用于制造一杀生物剂的方法与流程

用于制造一杀生物剂的方法
1.相关申请案
2.参考申请日为2019年7月1日，题名为“用于制造一杀生物剂的方法”的美国临时专利申请序列号第62/869,273号，上述申请的揭露通过引用被并入本文中且根据37 cfr 1.78(a)(4)及(5)(i)自上述申请要求优先权。
3.参考申请日为1992年6月1日，题名为“用于水的消毒的程序及成分”的美国专利申请案序列号第07/892,533号；申请日为1998年1月27日，题名为“用于处理液体以抑制生物体生长的方法及装置”的美国专利申请案序列号第08/809,346号；申请日为2006年7月14日，题名为“杀生物剂及装置」的美国专利申请案序列号第10/586,349号；及申请日为2015年8月1日，题名为“用于控制一杀生物剂的制造的方法”的美国专利申请案序列号第14/765,335号。上述数件专利申请案的揭露内容通过引用被并入到本文中。
技术领域
4.本发明是关于一种用于一杀生物剂的制造的方法。


背景技术：

5.用于制造及使用杀生物剂的各种技术是众所周知的。


技术实现要素：

6.本发明试图提供一种用于制造一杀生物剂的方法。
7.因此，根据本发明的一优选实施例，提供了一种用于制造一杀生物剂的方法，其包含步骤：提供次氯酸氧化剂的溶液；提供铵盐的溶液；并将所述次氯酸氧化剂的溶液与所述铵盐的溶液混合；其中所述铵盐对所述次氯酸氧化剂的摩尔比例是少于1：1。优选地，所述次氯酸氧化剂是次氯酸钠。
8.根据本发明的一优选实施例，所述次氯酸氧化剂的溶液是通过在即将使用前，以水稀释约8至18％的一浓缩溶液而被制备。优选地，所述次氯酸氧化剂的溶液具有约1000至约20000ppm的一浓度，更佳地具有约3000至约10000ppm的一浓度及最佳地具有约3500至约7000ppm的一浓度。
9.根据本发明的一优选实施例，所述铵盐是选自于碳酸氢铵、碳酸铵、氨基甲酸铵、氢氧化铵、胺磺酸铵、溴化铵、氯化铵及硫酸铵。优选地，所述铵盐是选自于氨基甲酸铵、溴化铵、氢氧化铵及硫酸铵。最佳地，所述铵盐是氨基甲酸铵。根据另一优选实施例，所述铵盐是两种或更多种铵盐的一混合。
10.根据本发明的一优选实施例，所述铵盐的溶液是通过在即将使用前，以水或以所述次氯酸氧化剂的溶液稀释约15至50％的一浓缩溶液而被制备。优选地，所述铵盐的溶液具有约1000至约50000ppm的一浓度，更佳地具有约12000至约30000ppm的一浓度。根据本发明的一优选的实施例，所述铵盐的溶液进一步包含一碱。优选地，所述碱是氢氧化钠。
11.优选地，所述方法进一步包含监测所述杀生物剂的所述导电度。根据本发明的一
优选实施例，所述方法包含：提供所述铵盐的溶液的一量；在数个混合条件下，将所述次氯酸氧化剂的溶液的数个量加入到所述铵盐的溶液的所述量中；在所述次氯酸氧化剂的溶液的每个量加入之后，测量所述控制参数；及当所述导电度的一最大值在观察到一导电度最小值之后被观察到时，停止加入所述次氯酸氧化剂的溶液的数个量。
12.在一替代实施例中，所述方法包含：在大于1：1的铵：次氯酸的一摩尔比例下，将所述次氯酸的溶液的一液流与所述铵盐的溶液的一液流在一混合腔室中混合；保持所述数个液流中的一个的流速恒定，并逐渐增加或减少所述数个液流中的另一个的流速，以减少所述铵：次氯酸的摩尔比例；监测离开所述混合腔室的一液流中的所述导电度的值；及选择使得铵：次氯酸的摩尔比例相等于在所述导电度的值具有一局部最大值时的所述铵：次氯酸摩尔比例。在一实施例中，所述监测是持续性的。在一替代实施例中，所述监测包含：测量离开所述混合腔室的所述液流的数个离散样本中的控制参数。
