ES2257318T3 - Aplicaciones biocidas de soluciones acuosas concentradas de cloruro de bromo. - Google Patents

Aplicaciones biocidas de soluciones acuosas concentradas de cloruro de bromo.

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ES2257318T3 ES00963743T ES00963743T ES2257318T3 ES 2257318 T3 ES2257318 T3 ES 2257318T3 ES 00963743 T ES00963743 T ES 00963743T ES 00963743 T ES00963743 T ES 00963743T ES 2257318 T3 ES2257318 T3 ES 2257318T3
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Abstract

Un método para desinfectar una superficie que comprende aplicar a dicha superficie una composición líquida concentrada de biocida que contiene bromo activo formada a partir de (a) cloruro de bromo o diclorohipobromito de metal alcalino y (b) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico que tiene un pH de al menos 7, en cantidades tales que (i) el contenido de bromo activo de dicha composición es al menos aproximadamente 100.000 ppm (p/p) y (ii) cuando (a) es cloruro de bromo, la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en dicha composición es mayor que 0, 93, y, cuando (a) es diclorohipobromito de metal alcalino, la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en dicha composición es mayor que 1, en donde dicha superficie es una encimera de cocina, una encimera de baño, una pared o un suelo y en donde dicha aplicación a dicha superficie es mediante vertido, pulverización o aplicación con un aplicador.

Description

Aplicaciones biocidas de soluciones acuosas concentradas de cloruro de bromo.
Antecedentes
Los biocidas basados en bromo han demostrado ventajas biocidas sobre la cloración-descloración para el control microbiológico de aguas de enfriamiento y la desinfección de sistemas de tratamiento de residuos. La industria del tratamiento de las aguas reconoce que estas ventajas son control rentable a valores de pH superiores, casi ausencia de pérdida en la actividad biocida en presencia de amoníaco y control eficaz de bacterias, algas y moluscos.
Se cree que un modo de introducir biocidas basados en bromo en un sistema acuoso es el uso de NaBr acuoso junto con lejía de NaOCl. El usuario alimenta ambos materiales a un punto común con lo que el NaOCl oxida el ion bromuro hasta HOBr/OBr^{-}. Esta solución activada se introduce a continuación directamente en el sistema acuoso que ha de tratarse. La alimentación de los dos líquidos de este modo es necesaria debido a que la mezcla HOBr/OBr^{-} es inestable y tiene que regenerarse in situ justo antes de su introducción en el agua. Por otra parte, la alimentación y la dosificación de dos líquidos es engorrosa, especialmente debido a que el sistema tiene que diseñarse para dejar que transcurra tiempo para la activación de bromuro. Por consiguiente, muchos usuarios de biocidas han expresado la necesidad de un biocida basado en bromo de una sola alimentación. Se ha considerado que el cloruro de bromo molecular cumple estas demandas. Es líquido a temperatura ambiente y puede alimentarse directamente al sistema acuoso, donde se produce una hidrólisis inmediata para dar HOBr.
(1)BrCl + H_{2}O \rightarrow HOBr + HCl
Las propiedades del cloruro de bromo se listan en la Tabla 1.
TABLA 1 Propiedades Físicas del Cloruro de Bromo
Propiedad Cloruro de Bromo (BrCl)
Apariencia Líquido rojo fumante o gas
Punto de Ebullición 5ºC
Presión de Vapor (25ºC) (1800 mm) 240 kPa
Corrosividad Corroe la mayoría de los metales en presencia de agua
Puede observarse que ciertas características de esta material - especialmente su corrosividad, alta presión de vapor y tendencia fumante - necesitan cuidado y experiencia en su manejo y uso.
Estos esfuerzos previos para proporcionar un biocida basado en bromo de una sola alimentación comprendían complejar el bromo con ion bromuro en exceso en presencia de ácido fuerte y estabilizar las soluciones resultantes con etanolamina. Las soluciones resultantes de hidrogenoperbromuro de etanolamonio contenían hasta 38% en peso de bromo elemental. Con relación a esto, véanse Favstritsky, Patente de EE.UU. Nº 4.886.915; y Favstritsky, Hein y Squires, Patente de EE.UU. Nº 4.966.716.
Estas soluciones permitían la introducción de bromo biocidamente activo en un sistema acuoso usando una sola alimentación. Como en el caso del cloruro de bromo, el hidrogenoperbromuro de etanolamonio se hidrolizaba en agua para liberar HOBr. Las presiones de vapor de estas soluciones eran inferiores que las de cloruro de bromo. Sin embargo, las soluciones todavía poseían presiones de vapor medibles y así tendían a producir vapores de color rojizo no deseables durante el almacenamiento y el uso.
Un modo económicamente aceptable de estabilizar altas concentraciones de soluciones acuosas de cloruro de bromo se describe en la Patente de EE.UU. Nº 5.141.652 de Moore y otros. La solución se prepara a partir de cloruro de bromo, agua y una sal de haluro o ácido halohídrico. Se encontró que estas soluciones se descomponían a una velocidad de menos de 30% al año y, en casos de alta concentración de sal de haluro, menos de 5% al año. Por otra parte, podían prepararse soluciones que contenían el equivalente de 15% de bromo elemental. Desgraciadamente, la acidez relativamente alta de estas soluciones y su tendencia a ser corrosivas y fumantes plantea limitaciones a su aceptación comercial.
Muchos biocidas basados en bromo sólidos tales como BrClDMH (1,3-bromocloro-5,5-dimetilhidantoína) están limitados en la cantidad de material que puede disolverse en agua y alimentarse como un líquido al sistema de tratamiento de agua. Por ejemplo, la solubilidad de BrClDMH en agua es solo alrededor de 0,15%. Otra limitación de tales derivados es que a pH neutro el HOBr se descompone rápidamente, formando finalmente iones bromuro. Así, la capacidad para almacenar y transportar estas soluciones acuosas está muy limitada y es de viabilidad comercial cuestionable.
La Patente de EE.UU. Nº 3.558.503 de Goodenough y otros describe ciertas soluciones acuosas de bromo estabilizadas con diversos agentes estabilizantes y diversos usos para los que pueden emplearse tales soluciones. Las composiciones descritas en la patente comprenden una solución acuosa de bromo que tiene de 0,01 a 100.000 partes por millón en peso de índices de bromo, en donde la relación molar de bromo a nitrógeno presente en el estabilizante de bromo varía de 2,0 a 1 a 0,5 a 1. El estabilizante usado es biuret, succinimida, urea, una urea mono- o di-substituida por un grupo alifático inferior que contiene de 2 a 4 átomos de carbono en cada grupo substituyente, ácido sulfámico o una alquilsulfonamida de la fórmula RSO_{3}NH_{2} donde R es un grupo metilo o etilo. La solución también contiene suficiente aditivo de hidróxido para proporcionar un pH en la solución que varía de 8 a 10, siendo el aditivo de hidróxido un hidróxido alcalinotérreo o un hidróxido de metal alcalino.
La Patente de EE.UU. Nº 5.683.654 de Dallmier y otros analiza la preparación de soluciones acuosas de hipobromito de metal alcalino o metal alcalinotérreo mezclando una solución acuosa de hipoclorito de metal alcalino o alcalinotérreo con una fuente de iones bromuro soluble en agua para formar una solución de hipobromito de metal alcalino o alcalinotérreo no estabilizada. Se añade a esta solución una solución acuosa de un sulfamato de metal alcalino que tiene una temperatura de al menos 50ºC en una cantidad que proporciona una relación molar de sulfamato de metal alcalino a hipobromito de metal alcalino o alcalinotérreo de 0,5 a 6, con lo que se forma una solución acuosa estabilizada de hipobromito de metal alcalino o alcalinotérreo. La Patente de Dallmier y otros muestra que se alcanzaban niveles muy superiores de halógeno disponible para la desinfección mediante este enfoque en comparación con el enfoque de Goodenough y otros. Pero la patente de Dallmier y otros reconoce que en su procedimiento la estabilización debe producirse rápidamente después de que se forme el NaOBr inestable.
Así, sigue habiendo una necesidad de métodos para desinfectar superficies y para esterilizar volúmenes de agua usando un biocida basado en bromo de una sola alimentación que sea soluble en agua, no ácido y no corrosivo.
