Пульверизуемая питательная микроэмульсия, пригодная в качестве ускорителя биоразложения

1 Настоящее изобретение относится к новому ускорителю биоразложения гидрофобных загрязняющих веществ, таких как углеводороды, представляющему собой микроэмульсию типа вода-в-масле; такие микроэмульсии называют также питательными, поскольку они потребляются микроорганизмами. Состав этих питательных микроэмульсий создал в прошлом значительный прогресс в области добавок, используемых в качестве ускорителей биоразложения. Например, в патентах Франции 2490672 и 2512057 описаны такие ускорители, состоящие из дисперсной фазы, образованной водным раствором азотсодержащих и фосфорсодержащих соединений, предпочтительно фосфорсодержащих поверхностноактивных веществ, которая диспергирована в гидрофобной дисперсионной среде, представляющей собой источник ассимилируемого углерода. Используемыми азотсодержащими соединениями в этих микроэмульсиях являются, например, аминокислоты, протеины или мочевина, а фосфорсодержащими соединениями являются поверхностно-активные вещества типа алкилового или алкенилового эфира фосфорной кислоты. Гидрофобная дисперсионная среда образована источником углерода, ассимилируемым микроорганизмами, таким как растительные или животные масла и жирные кислоты,выбираемые с учетом того, чтобы они были совместимыми с подвергаемыми разложению продуктами. Эффективность этих эмульсий в качестве ускорителя биоразложения была доказана в многочисленных областях их промышленного применения, в частности при обработке для ликвидации загрязнений морей, возникающих вследствие вытекания углеводородов в результате аварий, и при обработках, направленных на восстановление почв, загрязненных гидрофобными загрязняющими веществами, описанных,например, в Международной заявке на патент 95/06715. Несмотря на полезные качества этих питательных микроэмульсий, их использование остается ограниченным в связи с проблемами их применения при низкой температуре, ниже 10 С. Известные микроэмульсии обычно наносят путем опрыскивания загрязненных зон или путем смешения с загрязненными почвами. Следовательно, они должны обладать определенной текучестью и определенной стабильностью,благоприятствующей таким применениям. Однако этим микроэмульсиям присущ недостаток,заключающийся в том, что они разделяются на две несмешивающиеся фазы при температуре около 0 С. Кроме того, как только комнатная температура опускается ниже 20 С, эти микроэмульсии становятся очень вязкими (более 1000 мПас), что делает их использование для обработки почв очень трудным, даже невозможным, 003208 2 если для нанесения используют, например,пульверизацию. Для устранения такого серьезного недостатка было предложено добавлять в эмульсии органические соединения, такие как спирты и простые гликолевые эфиры, которые снижают вязкость этих эмульсий при указанных температурах (см. заявку WO 98/07508). Так, при добавлении 10-15% бутилового эфира этиленгликоля наблюдают уменьшение вязкости до величины примерно 200 мПас при температуре 20 С, что позволяет осуществлять пульверизацию продукта при этой температуре с помощью обычного оборудования или более легко осуществить распыление. Однако для использования этих микроэмульсий при более низкой температуре,в частности ниже 10 С, в настоящее время приходится либо держать микроэмульсию при температуре 20 С, чтобы осуществить пульверизацию при этой температуре, либо подогревать ее на месте использования для того, чтобы микроэмульсия восстановилась и/или стала текучей. Этот недостаток является главным для потребителя, который считает, что если продукт подвергается трансформации, то его качество изменяется. Следовательно, понятно, почему использование этого ускорителя биоразложения,замечательного по своей эффективности, не приобрело широкого распространения во всех случаях морского или наземного использования в качестве агента биоразложения, в особенности в холодных странах. Целью