способ извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений и осадков сточных вод

Классы МПК:C07D303/17 в которых оксирановые кольца конденсированы с карбоциклическими системами из трех или более релевантных колец
C07D301/32 разделение; очистка
C02F1/26 экстракцией
C02F101/30 органические соединения
B09C1/02 экстракцией с использованием жидкостей, например промывкой, выщелачиванием
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-02-13
публикация патента:

Изобретение относится к способу извлечения 3,4-бенз(а)пирена, обладающего высокой токсичностью и канцерогенными свойствами из почв, донных отложений и осадков сточных вод. Способ включает смешивание исследуемого образца в виде порошка с жидким экстрагентом в заданном объемном соотношении, нагревание полученной смеси с температурной выдержкой, обеспечивающей переход 3,4-бенз(а)пирена в раствор, фильтрацию раствора методом декантации, добавление соответствующего по полярности экстрагента к анализируемому соединению с последующим упариванием раствора до сухого субстрата и определение количества 3,4-бенз(а)пирена методом жидкостной хроматографии. При этом в качестве жидкого экстрагента используют дистиллированную воду, нагревание и температурную выдержку полученной смеси осуществляют в герметичном реакторе, и по окончании перехода 3,4-бенз(а)пирена в раствор реактор охлаждают до комнатной температуры. Предлагаемый способ позволяет при использовании упрощенной технологии сократить время проведения и число стадий экстракции, а также повысить выход извлеченного 3,4-бенз(а)пирена. 4 з.п. ф-лы, 5 пр., 2 табл., 3 ил. способ извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений   и осадков сточных вод, патент № 2485109

Рисунки к патенту РФ 2485109

способ извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений   и осадков сточных вод, патент № 2485109 способ извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений   и осадков сточных вод, патент № 2485109 способ извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений   и осадков сточных вод, патент № 2485109

Изобретение относится к физико-химическим процессам, происходящим в трубчатых реакторах в присутствии жидкости и твердых частиц, и может быть использовано при экологическом мониторинге состояния почв, донных отложений и осадков сточных вод, загрязненных 3,4-бенз(а)пиреном, для определения масштабов загрязнений и принятия мер по их ликвидации.

Среди веществ-экотоксикантов полиароматические соединения (ПАУ) занимают первое место по урону, наносимому окружающей среде [1]. Основными источниками эмиссии техногенных ПАУ в окружающую природную среду являются предприятия энергетического комплекса, автомобильный транспорт, химическая и нефтеперерабатывающая промышленность. В основе практически всех техногенных источников ПАУ лежат термические процессы, связанные со сжиганием и переработкой органического сырья: нефтепродуктов, угля, древесины, мусора, пищи, табака и др. На первом месте по негативному воздействию на окружающую среду и здоровье человека находится 3,4-бенз(а)пирен в связи с его высокой токсичностью и канцерогенными свойствами.

3,4-бенз(а)пирен имеет общую структурную химическую формулу

способ извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений   и осадков сточных вод, патент № 2485109

и является представителем класса полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) - органических соединений, для которых характерно наличие в химической структуре трех и более конденсированных бензольных колец. Температура плавления и кипения 3,4-бенз(а)пирена составляет 177°С и 456°С соответственно [1]. Данное соединение обладает токсичными, канцерогенными и мутагенными свойствами. Его содержание составляет порядка 80% от общего количества ПАУ в загрязненных почвах. Установлено, что 3,4-бенз(а)пирен является индикатором присутствия всего перечня ПАУ [2], поэтому его наличие является основным показателем уровня экологического загрязнения ПАУ. Источники поступления 3,4-бенз(а)пирена могут быть вызваны естественными биохимическими и метаболическими процессами в почвах, при этом его количество не превышает предельно допустимой концентрации (ПДК), которая подлежит обязательному контролю и составляет для почвы - 20 нг/г [3].

Способы извлечения ПАУ, в частности, 3,4-бенз(а)пирена из почв основаны на использовании органических растворителей, переконцентрировании и термической обработке исследуемых образцов.