La invención
La invención proporciona métodos para desinfectar superficies y para esterilizar volúmenes de agua usando un biocida basado en bromo de una sola alimentación. Superficies que se desinfectan usando los métodos de esta invención incluyen encimeras de cocina, encimeras de baño, paredes y suelos. Los volúmenes de agua que pueden esterilizarse usando los métodos de esta invención incluyen sistemas de agua de enfriamiento, efluentes de agua residual, fábricas de pasta papelera y papel, campos petrolíferos, lavadores de aire, depósitos para extinción de incendios y condensadores evaporativos. Estos métodos usan composiciones líquidas concentradas de biocida que comprenden bromo biocidamente activo como el biocida basado en bromo de una sola alimentación. Las soluciones acuosas de cloruro de bromo proporcionan soluciones concentradas de bromo biocidamente activo nuevas y eminentemente útiles. Estas soluciones de cloruro de bromo se comportan tan bien como la lejía hacia bacterias planctónicas (solución). Además, estas soluciones de cloruro de bromo son más eficaces que la lejía contra bacterias biopeliculares (superficiales), que son más difíciles de destruir que las bacterias planctónicas.
En una modalidad de esta invención, se proporciona un método para desinfectar una superficie. Este método comprende aplicar a la superficie una composición líquida concentrada que contiene bromo activo biocida formada a partir de (a) cloruro de bromo o diclorohipobromito de metal alcalino y (b) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico que tiene un pH de al menos 7, en cantidades tales que (i) el contenido de bromo activo de dicha composición es al menos aproximadamente 100.000 ppm (p/p) y (ii) cuando (a) es cloruro de bromo, la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en dicha composición es mayor que 0,93, y, cuando (a) es diclorohipobromito de metal alcalino, la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en dicha composición es mayor que 1, en donde dicha superficie es una encimera de cocina, una encimera de baño, una pared o un suelo y en donde dicha aplicación a dicha superficie es mediante vertido, pulverización o aplicación con un aplicador.
Preferiblemente, la solución concentrada precedente, cuando se usa cloruro de bromo como (a), se diluye con agua antes de aplicar la solución de biocida a la superficie que ha de desinfectarse. La cantidad de dilución puede variarse, con tal de que la solución diluida contenga una concentración biocida eficaz de la composición de biocida precedente.
Cuando se usa cloruro de bromo como (a), la composición líquida concentrada de biocida puede comprender además un cloruro de metal alcalino o un bromuro de metal alcalino. Preferiblemente, el metal alcalino es sodio.
Preferiblemente, dicho pH está en el intervalo de 7 a aproximadamente 13,5.
Preferiblemente, dicho diclorohipobromito de metal alcalino es una solución acuosa preformada de diclorohipobromito de metal alcalino y dicha solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico es una solución preformada de la sal sódica de ácido sulfámico.
Preferiblemente, la solución acuosa preformada de diclorohipobromito de metal alcalino es una solución acuosa preformada de diclorohipobromito sódico.
Preferiblemente, la solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico se forma mezclando entre sí en agua (i) ácido sulfámico y/o una sal de metal alcalino de ácido sulfámico y (ii) base de metal alcalino en proporciones tales que se forme una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico que tiene un pH de al menos 7.
Otra modalidad de esta invención proporciona un método para esterilizar un volumen de agua, método que comprende introducir en el volumen de agua una composición líquida concentrada de biocida. La composición biocida está comprendida por (a) cloruro de bromo y (b) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico que tiene un pH de al menos aproximadamente 7. Las cantidades de (a) y (b) son tales que, en la composición biocida, (i) el contenido de bromo activo es al menos aproximadamente 100.000 ppm (p/p) y (ii) la relación atómica de nitrógeno a bromo activo es mayor que 0,93.
Preferiblemente, dicho pH está en el intervalo de 7 a aproximadamente 13,5.
Otra modalidad más de esta invención proporciona un método para esterilizar un volumen de agua, que comprende introducir en el volumen de agua una composición líquida concentrada de biocida. La composición biocida está comprendida por (a) diclorohipobromito de metal alcalino y (b) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico que tiene un pH de al menos aproximadamente 7. Las cantidades de (a) y (b) son tales que, en la composición biocida, (i) el contenido de bromo activo es al menos aproximadamente 100.000 ppm (p/p) y (ii) la relación atómica de nitrógeno a bromo activo es mayor que 1.
Una modalidad adicional es un método para erradicar una biopelícula que comprende poner en contacto la biopelícula con un medio acuoso que contiene una concentración erradicadora de biopelícula de una composición de biocida formada por (a) cloruro de bromo y (b) una sal de metal alcalino de ácido sulfámico en agua en cantidades tales que la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en dicha composición sea mayor que 0,93. Entre las especies de biopelícula combatidas eficazmente de esta manera están biopelículas que comprenden P. aeruginosa y K. pneumoniae.
Preferiblemente, la biopelícula comprende P. aeruginosa. Puede comprender adicionalmente K. pneumoniae.
Una modalidad adicional más es un método para desactivar bacterias que comprende poner en contacto las bacterias con un medio acuoso que contiene una concentración desactivante de bacterias de una composición de biocida que contiene bromo activo formada por (a) cloruro de bromo y (b) una sal de metal alcalino de ácido sulfámico en agua en cantidades tales que la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en dicha composición sea mayor que 0,93. Entre las bacterias desactivadas (destruidas) eficazmente de esta manera están bacterias que comprenden E. coli, P. aeruginosa y S. aureus.
Las modalidades anteriores de esta invención y otras serán aún más evidentes a partir de la descripción subsiguiente y las reivindicaciones adjuntas.
Una ventaja de esta invención es que las composiciones líquidas concentradas de biocida proporcionadas aquí son al menos tan eficaces como la lejía como un biocida, sin las propiedades no deseables de la lejía, que incluyen inestabilidad y un olor desagradable. Así, los métodos de esta invención pueden reemplazar a los que usan lejía en aplicaciones biocidas. Los organismos que pueden controlarse usando los métodos de esta invención incluyen bacterias, hongos, limo y moluscos. Otra ventaja de los métodos de esta invención es que las composiciones líquidas concentradas de biocida proporcionadas aquí son solubles en agua, no ácidas y no corrosivas. Una ventaja adicional de esta invención es que las composiciones líquidas concentradas de biocida proporcionadas en esta invención son biocidas de una sola alimentación, significando el término una sola alimentación que el usuario final no necesita mezcladura adicional de componentes para producir la composición líquida concentrada de biocida.
El método para desinfectar una superficie comprende aplicar una composición líquida concentrada de biocida de cloruro de bromo o diclorohipobromito de metal alcalino a la superficie que ha de desinfectarse. La composición líquida concentrada de biocida puede aplicarse a la superficie que ha de desinfectarse de varios modos. La composición puede verterse directamente sobre la superficie, pulverizarse sobre la superficie o verterse o pulverizarse sobre un aplicador que a continuación se pone en contacto con la superficie. Aplicadores incluyen, pero no se limitan a, paños, esponjas, toallas de papel y mopas.
El método para esterilizar un volumen de agua comprende introducir una composición líquida concentrada de biocida de cloruro de bromo o diclorohipoclorito de metal alcalino en el volumen de agua. Puede usarse una variedad de métodos para introducir la composición líquida concentrada de biocida en el volumen de agua que ha de esterilizarse. La composición líquida concentrada de biocida puede añadirse directamente al volumen de agua, toda de una vez o lentamente a lo largo del tiempo, por ejemplo a través de una bomba o un alimentador. En sistemas en los que el agua se hace circular a través de un aparato, la composición líquida concentrada de biocida puede añadirse a este aparato.
La adición de la composición líquida concentrada de biocida al volumen de agua que ha de esterilizarse da preferiblemente una concentración de biocida en el volumen de agua tal que están presentes en el volumen de agua en el intervalo de 2 a 10 miligramos por litro de halógeno disponible total, expresado como Cl_{2}. En una modalidad preferida, la composición líquida concentrada de biocida se introduce en el volumen de agua según se requiera, de modo que se mantengan en el intervalo de 2 a 10 miligramos por litro de halógeno disponible total, expresado como Cl_{2}, dentro del volumen de agua. Una cantidad más preferida de halógeno disponible total, expresado como Cl_{2}, en el volumen de agua es de 2 a 5 miligramos por litro. Se sabe en la técnica que estas concentraciones de halógeno disponible total, expresado como Cl_{2}, son suficientes para esterilizar un volumen de agua y para mantener la esterilización de un volumen de agua.
En una modalidad preferida se usa cloruro de bromo como (a).
Dicha composición líquida concentrada de biocida puede introducirse directamente en dicho volumen de agua toda de una vez. También puede introducirse dicho volumen de agua lentamente a lo largo del tiempo.
Además, la composición líquida concentrada de biocida puede comprender un cloruro de metal alcalino o bromuro de metal alcalino. El metal alcalino de los mismos es preferiblemente sodio.
