专利名称：中和毒剂、杀虫剂和其水解产物的方法和用于该方法的试剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及处理生态毒剂(ecotoxicants)例如化学武器(毒剂)、杀虫剂、毒剂和杀虫剂的水解产物的技术。
1993年1月，来自超过130个国家的代表签署了化学武器公约的最终草案。所述公约条款禁止生产、使用、销售和储存所有化学武器以及其投放手段并且呼吁在2005年前销毁已存在的库存。根据国际禁令，到2003年4月25日俄国将销毁1％的库存化学武器。这将达到大约400吨的毒剂。
背景技术：
直到1970年代，化学武器通过如下但现已被禁止的方法进行销毁挖坑燃烧、在大气中蒸发和扩散(dissolution)、海洋倾倒和陆地掩埋。在1970年代毒剂的消毒通过化学反应物和焚烧消毒产物的方法进行。然而，由于实施这些方法的困难，美国化学武器销毁项目管理人员致力于将毒剂在特殊装备的工厂内直接焚烧。同时，对毒剂焚烧工厂的公众关注以及技术失败要求研究新的技术用于毒剂消毒。
用于处理污染环境的物质的方法公开于美国专利号6,039,882。该专利的方法和组合物被开发出来用以清除土壤、沉积物、蓄水层材料、水或盛有污染物的容器中的环境污染物。将污染物与包含金属和含硫化合物的清除组合物反应以产生环境可接受的、化学还原产物。所述方法用于处理污染物例如卤代烃(halogenated hydrocarbons)、杀虫剂、化学战试剂和染料。所述清除组合物优选地含有粉末状、商业等级的金属和金属硫化物。在反应物中加入醇增强了清除反应速率，特别是针对土壤和沉积物中的污染物。
通过水解毒剂进行消毒的方法也公开于美国专利号5,678,243。该专利的方法包括向化学试剂中加入水份以使化学试剂与水以特定的摩尔比发生水解反应。在优选的实施方案中，在野外于化学试剂(氨基烷基硫代膦酸酯)贮存容器中原位进行消毒过程并且包括在加入水后对容器中的物质进行混合。
通过碱解销毁化学武器试剂的方法公开于WO 97/18858。该公开申请的方法包括将化学武器试剂与含氮碱基例如溶解有活性金属例如钠的无水液态氨反应。
上述方法的缺点是其不符合现代对化学武器(毒剂)和杀虫剂销毁的生态学安全的要求。
美国国家研究委员会(The US National Research Counsil)推荐进一步发展和执行用于化学武器试剂消毒的可替代技术，通过碱解接着对产生较少毒性的水解产物进行生物降解来进行消毒。
化学试剂的生物降解是对环境无害的天然过程。科学家通过努力已发现用于直接生物降解毒剂的微生物和酶。然而，由于毒剂的高毒性，微生物细胞在消除毒剂的同时其自身也被杀死。这样便显著地提高了毒剂生物降解的成本并且从生态学角度来看使其成为问题。
选择性酶(针对各类型毒剂的酶)是不可预测的并且直接实际应用于销毁毒剂是昂贵的。
与本发明最相似的方法是如美国专利号6,017,750所公开的通过碱解接着对产生的较少毒性的物质进行生物降解来处理毒剂(芥子气)的方法。所述方法提供了将2，2′-二氯二乙基硫化物和二-(2-(2-氯乙基硫代)乙基)(HT)混合物进行加工的方法。所述方法包括-用水解试剂处理HT以形成硫代二甘醇(TDG)和二-(2-(2-羟基乙基硫代)乙基)醚(T-OH)混合物；-中和TDG和T-OH混合物直至满足对所述混合物进行生物降解的pH；-生物降解中和的TDG和T-OH混合物。
本方法的缺点是第一阶段碱性水解产物是毒性相当大的中和产物。这显著地复杂化和提高了涉及进一步贮存、运输等所有过程的成本，并且也提高了进一步生物降解的成本，因为需要特定单位的微生物用于生物降解和持续更新因碱性水解产物的高毒性而死亡的微生物。
发明简述本发明目的是创造用于生态毒剂(毒剂、杀虫剂和其水解产物)处理第一阶段的高效方法和试剂，在所述处理过程中将初产物的毒性减小到可能进一步进行生物降解。