Исследования извлечения ПАУ из почв различными органическими растворителями (метилен, ацетон, смеси ацетона с гексаном) показали, что наиболее эффективна экстракция ПАУ ацетоном в течение 20 мин при температуре 120°С [4]. Для этих же целей можно использовать один метиленхлорид [5], 2-метоксиэтанол [6], или смесь гексана, метиленхлорида и метанола [7]. В первом случае [5] дихлорметаноловый экстракт труднолетучих органических соединений разделяли на колонке с силикагелем на фракцию полярных веществ и фракцию, содержащую нитроарены, углеводороды и карбазолы. ПАУ элюировались бензолом.

В другом известном способе в качестве экстрагента для ПАУ использован спирт [8], при этом к 25 мг почвы добавляют 25 мл 2-метоксиэтанола, смесь помещают на роторный встряхиватель и перемешивают в течение 15 мин. Полученный экстракт после фильтрования разделяют на делительной воронке с силикагелем и элюируют пентаном для последующего определения методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

Известны способы экстракции ПАУ из почвы при помощи ацетона в аппарате Сокслета [9]. Доля извлечения вещества в данных условиях незначительна и равна 40% от общего содержания ПАУ в почве, полученного гексановой вытяжкой. По другому аналогичному способу [10] ПАУ экстрагируют ацетоном и очищают на колонке из нержавеющей стали с хромосфером. Анализируемые соединения элюируют из колонки в течение 2 мин смесью метанола и воды 40:60 с расходом растворителя 0,5 мл/мин, и далее полученный экстракт хроматографируется методом ВЭЖХ.

Описанные выше способы характеризуются невысокой степенью извлечения ПАУ, трудоемкостью и требуют использование органических растворителей в объеме порядка 200-400 мл на одну пробу.

Более эффективным является способ извлечения полициклических ароматических углеводородов из твердых проб (RU 2018110 МПК 9 G01N 21/25; 1994-08-15) [11], согласно которому измельченную навеску пробы заливают бензолом до образования зеркала, настаивают в затемненном месте 18 часов, воздействуют ультразвуком с частотой колебаний 18,1 кГц троекратно по 15 мин, экстракт сливают и пробу снова заливают бензолом, обрабатывают ультразвуком 15 мин, повторяют экстракцию бензолом и обработку ультразвуком как во второй раз и упаривают объединенные экстракты до объема 1,0-1,5 мл в затемненном вытяжном шкафу при комнатной температуре. Из описания к патенту следует, что полнота извлечения ПАУ составляет 100%, что практически недостижимо, так как 3,4-бенз(а)пирен в течение двух суток обработки быстро деструктирует. Расход бензола при этом составляет до 200 мл бензола на 1 образец. Процесс является трудоемким и дорогим, так как требуется закупка и утилизация токсичного растворителя.

Для извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений и осадков сточных вод в настоящее время чаще всего используют метод омыления, заключающийся в гидролизе органических соединений, с применением ультразвуковой бани, экстракции гексаном, очистке методом твердофазной экстракции и ВЭЖХ анализе, принимаемый за прототип настоящего изобретения [4]. Процент выхода 3,4-бенз(а)пирена является максимальным и составляет 68±2,5% от общего содержания 3,4-бенз(а)пирена в почве при сокращения времени извлечения до 11 часов вместо 18-48 часов в других аналогах.

Способ-прототип включает следующие пять операций:

- смешивание исследуемого образца почвы в виде порошка с жидким экстрагентом в заданном объемном соотношении;

- нагревание полученной смеси с температурной выдержкой, обеспечивающей переход 3,4-бенз(а)пирена в раствор;

- фильтрацию раствора методом декантации;

- добавление соответствующего по полярности экстрагента к анализируемому соединению с последующим упариванием раствора до сухого субстрата;

- определение количества 3,4-бенз(а)пирена методом жидкостной хроматографии.

К навеске почвы 2,5-40 г прибавляют в качестве экстрагента, соответствующего по полярности к 3,4-бенз(а)пирену, 40-60 мл раствора КОН в смеси гидроксида натрия и воды в соотношении 10: 1 и раствор внутреннего государственного стандарта 3,4-бенз(а)пирена (ГСО). Смесь нагревают в течение 1 часа на ультразвуковой бане при температуре 65°С, этим обеспечивают преход 3,4-бенз(а)пирена в раствор, оставляют на ночь, еще раз экстрагируют 3,4-бенз(а)пирен из раствора, для чего добавляют 25 мл 2-молярного раствора гидроксида калия, выдерживают еще 1 час на ультразвуковой бане, центрифугируют со скоростью 3000 об/мин, отделяют жидкость над осадком, остаток экстрагируют еще раз 20-40 мл метанола. Затем все предыдущие экстракты сливают в одну колбу и встряхивают в течение 10 минут на ротаторе с гексаном в объеме 50 мл в течение 3 часов.

