Нанесение защитного покрытия на частицы перкарбоната натрия в аппарате с псевдоожиженным слоем

Перкарбонат натрия (ПКН) применяется в качестве экологически чистого отбеливателя в составе синтетических моющих средств. Он является сильным окислителем и несовместим с некоторыми другими компонентами моющего средства, например, ферментами. Решением проблемы может стать применение капсулированного ПКН. Замедленное его высвобождение позволит ферментам работать с максимальной эффективностью до деактивации в присутствии ПКН. Актуальной является задача выбора материала оболочки и необходимой толщины слоя покрытия. В данной работе капсулирование гранул ПКН осуществлялось методом распыления раствора силиката натрия посредством пневматической форсунки на псевдоожиженный слой гранул. Были получены образцы капсулированного ПКН с содержанием покрытия 5, 8, 10, 13% от массы исходного продукта. Исследована кинетика растворения полученных капсул в статических и динамических условиях. При относительной массе оболочки 5% время растворения в динамических условиях составляет 10 мин, при 8% – 14 мин, 10% – 19 мин, 13% – 30 мин. Для прогнозирования профиля выделения активного компонента из капсулированной гранулы ПКН в условиях, отличающихся от проведенных экспериментов, была составлена математическая модель этого процесса. Для параметрической идентификации математической модели путем решения обратной задачи было определено значение эффективного коэффициента диффузии ПКН через капсулу, которое составило 1·10-10 м²/с. Сопоставление расчетных и экспериментальных значений степени выделения ПКН из капсулированных гранул показало их хорошее соответствие.

1. Steber J. The ecotoxicity of cleaning product ingredients. In: Handbook for cleaning/decontamination of surfaces. Elsevier Science, 2007. P. 721–746. https://doi.org/10.1016/B978-044451664-0/50022-X.

2. Ruiz E.J., Ortega-Borges R., Jurado J.L., Chapman T.W., Meas Y. Simultaneous anodic and cathodic production of sodium percarbonate in aqueous solution // Electrochemical and Solid-State Letters. 2008. Vol. 12, no. 1. https://doi.org/10.1149/1.3005555.

3. Wada T., Nakano M., Koga N. Multistep kinetic behavior of the thermal decomposition of granular sodium percarbonate: hindrance effect of the outer surface layer // Journal of Physical Chemistry A. 2015. Vol. 119, no. 38. P. 9749–9760. https://doi.org/10.1021/acs.jpca.5b07042.

4. Bracken J., Tietz D. Analysis of OxiClean: an interesting comparison of percarbonate stain removers // Journal of Chemical Education. 2005. Vol. 82, no. 5. P. 762–764. https://doi.org/10.1021/ed082p762.

5. Tredwin C.J., Naik S., Lewis N.J., Scully C. Hydrogen peroxide tooth-whitening (bleaching) products: review of adverse effects and safety issues // British Dental Journal. 2006. Vol. 200. P. 371–376. https://doi.org/10.1038/sj.bdj.4813423.

6. Bjørsvik H.R., Merinero J.A.V., Liguori L. Nitroarene catalyzed oxidation with sodium percarbonate or sodium perborate as the terminal oxidant // Tetrahedron Letters. 2004. Vol. 45, no. 47. P. 8615–8620. https://doi.org/10.1016/j.tetlet.2004.09.156.

7. Li B., Han Z., Ma J., Qiu W., Li W., Zhang B., et al. Novel sodium percarbonate-MnO2 effervescent tablets for efficient and moderate membrane cleaning // Water Research. 2022. Vol. 220. P. 118716. https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118716.

8. Koukabi N. Sodium percarbonate: a versatile oxidizing reagent // Synlett. 2010. Vol. 19. P. 2969–2970. https://doi.org/10.1055/s-0030-1258997.

9. Xu H., Pang Y., Li Y., Zhang Sh., Pei H. Using sodium percarbonate to suppress vertically distributed filamentous cyanobacteria while maintaining the stability of microeukaryotic communities in drinking water reservoirs // Water Research. 2021. Vol. 197. P. 117111. https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.117111.

10. Wada T., Koga N. Kinetics and mechanism of the thermal decomposition of sodium percarbonate: Role of the surface product layer // Journal of Physical Chemistry A. 2013. Vol. 117, no. 9. P. 1880–1889. https://doi.org/10.1021/jp3123924.

11. Medvedev A.G., Melnik E.A., Shabalova I.V., Mikhailov A.A., Khitrov N.V., Tripolskaya T.A., et al. Development of combined granulation and encapsulation process in production of sodium percarbonate // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2017. Vol. 51, no. 4. P. 515–522. https://doi.org/10.1134/S004057951704011X.

12. Vemmer M., Patel A.V. Review of encapsulation methods suitable for microbial biological control agents // Biological Control. 2013. Vol. 67, no. 3. P. 380–389. https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2013.09.003.

13. Мухина М.Т., Боровик Р.А., Коршунов А.А. Удобрения пролонгированного действия: основные этапы и направления развития // Плодородие. 2021. N 4. С. 77–82. https://doi.org/10.25680/S19948603.2021.121.23.

14. Липин А.Г., Небукин В.О., Липин А.А. Капсулирование гранул в полимерные оболочки как метод создания минеральных удобрений с регулируемой скоростью высвобождения питательных веществ // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. 2017. N 3. С. 86–91.

15. Timilsena Y., Haque M., Adhikari B. Encapsulation in the food industry: a brief historical overview to recent developments // Food and Nutrition Sciences. 2020. Vol. 11, no. 6. P. 481–508. https://doi.org/10.4236/fns.2020.116035.

16. Madlmeir S., Forgber T., Trogrlic M., Jajcevic D., Kape A., Contreras L., et al. Quantifying the coating yield by modeling heat and mass transfer in a Wurster fluidized bed coater // Chemical Engineering Science. 2022. Vol. 252. P. 117505. https://doi.org/10.1016/j.ces.2022.117505.

17. Липин А.Г., Небукин В.О., Липин А.А. Оценка степени покрытия при капсулировании зернистых материалов в псевдоожиженном слое // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2019. Т. 62. N 5. С. 84–90. https://doi.org/10.6060/ivkkt201962fp.5793.

18. Lipin A.A., Lipin A.G. Particle coating with composite shell in a pan granulator // Particulate Science and Technology. 2022. Vol. 40, no. 1. P. 123–130. https://doi.org/10.1080/02726351.2021.1927272.

19. Li H., Liu D., Ma J., Chen X. Influence of cycle time distribution on coating uniformity of particles in a spray fluidized bed by using CFD-DEM simulations // Particuology. 2023. Vol. 76. P. 151–164. https://doi.org/10.1016/j.partic.2022.08.010.

20. Puga A.V., Gracia-Valls R., Fernandez-Prieto S., Smets J., York D. Dual xanthan gum/poly(vinyl acetate) or alkyl-functionalized poly(vinyl alcohol) films as models for advanced coatings // Journal of Applied Polymer Science. 2014. Vol. 131, no. 19. https://doi.org/10.1002/APP.40870.