RU2022016C1 - Method of oxygen producing - Google Patents
Method of oxygen producing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2022016C1 RU2022016C1 SU914953470A SU4953470A RU2022016C1 RU 2022016 C1 RU2022016 C1 RU 2022016C1 SU 914953470 A SU914953470 A SU 914953470A SU 4953470 A SU4953470 A SU 4953470A RU 2022016 C1 RU2022016 C1 RU 2022016C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalase
- oxygen
- peroxide
- hydrogen peroxide
- vitale
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Enzymes And Modification Thereof (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к экологии, а именно к процессам подготовки газов для вдыхания, и может быть использовано при ферментативно-каталитическом получении кислорода в устройствах автономного жизнеобеспечения, применяемых в медицине. The invention relates to ecology, and in particular to processes for preparing gases for inhalation, and can be used in the enzymatic-catalytic production of oxygen in autonomous life support devices used in medicine.
Известны способы каталитического получения кислорода из перекисно-емких солей в присутствии катализаторов - окислов или солей металлов Мn, Fe, K, Cu, Pb и др. [1]. Known methods for the catalytic production of oxygen from peroxide-containing salts in the presence of catalysts — oxides or metal salts of Mn, Fe, K, Cu, Pb, etc. [1].
Последний способ как более прогрессивный аналог выбран по достигаемому положительному эффекту в качестве базового объекта. Получаемый согласно способу газообразный кислород охлаждают, очищают от твердых частиц, снижают щелочность. Выход кислорода при температуре 20оС составляет 1,6 л/мин.The latter method, as a more progressive analogue, is selected by the achieved positive effect as the base object. Obtained according to the method, gaseous oxygen is cooled, cleaned of solid particles, reduce alkalinity. Yield of oxygen at a temperature of 20 ° C is 1.6 l / min.
Прототипом изобретения, выбранным по максимальному количеству сходных признаков, является ферментативный способ получения кислорода из перекиси водорода в присутствии каталазы [2]. The prototype of the invention, selected according to the maximum number of similar features, is an enzymatic method for producing oxygen from hydrogen peroxide in the presence of catalase [2].
Однако указанные известные способы обладают рядом недостатков:
способы являются недостаточно производительными;
выход получаемого кислорода нельзя регулировать во времени в зависимости от потребности;
в прототипе [2] используют перекись низкой концентрации, т.к. каталаза инактивируется в таких условиях;
в базовом способе необходима дополнительная операция - снижение щелочности.However, these known methods have several disadvantages:
methods are not productive enough;
the output of the obtained oxygen cannot be controlled in time depending on the need;
in the prototype [2] use low concentration peroxide, because catalase is inactivated under such conditions;
in the basic method, an additional operation is required - a decrease in alkalinity.
Поставленная задача - повышение производительности способа при одновременном регулировании выхода кислорода, а также упрощение способа. The task is to increase the productivity of the method while controlling the oxygen output, as well as simplifying the method.
В способе ферментативного получения кислорода в качестве катализатора используют грибную каталазу штамма Penicillium vitale 1312/140 в растворимой или иммобилизованной форме. In the method of enzymatic production of oxygen, fungal catalase of Penicillium vitale 1312/140 strain in a soluble or immobilized form is used as a catalyst.
Предложено в качестве источника кислорода использовать 10-30%-ную перекись водорода при весовом соотношении перекиси к каталазе (500-150) : 1 или водный раствор перекисно-емкой соли или смеси солей рН 4,5-8,5 при соотношении перекиси к каталазе (2000-1250):1. It is proposed to use 10-30% hydrogen peroxide as a source of oxygen at a weight ratio of peroxide to catalase (500-150): 1 or an aqueous solution of a peroxide-intensive salt or a mixture of salts, pH 4.5-8.5 at a ratio of peroxide to catalase (2000-1250): 1.