En otra modalidad preferida se usa diclorohipobromito de metal alcalino como (a).
Preferiblemente, dicho diclorohipobromito de metal alcalino es una solución acuosa preformada de diclorohipobromito de metal alcalino y dicha solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico es una solución acuosa preformada de la sal sódica de ácido sulfámico.
Preferiblemente, la solución acuosa preformada de diclorohipobromito de metal alcalino es una solución acuosa preformada de diclorohipobromito sódico.
Para producir una composición líquida concentrada de biocida, (a) cloruro de bromo y (b) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico (preferiblemente la sal sódica) se mezclan, teniendo la solución de (b) usada un pH de al menos aproximadamente 7, y preferiblemente en el intervalo de 7 a aproximadamente 13,5. Las cantidades de (a) y (b) usadas son tales que (i) el contenido de bromo activo en la composición es al menos 100.000 ppm (p/p) y (ii) la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en la composición es mayor que 0,93. Se prefiere utilizar una relación atómica de nitrógeno a bromo activo que sea mayor que 1 y el pH está preferiblemente en el intervalo de 7 a aproximadamente 13,5.
Preferiblemente, la solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico usada se preforma mezclando entre sí en agua (i) ácido sulfámico y/o una sal de metal alcalino de ácido sulfámico y (ii) base de metal alcalino en proporciones tales que se forme una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico que tiene un pH de al menos 7. Si se usa el propio ácido sulfámico como el material de partida, se usa inicialmente como una suspensión en agua con la que se mezcla la base de metal alcalino. Se prefiere que la sal de metal alcalino de ácido sulfámico sea la sal de litio, sodio o potasio; las más preferidas son las sales de sodio y potasio. Altamente preferida como la sal de metal alcalino de ácido sulfámico es la sal sódica.
Cuando se mezcla el cloruro de bromo con la solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico, es deseable mantener el pH deseado de la solución resultante en 7 o mas introduciendo además en la solución (continuamente o intermitentemente, según se desee) base de metal alcalino adicional, tal como mediante una coalimentación de una solución acuosa de base de metal alcalino. El uso de cloruro de bromo como la fuente del bromo activo en el procedimiento anterior es ventajoso debido a que en la composición acuosa resultante todo el bromo del cloruro de bromo se hace disponible como bromo activo en solución. En otras palabras, el cloro del cloruro de bromo se convierte en el procedimiento en sal de cloruro de metal alcalino disuelta, liberando de ese modo el bromo como el contenido de bromo activo de la composición biocida. Así, el componente más costoso del cloruro de bromo - a saber, el bromo - se utiliza completamente al formar bromo activo en la composición biocida acuosa, y simultáneamente el componente menos cotosos - el cloro aniónico en el cloruro de bromo - hace posible esta ventaja.
Utilizando cloruro de bromo con sosa cáustica en la composición, pueden alcanzarse niveles superiores de halógeno activo en comparación con los niveles obtenidos mediante la adición de hipoclorito sódico a bromuro sódico. El procedimiento y las composiciones formadas también tienen aproximadamente dos veces el contenido de bromo activo que las soluciones más concentradas producidas de acuerdo con la patente de Goodenough y otros. Por otra parte, incluso con los niveles altos de bromo activo que existen en las composiciones usadas en esta invención, se ha encontrado posible proporcionar composiciones biocidas que mantienen estos niveles altos de bromo activo durante un período de al menos dos meses, y que no exhiben un vapor u olor visible o desagradable durante este período.
Esta invención usa una composición acuosa de biocida que comprende agua que tiene en solución en la misma (i) un contenido de bromo activo derivado de cloruro de bromo de al menos aproximadamente 100.000 ppm (p/p), (ii) una sal de metal alcalino de ácido sulfámico y (iii) un cloruro de metal alcalino, en donde las proporciones relativas de (i) y (ii) son tales que la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en la composición resultante es mayor que 1 y el pH de la composición es al menos 7, y preferiblemente en el intervalo de 7 a aproximadamente 13,5. De nuevo, la sal de metal alcalino de ácido sulfámico preferida es la sal de litio, sodio o potasio; más preferiblemente, es la sal de sodio o potasio; la sal de metal alcalino de ácido sulfámico más preferida es la sal de sodio. De forma similar, el cloruro de metal alcalino es preferiblemente cloruro de litio, cloruro sódico o cloruro potásico; más preferiblemente es cloruro sódico o cloruro potásico. Altamente preferido como el cloruro de metal alcalino es el cloruro sódico. En una modalidad menos preferida, (iii) es un bromuro de metal alcalino, lo más preferiblemente bromuro sódico.
La invención usa además un procedimiento para producir diclorohipobromuro de metal alcalino, M[BrCl_{2}] (M = metal alcalino), que se realiza premezclando cloruro de bromo con cloruro de metal alcalino acuoso y el cloruro de bromo se usa en esta forma para proporcionar el contenido de bromo activo de la composición biocida. El metal alcalino del diclorohipobromuro de metal alcalino puede ser litio, sodio, potasio, rubidio o cesio; se prefieren el litio, el sodio y el potasio; se prefieren más el sodio y el potasio. El diclorohipobromito sódico es el diclorohipobromito de metal alcalino más preferido. El diclorohipobromito también se denomina en la técnica diclorobromato, bromuro-dicloruro y diclorobromuro.
Para formar la composición biocida, el diclorohipobromito de metal alcalino se mezcla con una solución acuosa de una sal de metal alcalino de ácido sulfámico que tiene un pH de al menos 7. En la composición biocida resultante, la relación atómica de nitrógeno a bromo activo es mayor que 0,93. Se prefiere que la relación atómica sea mayor
que 1.
En cada una de las modalidades de esta invención, la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en la composición biocida está preferiblemente en el intervalo de 1,1 a 1,5 y más preferiblemente en el intervalo de 1,35 a 1,5. Pueden emplearse relaciones aún mayores, si se desea.
Los siguientes ejemplos se presentan con propósitos de ilustración.
Ejemplos
Un procedimiento general para preparar las composiciones de esta invención usando ácido sulfámico implica, como una primera etapa, formar una suspensión de ácido sulfámico en agua. Típicamente, el pH de esta suspensión está por debajo de 1 unidad de pH. Se añade a continuación hidróxido sódico a una concentración de 50% hasta que el sólido se disuelve completamente. Se añade NaOH al 50% adicional hasta que se alcanza el pH deseado. Se añade a continuación cloruro de bromo a una velocidad que permite la disolución sin formar una acumulación de halógeno en el fondo del reactor. A escala de laboratorio, una velocidad de adición conveniente es aproximadamente dos gotas por segundo. Se coalimenta hidróxido sódico (por ejemplo, 25% o 50%) al reactor para mantener el pH deseado (por ejemplo, en el intervalo de 7 a aproximadamente 13,5, y es posible trabajar incluso a un pH en el intervalo de 13,5 a 14). Se ha encontrado que pueden prepararse mediante el procedimiento de esta invención soluciones estables que contienen tanto como 26% de bromo activo (11,5% sobre una base de cloro
activo).
Se prepararon diversas composiciones usando el procedimiento general anterior y el contenido de bromo activo de las composiciones resultantes se determinó analíticamente. Las condiciones usadas y los resultados obtenidos (observaciones sobre el olor y el vapor y contenidos iniciales de bromo activo en las soluciones) se resumen en la Tabla 2.
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TABLA 2 Datos sobre Soluciones Preparadas de Ácido Sulfámico-Cloruro de Bromo
Ej. Nº Halógeno pH SA_{eq} Comentarios sobre el Olor y el Vapor Br_{2} Activo,
% en peso*
1** BrCl 7 0,92 Fuerte olor a Br, ligeramente fumante 11,2%
2 BrCl 12,5 0,94 Aroma ligeramente dulce, sin vapor observado 18,0%
3 BrCl 12,8 1,41 Aroma ligeramente dulce, sin vapor observado 17,6%
4 BrCl 13,5 1,35 16,2%
SA_{eq} = Relación molar de ácido sulfámico a halógeno.
* Determinado mediante valoración usando el método del almidón-yodo-arsenito sódico.
** Ejemplo comparativo
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Los detalles específicos para los Ejemplos 1-4 de la Tabla 2 se dan posteriormente. El Ejemplo 5 ilustra la modalidad de la invención en la que se utiliza un diclorohipobromito de metal alcalino como la fuente de bromo activo. Los Ejemplos 6 y 7 ilustran la eficacia del cloruro de bromo hacia las bacterias.