同时，本发明的目的是所述方法操作可能性的扩展，也就是可通过所述方法进行处理的生态毒剂(所有类型的固态、液气态毒剂以及含有卤族、拟卤族来源、硫族(Cl、Br、I、NO2、SO4、硝基苯基等)官能团的杀虫剂、上述生态毒剂的水解产物)的范围扩大了。所述方法也可用于清洁被毒剂和杀虫剂污染的土壤和物体。
作为第一阶段处理的结果，产生了与通过已知技术(包括上述最相似技术)产生的产物相比毒性显著减小的产物。
除了通过本方法获得的显著降低的毒性，所述产物还拥有一新的重要性质-其对微生物具有营养价值。与其相联系的是可能大大地扩展了能够处理通过使用上述方法产生的毒剂中和产物的天然微生物(“活性淤泥”(active silt)类型)的范围。
由于其低毒性，可将处理第一阶段产生的产物当作普通低毒性废物运输并且在常规废水生化处理厂中于足以进行最终生物降解的pH下进行暴露中和。
所述要求权利保护的方法的第二个实施方案是用于毒剂销毁的两阶段技术方案毒剂的化学消毒和对第一阶段获得的产物进行进一步生物降解(使用微生物)。
在所述方法的实施方案中，当前技术问题通过将含有存在于水或水-有机物介质中的氨基酸或氨基酸混合物、或肽、或氨基酸和肽的衍生物、或其混合物的试剂用作用于化学中和毒剂和杀虫剂的碱性试剂得以解决。含有工厂废物的蛋白质水解产物也可用作试剂。
所述试剂的新颖之处在于第一次提出将氨基酸试剂作为减少毒剂、杀虫剂和其水解产物毒性的手段，其中所述反应物包含存在于水-有机物介质中的氨基酸、或两种或更多种氨基酸的混合物、或肽、或氨基酸和肽的混合物。
含有工业废物的蛋白质水解产物也可用作用于减少毒剂毒性的手段。
已知氨基酸可以很容易地形成盐。此外，氨基酸与各种金属离子形成稳定的螯合复合物。同时，仍未发现关于氨基酸和肽中和生态毒剂(毒剂、杀虫剂和其水解产物)的性质的报道。在本例中发现氨基酸试剂与上述生态毒剂形成低毒性化合物，所述化合物在生物降解过程中不能被降解成普通产物和微生物生命活动产生的废物。
可在此处下文中看到本发明更详细的资料。
本方法没有上述现有技术的缺点并且与其相比拥有许多优点。下列是使用所述毒剂处理方法时获得的技术结果-销毁毒剂、杀虫剂及其水解产物，进一步生物利用其降解产物，可能将通过微生物处理获得的产物直接用作用于包括农业目的在内的土壤改良添加剂。
-显著地扩展了生态毒剂范围-含有卤族或拟卤族性质官能团、硫族基团(Cl、Br、I、NO2、SO42-、硝基苯基等)的所有类型的毒剂和杀虫剂，其与氨基酸试剂相互作用的产物可有效生物降解。这表明所述方法应用面相当的广泛和普便。
-使应用该方法清洁被毒剂和杀虫剂污染的土壤和物体成为可能。
-使用高效和可获得的试剂对毒剂和杀虫剂进行消毒。
-与已知的使用碱解的技术相比显著地降低了中和产物的毒性；微生物在其生命活动期间可利用毒剂中和产物，因而扩大了能够处理通过所述方法中和的毒剂(杀虫剂)的微生物的范围。
-使将在第一阶段产生的中和产物当作低毒性废物运输以及将其在常规废水生化处理厂进行生物降解成为可能。
本发明实施详述用于中和毒剂、杀虫剂或其水解产物的本方法包括将毒剂、杀虫剂或其水解产物与氨基酸试剂混合。
所述氨基酸试剂至少包括下列氨基酸的一种丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、缬氨酸、组氨酸、甘氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸、胱氨酸或这些氨基酸以各种组合形成的混合物、或肽、或氨基酸和肽的衍生物、或存在于水或水-有机物介质中的氨基酸和肽的混合物。在下列给出的实施例(实验室实验)中含有一种氨基酸或两种或更多种氨酸组成的混合物的所述氨基酸试剂提供了维持在给定范围内的pH。
同样，作为用于工业目的的氨基酸试剂，可使用含有工业废物的蛋白质碱解产物，所述碱解产物含有氨基酸盐和肽的混合物。