Сопоставительный анализ нового и известных способов показывает их сходство и отличие. Общими признаками являются использование в качестве источников кислорода перекиси водорода [2] или пере- кисно-емких солей [1] и в качестве катализатора каталазы [2]. A comparative analysis of the new and known methods shows their similarity and difference. Common features are the use of hydrogen peroxide [2] or peroxide-intensive salts [1] as oxygen sources and as a catalase catalyst [2].
Новизна способа заключается
в использовании грибной каталазы штамма Penicillium vitale 1312/140 в растворимой или иммобилизованной форме:
во введении указанной каталазы в определенном соотношении в (10-30%-ную) перекись водорода или в раствор перекисно-емкой соли рН 4,5-8,5.The novelty of the method is
in the use of fungal catalase strain Penicillium vitale 1312/140 in soluble or immobilized form:
in the introduction of the specified catalase in a certain ratio in (10-30%) hydrogen peroxide or in a solution of peroxidized salt pH 4.5-8.5.
Неочевидным является осуществление способа в присутствии каталазы из источников получения кислорода с высокой концентрацией перекиси водорода (10-30% ), так как известно, что этот фермент (из сырья животного происхождения) теряет свою каталитическую активность при концентрациях перекиси более 0,34% (0,1 М) [3]. It is not obvious that the method is carried out in the presence of catalase from sources of oxygen with a high concentration of hydrogen peroxide (10-30%), since it is known that this enzyme (from animal feed) loses its catalytic activity at peroxide concentrations of more than 0.34% (0 , 1 M) [3].
Новый способ отличается высокой производительностью выхода кислорода до 2,5 л/мин (в базовом способе 1,6 л/мин). При этом в зависимости от потребности достигается дозирование выхода кислорода во времени:
практически одномоментное в течение 10 с выделение 90% кислорода при использовании растворимой формы каталазы;
или в течение 25 и более небольшими порциями при использовании иммобилизованного фермента.The new method is characterized by high productivity of oxygen output up to 2.5 l / min (1.6 l / min in the base method). At the same time, depending on the need, dosing of the oxygen output in time is achieved:
practically simultaneous release of 90% oxygen during 10 s using a soluble form of catalase;
or for 25 or more small portions when using an immobilized enzyme.
Такие режимы процесса благодаря использованию одной из двух форм каталазы позволяют создать реакторы непрерывного и прерывного принципа действия. Кроме того, при разложении перекиси образуется вода (выход до 100%), степень чистоты которой обусловлена степенью чистоты исходной перекиси водорода. Следует отметить также, что в отличие от базового новый способ менее трудоемкий (исключается ряд операций), не связан с энергозатратами и позволяет получать параллельно с кислородом воду при разложении перекиси водорода. Due to the use of one of the two forms of catalase, such process conditions make it possible to create reactors of continuous and discontinuous operation. In addition, upon decomposition of the peroxide, water is formed (yield up to 100%), the degree of purity of which is determined by the degree of purity of the initial hydrogen peroxide. It should also be noted that, unlike the basic one, the new method is less time-consuming (a number of operations are excluded), is not associated with energy consumption and allows water to be obtained in parallel with oxygen during the decomposition of hydrogen peroxide.
П р и м е р 1. В реактор, представляющий собой емкость с тремя отверстиями - для термометра, делительной воронки и патрубка для выхода образующегося кислорода, помещают 5 мл 30%-ной перекиси водорода (1500 мг Н2О2). Систему герме- тизируют. Из делительной воронки подают раствор препарата грибной каталазы штамма Penicillium vitale 1312/140 Косарского биохимического завода, содержащий 10 мг фермента с активностью 4000 Е/мг. При весовом соотношении перекиси водорода и каталазы равном 150:1 за 10 с выделяется 417 мл кислорода. Производительность по кислороду составляет 2,5 л/мин. Удельный выход 278 мл кислорода на 1г перекиси водорода.PRI me
П р и м е р ы 2-5. Кислород и воду получают согласно методике, описанной в примере 1. Подбираемые условия и получаемые результаты для каждого конкретного примера представлены в табл.1. PRI me R s 2-5. Oxygen and water are obtained according to the procedure described in example 1. The selected conditions and the results obtained for each specific example are presented in table 1.