附图说明
13.本发明将因下文中连同图式一同被理解的详细描述而更完全地被了解及理解，在图式中：
14.图1是展示在一杀生物剂的制造中的导电度的变化及使用所述杀生物剂的微生物杀灭测试的结果的一图表。
15.图2是展示在一杀生物剂的制造中的导电度的变化及使用所述杀生物剂的微生物杀灭测试的结果的一图表。
16.图3是展示在一杀生物剂的制造中的导电度的变化及使用所述杀生物剂的微生物杀灭测试的结果的一图表。
17.图4是展示用于制造(用于一包装机的)一杀生物剂的次氯酸盐：铵盐的比例及由在所述包装机中的微生物产生的挥发性脂肪酸的水准随时间的推移的一图表。
具体实施方式
18.如在其内容通过引用被并入到本文中的已公布欧洲专利公布号第0 517 102号公布所描述的，循环水的生物污染是一周知的问题，其是由藻类、真菌、细菌及可在循环水中找到的其他简单生命形式所造成。上述专利公布描述通过混合两种化合物(其中一种是氧化剂且另一种是铵盐)，并基本上立即地将所述混合物加入要被处理的水系统中。如在所述公布中所描述的，这产生活性生物杀灭成分。大量的氧化剂及铵盐的示例在所述专利公布中被描述。
19.然而，在处理液体以抑制生物体的生长的此方法中遇到的问题，是所述浓缩的活性生物杀灭成分在化学上是极不稳定的且在形成时迅速分解，造成ph的一快速降低。对于衍生自溴化铵的活性生物灭杀成分而言尤其如此，在其中所述分解导致hobr的非所欲的形成。因此，当常规定量泵(dosing pumps)及混合器被使用时，形成的所述活性生物杀灭成分迅速分解并失去其效力。并且，这样的浓缩活性杀生物剂的ph范围理论上是8.0至12.5，但实际上由于所述迅速分解，所述ph从未超过8.0。此外，所述铵盐需要被过量供给以便减低所述分解速率。
20.在其内容通过引用被并入到本文中的美国专利第5,976,386号中，揭露了用于制
造一杀生物剂的一方法及装置，所述方法及装置使氧化剂/铵来源的一固定比例能够被维持，藉此避免为了稳定所述反应产物及为了保持几乎不含分解产物的一可再制产物而使用过量胺源的需要。在其文中描述的新方法包括：制造所述氧化剂及所述胺源两者的一有效原位稀释及同步计量所述二稀释液进入一导管以在其中根据一预先决定的比例持续地混合，以产生一活性生物杀灭成分。所述预先决定的比例是至少1：1的胺对氧化剂比例，亦即，氧化剂的过量是不可能的及是由过量铵的存在而被预防的。
21.如已在美国专利第5,976,386号中被描述的，对所述杀生物剂的形成的小心控制是必要的。所述杀生物剂制造过程使用一多点进料系统(multiple feeding point system)，所述系统由于不同的泵浦对压力改变的反应不同，及泵浦进料速率取决于水流压力，而需要用于每个进料管线的一单独控制器。至于任何现场流程，需要一个管线上控制器(online control)以确保以高产量制造正确的产物，而副产物量最小化。此外，以上被引用的数件专利揭露了铵及次氯酸盐的等摩尔量对于最佳表现是必要的。已被显示的是，过量次氯酸盐，即使仅是局部过量，会导致多氯化氯铵(multi-chlorinated chloramines)的产生及所述生物灭杀性产物单氯胺(mca)分解而形成no
