Фотохимическая активация воды

6. Фотохимическая активация воды

Фотохимически активным является лишь поглощенный свет. Вода в жидком состоянии имеет в области ультрафиолета крутой подъем абсорбции. Слой воды толщиной в 0,5 мм пропускает свет вплоть до длины волны 179,2 нм. Так как вода сама поглощает в коротковолновом ультрафиолете, то фотохимические реакции для более коротких волн могут проходить лишь на поверхности воды [21].

Реакции фотоизомеризации и фотоперегруппировок можно подразделить на три основные типа: стереоизомеризации, связанной с изменением геометрии молекулы без существенного изменения ее скелета; валентной изомеризации, связанной с перераспределением связей в некоторой ограниченной группе атомов (обычно синхронное смещение связей в какой-либо цепочке связей), и перегруппировок, приводящих к более существенному изменению структуры молекулы (через промежуточные образования радикальных и (или) ионных частиц). Например, при фотохимической стереоизомеризации непредельных соединений молекулы в возбужденном состоянии разворачиваются из плоской в ортогональную конфигурацию, а при возвращении в плоскую конфигурацию она может оказаться примерно с одинаковой вероятностью как в цис, — так и в транс — конфигурации [22-25]. Насыщенные углеводороды в ультрафиолете фотохимически нечувствительны. Однако все насыщенные углеводороды, будучи смешаны с кислородом, дают в ультрафиолете реакции окисления. В этом случае фотохимически чувствительной компонентой является не органическое соединение, а окисляющее вещество или переносчик кислорода.

Ненасыщенные углеводороды распадаются по двойной связи с образованием в качестве побочных продуктов полимерных веществ. Например, высшие кетозы и альдозы распадаются с непосредственным отщеплением CO, давая многоатомные алкоголи с количеством углеродных атомов меньшим на единицу. Для всех непредельных соединений характерно реакция перегруппировки, путём поглощения света создается возбужденное состояние молекул и происходит превращение стереоизомеров друг в друга [26].

Путем фотохимической реакции можно получить витамин D₃ из эргостерина путём расщепления циклогексадиенового цикла:

Реакция идет под действием света ртутной лампы с λ = 280297 нм с квантовым выходом 0,3. При использовании погружной ртутной лампы мощностью 40 кВт получают примерно 0,5 кг витамина Д₃ в час [27-29].

Для восполнения витамина D в пище возможно световое облучение пищевых продуктов, например инертным маслам можно придать противорахитическую активность, присущую рыбьему жиру. При этом активированное вещество содержится в неомыляемой стеариновой фракции жиров.

При пропускании луча лазера через воду, она приобретает биологически активные свойства — происходят квантовые переходы в атомах и молекулах воды. Усиливается эффект от лечения антибиотиками (бронхиты, ОРЗ, пневмония и др.). Регулярное употребление облученной воды повышает биоэнергетический потенциал организма, а также иммунитет. При этом активные свойства сохраняются в течение года при хранении в стеклянной или эмалированной посуде [30, 31].

Вода, обработанная лазерным лучом красного спектра (длина волны 610-640 нм) приобретает свойства биологически активной жидкости: ускоряет рост и развитие растений. Люди постоянно пьющие такую «лазерную» воду якобы не знают, что такое камни в почках и головная боль. Эффект заключается очевидно в приведенном спектре, то есть и лучи обычной красной лампы возможно столь же благотворно воздействуют на воду и живые организмы. Поэтому по а. с. 1171425 СССР предлагается освещать воду через красные светофильтры (лампой или солнцем).

Максимальным бактерицидным действием обладают ультрафиолетовые лучи с длиной волны 2600 Å, при которой все виды бактерий и спор погибают уже за несколько минут облучения. Ультрафиолетовые лучи, воздействуя на белковые коллоиды протоплазмы клеток, изменяют их структуру и дисперсность, вызывая их гибель. При обеззараживании воды ультрафиолетовым излучением используется часть спектра с длиной волны 200-300 нм с сильно выраженным бактерицидным действием (максимум при 260 нм). При облучении происходят фотохимические реакции, ведущие к нарушению обмена веществ в клетках микроорганизмов, образованию биологически активных веществ, коагуляция белковых макромолекул. При дозе облучения, обеспечивающей стопроцентную гибель микроорганизмов (3000 мВтс/м²) наблюдается уменьшение клеток в объеме, истончение клеточной оболочки и отделение от неё цитоплазмы. Однако малые дозы излучения оказывают стимулирующее действие на жизнедеятельность микроорганизмов. Этот метод обеззараживания применим для вод с высокой прозрачностью и не содержащих веществ, обуславливающих цветность.

В качестве источников света при проведении фотохимических реакций используют:

1.Газоразрядные лампы: а) низкого давления, дающие спектр, состоящий из узких линий, а для получения монохроматического излучения выделяют нужную линию с помощью стеклянных, жидкостных или газовых светофильтров; б) высокого давления, с уширенными спектральными линиями, состоящими из континуума с широкими пиками (например, ртутные с  = 230 800 нм и ксеноновые с  = 200-2000 нм).