настоящего изобретения является устранение недостатков, присущих вышеописанным микроэмульсиям. В частности, целью настоящего изобретения является создание нетоксичных микроэмульсий, которые были бы стабильны при температурах в интервале от -10 С до +50 С и текучесть которых при температуре+5 С была бы достаточной для того, чтобы не возникло никакой проблемы их использования. Следовательно, объектом настоящего изобретения является ускоритель биоразложения в виде микроэмульсии, содержащей азотсодержащие соединения, как, например, аминокислоты, протеины, мочевина и ее производные, поверхностно-активные фосфорсодержащие соединения типа алкилового или алкенилового эфира фосфорной кислоты и соединения, выбираемые из группы, состоящей из растительных или животных масел или жирных кислот, и разбавитель, причем вышеуказанная микроэмульсия отличается тем, что она содержит 10-35 мас.% поверхностно-активного моно- и/или диалкилового или моно- и/или диалкенилового эфира фосфорной кислоты с числом атомов углерода в алкильной или алкенильной цепи меньше 12, предпочтительно от 3 до 10, причем вышеуказанный сложный эфир содержит дополнительно 1-10 алкоксигрупп, предпочтительно этоксигрупп и/или пропоксигрупп, и 320 мас.%, по крайней мере, одного дополни 3 тельного поверхностно-активного вещества, и имеет вязкость при температуре 5 С ниже или равную 200 мПас. Согласно настоящему изобретению это совместное действие этих особых поверхностноактивных производных эфиров фосфорной кислоты с дополнительным поверхностноактивным веществом или смесью дополнительных поверхностно-активных веществ позволяет обеспечивать стабильность микроэмульсии вплоть до очень низкой температуры, по крайней мере, -10 С, и использовать без труда эти продукты в любых холодных условиях окружающей среды. Дополнительные поверхностно-активные вещества согласно изобретению выбирают среди соединений, обладающих оральной токсичностью в случае крысы, такой, что летальная доза для 50% микроорганизмов составляет выше 2 г/кг. Дополнительные поверхностно-активные вещества предпочтительно выбирают среди таких, которые имеют температуру плавления ниже 0 С и предпочтительно ниже -20 С и/или растворимость в воде у которых выше 2 г на 100 г воды и предпочтительно выше 10 г на 100 г воды, причем эти два параметра могут быть соблюдены независимо друг от друга или одновременно в зависимости от условий использования микроэмульсии. Совершенно ясно, что специалист может видоизменять состав микроэмульсии в зависимости от того, идет ли речь о нанесении путем пульверизации на загрязненную зону на море или об обработке восстанавливаемой почвы, и в зависимости от температуры осуществления этих способов. Дополнительные поверхностно-активные вещества, обладающие требуемыми для использования в микроэмульсии согласно изобретению характеристиками, вводимые индивидуально или в виде смеси, выбирают из одно- и многоатомных спиртов с количеством атомов углерода меньше 10 и их простых эфирных производных, моно- и поликарбоксильных соединений, в частности, возможно, моно- или полигидроксилированных кислот или сложных эфиров с (C1C7)-углеродными цепями, линейных кетонов,содержащих не более 5 атомов углерода, и лактонов. Из используемых в качестве дополнительных поверхностно-активных веществ одноатомных спиртов предпочтительны (С 2-С 8)-алканолы и предпочтительно (С 2-С 4)-алканолы. Из многоатомных спиртов предпочтительны диолы, в частности замещенные этиленгликоли или их олигомеры, и их простые эфирные производные, содержащие 4-10 атомов углерода. В особенности предпочтительными простыми эфирными производными являются бутиловый эфир диэтиленгликоля, моноэтиловый эфир этиленгликоля и монометиловый эфир этиленгликоля. 4 Из монокарбоксильных, возможно гидроксилированных, соединений предпочтительны карбоновые кислоты с 1-4 атомами углерода и их эфиры с одноатомными (C1-C5)-спиртами. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения эти монокарбоксильные соединения выбирают из группы, состоящей из муравьиной, уксусной, масляной, молочной кислот и их алкиловых эфиров с количеством атомов углерода вплоть до 6 в алкильной группе,причем предпочтительны н-бутилформиат и этиллактат. Из дикарбоксильных, возможно гидроксилированных, соединений предпочтительны дикарбоновые кислоты с 3-6 атомами углерода и их эфиры с одноатомными (C1-C5)-спиртами. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения эти дикарбоксильные соединения выбирают из группы, состоящей из малоновой и янтарной кислот и их эфиров,предпочтительно диалкилмалонатов, например диэтилмалонат, и диалкилсукцинатов, например диметилсукцинат. Из кетонов согласно изобретению предпочтительны диалкилкетоны, содержащие не больше 6 атомов углерода, предпочтительно метилэтилкетон. Из лактонов предпочтителен -бутиролактон. Согласно настоящему изобретению предпочтительные комбинации поверхностноактивных веществ и дополнительных поверхностно-активных веществ представляют собой комбинации алкилового эфира фосфорной кислоты, в котором алкильный радикал содержит не более 6 атомов углерода, и содержит, по меньшей мере, три этоксигруппы, со смесью, по меньшей мере, двух дополнительных поверхностно-активных веществ. Согласно первому варианту осуществления эти комбинации получают путем смешения карбоновой кислоты с соединением из группы,состоящей из других, возможно, гидроксилированных карбоновых кислот, их эфиров, одноили многоатомных спиртов и их простых эфирных производных, кетонов и лактонов. Предпочтительными комбинациями являются уксусная кислота - бутановая кислота, уксусная кислота - этиллактат, уксусная кислота - этанол,уксусная кислота - бутиловый эфир этиленгликоля, уксусная кислота - метилэтилкетон и уксусная кислота - -бутиролактон. Согласно второму варианту осуществления эти комбинации получают путем смешения,по меньшей мере, одного простого эфира этиленгликоля или его олигомера, предпочтительно бутилового эфира диэтиленгликоля, с алканолом, кетоном, таким как метилэтилкетон, или с эфиром монокарбоновой кислоты, таким как бутилформиат. Согласно третьему варианту осуществления эти комбинации получают путем смешения,по крайней мере, одного эфира дикарбоновой кислоты, такого как алкилсукцинаты или алкилмалонаты, с алканолом или кетоном. Предпочтительными комбинациями являются комбинации диметилсукцинат - этанол и диметилсукцинат - метилэтилкетон. Другие компоненты микроэмульсий, в частности азотсодержащие соединения, выбирают из аминокислот, мочевины и ее производных и,в случае органической фазы, из животных или растительных масел и жирных кислот, причем предпочтительна олеиновая кислота. Ниже в настоящем описании приводятся примеры для пояснения изобретения, не ограничивающие его объема охраны. Пример 1. Целью настоящего примера является доказательство того, что среди комбинаций поверхностно-активного вещества/дополнительного поверхностно-активного вещества, имеющихся на рынке, только синергические комбинации согласно изобретению позволяют получать микроэмульсии, стабильные в интервале температур от -10 до +50 С и текучие при температуре 5 С. Используют три препаративныe формы А,В и С, состав которых представлен в нижеприводимой табл. 1 в массовых процентах по отношению к эмульсии. Таблица 1 Компоненты Поверхностноактивное вещество Дополнительное поверхностноактивное вещество Вода Мочевина Олеиновая кислота Во второй таблице, табл. 2, приведенной ниже, иллюстрируется влияние пары поверхностно-активное вещество/дополнительное поверхностно-активное вещество при изменении,главным образом, природы поверхностноактивного вещества, то есть при изменении длины алкильной цепи и числа этоксигрупп в эфире фосфорной кислоты. Для этого использовалось шесть различных поверхностноактивных веществ, которые характеризуются длиной их алкильной цепи Ci и числом этоксигрупп (ЕО). Изучалась комбинация этих