x
物种及无机酸。使用不足量的次氯酸盐，所述铵未完全反应，导致一较低的杀生物剂浓度，化学物质的过量使用，较高的处理成本等。在其内容通过引用被并入本文中的美国专利第7,837,883号中用于制造所述杀生物剂的数种组成，比如次氯酸钠及氨基甲酸铵，是不稳定的化学物质，并在使用时随时间经过而分解。结果，在两个反应物的被预先决定的固定进料速率下操作所述进料单元将会产生多变的产物。此外，比如水温、产生的所述杀生物剂的高浓度及水质等其它数个参数可能促进所述杀生物剂的分解。
22.在美国专利第5,976,386号中揭露了ph作为铵盐及次氯酸钠之间的所述反应的终点的一指标。将次氯酸盐加入铵盐溶液中增加所述ph。然而，在所述等摩尔点之后，所述次氯酸盐开始分解所述生物灭杀性mca形成无机酸，而所述无机酸降低所述ph。因此，ph可被用作所述终点的一指标。然而，ph被发现仅在相对低的ph值是一准确的指标。由于杀生物剂制造在一相对高的ph下进行，因此需要其它的指标。
23.其内容通过引用被整体并入本文中的美国专利第9,801,384号，揭露了可以被用于指示铵盐及次氯酸盐氧化剂之间的所述反应的终点的另外数个参数。特定地，氧化还原电位(orp)、导电度及电磁感应(induction)皆被显示为在所述终点具有一相对最小值。溶氧被显示为在所述反应过程中具有一固定值并在所述终点急遽减少。这些参数被显示为在辨识所述反应的所述终点上是有效的，而假使所述终点被错过且添加了过量的次氯酸盐，结果会是所述杀生物剂的分解及有效性的丧失。因此，即使当所述终点被辨识出来，在稍高于1：1的铵对次氯酸盐比例下作业以避免过量次氯酸盐造成的分解仍是惯例。
24.总的来说，在本发明之前已被确立的是，当自铵盐及次氯酸氧化剂制备一杀生物剂时，必须避免过量的次氯酸盐，及在实践中，必须使用稍微过量的铵盐。现已发现过量的铵有损生物杀灭活性，及在表面上的等摩尔点后加入额外的次氯酸盐导致一更有效的杀生物剂。
25.根据本发明的一第一实施例，提供了一种用于制造一杀生物剂的方法，其包括：将次氯酸氧化剂的溶液与铵盐的溶液混合，其中铵对次氯酸盐的所述摩尔比例是少于1：1。
26.在一实施例中，所述杀生物剂是在一批次处理中被制造。所述批次处理包括：将次
氯酸氧化剂的溶液加入铵盐的溶液中，同时混合并监测所述导电度。在所述导电度的一区域最小值被观察到后，额外的次氯酸盐被添加直到所述导电度的一局部最大值被观察到。据信导电度的局部最大值代表不存在过量铵。如此被制造的所述杀生物剂可以立刻被使用或被储存以供之后使用。
27.在一替代实施例中，所述杀生物剂在一连续过程中被制造。在所述连续过程中，次氯酸盐的溶液及铵盐的溶液在一混合器中被连续地混合，及所述导电度在所述混合器中或在所述混合器下游的一导管中被管线上监测，或在被从所述混合器移除的数个离散样本中被测量。所述数个溶液中的一个的流速被保持固定而所述另一溶液的流速被变化，以便减少所述铵对次氯酸盐比例直到导电度的一局部最小值被观察到。所述比例被进一步减少直到导电度的一局部最大值被观察到。典型地，所述导电度控制参数的监测被继续以辨识调整所述数个流速的需求，所述需求是由于所述数个溶液中的一个或两者的浓度的一变化。在所述连续过程中被制造的所述杀生物剂可以在它被制造时被应用于一基质或可以被储存供之后使用。
