в свою очередь, вызывают окисление органических веществ. Все компоненты предложены в виде порошка, причем соответствующую порошковую смесь можно растворить в воде быстро и без остатка. Таким образом представлено универсально применимое и высокоэффективное чистящее и дезинфицирующее средство.

Description

Для чистки и дезинфекции в настоящее время в большей степени применяют хлор. При этом в водном растворе образуются соединения хлора, такие как хлорноватистая кислота (НОС1) или соляная кислота (НС1), на которых в конечном счете, вместе с образующимся при этом кислородом, и основывается сильно окисляющее, а потому и дезинфицирующее действие водных растворов хлора. В то же время дезинфицирующим действием обладают хлорамины, которые образуются при реакции хлора с азотсодержащими соединениями и воспринимаются многими как сильнопахнущие и раздражающие глаза вещества. Критическими побочными продуктами дезинфекции с хлором являются, наконец, хлорпроизводные углеводороды. Они образуются при реакции хлора с органическим материалом и в больших концентрациях могут быть вредными для здоровья. Поэтому для чистки и дезинфекции хлор всегда пытаются заменить другими химическими реактивами, но при этом не достигают той скорости уничтожения бактерий, какая присуща хлору.

Другой проблемой при использовании хлора для чистки и дезинфекции является транспортировка и хранение, так как использование этого высокореактивного вещества требует специальных мер предосторожности.

Целью изобретения является, таким образом, чистящее и дезинфицирующее средство, использование которого устраняет эти недостатки при сохранении того же окислительного и дезинфицирующего эффекта.

Настоящее изобретение касается чистящего и дезинфицирующего средства, содержащего растворимый в воде перманганат и помимо растворимого в воде перманганата, который предусмотрен для инициирования окисления органических веществ, дополнительно содержащего средство для обеспечения щелочной среды с показателем концентрации ионов водорода рН, равным по меньшей мере 10, предпочтительно по меньшей мере 12, и его применяют в сочетании по меньшей мере с одним другим окислителем, окислительный потенциал которого превышает окислительный потенциал от марганца VII до марганца VI, предпочтительно от НО₂ ^- до ОН^-.

В качестве другого окислителя применяют пероксодисульфаты. Для достижения щелочной среды применяют гидроокиси щелочных металлов.

Перманганат калия (КМпО₄) является сильным окислителем, бактерицидное действие которого известно уже давно. В сильно щелочной среде оно основывается прежде всего на понижении валентности марганца с семи до ступени окисления +6. Однако по разным причинам его никогда не удается использовать в чистящих и дезинфицирующих средствах. Так, перманганат калия из-за своего сильного окислительного действия оказался, например, несовместимым с другими необходимыми компонентами чистящего средства. Кроме того при высоком окислительном потенциале перманганата калия вода действует как восстановитель, так что возникают проблемы, связанные с устойчивостью чистящего средства в водном растворе.

В патенте СВ 1510452 А раскрыто чистящее средство для унитаза, состоящее из перманганата калия и алкилсульфата натрия для уменьшения поверхностного натяжения. Других окислителей, в частности в сочетании с перманганатом калия, не предусмотрено. В пригодности средства следует основательно усомниться, так как не принято никаких мер для обеспечения щелочной среды. Щелочные условия, разумеется, необходимы для предотвращения осаждения труднорастворимой двуокиси марганца (Мп IV, «пиролюзит») и кроме этого благоприятно воздействуют на бактерицидную способность перманганата калия.

В предложенном изобретении к перманганату добавляют окислитель, окислительный потенциал которого выше окислительного потенциала перманганата. Согласно изобретению это достигается путем добавления пероксодисульфатов, предпочтительно пероксодисульфата натрия. Как описывается более точно, благодаря их взаимодействию возникают реакции радикалов, в результате которых получается эффективное окисление органических веществ.

Благодаря использованию гидроокси щелочных металлов, предпочтительно ΝαΟΗ, достигается увеличение скорости бактерицидного действия перманганата, так как окисление органических соединений ускоряется в щелочной среде.