Затем на пятой стадии гексановый экстракт сушат над безводным сульфатом натрия, добавляют 100 мкл толуола и концентрируют экстракт до объема 200-300 мкл и определяют содержание 3,4-бенз(а)пирена методом ВЭЖХ.

Недостатки способа-прототипа состоят в следующем:

1. Использование органических растворителей в количестве до 200 мл на одну пробу ухудшает при утилизации экологическое состояние окружающей среды.

2. Многостадийность процесса, представляющая не менее пяти стадий обработки.

3. Длительность обработки составляет 11-48 часов.

4. Используемые растворители - гексан, толуол, гидроксид натрия токсичны при непосредственном контакте человека.

5. После экстрагирования 3,4-бенз(а)пирен менее чем за сутки частично распадается (быстрая деструкция), что приводит к снижению точности его определения методом ВЭЖХ.

6. Недостаточно высокий выход 3,4-бенз(а)пирена, составляющий 68±2,5% от его общего содержания в исследуемом образце.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение технологии за счет исключения использования органических растворителей и щелочей на стадии извлечения 3,4-бенз(а)пирена из исследуемого образца, сокращение времени проведения экстракции до 30-40 мин вместо 11-48 часов, и уменьшения числа стадий экстракции до одной стадии вместо пяти, повышение выхода 3,4-бенз(а)пирена до 96% от общего содержания.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений и осадков сточных вод, включающем смешивание исследуемого образца почвы в виде порошка с жидким экстрагентом в заданном объемном соотношении, нагревание полученной смеси с температурной выдержкой, обеспечивающей переход 3,4-бенз(а)пирена в раствор, фильтрацию раствора методом декантации, добавление соответствующего по полярности экстрагента к анализируемому соединению с последующим упариванием раствора до сухого субстрата и определение количества 3,4-бенз(а)пирена методом жидкостной хроматографии.

Согласно настоящему изобретению в качестве жидкого экстрагента используют дистиллированную воду, нагревание и температурную выдержку полученной смеси осуществляют в герметичном реакторе, и по окончании перехода 3,4-бенз(а)пирена в раствор реактор охлаждают до комнатной температуры.

В частном случае выполнения способа:

- объемное соотношение количества исследуемого образца и дистиллированной воды составляет 1:8;

- нагревание смеси исследуемого образца с дистиллированной водой проводят в диапазоне температур 240-250°С и выдерживают при этой температуре в течение 30-40 мин;

- объем герметичного реактора составляет 10 см3;

- нагревание герметичного реактора проводят в сушильном шкафу.

При нагревании смеси исследуемого образца с дистиллированной водой в соотношении 1:8 при температуре 230-270°С и времени выдержки 30-40 мин в герметичном реакторе объемом 10 см3 происходит окисление липидной фракции почвы, донных отложений или осадков сточных вод и максимальный переход 3,4-бенз(а)пирена в водный раствор. Это обусловлено тем, что при повышении температуры дистиллированной воды до Ткр.=374°С и давления Р=218 атм, согласно открытию, сделанному академиком В.В.Луниным [13], вода становится уникальным растворителем. Кроме того, в этих условиях вода имеет значение диэлектрической проницаемости способ извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений   и осадков сточных вод, патент № 2485109 =34,50 при 200°С [14], сравнимое со значением способ извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений   и осадков сточных вод, патент № 2485109 =32,63 для метанола при 25°С, что приводит к практически полному растворению в воде 3,4-бенз(а)пирена из исследуемого образца при заданных температурном и временном режиме. При известности из уровня техники указанных свойств воды не следует априори возможность ее использования в качестве растворителя 3,4-бенз(а)пирена, входящего в состав исследуемого образца. Неочевидным является тот факт, что при нагревании смеси исследуемого образца с дистиллированной водой выше температуры кипения 3,4-бенз(а)пирена, по мнению авторов настоящего изобретения, происходит интенсификация процесса расщепления сложных составляющих компонентов исследуемых образцов почвы, донных отложений и осадков сточных вод, что приводит к увеличению выхода 3,4-бенз(а)пирена.