28.如上所述，次氯酸盐被加入到所述铵盐直到观察到导电度的一局部最大值。额外的次氯酸盐可以被添加超过最大导电度的所述点。举例而言，所述额外次氯酸盐可以是直到所述最大导电度为止添加的所述次氯酸盐的2％、5％、10％、15％或20％。然而，为了制造过程控制的理由，所述导电度最大值可以被使用，因为这是一个容易辨识的点。
29.所述次氯酸氧化剂可以是任何次氯酸氧化剂，比如一碱金属或一碱土金属的次氯酸盐。优选地，所述次氯酸盐是次氯酸钠、次氯酸钾或次氯酸钙。最佳地，所述次氯酸盐是次氯酸钠。
30.所述次氯酸盐溶液优选地是通过将次氯酸盐的一浓缩储备溶液与水混合以形成次氯酸盐稀释液而被制备。所述铵盐溶液优选地是通过将所述铵盐的一浓缩储备溶液与水或与所述次氯酸盐稀释液混合以形成铵盐稀释液而被制备。当所述铵储备溶液被以水稀释以制备与所述次氯酸盐稀释液等摩尔的铵盐溶液时，所述杀生物剂的所述最终浓度将是所述次氯酸盐稀释液的浓度的一半。另一方面，当所述铵盐储备溶液被以所述次氯酸盐稀释液稀释，所述杀生物剂的所述最终浓度将与所述次氯酸盐稀释液的浓度相等。
31.所述次氯酸盐稀释液的所述浓度优选地是约1000至约20000ppm。更佳地，所述次氯酸盐溶液的所述浓度是约3000至约10000ppm。最佳地，所述次氯酸盐溶液的所述浓度是自约3500至约7000ppm。所述次氯酸盐溶液优选地是通过在即将使用前以水稀释约8至18％的一储备溶液而被制备。优选地，所述次氯酸盐稀释液是在即将使用前被制备。当所述杀生物剂是在一连续过程中被形成，所述次氯酸盐稀释液优选地是当需要时在管线中被制备(prepared online)。
32.任何铵盐皆可以被用在本发明的方法中。优选地，所述铵盐是选自于碳酸氢铵、溴化铵、氨基甲酸铵、碳酸铵、氯化铵、氢氧化铵、胺磺酸铵及硫酸铵。更佳地，所述铵盐是选自于溴化铵、氨基甲酸铵、碳酸铵、氯化铵、胺磺酸铵及硫酸铵。又更佳地，所述铵盐是选自于溴化铵、氨基甲酸铵、氢氧化铵及硫酸铵。最佳地，所述铵盐是氨基甲酸铵。在一实施例中，所述铵盐包括两种或更多种铵盐的一混合。
33.在一实施例中，所述铵盐稀释液是通过在水中稀释所述铵盐的15至50％的一储备溶液直到约1000至约50000ppm，更佳地，直到约12000至约30000ppm的一浓度而被制备。优
选地，所述铵盐稀释液是在即将使用前被制备。当所述杀生物剂是在一连续过程中被形成，所述铵盐稀释液优选地是当需要时在管线中被制备。
34.在一替代实施例中，所述铵盐稀释液是通过以一部分的所述经稀释次氯酸盐溶液稀释所述铵盐的所述储备溶液而被制备。此方法产生具有一较高ph的铵盐稀释液，因为所述次氯酸盐溶液是碱性的。这对于一些在高ph值下更稳定的盐(比如氨基甲酸铵)是有利的。
35.在一些实施例中，所述铵盐稀释液的所述初始ph优选地是至少9.0，更佳地是至少10.0，又更佳地是至少10.4及最佳地是至少10.8。在一优选实施例中，所述铵盐稀释液包含氢氧化钠。特别地，当所述铵盐是溴化铵或硫酸铵时，氢氧化钠被加入到所述铵盐稀释液中以将所述ph提高到至少10.0，优选地到至少10.4，以使所述导电度最大值可观察。
36.示例：
37.示例1：