Ejemplo 1 Cloruro de Bromo, Sosa Cáustica y Sulfamato Sódico a pH Neutro
Un matraz de 1 litro se cargó con 52,0 g de ácido sulfámico y 250 g de agua. Se preparó sulfamato sódico añadiendo 60,0 g de hidróxido sódico al 50% a la suspensión agitada. Se preparó cloruro de bromo añadiendo 20 g de cloro a 47,0 g de bromo. Este cloruro de bromo se coalimentó a continuación con 210 g de hidróxido sódico al 25% para mantener el pH entre 6 y 8. Se añadieron 5 ml de ácido clorhídrico 1 M para llevar el pH final hasta aproximadamente 7 \pm 0,5. La solución, que contenía algunos sólidos, se transfirió a una botella ámbar para el almacenamiento. La valoración con almidón-yodo de una muestra de la solución indicaba que tenía una concentración de bromo activo de 11,2%.
Ejemplo 2 Cloruro de Bromo, Sosa Cáustica y Sulfamato Sódico
Un matraz de 1 litro se cargó con 107 g de ácido sulfámico y 200 g de agua. Se preparó sulfamato sódico añadiendo 93,9 g de hidróxido sódico al 50% a la suspensión agitada. Se preparó cloruro de bromo añadiendo 39 g de cloro a 96,0 g de bromo. Este cloruro de bromo se coalimentó a continuación con 319 g de hidróxido sódico al 50% para mantener el pH entre 11 y 13. Después de agitar durante 30 minutos adicionales, la solución, que contenía algunos sólidos, se transfirió a una botella ámbar para el almacenamiento. La valoración con almidón-yodo de una muestra de la solución indicaba que tenía una concentración de bromo activo de 18,0%. El análisis de la solución después de tres semanas a temperatura ambiente indicaba que la solución todavía contenía más de 90% de su contenido de bromo activo.
Ejemplo 3 Cloruro de Bromo, Sosa Cáustica y Sulfamato Sódico; escala mayor
Un matraz de 5 litros se cargó con 470 g de ácido sulfámico y 900 g de agua. Se preparó sulfamato sódico añadiendo 436 g de hidróxido sódico al 50% a la suspensión agitada. Se preparó cloruro de bromo añadiendo 120 g de cloro a 276 g de bromo. Este cloruro de bromo se coalimentó a continuación con 1723 g de hidróxido sódico al 50% para mantener el pH entre 12 y 13. Después de agitar durante 60 minutos adicionales, la solución transparente naranja se transfirió a una botella de polietileno para el almacenamiento. La valoración con almidón-yodo de una muestra de la solución indicaba que tenía una concentración de bromo activo de 17,6%.
Ejemplo 4 Cloruro de Bromo, Sosa Cáustica y Sulfamato Sódico
Un matraz de 5 litros se cargó con 390 g de ácido sulfámico y 400 g de agua. Se preparó sulfamato sódico añadiendo 1820 g de hidróxido sódico al 25% a la suspensión agitada mientras se enfriaba para mantener la temperatura por debajo de 30ºC. Se añadieron a continuación 344 g de cloruro de bromo. La solución transparente naranja tenía un pH de 13,5 y se filtró y se transfirió a una botella de polietileno para el almacenamiento. La valoración con almidón-yodo de una muestra de la solución indicaba que tenía una concentración de bromo activo de 16,2%.
Ejemplo 5 Reducción de la Presión de Vapor de Diclorohipobromito Sódico con Sulfamato Sódico
Se prepara diclorohipobromito sódico, Na[BrCl_{2}], añadiendo 30,6 g de cloruro de bromo a 154 g de cloruro sódico acuoso 3 M. Se preparó sulfamato sódico suspendiendo 24,3 g de ácido sulfámico en 9 g de agua y añadiendo 24,0 g de hidróxido sódico al 50% gota a gota a la suspensión de ácido sulfámico; el matraz se calentaba notablemente y el sólido se disolvía. Esta solución de sulfamato sódico se añadió gota a gota a los 184,6 g de diclorohipobromito sódico. Se añadieron 24 g adicionales de hidróxido sódico al 50% para elevar el pH hasta 7. El análisis de esta solución indicaba que tenía una concentración de bromo activo de 12,0%.
Ejemplo 6 Eficacia de Soluciones de BrCl/Sulfamato Sódico frente a Bacterias Biopeliculares (superficiales) Soluciones de Biocida
Se prepara agua sintética añadiendo 0,22 g de CaCl_{2}, 0,168 g de NaHCO_{3} y 0,014 g de NaCl a 1 l de agua destilada desionizada. La mezcla se esteriliza mediante filtración a través de un filtro de 0,2 mm. Esta solución proporciona agua que contiene 200 ppm de dureza de calcio (como CaCO_{3}), 150 ppm de alcalinidad (como CaCO_{3}) y 150 ppm de cloruro, y que tiene un pH de 8,05.
La solución de ácido hipocloroso de reserva se prepara a partir de solución de hipoclorito sódico (0,41 g, > 4%, real \sim2,7%) diluida hasta 100 g con agua sintética. La solución se almacena en una botella de vidrio ámbar de 118 ml (4 onzas) en el refrigerador. Ácido hipobromoso de reserva se combina a partir de hipoclorito sódico (0,42 g, 0,15 milimoles) y bromuro sódico (0,028 g, 0,27 milimoles); esta solución también se almacena en una botella de vidrio ámbar de 188 ml (4 onzas) en el refrigerador. 0,0054 g de BrClDMH, 0,0054 g de Br_{2}DMH y 0,0033 g de ácido tricloroisocianúrico se añaden cada uno con agitación para separar soluciones de 20 g de agua sintética. La solución de BrCl de reserva se prepara diluyendo 0,032 g de la solución del Ejemplo 4 con 20 g de agua sintética.
Las soluciones de reserva de ácido hipobromoso (HOBr) y 1,3-bromocloro-5,5-dimetilhidantoína (BrClDMH) se diluyeron 1:10 para la prueba de la concentración mínima para la erradicación de biopelícula (MBEC) (véase posteriormente). Las soluciones de reserva de BrCl, ácido hipocloroso (HOCl), 1,3-dibromo-5,5-dimetilhidantoína (Br_{2}DMH) y ácido tricloroisocianúrico se diluyeron 1:10 y de nuevo 1:2,5 para la prueba de MBEC. Las soluciones se caracterizan realizando otra dilución 1:10 y analizando con respecto al cloro libre o total mediante el método de DPD usando un espectrofotómetro Hach Dr 700. Los niveles de oxidante reales en las soluciones de reserva antes de su dilución para las pruebas de MBEC se muestran en la Tabla 3.
TABLA 3 Niveles de Oxidante en Soluciones para el Ejemplo 6
Ejemplo 6a 6a 6b 6b 6c 6c
Cl_{2} libre Cl_{2} total Cl_{2} libre Cl_{2} total Cl_{2} libre Cl_{2} total
BrCl 20,0 37 ppm -
HOBr 10,0 10,1 ppm 10,1
HOCl 10,1 42 ppm 10,4
Br_{2}DMH^{a} 10,9 40 ppm 9,4
BrClDMH^{b} 9,8 9,1 ppm 9,1
Ácido Cl_{3}isocianúrico^{c} 10,6 44 ppm 10,6
a Br_{2}DMH = 1,3-dibromo-5,5-dimetilhidantoína
b BrClDMH = 1,3-dibromocloro-5,5-dimetilhidantoína
c Ácido Cl_{3}isocianúrico = ácido tricloroisocianúrico
Preparación de Biopelículas
Biopelículas de Pseudomonas aeruginosa (ATCC 15442), biopelículas de Klebsiella pneumoniae (University of Calgary Biofilm Research, Group, aislado ambiental) y biopelículas mixtas se preparan sobre las puntas de una placa mediante incubación aeróbica en un medio salino simple con 0,1% de glucosa (24 horas, 35ºC) que contiene aproximadamente 5 x 10^{6} cfu/ml de inóculo bacteriano. Las biopelículas mixtas de Pseudomonas aeruginosa y Klebsiella pneumoniae se preparan inoculando 25 ml de medio con cantidades aproximadamente iguales de cada organismo (5 x 10^{6} cfu/ml). Las biopelículas del día 7 se preparan mediante una ligera modificación de estos procedimientos: cada día, el medio agotado se reemplazó por medio reciente e inóculo.