Операции способа поясняются фигурами чертежей.

На фиг.1 приведен схематический чертеж устройства (поперечное сечение), используемого для осуществления способа.

На фиг 2. представлена гистограмма зависимости выхода 3,4-бенз(а)пирена, %, от температуры экстракции, Т°С, для примеров 1-5.

На фиг.3 приведены сравнительные хроматограммы 3,4-бенз(а)пирена в почве, полученные а - способом омыления; б - заявляемым способом.

В таблице 1 приведена зависимость выхода 3,4-бенз(а)пирена от общего содержания в образце почвы, в %, от температуры экстракции, Т,°С при выдержке 30, 35, 40 мин.

В таблице 2 приведены сравнительные технические характеристики заявляемого способа, способа-прототипа (Ярощук А.В., Максименко Е.В., Борисенко Н.И. Разработка методики извлечения бенз(а)пирена из почв // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. Приложение. - 2003. - № 9 - С.44-47) [4] и аналога (RU № 2018110 Способ извлечения полициклических ароматических углеводородов из твердых проб) [11].

Способ извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений и осадков сточных вод осуществляется с помощью устройства (фиг.1), которое содержит нагревательный шкаф 1, внутри которого помещают герметичный реактор 2, выполненный в виде специально изготовленной полой цилиндрической камеры из нержавеющей стали, объемом 10 см3, на торцах которой выполнены входное 3 и выходное 4 отверстия, снабженные посредством резьбовых соединений 5, 6 через герметичные прокладки 7, 8 верхней 9 и нижней 10 заглушками. Подготовленный по стандартной методике (ГОСТ 17.4.4.02-84 Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа; Введен 19.12.84.- 9 С.- Группа 019) [14]. Образец почвы, донных отложений или осадков сточных вод 11 в виде порошка с диаметром частиц не более 1 мм загружают в герметичный реактор 2 через входное отверстие 3 и приливают дистиллированную воду 12, в соотношении 1: 8. Закрывают входное отверстие 3 верхней заглушкой 9 и помещают в нагревательный шкаф 1, предварительно нагретый до температуры 240-250°С, и выдерживают при этой температуре 30-40 мин. При данной температуре вода переходит в такое физическое состояние, при котором она приобретает свойства, аналогичные органическому растворителю, и вступает в реакцию с частицами исследуемого образца, что вызывает окисление липидной фракции почвы, донных отложений или осадков сточных вод и максимальный переход 3,4-бенз(а)пирена в водный раствор. Затем удаляют герметичный реактор 2 из нагревательного шкафа 1 и охлаждают до комнатной температуры. Отвинчивают нижнюю заглушку 10 и полученный раствор переносят методом декантации на фильтр в колбу. Для подготовки к жидкостной хроматографии извлекают 3,4-бенз(а)пирен из полученного водного раствора гексаном три раза по 5 мл и упаривают до сухого субстрата, к которому приливают 1 мл ацетонитрила и перемешивают. Определяют количество 3,4-бенз(а)пирена на жидкостном хроматографе Thermo Separation Product, 2000А, US. Содержание бенз(а)пирена в анализируемых образцах рассчитывают по методу внешнего стандарта (абсолютной калибровки) по стандартным растворам различной концентрации [15].

Содержание бенз(а)пирена в образце почвы рассчитывают по формуле:

a=k SIст*1000/S ст*m

где, а - содержание бенз(а)пирена, нг/г или мкг/кг

Sст SI - площади пиков бенз(а)пирена стандартного раствора и образца

Сст - концентрация бенз(а)пирена стандартного раствора, нг/мл

k - коэффициент извлечения бенз(а)пирена из образца

m - масса образца, г.

Ниже приведены примеры получения экстракта 3,4-бенз(а)пирена из почв.

Пример 1.