38.氨基甲酸铵的溶液通过将100g氨基甲酸铵溶解在400g水中以形成20％溶液而被形成。次氯酸钠的浓缩溶液被稀释至5000ppm的一浓度。2.6ml的所述氨基甲酸铵溶液被与30ml的经稀释次氯酸盐混合，之后作为结果的溶液被以所述稀释次氯酸盐滴定。次氯酸盐以数个10ml等分试样被添加，及所述溶液的所述导电度在所述滴定中始终被监测。
39.所述导电度最小值被发现是在3.89的一氮：氯(n:cl)比例处。所述氮量包括所述铵的氮及所述铵甲酸盐的氮两者。因此，假定只有所述铵的氮与所述次氯酸盐反应，所述等摩尔点是在2：1的一比例处。所述导电度最小值在所述预期的等摩尔点之前发生是氨基甲酸铵的不稳定天性的反映，氨基甲酸铵倾向于失去氨及因此实际的氮：氯比例低于计算得出的所述比例。所述溶液的所述ph也可能对所述导电度最小值有影响。这突显了一控制参数在所述杀生物剂的制造中的需要。次氯酸盐的添加持续超过所述最小值点，及一导电度最大值在1.49的一氮：氯比例(130ml次氯酸盐)处发生。
40.在添加50、100、150及200ml次氯酸盐之后的所述杀生物剂的样本被采取用于微生物杀灭测试。所述杀生物剂以各种浓度被加入含有假单孢菌(pseudomonads)或大肠杆菌(e.coli)的一样本中。微生物的减少被测量并被展示在表1及表2中。
41.由于在每个测试的开始，所述铵盐是过量的，所述杀生物剂浓度与次氯酸盐的浓度相等。随着更多次氯酸盐被加入，过量铵的所述量减少。在所述数个测试的所述数个组的每一个中，有一固定的杀生物剂浓度而仅有过量氨的所述量是变化的。在所有的测试中，当过量氨的所述量减少，所述杀生物剂的所述有效性未改变所述杀生物剂浓度而增加。这显示，与先前所相信的相反，过量氨有损所述生物杀灭活性。
42.表1：假单孢菌杀灭结果
[0043][0044]
表2：大肠杆菌杀灭结果
[0045][0046][0047]
示例2：
[0048]
5.1ml的含有8％氢氧化钠的20％氨基甲酸铵溶液在60ml的一5000ppm次氯酸钠溶液中被稀释。次氯酸钠溶液以数个20ml分量被添加，及所述导电度在每个步骤被测量。在数个点，所述杀生物剂的一样本被采取并在1.0ppm的一浓度被用于对假单孢菌的杀灭测试。所述结果被展示在表1中。能清楚看见导电度的局部最小值，所述局部最小值后跟着一局部
最大值。虽先前认为所述导电度最小值代表次氯酸盐对铵的理想比例，可以看出所述杀生物剂的所述活性越过所述最小值而朝向所述最大值继续改善。
[0049]
示例3：
[0050]
一杀生物剂如同在示例2中一般地被制备，除了所述铵盐由90％的氨基甲酸铵及10％的溴化铵或氢氧化铵组成。在1.0ppm的一浓度对假单孢菌的数个杀灭测试在数个点被执行。结果被展示在图2(溴化铵)及图3(氢氧化铵)中。在这些测试中，同样可以看出所述杀生物剂的所述活性远远越过所述导电度最小值而改善，直到所述导电度最大值。
[0051]
示例4：
[0052]
一杀生物剂如同在示例1中一般地被制备，始自含有不同量的碳酸钠的氨基甲酸铵溶液。在加入130ml的次氯酸盐之后(氮：氯比例1.279)，所述杀生物剂被采取，用于对假单孢菌的一杀灭测试。结果被展示在表3中。
[0053]
表3：碳酸钠的效果
[0054][0055]
在所述杀生物剂的制备之前将碳酸盐加入所述铵盐中减少了所述杀生物剂的有效性。被假定的是，所述碳酸根离子作为氯的去除剂，因此减少所述铵的氯化及所述单氯胺杀生物剂的有效浓度，并增加过量铵的所述剂量。所述碳酸根并不干扰已被制造的杀生物剂的活性一事在一不同的实验中被显示。杀生物剂被制造自没有任何碳酸根的氨基甲酸铵。碳酸钠在所述杀生物剂的添加之前被加入欲处理的基质中。即使在与所述氨基甲酸根浓度等摩尔的数个碳酸根水准，也未观察到有效性的减少。