Concentración Mínima para la Erradicación de Biopelícula
La concentración mínima para la erradicación de biopelícula (MBEC) se define como la concentración mínima de agente que da como resultado la desactivación completa de la biopelícula. La técnica de la MBEC consiste generalmente en hacer crecer biopelículas de 24 horas idénticas y a continuación estimular las biopelículas con concentraciones decrecientes de antibióticos y/o biocidas seleccionados. Después de un tiempo de estimulación, las biopelículas se ponen en pocillos de medio de crecimiento y se someten a ultrasonicación para retirar cualquier organismo superviviente. Después de incubar durante la noche, los pocillos se comprueban con respecto a la turbidez. Pocillos transparente claros indican desactivación completa de las bacterias de la biopelícula. A la inversa, turbidez (crecimiento) indica desactivación incompleta.
En todos los casos, las puntas se enjuagan a continuación en agua sintética y son estimuladas mediante el biocida. Después de la estimulación con biocida, las puntas se enjuagan dos veces con agua sintética y a continuación se someten a sonicación en caldo de Mueller-Hinton (225 \mul por pocillo). El caldo se incuba a continuación durante 18 horas a 35ºC. Los puntos finales de MBEC se determinaban inequívocamente mediante absorbancia a 650 nm. Una absorbancia >0,100 se consideraba una indicación positiva del crecimiento.
Procedimiento
Se preparan una biopelícula tanto de 24 horas como de 7 días a partir de P. aeruginosa (Ejemplo 6a y 6b). Se prepara una biopelícula de 24 horas a partir de poblaciones iguales de P. aeruginosa y K. pneumoniae (Ejemplo 6c). Estas biopelículas se estimulan a continuación con varios biocidas oxidantes. Las biopelículas de 7 días eran más difíciles de erradicar que las biopelículas de 24 horas.
Todas las determinaciones de MBEC realizadas en el Ejemplo 6 usaban un pH de 8,0 y un tiempo de estimulación de 1 hora para la determinación de MBEC. Los resultados de las determinaciones de la concentración mínima de erradicación de biopelícula (MBEC) se muestran en la Tabla 4.
TABLA 4 Resultados de MBEC para Bacterias Biopeliculares
Ej. Nº 6a 6b 6c
Bacterias P. aeruginosa P. aeruginosa P. aeruginosa
y
K. pneumoniae
tiempo de crecimiento 24 horas 7 días 24 horas
de la película
MBEC MBEC MBEC
BrCl 3,8 ppm 4,6 ppm no probado
HOBr 2,5 ppm 7,6 ppm 2,5 ppm
HOCl 3,8 ppm 21 ppm 2,6 ppm
Br_{2}DMH^{a} 1,4 ppm 5 ppm 2,4 ppm
BrClDMH^{b} 2,4 ppm 6,8 ppm 2,3 ppm
ácido Cl_{3} isocianúrico 2,0 ppm 22 ppm 2,6 ppm
a Br_{2}DMH = 1,3-dibromo-5,5-dimetilhidantoína
b BrClDMH = 1,3-dibromocloro-5,5-dimetilhidantoína
c Ácido Cl_{3} isocianúrico = ácido tricloroisocianúrico
Ejemplo 7 Eficacia de Soluciones de BrCl/Sulfamato Sódico frente a Bacterias Planctónicas (en solución) Soluciones de Biocida
La solución de hipoclorito sódico (NaOCl) es una solución acuosa con 5,25% de cloro disponible. La solución de BrCl de reserva se prepara como en el Ejemplo 4. Tanto la solución de NaOCl como las soluciones de BrCl se diluyen en una serie doble de diluciones en tampón de fosfato al pH deseado para las pruebas de concentración inhibidora mínima (MIC) (véase posteriormente).
Cultivos Bacterianos
Se preparan cultivos de E. coli, P. aeruginosa y S. aureus haciendo crecer cultivos de 24 horas de las bacterias respectivas.
Concentración Inhibidora Mínima
La concentración inhibidora mínima (MIC) se define como la dilución más alta (concentración más baja) que muestra desactivación completa de las bacterias. La técnica de la MIC consiste generalmente en hacer crecer cultivos bacterianos de 24 horas idénticos y a continuación estimular una porción del cultivo con antibióticos y/o biocidas seleccionados. Después de un tiempo de estimulación, las porciones estimuladas de los cultivos se ponen en pocillos de medios de crecimiento y, después de incubar durante la noche, los pocillos se comprueban con respecto a la turbidez. Los pocillos transparentes claros indican desactivación completa de las bacterias. A la inversa, la turbidez (crecimiento) indica desactivación incompleta.
Se elabora una suspensión 0.5 McFarland a partir de un cultivo para la prueba de la concentración inhibidora mínima (MIC). Después del tiempo de estimulación, una parte alícuota de 10 \mul se retira a caldo de Letheen que contiene tiosulfato sódico al 0,1%. La mezcla se incuba a 35ºC durante 48 horas.
Procedimiento
Las suspensiones de los cultivos se estimulan cada una separadamente con soluciones de NaOCl y BrCl a pH 7 (Ejemplos 7a-c) y con soluciones de BrCl a pH 8,5 (Ejemplos 7d-7f). Porciones de 9,9 ml de las soluciones de biocida doblemente diluidas se inocularon con 100 \mul de una suspensión 0.5 MacFarland de un cultivo de 24 horas. Después del tiempo de estimulación, una parte alícuota de 10 \mul se retira a caldo de Letheen que contiene tiosulfato sódico al 0,1%. La mezcla se incuba a 35ºC durante 48 horas.
Todas las determinaciones realizadas en el Ejemplo 7 usaban un tiempo de estimulación de 10 minutos para la determinación de la MIC. Los resultados de las determinaciones de la concentración inhibidora mínima (MIC) se muestran en la Tabla 5.
TABLA 5 Resultados de la MIC para Bacterias Planctónicas
Ej. Nº 7a 7b 7c 7d 7e 7f
Bacterias E. coli P. aeruginosa S. aureus E. coli P. aeruginosa S. aureus
pH 7 7 7 8,5 8,5 8,5
MIC MIC MIC MIC MIC MIC
BrCl al 11% 16 ppm 16 ppm 16 ppm 8 ppm 16 ppm 16 ppm
en peso
NaOCl al 5% 8 ppm 16 ppm - - - -
en peso
El modo preferido para formar las composiciones acuosas de biocida anteriores que comprenden agua que tiene en solución en la misma un contenido de bromo activo de al menos aproximadamente 100.000 ppm (p/p), y preferiblemente de 145.000 ppm a 160.000 ppm (p/p), es mezclar entre sí (i) cloruro de bromo y (ii) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico o (iii) agua y una sal de metal alcalino de ácido sulfámico o (iv) agua, una base de metal alcalino y ácido sulfámico o (v) cualquier combinación de (ii), (iii) y (iv), y en proporciones relativas de tales que la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en dicha composición de biocida sea mayor que 0,93, preferiblemente mayor que 1, y el pH de la composición de biocida sea al menos 7 (por ejemplo, en el intervalo de 10 a 13,5) y preferiblemente en el intervalo de 12 ó 12,5 a 13,5.
Esta invención ha hecho posible proporcionar una composición acuosa de biocida que tiene un pH de al menos 7 y que comprende agua que tiene en solución (i) un contenido de bromo activo de al menos aproximadamente 100.000 ppm (p/p) y (ii) una relación atómica de nitrógeno a bromo activo de más de 0,93, originándose el nitrógeno a partir de ácido sulfámico y/o una sal de metal alcalino del mismo, y en donde la composición (a) carece o carece esencialmente de bromato y (b) desde su comienzo ha carecido o carecido esencialmente de bromato. Por "carece" de bromato se entiende que usando el procedimiento de prueba descrito posteriormente aquí el nivel de bromato, si lo hay, está por debajo de una cantidad detectable. De forma similar, por "carece esencialmente" de bromato se entiende que usando el procedimiento de prueba descrito posteriormente aquí la presencia de bromato se confirma, pero que la cantidad del mismo no es mayor que 50 ppm (p/p).