На первой стадии осуществления способа герметичный реактор 2, содержащий 1 г исследуемого образца почвы с размером частиц 1 мм и 8 мл дистиллированной воды, помещали в нагревательный шкаф при температуре 230°С и выдерживали при этой температуре в течение 30-40 минут. При этом происходит экстракция 3,4-бенз(а)пирена из почвы в раствор. Для подготовки раствора к жидкостной хроматографии, в полученный водный экстракт добавляют 5 мл гексана для перехода 3,4-бенз(а)пирена из водного раствора в гексан и помещают на механический встряхиватель на 15 минут при частоте движения 135 встряхиваний в минуту. Разделение слоев проводят в делительной воронке объемом 50 мл. Так как 3,4-бенз(а)пирен нерастворим в воде при комнатной температуре, переводят 3,4-бенз(а)пирен из водного раствора в гексан путем трехкратного последовательного добавления 5 мл гексана. Полученные гексановые экстракты объединяют и пропускают через воронку, заполненную прокаленным сульфатом натрия, в чистую сухую роторную колбу, упаривают на ротационном испарителе с водоструйным насосом при температуре водяной бани 40°С до сухого остатка. В полученный сухой остаток добавляют 1 мл ацетонитрила, выдерживают 30 минут и проводят анализ методом жидкостной хроматографии. При этом выход 3,4-бенз(а)пирена при выдержке 30 мин составил 26,04 нг/г, при выдержке 35 мин составил 23,62 нг/г, при выдержке 40 мин составил 22,75 нг/г (пример № 1 таблицы, фиг.2).

Идентификацию 3,4-бенз(а)пирена проводят по относительным временам удерживания стандартного образца при одновременном детектировании на двух детекторах (ультрафиолетовом - UV-1000 и флуоресцентном - FL-3000) с высокой чувствительностью к 3,4-бенз(а)пирену, что позволяет идентифицировать пик бенз(а)пирена с погрешностью ±0,2% (фиг.3).

Пример 2.

Герметичный реактор 2, содержащий 1 г исследуемого образца почвы с размером частиц 1 мм и 8 мл дистиллированной воды, помещали в нагревательный шкаф 1 при температуре 240°С и выдерживали при этой температуре в течение 30-40 минут. При этом выход 3,4-бенз(а)пирена при выдержке 30 мин составил 34,02 нг/г, при выдержке 35 мин составил 23,62 нг/г, при выдержке 40 мин составил 22,75 нг/г (пример № 2 таблицы, фиг.2)

Пример 3.

Герметичный реактор 2, содержащий 1 г исследуемого образца почвы с размером частиц 1 мм и 8 мл дистиллированной воды, помещали в нагревательный шкаф 1 при температуре 240°С и выдерживали при этой температуре в течение 30-40 минут. При этом выход 3,4-бенз(а)пирена при выдержке 30 мин составил 42,00 нг/г, при выдержке 35 мин составил 38,50 нг/г, при выдержке 40 мин составил 35, 44 нг/г (пример № 3 таблицы, фиг.2).

Пример 4.

Герметичный реактор 2, содержащий 1 г исследуемого образца почвы с размером частиц 1 мм и 8 мл дистиллированной воды, помещали в нагревательный шкаф 1 при температуре 240°С и выдерживали при этой температуре в течение 30-40 минут. При этом выход 3,4-бенз(а)пирена при выдержке 30 мин составил 31,52 нг/г, при выдержке 35 мин составил 27,56 нг/г, при выдержке 40 мин составил 23,63 нг/г (пример № 4 таблицы, фиг.2).

Пример 5.

Герметичный реактор 2, содержащий 1 г исследуемого образца почвы с размером частиц 1 мм и 8 мл дистиллированной воды, помещали в нагревательный шкаф 1 при температуре 240°С и выдерживали при этой температуре в течение 30-40 минут. При этом выход 3,4-бенз(а)пирена при выдержке 30 мин составил 21,01 нг/г, при выдержке 35 мин составил 19,69 нг/г, при выдержке 40 мин составил 15,75 нг/г (пример № 5 таблицы, фиг.2).

Как следует из таблицы, максимальное количество извлеченного 3,4-бенз(а)пирена получено при температуре экстракции 250°С в течение 30 мин. При понижении температуры воды до 230°С степень извлечения 3,4-бенз(а)пирена уменьшается на 38% (пример № 1 таблицы). Это может быть обусловлено изменением диэлектрической проницаемости воды, что и определяет ее поведение в данных условиях как органического растворителя. При повышении температуры до 260°-270°С степень извлечения 3,4-бенз(а)пирена уменьшается и составляет 50%, что в свою очередь может быть связано с частичным разложением 3,4-бенз(а)пирена.