为进一步生物降解，将低毒性产物中和至pH大约为7到8以使其可能进一步进行生物降解，所述低毒性产物通过将氨基酸试剂与毒剂、杀虫剂或毒剂或杀虫剂的水解产物的相互作用而获得。
以常规的方式使用微生物例如提供中和生物质的“活性淤泥”进行生物降解。
实施例1.在氨基酸试剂和微生物作用下对路易斯毒气进行消毒和生物降解。
在氯化铝存在的情况下通过将三氯化砷与乙炔相互作用制备α-路易斯毒气(2-氯乙烯基二氯砷)样品并且通过双蒸馏法分离之。特征-沸点75-790mm Hg，d20u＝1.875，U20D＝1.06092-与文献数据相符。
通过下面的方法对路易斯毒气(lewisite)进行消毒。将30ml溶有124mg路易斯毒气的0.1M氨基酸试剂(pH7-12)溶液装入50ml配有磁力搅拌器的Ehrlenmeyer烧瓶中，在室温下搅拌5小时并且保持过夜。第二天将溶液的pH减小到7.0并且通过对大鼠进行口服(os)测试以估计其急性毒性。消毒产物的口服LD50超过5000mg/kg。
将相同的溶液(路易斯毒气通过0.1M氨基酸试剂溶液消毒后产生的反应物质)作为细菌唾液链球菌(Streptococcus thermophylis)和活化淤泥生命活动的底物进行估量。使用初始溶液以及其稀释10倍到103倍浓度的溶液。在各测试管中装入10ml溶液和106滴度(的细菌)，接着于37℃下温育一天。第二天记录所有测试管中细菌的生长。通过对大鼠进行口服测试以估量初始浓度反应物样品的急性毒性。据估计，含有唾液链球菌和活化淤泥的溶液的口服LD50超过5000mg/kg。
通过观察所有剂量水平，没有发现中毒的临床症状。在导入消毒产物后第14进行的体内形态学研究显示完全没有毒性作用症状。消毒产物显示没有诱变剂和致癌物的性质。
实施例2.在赖氨酸作用下对路易斯毒气进行消毒。
在配有磁力搅拌器的30ml Ehrlenmeyer烧瓶中装入62mg与实施例1中使用的路易斯毒气相同的α-路易斯毒气和15ml 0.1M的赖氨酸钠溶液(pH8-12)。所述混合物在室温下搅拌5小时并保持过夜。第二天将溶液的pH减小至7.0并且通过对大鼠进行口服检测以估量所述溶液的急性毒性。所述消毒产物的口服LD50超过5000mg/kg。
在导入消毒产物后第14天进行的体内形态学研究显示完全没有任何毒性作用症状。消毒产物显示没有诱变剂和致癌物的性质(代谢活化Eims检测-沙门氏菌(salmonella)/微粒体，株系TA-98和TA-100)。
实施例3.在半胱氨酸作用下对路易斯毒气进行消毒。
在配有磁力搅拌器的30ml Ehrlenmeyer烧瓶中装入62mg与实施例1中使用的路易斯毒气相同的α-路易斯毒气和15ml 0.1M的半胱氨酸钠盐溶液(pH8-12)。在室温下搅拌所述混合物5小时并保持过夜。第二天将溶液的pH减小到7.0并且通过对大鼠进行口服检测以估量所述溶液的急性毒性。所述消毒产物的口服LD50超过5000mg/kg。
在导入消毒产物后第14天进行的体内形态学研究显示完全没有任何毒性作用症状。消毒产物显示没有诱变剂和致癌物的性质(代谢活化Eims检测-沙门氏菌(salmonella)/微粒体，株系TA-98和TA-100)。
实施例4.在氨基酸试剂作用下对芥子气进行消毒。
通过Meyer方法用2，2’-二氧乙基硫化物和浓盐酸制备芥子气样品(2，2’-二氯二乙基硫化物)并且通过双蒸馏法分离之。特征-沸点95-970/10mm Hg，d20u＝1.275，U20D＝1.528-与文献数据相符。
通过下面的方法对路易斯毒气进行消毒。将25ml溶有80mg芥子气的0.1M氨基酸试剂溶液装入50ml配有磁力搅拌器的Ehrlenmeyer烧瓶中，并在室温下搅拌5小时。将溶液保持过夜，第二天将溶液的pH减小到7.0并且通过对大鼠进行口服(os)测试以估量其急性毒性。所述消毒产物的口服LD50超过5000mg/kg。