La invención usa una composición que comprende una solución acuosa que contiene un compuesto de bromo oxidante estable - es decir, un contenido de bromo activo estabilizado - en donde la solución está libre de bromato detectable. Preferiblemente, tal composición desde su comienzo está libre de cantidades detectables de bromato o, en otras palabras, la solución contiene en todo momento desde su comienzo menos de 50 ppm de bromato. El contenido de bromo activo estabilizado de las composiciones de esta modalidad puede derivarse de cloruro de bromo y ácido sulfámico o un sulfamato de metal alcalino tal como sulfamato sódico o sulfamato potásico. El compuesto de bromo oxidante estable es del tipo obtenible a partir de cloruro de bromo o una mezcla de cloruro de bromo y bromo, y ácido sulfámico o un sulfamato de metal alcalino tal como sulfamato sódico. Cuando están en forma de una solución concentrada, estas composiciones contiene al menos 100.000 ppm (p/p), es decir, al menos 10% en peso, basado en el peso total de la solución acuosa, y lo más preferiblemente al menos aproximadamente 145.000 ppm (por ejemplo, en el intervalo de 145.000 a 160.000 ppm (p/p)) de contenido de bromo activo. Cantidades por encima de 160.000 ppm (p/p) también están dentro del alcance de esta invención. En otras palabras, cualquier concentración del componente o los componentes de bromo activo estabilizado por encima de aproximadamente 160.000 ppm (p/p) que no dé como resultado la formación de precipitados durante el almacenamiento o el transporte de la solución concentrada bajo condiciones de temperatura ambiente normal constituye composiciones de esta invención. Cuando se usan para el control microbiológico, las soluciones concentradas de esta invención se mezclan o se diluyen con, o se introducen en, agua adicional, que típicamente es el agua que se trata para tal control microbiológico, de modo que la cantidad de bromo activo en el agua que se trata para el control microbiológico sea una cantidad microbiológicamente eficaz. Las diversas composiciones de las modalidades mencionadas en este párrafo preferiblemente contienen de forma adicional ion cloruro disuelto, lo más preferiblemente en presencia de un exceso estequiométrico de catión de metal alcalino, tales como cationes sodio o potasio. En contraste con ciertas otras sales de metales alcalinos, las sales de cloruro de metal alcalino tienen altas solubilidades en el medio acuoso de los concentrados de esta invención, y así no plantean problemas con respecto a la formación de precipitados durante el almacenamiento, el transporte o el uso. Además, el cloruro de metal alcalino disuelto en las soluciones de esta invención minimiza la extensión hasta la que el oxígeno o el aire se disuelve en las soluciones concentradas.
Aunque no es obligatorio, se prefiere que desde el inicio de su producción las composiciones usadas en esta invención estén y se mantengan en todo momento libres de peróxidos.
Otras modalidades adicionales usadas en esta invención incluyen las siguientes:
1)
Una composición biocida concentrada que contiene ion bromonio estabilizado con sulfamato, teniendo tal composición (i) desde su inicio un pH por encima de 8 y (ii) más de aproximadamente 10% en peso de ion bromonio presente, medido como Br_{2}, basándose tal % en peso en el peso total de la composición.
2)
Una composición biocida concentrada que contiene ion bromonio estabilizado con sulfamato, (i) conteniendo tal composición hasta aproximadamente 16% en peso de ion bromonio, medido como Br_{2}, basándose tal % en peso en el peso total de la composición, (ii) desde su inicio, estando tal composición libre de cantidades detectables de ion bromato y (iii) desde su inicio, teniendo tal composición un pH mayor que 10.
3)
Una composición biocida concentrada que contiene ion bromonio estabilizado con sulfamato, (i) conteniendo tal composición al menos aproximadamente 10% en peso de ion bromonio, medido como Br_{2}, basándose tal % en peso en el peso total de la composición, (ii) teniendo tal composición un pH mayor que 10 y (iii) no conteniendo tal composición ion bromato detectable.
4)
Una composición biocida concentrada que contiene halógeno oxidante estabilizado obtenido mediante la reacción de BrCl y ^{\ominus}SO_{3}NH_{2}, (i) teniendo tal composición hasta 16% en peso de ion bromonio, medido como Br_{2}, basándose tal % en peso en el peso total de la composición y (ii) teniendo tal composición un pH mayor que 10.
5)
Una composición biocida concentrada que contiene halógeno oxidante estabilizado obtenido mediante la reacción de BrCl y ^{\ominus}SO_{3}NH_{2}, teniendo tal composición un pH mayor que 10.
6)
Una composición biocida concentrada que contiene halógeno oxidante estabilizado obtenido mediante la reacción de BrCl y ^{\ominus}SO_{3}NH_{2}, conteniendo tal composición al menos aproximadamente 10% en peso de ion bromonio, medido como Br_{2}, basándose tal % en peso en el peso total de la composición.
7)
Una composición biocida concentrada que contiene al menos aproximadamente 10% en peso de halógeno oxidante distinto a BrO^{\ominus} estabilizado con ^{\ominus}SO_{3}NH_{2}.
8)
Una composición biocida concentrada que contiene halógeno oxidante distinto de BrO^{\ominus} estabilizado, teniendo tal composición un pH mayor que 10.
9)
Una mezcla acuosa que contiene halógeno oxidante estabilizado y que tiene un pH entre 7 y 8.
10)
Una composición acuosa de biocida que tiene un pH de al menos 7 y que comprende agua que tiene en solución en la misma (i) un contenido de bromo activo de al menos aproximadamente 100.000 ppm (p/p) y (ii) un contenido de sulfamato en una cantidad tal que la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en dicha composición de biocida es mayor que 0,93, y en donde dicha composición carece o carece esencialmente de bromato y desde su comienzo ha carecido o carecido esencialmente de bromato.
11)
Una composición de acuerdo con 10) anterior, en la que dicha relación atómica es mayor que 1, en donde dicho pH está en el intervalo de 12 a aproximadamente 13,5.
12)
Una composición que comprende una solución acuosa que contiene un compuesto de bromo oxidante estable en donde la solución está libre de bromato detectable.
13)
Una composición de acuerdo con 12) anterior en la que desde el inicio dicha composición está libre de cantidades detectables de bromato.
14)
Una composición biocida concentrada que contiene un halógeno oxidante estabilizado que puede obtenerse a partir del cloruro de bromo o una combinación de cloruro de bromo y bromo, y ácido sulfámico o un sulfamato de metal alcalino, estando libre dicha composición de cantidades detectables de ion bromato y teniendo más de aproximadamente 100.00 ppm (p/p) de ion bromonio presente, medido como Br_{2}.
15)
Una composición de acuerdo con 14) anterior en la que dicho halógeno oxidante estabilizado puede obtenerse a partir de cloruro de bromo o una combinación de cloruro de bromo y bromo, y sulfamato sódico.
16)
Una composición de acuerdo con 14) anterior, en la que la cantidad de ion bromonio presente, medido como Br_{2}, es al menos aproximadamente 145.000 ppm (p/p).
17)
Una composición de acuerdo con 14) anterior, en la que la cantidad de ion bromonio presente, medido como Br_{2}, está en el intervalo de 145.000 a 160.000 ppm (p/p).
Preferiblemente, pero no necesariamente, la composición de 1), 2), 3), 7), 8), 9), 10), 11), 12) o 13) inmediatamente anterior se caracteriza además por comprender ion cloruro en solución en la misma.
En cada una de las modalidades anteriores usadas en esta invención, la relación atómica de nitrógeno a bromo activo está preferiblemente en el intervalo de 1,1 a 1,5 y más preferiblemente en el intervalo 1,1 a 1,5. Si se desea, pueden emplearse relaciones aún superiores.
Una sal de metal alcalino preferida de ácido sulfámico, y una base de metal alcalino preferida usada para formar tal sal son, respectivamente, sulfamato potásico y una base potásica tal como KOH. Las más preferidas son, respectivamente, sulfamato sódico y una base sódica tal como NaOH.
Un modo deseable de efectuar la mezcladura de los reaccionantes cuando se producen las concentraciones líquidas concentradas de biocida usadas en esta invención comprende introducir simultáneamente (a) cloruro de bromo y (b) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico en una zona de reacción, tal como un reactor u otro recipiente de reacción, y teniendo el pH de la solución resultante al menos en 7 (por ejemplo, en el intervalo de 10 a 13,5) y preferiblemente en el intervalo de 12 ó 12,5 a 13,5. Según se apunta anteriormente, las proporciones de (a) y (b) usadas son tales que (i) el contenido de bromo activo de la solución es al menos aproximadamente 100.000 ppm (p/p), preferiblemente de 145.000 a 160.000 ppm (p/p) y (ii) la relación atómica de nitrógeno a bromo activo de (a) y (b) es mayor que 0,93, preferiblemente mayor que 1.
Uno de los rasgos de esta invención es que se usan composiciones acuosas de biocida que, aunque no estén purificadas, carecen o carecen esencialmente de bromato. En otras palabras, si está presente algo de bromato, la cantidad del mismo según se determina mediante el uso del procedimiento de prueba descrito posteriormente aquí es tal que las composiciones acuosas concentradas de biocida de esta invención contienen bromato en una cantidad de hasta e incluyendo (es decir, no mayor que) 50 ppm (p/p) basado en el peso total de la composición biocida acuosa concentrada. De hecho, en composiciones acuosas concentradas de biocida preferidas usadas en esta invención, este contenido de bromato está en el intervalo de 0 a aproximadamente 40 ppm (p/p) según se determina usando tal procedimiento de prueba.