Исследования по выбору оптимальных условий показали, что повышение концентрации перекиси водорода до 50-60% при весовом соотношении перекиси и фермента 150:1 приводит к неполному разложению перекиси - всего на 65-36%. Studies on the selection of optimal conditions have shown that increasing the concentration of hydrogen peroxide to 50-60% at a weight ratio of peroxide and enzyme of 150: 1 leads to incomplete decomposition of the peroxide - only 65-36%.
Уменьшение концентрации перекиси водорода менее 10% при соотношении перекиси и фермента 500:1 приводит к нерентабельности, избыточному использованию каталазы. A decrease in the concentration of hydrogen peroxide of less than 10% with a ratio of peroxide and enzyme of 500: 1 leads to unprofitability, excessive use of catalase.
П р и м е р 6. Кислород получают в реакторе, работающем в цикличном режиме. В реактор, заполненный 3,5 г препарата иммобилизованной на силохроме каталазы Косарского биохимического завода с активностью 4000 Е/мг вводят 4 г пербората натрия и 4 г однозамещенного фосфорно- кислого калия. Затем подают в реактор 40 мл воды. Полученный кислород удаляют через специальное отверстие. После окончания реакции (1 цикл) вводят следующую порцию соли, количество каталазы остается неизменным. PRI me
Эффективная работа реактора обеспечивается в течение 55 циклов, хотя ресурс реактора не исчерпан, а количество иммобилизованной каталазы соответствует первоначальной загрузке. Efficient operation of the reactor is ensured for 55 cycles, although the reactor resource is not exhausted, and the amount of immobilized catalase corresponds to the initial load.
П р и м е р 7-8. Кислород получают согласно методике, описанной в примере 6. Однако в реакторы, работающие в циклическом режиме, загружают по 3,5 г препарата каталазы, в одном случае иммобилизованной на аэросиле (пример 7), а в другом - на смоле АИ-109 (Кемеровское НПО "Карболит") (пример 8). Получаемые результаты для каждого конкретного примера представлены в табл. 2. PRI me R 7-8. Oxygen is obtained according to the procedure described in example 6. However, in reactors operating in a cyclic mode, 3.5 g of the catalase preparation are loaded, in one case immobilized on aerosil (example 7), and in the other on AI-109 resin (Kemerovo NGO "Karbolit") (example 8). The results obtained for each specific example are presented in table. 2.
П р и м е р 9. В реактор, представляющий собой емкость с тремя отверстиями - для термометра, делительной воронки и патрубка для выхода образующегося кислорода, загружают 2,5 г пербората натрия и 1,5 г щавелевой кислоты. Систему герметизируют. Из делительной воронки подают ферментный раствор, содержащий 1,25 мг каталазы - Penicillium vitale 1312/140 с активностью 6000 Е/мг, растворенной в 20 мл воды; рН смеси 4,5. Весовое соотношение пербората натрия и каталазы составляет 2000:1. Максимальная температура реакции 44оС. Выделяют 600 мл О2. Удельный выход О2 из расчета на 1 г пербората натрия составляет 612,40 мл.Example 9. 2.5 g of sodium perborate and 1.5 g of oxalic acid are charged into a reactor, which is a vessel with three openings — for a thermometer, a separatory funnel, and a nozzle for the output of the generated oxygen. The system is sealed. An enzyme solution is supplied from a separatory funnel containing 1.25 mg of catalase - Penicillium vitale 1312/140 with an activity of 6000 U / mg, dissolved in 20 ml of water; the pH of the mixture is 4.5. The weight ratio of sodium perborate and catalase is 2000: 1. Maximum reaction temperature of 44 C. There are 600 ml O 2. The specific yield of O 2 based on 1 g of sodium perborate is 612.40 ml.
Производительность 2 л О2/мин.