[0056]
示例5：
[0057]
一杀生物剂如同在示例1中一般地被制备。在加入80及170ml次氯酸盐后的所述杀生物剂的数个样本(氮：氯比例分别为2.43及1.14)被用于处理具有数种微生物的一混合，来自一包装工厂的白水(white water)。所述数种杀生物剂被以1、5及10ppm的数个浓度被加入数个不同的样本中，及所述对数值下降随时间被测量24小时。结果被展示在表4中。
[0058]
随时间经过的白水处理
[0059][0060]
所述数种杀生物剂在减少所述细菌计数上是有效的，而使用更多次氯酸盐制成的杀生物剂是更有效的。
[0061]
示例6：
[0062]
一杀生物剂如同在示例1中一般地被制备。在加入50及200ml次氯酸盐后的所述杀生物剂的数个样本(氮：氯比例分别为2.05及0.63)被采取，及所述数个样本的紫外光-可见光光谱(uv-vis spectrum)被测量。两个样本具有相同的光谱，包括在245nm处的所述单氯胺峰值及没有与更高氯化胺相关的额外峰值。这显示(即使在越过所述表面的等摩尔点后)所述活性杀生物剂是单氯胺。此结果显示了小心控制所述杀生物剂制造的需要并显示过量次氯酸盐并不必然导致更高氯化的胺及所述单氯胺杀生物剂的分解。
[0063]
示例7：
[0064]
与作为cl2的6000ppm次氯酸钠等摩尔的硫酸铵的溶液(约5600ppm硫酸铵)被制备。100ml的所述硫酸铵溶液被以次氯酸钠的6000ppm溶液滴定。所述溶液的ph在所述滴定中始终被监测。数个样本在添加10、50及100ml(最大ph)后被采取，及产生的所述杀生物剂对大肠杆菌的一培养的杀灭效果被检查。被检查的所述杀生物剂送料率是0.4及0.6ppm。结果被展示在表5中。
[0065]
表5：使用制造自硫酸铵的杀生物剂的大肠杆菌杀灭结果
[0066]
[0067]
所述数个杀生物剂的效力在所述数个杀生物剂含有过量铵盐时低许多。看来，不同于对所述过量铵的良性天性的先前信念，过量铵干扰所述杀生物剂的活性。此外，因惧怕过量次氯酸盐分解，在先前避免达到所述等摩尔点，而达到所述等摩尔点实际上改善杀生物剂效力。
[0068]
示例8：
[0069]
对于被投以制造自(原先处于被计算为等摩尔的重量比的)氨基甲酸铵及次氯酸钠的一包装机。由细菌制造的挥发性脂肪酸(vfa)的水准被监测。所述vfa水准一开始是稳定的，但由于对所述系统的一些扰乱，所述vfa水准增加。氨基甲酸铵对次氯酸盐的所述比例被降低及所述vfa开始下降。当所述比例回到表面等摩尔比例时，vfa再次开始上升，接着在所述比例再次被降低时开始下降。此结果被展示在图4中。这显示将氨基甲酸铵对次氯酸盐的比例设定在1：1并不足以有效控制。而是，一些参数必须被监测及所述两种组成的所述比例被调整以便避免过量铵。
[0070]
应被本领域中具有一般技术者了解的是，本发明并不限于在上文中被特定地展示及描述的内容。而是，本发明的范围包括在上文中被描述的各种特征的组合及次组合，以及当本领域中具有一般技术之人阅读上文描述时将思及的，及不在先前技术中的，对在上文中被描述的各种特征的组合及次组合的修改。