2. Лампы накаливания — имеют спектр с максимумом в ИК-области ( = 900-1000 нм).

Все лампы дают ненаправленный, расходящийся свет, поэтому необходимо использовать погружные лампы со всех сторон окруженные реакционной смесью. Поскольку рабочая температура большинства ламп высокая, между лампой и реакционной смесью помещают охлаждаемую проточной водой рубашку [20].

Для обработки воды светом различного частотного спектра предложено множество способов и устройств в комбинации с другими средствами воздействия, например способ повышения химической активности воды (заявка 95111786/25 России, С02F 1/32,1/50), включающий погружение зерен кремния в воду, предполагает систему «вода–кремень» подвергать перемешиванию механической мешалкой и воздействовать на открытую поверхность воды ультрафиолетовым излучением до достижения требуемой величины окислительно-восстановительного потенциала воды.

В способе повышения химической активности воды (пат. 2112746 России, С02F 1/32, 1/50, опубл. 24.07.1995), включающем воздействие на воду с измельченным кремнием ультрафиолетовым облучением с длиной волны 420460 нм, при одновременном перемешивании измельченного кремния в течение времени, достаточного для достижения требуемой величины окислительно-восстановительного потенциала воды.

В устройстве для обработки текучей среды (а. с. 1171425 СССР, С02F 1/30, опубл. 23.09.1983) содержащем источник излучения и преобразующий светофильтр, для повышения эффективности обработки применяется (рис.1.43) транспортное средство для пропуска среды с одним или несколькими светофильтрующими участками 1, а также средство для регулирования интенсивности обработки, выполненном в виде турбулизатора 2 и/или шторки и/или искусственного источника излучения 3 с контактами, выведенными на внутреннюю поверхность транспортного средства.

В способе приготовления пищевых продуктов (заявка 2-38277 Японии, С02F 1/32, А23L 3/28, опубл. 29.08.1990) их обрабатывают горячей водой при t = 70-100 С в баке с погруженной стерилизующей ультрафиолетовой лампой.

Способ и устройство для приготовления воды, активированной за счёт поглощения световой энергии (заявка 2-14793 Японии, С02F 1/30, опубл. 18.01.1990), предполагает подачу воды с помощью устройства питания в трубу 1 (рис. 1.44), связанную с устройством питания и выполненную из неметаллического материала, и пропускающего ультрафиолетовое и инфракрасное (ИК) излучение. При проходе воды через трубку 1, на эту воду снаружи воздействуют инфракрасным и/или ультрафиолетовым излучением, поступающим от излучателей 2 и 3. За счет поглощения энергии облучения получают активированную воду, с помощью которой может быть достигнута интенсификация в биотехнологии, а также улучшены свойства керамических материалов, при изготовлении которых применена такая вода.

Устройство для активизации воды (заявка 1-194989 Японии, С02F 1/30, 1/28, 1/68, опубл. 04.08.1989) работает, когда часть воды, поступающей в активатор, проходит внутрь радиаторов, где она подвергается воздействию ИК-излучения, обеспечивающего активацию этой части воды. Во вторую часть воды, проходящую снаружи радиаторов и подвергнутую воздействию ИК-излучения, добавляют минеральные компоненты из питателей.

Способ облучения ИК-лучами дальней области спектра воды в бассейне (заявка 2-86889 Японии, С02F 1/30, опубл. 27.03.1990) осуществляется на части или всей поверхности емкости 1 (рис. 1.45), например, бассейна 2, заполненного водой 4, причем на поверхности выполняется слой 3 из материала, излучающего ИК-лучи дальней области спектра [32-34]. Слой 3 наносят с помощью покрытия или наклейки материала с большой эффективностью излучения, например керамики, оксидов металлов. Длина волны ИК-излучения слоя 3 составляет 4-15 мкм при комнатной температуре. За счет облучения и его теплового эффекта могут быть достигнуты эффекты в водоочистке, восстановлении свежести овощей, активировании воды.

По способу получения воды, способной препятствовать денатурации (заявка 2-43982 Японии, С02F 1/30, А23L 3/358, С02F 1/78, опубл. 14.02.1990), ее пропускают по стеклянной трубе, облучают излучением с длиной волны 185-254 нм или ВЧ-излучением снаружи трубы или обрабатывают озоном, чтобы получить воду, обладающую способностью к каталитическому предотвращению денатурации. Можно использовать воду, содержащую двухосновную оксикислоту. Дополнительно воду можно обрабатывать с помощью мелкодисперсного материала, например, цеолита с порами размером 0,2-280 нм, для восстановления в присутствии катализатора или для окисления, с целью придания способности к каталитическому предотвращению денатурации. Свежие пищевые продукты, фрукты и овощи сохраняются свежими после опрыскивания такой водой или погружения в нее. Вкус продуктов может быть сохранен в течение длительного периода. Можно также удалять запахи в помещении, внутри автомобиля и с одежды.