Как видно из гистограммы (фиг.2), при температуре 250°С из почвы извлечено заявляемым способом 96% 3,4-бенз(а)пирена от его общего содержания в исследуемом образце, что по сравнению с прототипом составляет увеличение выхода на 28%.

В таблице 2 приведены сравнительные технические характеристики заявляемого способа, способа-прототипа (Ярощук А.В., Максименко Е.В., Борисенко Н.И. Разработка методики извлечения бенз(а)пирена из почв // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. Приложение. - 2003. - № 9 - С.44-47) [4] и аналога (RU № 2018110 Способ извлечения полициклических ароматических углеводородов из твердых проб МПК 9 G01N 21/25 от 1994-08-15) [11].

Как следует из фиг.3, наличие пика 3,4-бенз(а)пирена на хроматограмме «б» свидетельствует о чистоте полученного соединения, и точно характеризует выходящее вещество по времени выхода t=20.321 мин. Хроматограмма «б» представлена более четкой кривой, по сравнению с хроматограммой «а» и практически не перегружена пиками органических растворителей.

Хроматограмма «а» менее информативна за счет перегруженности следовыми количествами растворителя, при этом время выхода 3,4 бенз(а)пирена смещено до t=23.138 мин. Возможно именно поэтому пик 3,4-бенз(а)пирена отмечается на 2 минуты раньше, чем в аналогичной хроматограмме «а». Таким образом, экстракция 3,4-бенз(а)пирена заявляемым способом представляет более точные данные для идентификации 3,4-бенз(а)пирена методом ВЭЖХ, чем метод омыления.

Как следует из табл.2:

- экстракция 3,4-бенз(а)пирена заявляемым способом осуществляется без использования органического растворителя на стадии извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, и с использованием 15 мл гексана на стадии подготовки экстракта к жидкостной хроматографии. Количество использованного растворителя на всех стадиях экстракции уменьшено более чем в 10 раз по сравнению с известными аналогами и прототипом, что значительно снижает затраты на проведение мониторинга окружающей среды и вредность воздействия на окружающую среду;

- количество стадий обработки образца заявляемым способом уменьшено до двух вместо пяти стадий по способу-прототипу и вместо семи по сравнению с аналогом;

- длительность процесса экстракции заявляемым способом сократилась до 0,5 часа вместо 11-48 часов по способу-прототипу и вместо 18-48 часов по сравнению с аналогом;

- выход 3,4-бенз(а)пирена заявляемым способом составляет 96%, что на 28% выше по сравнению со способом-прототипом.

Способ извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений и осадков сточных вод можно использовать при проведении научных и мониторинговых исследований: при оценке воздействия на окружающую среду; при оценке деградационных изменений в почве; при мониторинге состояния почв, а также естественных и антропогенно нарушенных экосистем в целом; при экологическом нормировании загрязнения почв и других деградационных процессов; при создании экологических карт (районирования, фактологических и прогнозных); при прогнозировании экологических последствий хозяйственной деятельности на данной территории; при оценке риска катастроф; при оценке целесообразности и эффективности проведения рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, при проведении экологической экспертизы, паспортизации, сертификации территории или хозяйственного объекта и т.д.

Источники информации

1. Геннадиев А.Н. Геохимия полициклических ароматических углеводородов в горных породах и почвах / А.Н.Геннадиев [и др.] - М.: Изд-во МГУ, 1996. - С.196.

2. Ильницкий А.П. Канцерогенные углеводороды в почве, воде и растительности / А.П.Ильницкий // Канцерогены в окружающей среде. - М.: Гидрометеоиздат, 1975. - С.53-71.

3. ГН.2.1.7.2041-06 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве // Гигиенические нормативы. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. - 2006. - С.11.

4. Ярощук А.В., Максименко Е.В., Борисенко Н.И. Разработка методики извлечения бенз(а)пирена из почв // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. Приложение. - 2003. - № 9 - С.44-47. - прототип.

5. Barnabas I. J.е.a. Extraction of polycyclic aromatic hydrocarbons from highly contaminated soils using microwave energy // Analyst, 1995. - v.120. - № 7. - P.1897-1904.

6. Warzecha L. The analysis of PAHs nitrogen derivatives in the sewage sludges of upper Silesia, Poland // Chem. Anal. 1993. - № 3. - v.38. - P.303-313, 571-573.