П р и м е р 10. Кислород выделяют аналогично схеме, описанной в примере 9. Однако в реактор загружают 2,5 г пербората калия и 1,5 мг 60%-ной уксусной кислоты. Затем подают ферметный раствор, содержащий 1,5 мг каталазы P. vitale 1312/140, растворенной в 20 мл воды; рН смеси равно 7,0. Весовое соотношение пербората калия и каталазы 1500:1. Максимальная температура 42оС.PRI me
Выделяют 590 мл О2.590 ml of O 2 are isolated.
Удельный выход О2 236 мл/г.The specific yield of O 2 236 ml / g
Производительность 2,43 л О2/мин.Productivity 2.43 L O 2 / min.
П р и м е р 11. Кислород выделяют аналогично схеме, описанной в примере 9. PRI me
Однако в реактор загружают 2,5 г смеси перборатов натрия и калия, затем добавляют 2,5 г однозамещенного фосфорнокислого калия. Затем подают ферментный раствор, содержащий 2 мг каталазы Р.vitale 1312/140, растворенной в 20 мл воды; рН реакционной смеси равно 8,5. Весовое соотношение смеси перборатов натрия и калия и каталазы составляет 1250:1. Максимальная температура реакции 41оС. Выделяют 580 мл О2.However, 2.5 g of a mixture of sodium and potassium perborates are charged into the reactor, then 2.5 g of potassium phosphate monosubstituted are added. An enzyme solution is then supplied containing 2 mg of P.vitale 1312/140 catalase dissolved in 20 ml of water; The pH of the reaction mixture is 8.5. The weight ratio of the mixture of sodium and potassium perborates and catalase is 1250: 1. Maximum reaction temperature of 41 ° C. There are 580 ml of O 2.
Удельный выход О2 232 мл/г.The specific yield of O 2 232 ml / g
Производительность 2,53 л О2/мин.Productivity 2.53 L O 2 / min.
П р и м е р 12. Кислород выделяют аналогично схеме, описанной в примере 9. PRI me R 12. Oxygen emit similarly to the scheme described in example 9.
Однако в реактор загружают 2,5 г пербората натрия и 1,25 г лимонной кислоты, затем добавляют 1,25 кг каталазы Р. vitale 1312/140, растворенной в 20 мл воды; рН реакционной смеси равно 5,0. Весовое соотношение пербората натрия и каталазы составляет 2000:1. However, 2.5 g of sodium perborate and 1.25 g of citric acid are charged into the reactor, then 1.25 kg of P. vitale 1312/140 catalase dissolved in 20 ml of water is added; The pH of the reaction mixture is 5.0. The weight ratio of sodium perborate and catalase is 2000: 1.
Максимальная температура реакции 41,5оС.The maximum reaction temperature is 41.5 about C.
Выделяют 590 мл О2.590 ml of O 2 are isolated.
Удельный выход О2 236 мл/г.The specific yield of O 2 236 ml / g
Производительность 2,4 л О2/мин.Productivity 2.4 L About 2 / min.