Применение в качестве стабилизаторов жёсткости неокисляющихся полифосфатов, предпочтительно триполифосфатов калия обеспечивает устойчивость применяемых стабилизаторов жесткости (комплексообразователей) к пероксодисульфатам. Кроме того следует принять защитные меры против коррозии цветных металлов и пластмасс.

Преимущества выгодных условий для транспортировки и хранения чистящего и дезинфицирующего средства могут быть реализованы благодаря композиции:

20-35% 50%-ного КОН, предпочтительно 28, 5-25% 50%-ного триполифосфата калия, предпочтительно 15, 25-35% гипохлорита натрия, предпочтительно 30%, по меньшей мере 0,01% КМпО₄.

Чистящее или дезинфицирующее средство в такой композиции может использоваться в 3% -ном водном растворе. Реакции, существенные для эффективности заявленного чистящего и дезинфицирующего средства, подробно описываются при помощи диаграммы Пурбаха(фиг. 1; для 25°С, атмосферного давления 1 бар и эффективности электролита 1 моль/л).

Сначала готовят сильный окислитель в заявленной форме и концентрации, причем речь идет пред

- 1 006856 почтительно о пероксодисульфате щелочного металла. Хотя пероксодисульфат щелочного металла является сильным окислителем, он медленно реагирует с органическими соединениями при комнатной температуре и в отсутствии соответствующих катализаторов. Эффективное и окончательное окисление органических веществ происходит, напротив, с помощью перманганата калия. Органический углерод окисляется при этом до получения оксалата. Для ускорения кинетики реакции между перманганатом калия и органическими веществами добавляют гидроокись щелочного металла, предпочтительно ΝαΟΗ, для обеспечения щелочной среды.

При применении изобретения чистящее и дезинфицирующее средство, предложенное в виде порошка, быстро и без остатка растворяют сначала в воде. Благодаря заявленному составу принимается во внимание при этом, что растворение стабилизатора жесткости происходит быстро во избежание осаждения карбонатов и гидроокисей щелочно-земельных металлов из-за возрастающей щелочности раствора, что является наиболее решающим моментом при высокой жесткости воды. При растворении заявленного порошка в воде сначала происходит окисление ионов гидроокиси, и именно, с одной стороны, благодаря пероксодисульфату (уравнение 1), а с другой стороны, также благодаря перманганату (уравнение 2), причем семивалентный марганец становится марганцем с окислительным числом +6. При этом происходит выделение кислорода.

Уравнение 1: 3 Он^- + 82Ο8^2- = ΗΟ2 ^- + 2 8Ο4^2- + Н2О

Уравнение 2: 4 ОН^- + 4 МпО4^- = Ο2 Т + 4 МпО₄ ^2- + 2 Η₂Ο

Ион перекиси водорода, образующийся при окислении ионов гидроокиси при помощи пероксодисульфата, может, конечно, вызвать вторичное окисление Мп(У1) с получением Мп(УЛ) (уравнение 3):

Уравнение 3: ΗΟ₂ ^- + 2 МпО4^2- + Η2Ο = 3 ОН^- + 2 МпО₄ ^-

Если скорость разложения пероксодисульфата нельзя сохранять такой же, как у перманганата, хотя бы потому, что на разложение перманганата благоприятно влияет высокая концентрация и/или хорошая окисляемость органического вещества, то это приводит к дополнительному образованию Мп(У1). Преобладание шестивалентного марганца приводит к окрашиванию раствора в зеленый цвет, в отличие от первоначальной фиолетовой окраски, обусловленной воздействием марганца VII. Окисление органических соединений (обозначенных здесь как СН₂О, что стоит везде вместо углерода окислительной ступени 0 и в особенности вместо углевода) до получения оксалата с помощью Мп VII и тем самым разложение перманганата происходит быстро, так как высокий показатель концентрации ионов водорода рН способствует образованию анионов у многочисленных органических веществ, что облегчает воздействие анионных окислителей. Окисление органических веществ марганцем VII включает в себя при этом также МηΟ₄ ^3-, где марганец имеет окислительное число +5 (уравнение 4), однако благодаря перманганату окисляется снова до шестивалентного марганца (уравнение 5).