7. Aner V, et.al. Innovations in chemical reaction processes using supercritical water: an environmental application to the PAH extraction // Anal Chim. Acta, 1990. - v.237. - № 2. - P.451-457.

8. Lancar L.T. e.a. Extraction PAH from soils - J.Chim. Phys. Et phys.-chim. Boil, 1999, v.96, № 3, p.352-363.

9. Maseda C.e.a. Alkylation Reactions in Near-Critical Water in the Absence of Acid Catalysts // J. Chromatogr, 1989. - v.490. - № 2 - P.313-327.

10. Andraves E.F. Organic chemical reactions in supercritical water // J.Chromatogr, 1984. - v.284. - № 2. - P.487-490.

11. RU № 2018110 Способ извлечения полициклических ароматических углеводородов из твердых проб МПК 9 G01N 21/25 дата публ. 1994-08-15.

12. Hartmann R. Subcritical Water Extractor for Mars Analog Soil Analysis Astrobiology// Inst. J.Environ. Anal. Chem., 1996. - v.62. - № 2. - P.161-173.

13. А.А.Галкин, В.В.Лунин. Вода в суб- и сверхкритическом состояниях - универсальная среда для осуществления химических реакций // Успехи химии. - 2005. - Т.74. - № 1. - С.24-40.

14. ГОСТ 17.4.4.02-84 Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа; Введен 19.12.84. - 9 С. - Группа 019.

15. Бартулевич, Я., Ягов Г.В. Аналитические методы определения ПАУ в объектах окружающей среды / Я.Бартулевич, Г.В.Ягов // Питьевая вода. - 2001. - № 6. - С.11-14.

Таблица 1
Зависимость выхода 3,4-бенз(а)пирена от общего содержания в образце почвы, в %, от температуры

экстракции, Т,°С при выдержке 30, 35, 40 мин
№ примераТемпература экстракции, Т,°С Выдержка 30 мин Выдержка 35 мин Выдержка 40 мин
способ извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений   и осадков сточных вод, патент № 2485109 способ извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений   и осадков сточных вод, патент № 2485109 Количество 3,4-бенз(а)пирена, нг/г Выход 3,4-бенз(а)пирена от общего содержания, % Количество 3,4-бенз(а)пирена, нг/г Выход 3,4-бенз(а)пирена от общего содержания, % Количество 3,4-бенз(а)пирена, нг/г Выход 3,4-бенз(а)пирена от общего содержания, %
1 23026,04 6023,62 5422,75 52
2 240 34,0278 31,5272 30,1969
3 25042,00 9638,50 8835,44 81
4 260 31,5272 27,5663 23,6354
5 27021,01 4819,69 4515,75 36

Сравнительные технические характеристики заявляемого способа, способа-прототипа (Ярощук А.В., Максименко Е.В., Борисенко Н.И. Разработка методики извлечения бенз(а)пирена из почв // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. Приложение. - 2003. - № 9 - С.44-47) [4] и аналога (RU № 2018110) [11].

Таблица 2
Техническая характеристика способа Заявляемый способ (субкритическая экстракция) Прототип (метод омыления) [4] Аналог [11] (использование растворителя в сочетании с ультразвуковой экстракцией)
1Количество органического растворителя на исследуемый образец, мл 15200 200
2 Количество стадий обработки образца, ед.2 5 7
3 Длительность процесса экстракции, в час 0,511-48 18-48
4 Выход 3,4-бенз(а)пирена, в %96% 68±2,5%100%

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ извлечения 3,4-бенз(а)пирена из почв, донных отложений и осадков сточных вод, включающий смешивание исследуемого образца в виде порошка с жидким экстрагентом в заданном объемном соотношении, нагревание полученной смеси с температурной выдержкой, обеспечивающей переход 3,4-бенз(а)пирена в раствор, фильтрацию раствора методом декантации, добавление соответствующего по полярности экстрагента к анализируемому соединению с последующим упариванием раствора до сухого субстрата и определение количества 3,4-бенз(а)пирена методом жидкостной хроматографии, отличающийся тем, что в качестве жидкого экстрагента используют дистиллированную воду, нагревание и температурную выдержку полученной смеси осуществляют в герметичном реакторе и по окончании перехода 3,4-бенз(а)пирена в раствор реактор охлаждают до комнатной температуры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объемное соотношение количества исследуемого образца и дистиллированной воды составляет 1:8.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревание смеси исследуемого образца с дистиллированной водой проводят в диапазоне температур 240-250°С и выдерживают при этой температуре в течение 30-40 мин.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем герметичного реактора составляет 10 см3.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревание герметичного реактора проводят в сушильном шкафу.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2485109

patent-2485109.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C07D303/17 в которых оксирановые кольца конденсированы с карбоциклическими системами из трех или более релевантных колец