在导入消毒产物后第14天进行的体内形态学研究显示完全没有任何毒性作用症状。消毒产物显示没有诱变剂和致癌物的性质(代谢活化Eims检测-沙门氏菌/微粒体，株系TA-98和TA-100)实施例5.在氨基酸试剂和微生物作用下对化合物Vx的水解产物进行消毒和生物降解。
通过将O-异丁基-S-2-二乙基氨基乙基-甲基硫代膦酸酯与水以7∶100(体积)的比例在室温下经过3个月水解制备化合物Vx的水解产物。对大鼠进行口服检测所估量的急性毒性显示化合物Vx水解产物的口服LD50是750mg/kg。临床的中毒症状类似一种去极化类型的箭毒。
通过下列方法对化合物Vx的水解产物进行消毒。在配有磁力搅拌器的100ml Ehrlenmeyer烧瓶中装入5ml的化合物Vx水解产物、10ml0.1M的氨基酸试剂(pH8-12)和35ml水，在室温下搅拌2小时并保持过夜。对大鼠进行口服检测所估量的急性毒性显示所述获得的反应物的口服LD50超过5000mg/kg。
将Vx的水解产物(口服LD50为750mg/kg)作为一系列微生物(唾液链球菌、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、大肠杆菌(Escherichia coli)、乳酸链球菌(Strptococcus latis))的可能底物进行估量。将4种株系播种到测试管中，各管含有10ml Vx的水解产物。所有的播种物在37℃下温育一天后都被杀死。
将化合物Vx的水解产物经氨基酸试剂消毒后获得的反应物作为细菌和活化淤泥生命活动的底物进行估量。通过对大鼠进行口服检测以估量初始浓度反应物样品的急性和慢性毒性。据估计用唾液链球菌株系以及活化淤泥处理的反应物的口服LD50超过5000mg/kg。没有观察到临床中毒症状。
在慢性毒性估量检测中，大鼠在5天中每天接受5000mg/kg。因而，口服LD50超过25000mg/kg。在导入消毒产物后第14天进行的体内形态学研究显示完全没有任何毒性作用症状。消毒产物显示没有诱变剂和致癌物的性质(代谢活化Eims检测-沙门氏菌/微粒体，株系TA-98和TA-100)。在慢性检测中所述氨基酸试剂(pH＝7.0)的毒性对照观察显示口服LD50超过25000mg/kg(5000mg/kg，每天，5天)。
实施例6.在赖氨酸和微生物作用下对甲基对硫磷(methaphos)进行消毒和生物降解。
通过Schrader方法将O，O-二甲基氯基硫代磷酸酯与对硝基酚的钠盐相互作用获得甲基对硫磷(O，O-二甲基-O-对硝基苯基硫代磷酸酯)并通过结晶分离之。1H和31P NMR光谱数据和熔点34-36℃与文献数据符合。
通过下列方法对甲基对硫磷进行消毒。在配有磁力搅拌器的100ml Ehrlenmeyer烧瓶中装入5g对硫磷和57ml 0.1M的赖氨酸钠(pH8-12)。将混合物在50℃下搅拌3.5小时并保持过夜。第二天将溶液的pH降低至7.0并且通过对大鼠进行口服检测以估量所述溶液的急性毒性。甲基对硫磷消毒产物的口服LD50超过5000mg/kg。
在导入消毒产物后第14天进行的体内形态学研究显示完全没有任何毒性作用症状。消毒产物显示没有诱变剂和致癌物的性质(代谢活化Eims检测-沙门氏菌/微粒体，株系TA-98和TA-100)将甲基对硫磷经赖氨酸钠消毒获得的反应物作为细菌、活化淤泥和红球菌(Rodococcus)生命活动的底物进行估量。在各测试管中加入10ml反应物溶液并加入2ml具有106滴度的细菌培养物，接着将试管于37℃温育一天。第二天在所有被观察的样品中细菌都呈显著生长。对大鼠进行口服测试以测定样品急性毒性的研究显示将用活性淤泥株系以及红球菌株系处理的样品的口服LD50超过5000mg/kg。
尽管本发明主题详细描述了本发明的实现，应当理解这仅仅是说明性的并且本发明不限于上述实际的实施例。