Уравнение 4: 2 {СН₂О} + 3 МпО₄ ^- + 2 112Ο = С2О4^2- + 3 МпО4^3- + 8Η⁺

Уравнение 5: МпΟ₄ ^3- + МпΟ4^- = 2 МпΟ4^2-

Воздействие перманганата на органические вещества согласно уравнению 4 не обусловливает, разумеется, высокую эффективность заявленного порошка. Быстрое и эффективное окисление органических веществ вызывается, скорее, начинающимися реакциями радикалов. Отправной точкой при этом является радикал 8Ο₄ ^-, который образуется из пероксодисульфата. Этот радикал может образовываться сначала в результате гомолитического расщепления пероксодисульфата (уравнение 6) или в результате его реакции с органическими соединениями (уравнение 7):

Уравнение 6: δ₂Ο₈ ^2- = 2 8Ο₄ ^-

Уравнение 7: 282Ο8^2- +2{СН2О} + 2Η2Ο = 28Ο4^2- + 28Ο4^- + {С⁺¹ - К} + 4Н⁺

При этом в уравнении 7 {С⁺¹ - К} обозначает радикал с углеродом в ступени окисления +1, например формально {НгСД}²·, при котором между атомами углерода существует двойная связь. Соединения, выделенные жирным шрифтом, обозначают радикалы или ионы радикалов.

Как показали результаты исследований, 8Ο₄ ^- возникает конечно в первую очередь в результате взаимодействия с имеющимися соединениями марганца. Можно предположить, что соединения марганца VI или марганца V оказывают радикалообразующее действие на пероксодисульфат согласно реакциям 8 и 9:

Уравнение 8: МηΟ₄ ^2- + С2С)/ + 2 112Ο = МпΟ4^3- + 2СО3^2- + 4Н⁺

Уравнение 9: МпО₄ ^3- + δ2Ο8^2- = МпΟ4^2- + 8Ο4^2- + 8Ο4^-

Теперь начинается каскад реакций радикалов, из которых далее можно назвать лишь наиболее существенные. Так, радикал 8Ο₄ ^- вызывает образование радикалов ОН^- (уравнение 10). Этот радикал относится известным образом к соединениям, способным реагировать, и окисляет органические вещества (уравнение 11), причем в дальнейшем снова могут образоваться радикалы 8Ο₄ ^- (уравнение 12):

Уравнение 10: 8Ο₄ ^- + Н2О = ΗδΟ4^- + ОНУравнение 11: 2ОН- + 2{СН^} + IΙ2Ο = 2ОН^- + {С⁺¹ - К} + 4Н⁺

Уравнение 12: {С⁺¹ - К} + 482Ο8^2- + Η2Ο = 48Ο4^2- + 48 ОТ + С2О4^2- + 4Н⁺

Радикал гидроокиси после своего образования согласно уравнению 10 может, разумеется, также реагировать с оксалатом (уравнение 13), причем в дальнейшем радикал сульфата образуется снова через

- 2 006856 пероксодисульфат (уравнение 14):

Уравнение 13: ОН- + С₂О₄ ^2- = ОН^- + С₂О₄ ^-

Уравнение 14: С₂О₄ ^- + 82О8^2- + 2Н2О = 2СО₃ ^2- + 8О4^2- + 8О4^2- + 4Н⁺

Другой путь реакций для окисления органических соединений включает в себя сам радикал сульфата. Радикал сульфата окисляет органические соединения (уравнение 15) и может, наконец, быть дополнительно получен с помощью пероксодисульфата (уравнение 16):

Уравнение 15: 28ОТ + 2{СН2О} + Н2О = 28О4^2- + {С⁺¹ - В} + 4Н⁺

Уравнение 16: {С⁺¹ - В} + 482О₈ ^2- + Н2О = 48О4^2- + 48ОТ + С2О4^2- + 4Н⁺

Радикал сульфата также может реагировать с оксалатом (уравнение 17), причем его снова можно получить дополнительно при помощи молекулы пероксодисульфата (уравнение 18):

Уравнение 17: 8О₄ ^- + С2О4^2- = 8О4^2- + С₂О₄ ^-

Уравнение 18: С2О4^- + 82О8^2- + 2Н2О = 2 СО3^2- + 8О4^2- + 8О4^- + 4Н⁺

Таким образом видно, что в результате реакций 10-18 происходит эффективное окисление, которому способствовали радикалы и которое происходит с помощью соединений марганца различных ступеней окисления и поддерживается с помощью пероксодисульфата.