Como se sabe en la técnica, el bromato es un componente muy poco deseable de los sistemas acuosos. Por ejemplo, la Patente de EE.UU. Nº 5.922.745 apunta que en 1995 the United States Environmental Protection Agency publicó un documento que identificaba algunos problemas de salud relacionados con la formación de bromato (G. Amy y otros, Water Supply, 1995, 13(1), 157), y que en el mismo año la carcinogénesis animal se relacionó con la presencia de bajos niveles de bromato en el agua de bebida (J.K. Falwell y G. O'Neill, Water Supply, 1995, 13(1), 29). Aunque algún procesamiento anterior alcanzaba reducciones en la cantidad de bromato formada cuando se producían biocidas acuosos estabilizados que contenían bromo, sigue habiendo una necesidad de reducciones adicionales en la cantidad de bromato presente en tales biocidas. De acuerdo con esta invención, se han hecho posibles tales reducciones adicionales. Por otra parte, debido a esta invención, es posible ahora formar una composición acuosa concentrada de biocida que tenga un contenido de bromo activo de al menos aproximadamente 100.000 ppm (p/p), y preferiblemente en el intervalo de 145.000 a 160.000 ppm (p/p), que no solo carezca o carezca esencialmente de bromato sino que desde su comienzo haya carecido o carecido esencialmente de bromato. Así, en todas las fases de la producción, el manejo, el almacenamiento, el transporte y el uso de tales composiciones, existe una posibilidad reducida de exposición a bromato. Por lo que se sabe, no ha sido posible alcanzar tales resultados antes de esta invención. Por otra parte, el agua tratada de acuerdo con esta invención mediante la adición a la misma de una cantidad biocida eficaz de bromo activo da como resultado una dilución substancial ya que, en general, sobre una base en peso/peso, serán suficientes dosificaciones en el agua tratada en el intervalo de 0,5 a 20 partes por millón de bromo (expresado como Br_{2}) y preferiblemente en el intervalo de 4 a 10 partes por millón de bromo (expresado como Br_{2}) en el medio acuoso que se trata para el control biocida y/o biopelicular. Esto a su vez significa que la cantidad muy pequeña de bromato, si existe, presente en la solución acuosa concentrada de esta invención se reduce drásticamente en órdenes de magnitud en el agua que se trata mientras se alcanza el control microbiológico para el que se está usando la composición.
Otro rasgo más de esta invención es que la invención ha hecho posible formar una composición acuosa concentrada de biocida que tiene un contenido de bromo activo de al menos aproximadamente 100.000 ppm (p/p), que no solo carece o carece esencialmente de bromato sino que, desde su comienzo, siempre ha tenido un pH de más de 8, y preferiblemente en el intervalo de 12 a 13,5. Así, no es necesario reducir en primer lugar el pH durante el procesamiento y posteriormente incrementar el pH de la solución de producto. La evitación de tales ajustes de pH simplifica materialmente las operaciones implicadas en la producción de la composición acuosa concentrada de biocida resultante de esta invención. Además, cuando la composición se ha mantenido a un pH de al menos 12 ó 13, por ejemplo en el intervalo de 12 a aproximadamente 13,5, desde su inicio, la posibilidad de formación de bromato provocada por la exposición de la composición a un pH reducido se elimina virtualmente.
Una ventaja adicional de esta invención es que no es necesario producir las composiciones acuosas concentradas de biocida usadas en esta invención mediante el uso de oxidantes poderosos tales como ozono, peróxido u otros compuesto peroxigenados que se sabe que poseen características no deseables e incluso peligrosas.
El procedimiento de prueba analítico que ha de usarse para determinar la concentración, si la hay, de bromato en las composiciones de esta invención es un procedimiento de cromatografía iónica en el que se emplea detección UV. El equipo requerido para la puesta en práctica de este procedimiento es como sigue:
a)
Cromatógrafo Iónico - Dionex DX-500 o equivalente, equipado con un detector UV y automuestreador.
b)
Dispositivo de Adquisición de Datos y Análisis - VAX MULTICHROM o un sistema de recogida y procesamiento de datos cromatográficos equivalente.
c)
Columna Cromatográfica Iónica - columna de seguridad Dionex IonPac AG9-HC (p/n 051791) en línea con una columna Dionex IonPac AS9-HC (p/n 051786).
d)
Pipetas Volumétricas - cualquier tipo estándar de volumen adecuado.
e)
Viales Automuestreadores - 1 ml con tapas.
f)
Matraces Volumétricos - 100 ml.
g)
Jeringa - jeringa de plástico de 5 cc.
h)
Cartucho de Pretratamiento - OnGuard-H de Dionex (p/n 039596).
Los productos químicos requeridos para usar en el procedimiento son como sigue:
a)
Agua - agua desionizada con una resistividad específica de 17,8 megohm-cm o mayor.
b)
Carbonato Sódico - "Baker Analyzed®" calidad para reactivos o equivalente.
c)
Bromato Sódico - "Baker Analyzed®" calidad para reactivos o equivalente.
Las condiciones usadas para el cromatógrafo iónico son como sigue:
Eluyente:
4,5 milimoles (mM) de carbonato sódico
Caudal:
1,0 ml/minuto
Volumen de Inyección:
50 microlitros (\mul)
Intervalo del Detector:
UV a 210 nanómetros (nm)
El eluyente se prepara disolviendo 0,4770 gramos del carbonato sódico en 1 litro del agua desionizada. Estos se mezclan bien y la solución se filtra a través de un filtro compatible 0.2 IC para desgasificar la solución. La solución estándar concentrada de bromato se prepara pesando 0,1180 gramos \pm 0,001 gramos del bromato sódico en un matraz volumétrico de 100 ml y diluyendo hasta el volumen con agua desionizada. Esto produce una solución que contiene 1.000 microgramos por mililitro de bromato. Esta solución concentrada de bromato debe elaborarse recientemente al menos cada semana. La solución estándar de trabajo de bromato se prepara pipeteando 100 microlitros de la solución estándar de bromato concentrada en un matraz volumétrico de 100 ml y llenando el matraz hasta el volumen con agua desionizada. La solución se mezcla bien y da una concentración estándar de 1,0 microgramos por mililitro de bromato.
El procedimiento detallado usado para efectuar el análisis de una solución acuosa de esta invención implica las siguientes etapas:
a)
Pésense 0,25 gramos de la solución de muestra en un matraz volumétrico de 100 ml. Rellénese hasta el volumen con agua desionizada y mézclese bien.
b)
Bárrase el cartucho OnGuard con 2 ml de agua desionizada.
c)
Cárguense 5 ml de la muestra en la jeringa unida al cartucho OnGuard, hágase pasar a su través con un caudal de 2 mililitros por minuto y descártense los 3 primeros mililitros. Recójanse en un vial automuestreador de 1 ml y tápese para el análisis.
d)
Analícense las muestras, haciendo inyecciones por duplicado, usando las condiciones del instrumento del Cromatógrafo Iónico dadas anteriormente.
Los cálculos implicados en el procedimiento son como sigue:
a)
Patrón de Calibración: Para el bromato, calcúlese un factor de respuesta como sigue: R = A/C, donde R es el factor de respuesta, A son los conteos de área medios (2 inyecciones) y C es la concentración en microgramos por mililitro (\mug/ml).
b)
Muestras: ppm de bromato = A/(R x W) donde A es el área media del pico de muestra (2 inyecciones), R es el factor de respuesta y W es el peso de la muestra en gramos.
Aunque las reivindicaciones posteriores de aquí pueden referirse a substancias, componentes y/o ingredientes en sentido presente ("comprende" o "es"), la referencia es a la substancia, el componente o el ingrediente según existía en el momento justo antes de que se pusiera en contacto en primer lugar, se combinara o se mezclara con una o más substancias, componentes y/o ingredientes diferentes, o si se formaba en solución, según existiría si no se formara en solución, todo de acuerdo con la presente descripción. No importa que una substancia, un componente o un ingrediente pueda haber perdido su identidad original a través de una reacción o transformación química durante el transcurso de tal contacto, combinación, mezcladura o formación in situ, si se efectúa de acuerdo con esta descripción.