用以进行权利要求中给定反应的温度条件和时间是相互关连的。应当根据所要求的反应速度和生产能力选择特定的反应条件。在工业化生产条件下，特别是在中和杀虫剂或增加生产率(减少反应进行时间)上可使用温度范围的上限(大约95摄氏度)。然而，这将需要额外的花费以加热所述混合物。
在大约10℃温度下原位进行本发明的毒性中和是可能的。但在更低温度下反应速度会减慢。
进行反应的最少时间由生态毒剂毒性中和的时间决定。无论反应在什么温度下进行，增加温育时间不会影响结果，即毒性中和。
对于本领域技术人员，应当清楚在要求权利保护的方法框架内，所述方法的条件在权利要求给定的限制内是可以变化的。在不偏离权利要求给定的本发明的本质情况下可引入这类变化。
权利要求
1.用于中和生态毒剂的方法，所述方法包括将生态毒剂与包含氨基酸试剂的中和组份混合并中和所述生态毒剂。
2.权利要求1的方法，所述方法进一步包括将生态毒剂与氨基酸试剂混合物在大约10℃到95℃的温度之间进行搅拌和反应一段时间，所述时间足以充分中和毒性。
3.权利要求1或2的方法，所述方法进一步包括在大约95℃温度下搅拌生态毒剂和氨基酸试剂混合物一段时间，所述时间足以中和毒性但不少于半小时。
4.权利要求1到3中任一项的方法，其中所述氨基酸试剂包含存在于水或有机物-水介质中的氨基酸、或氨基酸的混合物、或肽、或氨基酸和肽的衍生物、或氨基酸和肽的混合物。
5.权利要求1到3中任一项的方法，其中所述氨基酸试剂包含至少一种下列氨基酸丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、缬氨酸、组氨酸、甘氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸、胱氨酸。
6.权利要求1到3中任一项的方法，其中所述氨基酸试剂包含含有工业废物的蛋白质水解产物。
7.生态毒剂中和的方法，包括下列步骤·将生态毒剂与中和试剂混合·中和生态毒剂的混合物并且中和至适合于进一步生物降解的pH·生物降解该混合物以形成中和的生物质和废水，其中该中和试剂是氨基酸试剂。
8.权利要求7的方法，所述方法进一步包括在大约10℃到95℃的温度之间进行搅拌和反应一段时间，所述时间足以充分中和毒性。
9.权利要求7或8的方法，所述方法一步包括在大约10℃到95℃的温度之间进行搅拌和反应一段时间，所述时间足以充分中和毒性但不少于半小时。
10.权利要求7到9中任一项的方法，其中所述氨基酸试剂包括存在于水或有机物-水介质中的氨基酸、或氨基酸混合物、或肽、或氨基酸和肽的衍生物或氨基酸和肽的混合物。
11.权利要求7到9中任一项的方法，其中所述氨基酸包含至少一种下列氨基酸丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、缬氨酸、组氨酸、甘氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸、胱氨酸。
12.权利要求7到9中任一项的方法，其中所述氨基酸试剂包含含有废物的工业蛋白质水解产物。
全文摘要
本发明涉及生态毒剂处理技术，所述生态毒剂主要是化学武器(毒剂)、杀虫剂、毒剂或杀虫剂的水解产物。本方法通过进一步生物降解所获得的产物销毁毒剂、杀虫剂或其水解产物并且可应用于广泛的生态毒剂。本发明也可用于清洁被毒剂和杀虫剂污染的土壤和物体。在本方法要求权利保护的实施方案中，氨基酸试剂用作用于化学中和毒剂、杀虫剂或其水解产物的试剂。应用存在于水或水－有机物介质中的含有氨基酸、或氨基酸混合物、或肽、或氨基酸和肽的衍生物或其混合物的试剂中和生态毒剂。含有工业废物的蛋白质水解产物也可用作所述试剂。
文档编号A62D3/30GK1764489SQ200480007010
公开日2006年4月26日 申请日期2004年1月16日 优先权日2003年1月22日
发明者V·S·泊尔雅克弗, V·V·尔米罗弗, S·I·马勒金 申请人:维克凯斯工业有限公司