Рекомбинационные реакции между радикалами ведут в результате к обрыву цепных реакций 10-18 (уравнения 19-24):

Уравнение 19

Уравнение 20

Уравнение 21

Уравнение 22

Уравнение 23

Уравнение 24

8О₄ + 8О₄ = 8₂О₈ ²

8О₄ ^- + ОН- = Н8О5^- (нестабильно) 48О4^- + {С⁺¹ - В} + Н2О = 48О4^2- + С2О4^2- + 4Н⁺ ОН- + ОН- = Н2О2 4ОН- + {С⁺¹ - В} + Н2О = 4ОН^- + С2О4^2- + 4Н⁺ 3 {С⁺¹ - В} + ЗН2О = С2О4^2- + 4{СН2О} + 4ОН (диспропорционирование, например {Н2С₂О₃}^2-)

Так как манганат (VI) ведет себя в воде нестабильно с точки зрения термодинамики, то в дальнейшем это приводит к преобладанию марганца II (уравнение 25):

Уравнение 25: МпО₄ ^2- + Н₂О = О₂Т + НМпО₂ ^- + ОН^-

Желтый цвет раствора показывает наличие марганца II, который образует комплексы оксалата, и тем самым также завершение процесса глубокой очистки и дезинфекции.

Во время общего завершения цепных реакций 10-25 происходит выделение кислорода и перекиси водорода (уравнение 1, 2, 16 и 25), что дополнительно поддерживает процесс чистки и дезинфекции.

В качестве дополнительного сильного окислителя нужно использовать не только соединения пероксодисульфата. Речь идет и о других окислителях, окислительный потенциал которых выше окислительного потенциала от марганца VII до марганца VI (линия МпО₄ ^-/МпО4^-- на диаграмме Пурбаха фиг. 1), предпочтительно выше от НО2^- до ОН^- (линия НО2^-/ОН^- на диаграмме Пурбаха фиг. 1). В отношении линии МпО4^-/МпО4^-- для этого могла бы подойти также соль йодной кислоты (периодат), которая в рамках модифицированного химизма отвечает за повторное окисление манганата V или VI до получения перманганата. Применение пероксодифосфата и озона хотя теоретически и возможно, однако технически едва ли осуществимо. В настоящее время пероксодифосфата нет в наличии в достаточном количестве, а озон из-за своей высокой реактивности очень быстро разлагается, по этой причине, во-видимому, их нет в качестве чистящих и дезинфицирующих средств в торговле. Гипохлорит хотя и был бы достаточно стабилен в водном растворе, однако электрохимический перевес окислительно-восстановительной пары С1О^- /С1^- должен также обеспечить образование ионов НО2^- при более длительном хранении.

Все компоненты заявленного чистящего и дезинфицирующего средства предложены при этом в виде порошка, что, несмотря на эффективное и быстрое окисление органических веществ, является также крайне выгодным для хранения и транспортировки средства.

Примеры, представленные ниже, должны подтвердить многообразие возможностей применения заявленного чистящего и дезинфицирующего средства и их не следует понимать в смысле ограничения.

Пример 1.

Заявленное чистящее и дезинфицирующее средство может быть целенаправленно использовано в установках для спиртных напитков. Соответствующая порошковая смесь содержит 58% №1ОН (комочками), 27,10% триполифосфата калия, 14,75% пероксодисульфата натрия и 0,15% перманганата калия. Применяется в концентрации примерно 8 г порошкового продукта на 1 л, причем растворение в воде происходит быстро и без остатка. Выделение радикалов сульфата, гидроокиси и других, а также высокая щелочность благоприятно влияют на процесс очистки и дезинфекции. Резкое изменение цвета с фиолетового (преобладание марганца (VII)) на зеленый (преобладание марганца (VI)), а затем на желтый (преобладание марганца (ИДУ)) позволяет визуально оценить прогресс чистки.