Claims (40)

1. Un método para desinfectar una superficie que comprende aplicar a dicha superficie una composición líquida concentrada de biocida que contiene bromo activo formada a partir de (a) cloruro de bromo o diclorohipobromito de metal alcalino y (b) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico que tiene un pH de al menos 7, en cantidades tales que (i) el contenido de bromo activo de dicha composición es al menos aproximadamente 100.000 ppm (p/p) y (ii) cuando (a) es cloruro de bromo, la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en dicha composición es mayor que 0,93, y, cuando (a) es diclorohipobromito de metal alcalino, la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en dicha composición es mayor que 1, en donde dicha superficie es una encimera de cocina, una encimera de baño, una pared o un suelo y en donde dicha aplicación a dicha superficie es mediante vertido, pulverización o aplicación con un aplicador.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha aplicación se efectúa aplicando con dicho aplicador y en el que dicho aplicador es un paño, una esponja, una toalla de papel o una mopa.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se usa cloruro de bromo como (a).
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicha relación atómica es mayor que 1.
5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico es una solución acuosa de la sal sódica de ácido sulfámico.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico se forma mezclando entre sí en agua (i) ácido sulfámico y/o una sal de metal alcalino de ácido sulfámico y (ii) base de metal alcalino en proporciones tales que se forma una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico que tiene un pH de al menos 7.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicha base de metal alcalino es una base sódica tal que dicha solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico es una solución acuosa de la sal sódica de ácido sulfámico.
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que, en el momento en el que se mezclan entre sí (i) y (ii), la base de metal alcalino está en la forma de una solución acuosa preformada de base de metal alcalino y (i) es ácido sulfámico en la forma de una suspensión preformada de ácido sulfámico en agua.
9. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la composición líquida concentrada de biocida comprende además un cloruro de metal alcalino.
10. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la composición líquida concentrada de biocida comprende además un bromuro de metal alcalino.
11. Un método de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, en el que el metal alcalino es sodio.
12. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho pH está en el intervalo de 7 a aproximadamente 13,5.
13. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se usa diclorohipobromito de metal alcalino como (a).
14. Un método de acuerdo con la reivindicación 13, en el que dicho diclorohipobromito de metal alcalino es una solución acuosa preformada de diclorohipobromito de metal alcalino, y dicha solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico es una solución acuosa preformada de la sal sódica de ácido sulfámico.
15. Un método de acuerdo con la reivindicación 14, en el que dicha solución acuosa preformada de diclorohipobromito de metal alcalino es una solución acuosa preformada de diclorohipobromito sódico.
16. Un método para esterilizar un volumen de agua, que comprende introducir en dicho volumen de agua una composición líquida concentrada de biocida formada a partir de (a) cloruro de bromo o diclorohipobromito de metal alcalino y (b) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico que tiene un pH de al menos 7, en cantidades tales que (i) el contenido de bromo activo de dicha composición es al menos aproximadamente 100.000 ppm (p/p) y (ii) la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en dicha composición es mayor que 0,93 cuando (a) es cloruro de bromo y mayor que 1 cuando (a) es diclorohipobromito de metal alcalino, y en el que dicha composición líquida concentrada de biocida se introduce directamente en dicho volumen de agua toda de una vez de modo que la adición de dicha composición líquida concentrada de biocida a dicho volumen de agua dé una concentración de biocida en el volumen de agua en el intervalo de 2 a 10 miligramos por litro de halógeno disponible total, expresado como Cl_{2}.
17. Un método para esterilizar un volumen de agua, que comprende introducir en dicho volumen de agua una composición líquida concentrada de biocida formada a partir de (a) cloruro de bromo o diclorohipobromito de metal alcalino y (b) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico que tiene un pH de al menos 7, en cantidades tales que (i) el contenido de bromo activo de dicha composición sea al menos aproximadamente 100.000 ppm (p/p) y (ii) la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en dicha composición sea mayor que 0,93 cuando (a) sea cloruro de bromo y mayor que 1 cuando (a) sea diclorohipobromito de metal alcalino, y en el que dicha composición líquida concentrada de biocida se introduce en dicho volumen de agua lentamente a lo largo del tiempo de modo que la adición de dicha composición líquida concentrada de biocida a dicho volumen de agua dé una concentración de biocida en el volumen de agua en el intervalo de 2 a 10 miligramos por litro de halógeno disponible total, expresado como Cl_{2}.
18. Un método de acuerdo con la reivindicación 17, en el que dicha composición líquida concentrada de biocida se introduce en dicho volumen de agua mediante un aparato a través del cual se hace circular el agua.
19. Un método de acuerdo con la reivindicación 16 ó 17, en el que el halógeno disponible total, expresado como Cl_{2}, está en el intervalo de 2 a 5 miligramos por litro.
20. Un método de acuerdo con la reivindicación 16 ó 17, en el que la composición líquida concentrada de biocida se introduce en dicho volumen de agua según se requiera, de modo que se mantengan dentro de dicho volumen de agua en el intervalo de 2 a 10 miligramos por litro de halógeno disponible total, expresado como Cl_{2}.
21. Un método de acuerdo con la reivindicación 20, en el que el halógeno disponible total, expresado como Cl_{2}, está en el intervalo de 2 a 5 miligramos por litro.
22. Un método de acuerdo con la reivindicación 16 ó 17, en el que se usa cloruro de bromo como (a).
23. Un método de acuerdo con la reivindicación 22, en el que dicha relación atómica es mayor que 1.
24. Un método de acuerdo con la reivindicación 22, en el que dicha solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico es una solución acuosa de la sal sódica de ácido sulfámico.
25. Un método de acuerdo con la reivindicación 22, en el que dicha solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico se forma mezclando entre sí en agua (i) ácido sulfámico y/o una sal de metal alcalino de ácido sulfámico y (ii) base de metal alcalino en proporciones tales que se forma una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico que tiene un pH de al menos 7.
26. Un método de acuerdo con la reivindicación 25, en el que dicha base de metal alcalino es una base sódica tal que dicha solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico es una solución acuosa de la sal sódica de ácido sulfámico.
27. Un método de acuerdo con la reivindicación 25, en el que, en el momento en el que (i) y (ii) se mezclan entre sí, la base de metal alcalino está en la forma de una solución acuosa preformada de base de metal alcalino y (i) es ácido sulfámico en la forma de una suspensión preformada de ácido sulfámico en agua.
28. Un método de acuerdo con la reivindicación 22, en el que la composición líquida concentrada de biocida comprende además un cloruro de metal alcalino.
29. Un método de acuerdo con la reivindicación 22, en el que la composición líquida concentrada de biocida comprende además un bromuro de metal alcalino.
30. Un método de acuerdo con la reivindicación 28, en el que el metal alcalino es sodio.
31. Un método de acuerdo con la reivindicación 29, en el que el metal alcalino es sodio.
32. Un método de acuerdo con la reivindicación 16 ó 17, en el que dicho pH está en el intervalo de 7 a aproximadamente 13,5.
33. Un método de acuerdo con la reivindicación 16 ó 17, en el que se usa diclorohipobromito de metal alcalino como (a).
34. Un método de acuerdo con la reivindicación 33, en el que dicho diclorohipobromito de metal alcalino es en una solución acuosa preformada de diclorohipobromito de metal alcalino y dicha solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico es una solución acuosa preformada de la sal sódica de ácido sulfámico.
35. Un método de acuerdo con la reivindicación 34, en el que dicha solución acuosa preformada de diclorohipobromito de metal alcalino es una solución acuosa preformada de diclorohipobromito sódico.
36. Un método no terapéutico para erradicar biopelícula, que comprende poner en contacto la biopelícula con un medio acuoso que contiene una concentración erradicadora de biopelícula de una composición de biocida formada a partir de (a) cloruro de bromo y (b) una sal de metal alcalino de ácido sulfámico en agua en cantidades tales que la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en dicha composición es mayor que 0,93.
37. Un método de acuerdo con la reivindicación 36, en el que la biopelícula comprende P. aeruginosa.
38. Un método de acuerdo con la reivindicación 37, en el que dicha biopelícula comprende además K. pneumoniae.
39. Un método no terapéutico para destruir bacterias que comprenden E. coli, P. aeruginosa o S. aureus, método que comprende poner en contacto las bacterias con un medio acuoso que contiene una concentración destructora de bacterias de una composición de biocida que contiene bromo activo formada a partir de (a) cloruro de bromo y (b) una sal de metal alcalino de ácido sulfámico en agua en cantidades tales que la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en dicha composición es mayor que 0,93.
40. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicha composición que contiene bromo activo se diluye con agua antes de aplicar dicha composición a dicha superficie.
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