алкиловых эфиров фосфорной кислоты для трех составов А, В и С с дополнительными поверхностноактивными веществами конкретного типа. Образцы согласно изобретению названы как Xi и образцы, взятые в качестве сравнительных образцов, обозначены как Ti.BDG = бутиловый эфир диэтиленгликоля = Согласно этой таблице констатируют, что использование поверхностно-активных веществ с более короткими цепями (длиной меньше С 12) позволяет получать микроэмульсии, одновременно стабильные в широком диапазоне температур, особенно при низких температурах, и обладающие незначительными вязкостями при температуре 5 С. Пример 2. Целью настоящего примера является показать стабильность микроэмульсий согласно изобретению, когда в качестве поверхностноактивного вещества используют алкиловый эфир фосфорной кислоты с длиной алкильной цепи меньше 12 атомов углерода, в данном случае 6 атомов углерода, и числом этоксигрупп меньше 10, в данном случае 3, как в образцах X1 и Х 2, указанных в табл. 2 примера 1, и когда изменяют природу используемого одного или более дополнительного поверхностно-активного вещества. Как и в примере 1, в табл. 3 представлены величины вязкости и стабильности эмульсии для образцов согласно изобретению Xi и сравнительных образцов Ti.BDG/ этиллактат 8/4 молочная кислота триэтилцитрат диэтилмалонат диэтилоксалат диметилсукцинат этилформиат пропилформиат изопропилформиат бутилформиат этанол изопропанол изобутанол трет-бутанолEEG МЕС этановая кислота бутановая кислота Согласно этой таблице констатируют, что только образцы, однофазные в области температур от -7 до +50 С, и с вязкостью, измеряемой при температуре +5 С, достаточно незначительной, ниже 200 мПас, позволяющей им быть текучими при низкой температуре, рассматриваются как образцы Xi. Кроме того, следует отметить, что некоторые дополнительные поверхностно-активные вещества, используемые индивидуально в некоторых составах А, В и С, не могут рассматриваться для использования при низких температурах вследствие их чрезмерно высокой вязкости, но могут представлять большой интерес в комбинации с другим дополнительным поверхностно-активным веществом согласно изобретению. 8 Пример 3. Цель настоящего примера - показать ускоряющий эффект биоразложения с помощью микроэмульсий согласно изобретению в отношении углеводородов на радиоспирометрической опытной (пилотной) установке. Испытания проводят с помощью так называемой радиспирометрической лабораторной аппаратуры, которая описана F. Bruchon, A.Bassres и J.C. Bertrand, Biotechnol. Lett., 18 (1),111-116 (1996). Она позволяет непрерывно следить за минерализацией радиоактивных углеводородов, одновременно измеряя абиотические потери в каждой культуре, что избавляет от инкубации стерильных контрольных образцов. Реакционную среду в количестве 100 мл,образованную синтетической морской водой,бактериальной флорой и трудно биоразлагающимся, меченым с помощью 14 С фенантреном в количестве 100 мг/л, вводят в колбы для культивирования или колбы Эрленмейера емкостью 250 мл, снабженные двумя боковыми торусами, причем один связан с вводом кислорода, а другой соединен с ловушкой для углеводородов,представляющей собой колонки типа ORBO-43,которые выпускаются фирмой SUPELCO. Устанавливают скорость аэрации кислородом, равную 5 мл/мин, и среду поддерживают при перемешивании с помощью мешалки с возвратнопоступательным движением при скорости 80 колебаний/мин. Эти перемешиваемые реакторы были помещены в темное место для инкубации при температуре 20 С в течение 1 месяца. Испарившиеся углеводороды адсорбируются в ловушках для углеводородов. Поток воздуха увлекает с собой меченый с помощью 14 С диоксид углерода, образующийся в результате минерализации фенантрена, в ловушку для СO2, представляющую собой 4 н раствор гидроксида натрия. С целью измерения кинетики минерализации во время этой инкубации в течение месяца каждые 2 или 3 дня, в зависимости от получаемых результатов, отбирают