Класс C07D301/32 разделение; очистка

Класс C02F1/26 экстракцией

Патенты РФ в классе C02F1/26:
способ экстракции цинка из донных осадков ионной жидкостью -  патент 2523469 (20.07.2014)
установка и способ очистки воды флотацией -  патент 2478436 (10.04.2013)
экстракционный способ очистки сточных вод от ароматических аминов -  патент 2431606 (20.10.2011)
способ очистки сточных вод, содержащих простые полиэфиры -  патент 2428381 (10.09.2011)
способ определения содержания нефтепродуктов в воде -  патент 2395083 (20.07.2010)
способ утилизации отхода процесса каталитического эпоксидирования олефинов -  патент 2393152 (27.06.2010)
экстракция фенолсодержащих потоков сточных вод -  патент 2377185 (27.12.2009)
способ извлечения 1,3-пропандиола из ферментативного бульона (варианты) -  патент 2323200 (27.04.2008)
экстракция фенола из сточных вод -  патент 2318732 (10.03.2008)
способ локальной экстракционной очистки отработанных растворов от фенолов -  патент 2306261 (20.09.2007)

Класс C02F101/30 органические соединения

Патенты РФ в классе C02F101/30:
реактор с восходящим потоком и с управляемой рециркуляцией биомассы -  патент 2522105 (10.07.2014)
способ очистки сточных вод от анионоактивных поверхностно-активных веществ -  патент 2516510 (20.05.2014)
способ аэрирования нефтесодержащих сточных вод -  патент 2482075 (20.05.2013)
способ очистки высококонцентрированных пав-содержащих сточных вод -  патент 2478581 (10.04.2013)
способ получения фотокатализатора для разложения органических загрязнителей -  патент 2478430 (10.04.2013)
способ получения катализатора на основе нитрида бора для очистки сточных вод от фенола, катализатор, полученный этим способом, и способ очистки сточных вод от фенола с использованием этого катализатора -  патент 2473471 (27.01.2013)
способ очистки воды от эфиров фталевой кислоты -  патент 2465210 (27.10.2012)
способ очистки сточных вод от соединений фосфора -  патент 2440304 (20.01.2012)
способ утилизации сточных вод -  патент 2437846 (27.12.2011)
n,n-дифенилгуанидиновая соль бис(оксиметил) фосфиновой кислоты в качестве биостимулятора активного ила для очистки сточных вод и способ ее получения -  патент 2404964 (27.11.2010)

Класс B09C1/02 экстракцией с использованием жидкостей, например промывкой, выщелачиванием

Патенты РФ в классе B09C1/02:
препарат для очистки почвы от нефти и нефтепродуктов -  патент 2501852 (20.12.2013)
способ обеззараживания, обезвреживания и переработки осадков сточных вод в полезные продукты -  патент 2484024 (10.06.2013)
производное метил-аквокобириновой кислоты, композиция для алкилирования и способ детоксификации вредного соединения путем использования композиции -  патент 2441014 (27.01.2012)
способ очистки загрязненного нефтью и нефтепродуктами грунта -  патент 2440200 (20.01.2012)
способ очистки грунтов и почв от нефти и нефтепродуктов и установка для его осуществления -  патент 2381995 (20.02.2010)
способ очистки загрязненного нефтью и нефтепродуктами грунта и система сооружений для его реализации -  патент 2331488 (20.08.2008)
способ и установка для обработки сред, загрязненных полихлорированным бифенилом -  патент 2305014 (27.08.2007)
способ очистки почв, загрязненных продуктами природного и техногенного разложения иприта -  патент 2283705 (20.09.2006)
способ определения массовой концентрации бенз-а-пирена в почве -  патент 2236916 (27.09.2004)
установка для отмывки мелкодисперсного материала от углеводородных загрязнений -  патент 2207924 (10.07.2003)


Наверх