Пример 2.

Заявленное чистящее и дезинфицирующее средство можно также применять для чистки бутылок. В настоящее время грязные бутылки погружают в ванны для щелока. В этих ваннах содержатся в основном №1ОН и присадки для уменьшения поверхностного натяжения, ванны нужно нагревать по меньшей мере до 70°С для возможности проведения процесса очистки. Благодаря заявленному чистящему и дезинфи

- 3 006856 цирующему средству уничтожить микробы можно и при комнатной температуре, что снижает технические и финансовые затраты. Бутылки лишь обрызгивают заявленной порошковой смесью, растворенной в воде, или двумя компонентами в жидкой форме - ЫаОН/триполифосфат и пероксодисульфат/перманганат. Через некоторое время воздействия, которое можно легко сделать оптимальным благодаря резкому изменению цвета, продезинфицированные бутылки обрабатывают водой.

Пример 3.

Неорганические отложения на овоще- и картофелеперерабатывающих предприятиях или на пивоваренных заводах, как правило, трудно растворимы, так как состоят из смеси солей, которые плохо растворяются как с помощью минеральных солей, так и в щелоке. Речь идет, например, об оксалатах кальция, фосфатах магния и аммония или силикатах. Заявленное чистящее и дезинфицирующее средство, напротив, позволяет удалять такие отложения почти полностью. С помощью заявленной рецептуры готовят примерно 10%-ный водный раствор и обрабатывают им подлежащие очистке поверхности. Менее чем через 1 ч их легко можно обработать водой.

Claims (9)

1. Чистящее и дезинфицирующее средство, содержащее растворимый в воде перманганат, отличающееся тем, что средство, помимо растворимого в воде перманганата, который предусмотрен для инициирования окисления органических веществ, дополнительно содержит средство для обеспечения щелочной среды с показателем концентрации ионов водорода рН, равным по меньшей мере 10, предпочтительно по меньшей мере 12, и его применяют в сочетании по меньшей мере с одним другим окислителем, окислительный потенциал которого превышает окислительный потенциал от марганца VII до марганца VI, предпочтительно от НО₂ ^- до ОН^-.

2. Чистящее и дезинфицирующее средство по п.1, отличающееся тем, что в качестве другого окислителя применяют пероксодисульфаты, предпочтительно пероксодисульфат натрия.

3. Чистящее и дезинфицирующее средство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в качестве перманганата применяют перманганат калия.

4. Чистящее и дезинфицирующее средство по пп.1-3, отличающееся тем, что для достижения щелочной среды применяют гидроокиси щелочных металлов, предпочтительно ΝαΟΗ.

5. Чистящее и дезинфицирующее средство по пп.1-4, отличающееся тем, что в качестве стабилизаторов жесткости используют неокисляющиеся полифосфаты, предпочтительно триполифосфат калия.

6. Чистящее и дезинфицирующее средство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что имеет следующий состав:

50-70% ΝαΟΗ, предпочтительно 58%,

20-35% триполифосфата калия, предпочтительно 27%,

10-20% №₂8₂О₈, предпочтительно 15%, по меньшей мере 0,01% КМпО₄.

7. Чистящее и дезинфицирующее средство по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что все без исключения компоненты представлены в виде порошка.

8. Чистящее и дезинфицирующее средство по одному из пп.1-7, отличающееся тем, что в 1 л чистящего и дезинфицирующего раствора содержится 7-8 г чистящего и дезинфицирующего средства.

9. Чистящее и дезинфицирующее средство по п.1, отличающееся тем, что его применяют в следующем составе:

20-35% 50%-ного КОН, предпочтительно 28%,

5-25% 50%-ного триполифосфата калия, предпочтительно 15%,

25-35% гипохлорита натрия, предпочтительно 30%, по меньшей мере 0,01% КМпО₄.