Полученные результаты подтверждают, что использование грибной каталазы Реnicillium vitale 1312/140 в растворимой и иммобилизованной форме обеспечивает достижение следующих эффектов:
повышение выхода кислорода в 1,5 раза по сравнению с базовым способом [1];
регулирование во времени выхода кислорода в зависимости от потребности - большой объем кислорода практически одномоментно (10 с) или малые порции в течение продолжительного времени (не менее 25 ч);
благодаря использованию иммобилизованной каталазы возможность осуществления цикличного получения кислорода (не менее 55 циклов);
простота реализации за счет полного разложения перекиси водорода в одну стадию (в течение 10 с 90%-ный выход кислорода и воды), а также благодаря снижению трудоемкости и использованию незначительно количества реактивов в реакции;
рентабельность благодаря низким энергозатратам (в отличие от базового) и применению реактивов с малой себестоимостью.The results obtained confirm that the use of the fungal catalase Рnicillium vitale 1312/140 in soluble and immobilized form provides the following effects:
1.5 times increase in oxygen yield compared to the basic method [1];
regulation in time of oxygen output depending on the need - a large amount of oxygen is almost simultaneous (10 s) or small portions for a long time (at least 25 hours);
thanks to the use of immobilized catalase, the possibility of cyclic production of oxygen (at least 55 cycles);
ease of implementation due to the complete decomposition of hydrogen peroxide in one stage (within 10 s 90% yield of oxygen and water), as well as due to the reduction of labor and the use of a small amount of reagents in the reaction;
profitability due to low energy consumption (as opposed to the base one) and the use of reagents with low cost.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU914953470A RU2022016C1 (en) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | Method of oxygen producing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU914953470A RU2022016C1 (en) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | Method of oxygen producing |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2022016C1 true RU2022016C1 (en) | 1994-10-30 |
Family
ID=21583489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU914953470A RU2022016C1 (en) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | Method of oxygen producing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2022016C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013188470A1 (en) * | 2012-06-11 | 2013-12-19 | The Regents Of The University Of California | Method and system for in vivo hydrogen peroxide detection with ultrasound |
-
1991
- 1991-06-11 RU SU914953470A patent/RU2022016C1/en active
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
1. Заявка РСТ 86/02063, кл. A 61M 16/10, опублик. 1986. * |
2. Штрауб Ф.Б. Биохимия, изд. Будапешт, 1963, с.93. * |
3. Hugo Aebi. Catalase, Method of Enzymatic Analysis, v.2, 1974, p.673-685. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013188470A1 (en) * | 2012-06-11 | 2013-12-19 | The Regents Of The University Of California | Method and system for in vivo hydrogen peroxide detection with ultrasound |
US9713459B2 (en) | 2012-06-11 | 2017-07-25 | The Regents Of The University Of California | Method and system for in vivo hydrogen peroxide detection with ultrasound |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Herron et al. | A highly selective zeolite catalyst for hydrocarbon oxidation. A completely inorganic mimic of the alkane. omega.-hydroxylases | |
CN107126968A (en) | Iron phosphide based photocatalyst and its synthetic method | |
MX9703727A (en) | Method of producing caprolactam. | |
US6828459B2 (en) | Method for producing cyclohexanone oxime | |
RU2022016C1 (en) | Method of oxygen producing | |
EP0054066A4 (en) | Process for making glucosone. | |
US5486344A (en) | Method of producing chlorine dioxide | |
US6416981B1 (en) | Production of gluconate salts | |
EP0056038B1 (en) | Carbohydrate process | |
GB1521511A (en) | Production of hydrogen fluoride and alkali metal or alkaline earth metal sulphate | |
Tanaka et al. | REDUCTION OF ACETYLENE TO ETHYLENE CATALYZED BY THE REDUCED SPECIES OF [Fe4S4 (SPh) 4] 2− AND [Mo2Fe6S9 (SPh) 8] 3−: A MODEL REACTION TO NITROGENASE | |
ES8307661A1 (en) | Process for preparing sodium percarbonate. | |
GB1526190A (en) | Process for removing nitrogen compounds from waste water from the preparation of acrylonitrile | |
JPS63147549A (en) | Method of regenerating catalyst and oxidative dehydrogenation method applying said method | |
CN113812403A (en) | Chlorine dioxide solution and preparation method thereof | |
CA2242685C (en) | Nitric acid based chlorine dioxide generation process | |
TWI265920B (en) | Process for the production of cyclohexanone oxime | |
NL8303369A (en) | PROCESS FOR PREPARING L-PHENYLALANINE BY RE-USING PHENYLALANINE AMMONIAKLYASE. | |
JPS568691A (en) | Method and apparatus for continuous production of l-alanine | |
CA2307818C (en) | Method of chlorine dioxide production | |
EP1939139A1 (en) | Method for preparing hydroxylamine | |
CA1166821A (en) | Process for making aqueous alkali metal phosphate solutions | |
US4973550A (en) | Process for the electrochemical regeneration of co-enzymes | |
JPH0733421A (en) | Production of high purity carbon monoxide | |
SU567723A1 (en) | Process of preparing hydroperoxides of alkyl aromatic hydrocarbons |