по три аликвотных образца объемом 0,5 мл 4 н раствора гидроксида натрия, радиоактивность которых подсчитывают в 10 мл коктейля Hionic-Fluor, выпускаемого фирмой Паккард. Бактериальная флора, используемая для тестирования эффективности микроэмульсий,или скорее пары поверхностно-активное вещество/дополнительное поверхностно-активное вещество (вещества), представляет собой природную комплексную флору морского происхождения. Перед началом опытов эту флору,поддерживаемую при температуре -80 С, реактивируют при использовании обогащенногоMarine Agar (морским агаром) 2216 бульона,выпускаемого фирмой Дифко, в течение 8 ч,затем предварительно культивируют в синтетической морской воде типа Instant Ocean с концентрацией (солей) 33 г/л, обогащенной 50 мг/л легкой сырой арабской нефти, в течение 2 дней в присутствии азот- и фосфорсодержащих питательных веществ, хлорида аммония и гидрофосфата калия в концентрациях таких, что соотношения C/N/P составляют 106/16/1. Используемым меченым фенантреном является 9-14 С-фенантрен, продукт фирмы Сигма 31,528-1. Испытания осуществляют в расположенных в ряд девяти реакторах, содержащих одну и ту же реакционную среду, образованную синтетической морской водой, меченым фенантреном в концентрации 100 мг/л и активированой бактериальной флорой в количестве 10 об.%, и буфером ТРИС с нейтральным рН, в концентрации 6 г/л, причем эти концентрации даны в расчете на реакционную среду. В восемь из этих реакторов вводят различные микроэмульсии согласно изобретению и в один - микроэмульсию согласно уровню техники. Концентрации микроэмульсий в реакционной среде в начале опытов составляют 10 мг/л. Эти микроэмульсии соответствуют микроэмульсиям, описанным в примерах 1 и 2. Подробные сведения о содержимом каждого реактора представлены ниже: реактор 1: только одна реакционная среда= контроль; реактор 2: реакционная среда + X15; реактор 3: реакционная среда + X16; реактор 4: реакционная среда + X18; реактор 5: реакционная среда + X19; реактор 6: реакционная среда + Х 20; реактор 7: реакционная среда + Х 23; реактор 8: реакционная среда + Х 5; реактор 9: реакционная среда + T1. Результаты, выраженные в % степеней минерализации фенантрена в присутствии этих различных микроэмульсий, представлены в нижеприводимой табл. 4. Таблица 4 Степень минерализации 0 8 дней 14 дней 20 дней 25 дней Констатируют наилучшую минерализацию фенантрена в присутствии микроэмульсий X16 и Х 20. Для некоторых других составов согласно изобретению наблюдается некоторый латентный период до того, пока не произойдет минерализация. Микроэмульсии X18 и X19 менее благоприятны, так как они более биоразлагаемы бактериями, чем фенантрен: они биоразлагаются перед фенантреном. 10 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Микроэмульсия, используемая в качестве ускорителя биоразложения, стабильная в интервале температур от -10 до +50 С, включающая азотсодержащие соединения, как, например, аминокислоты, протеины или мочевину,поверхностно-активные фосфорсодержащие соединения типа алкилового или алкенилового эфира фосфорной кислоты и соединения, выбираемые из группы, состоящей из растительных или животных масел или жирных кислот, а также разбавитель, отличающаяся тем, что она содержит 10-35 мас.% поверхностно-активного моно- и/или диалкилового или моно- и/или диалкенилового эфира фосфорной кислоты с числом атомов углерода в алкильной или алкенильной цепи меньше 12, предпочтительно от 4 до 10, причем вышеуказанный сложный эфир содержит кроме того 1-10 алкоксигрупп, предпочтительно этоксигрупп и/или пропоксигрупп, и 3-20 мас.%, по крайней мере, одного дополнительного поверхностно-активного вещества, и имеет вязкость при температуре 5 С ниже или равную 200 мПас. 2. Микроэмульсия по п.1, отличающаяся тем, что дополнительные поверхностноактивные вещества имеют оральную токсичность на крысе, при которой летальная доза для 50% организмов составляет выше 2 г/кг. 3. Микроэмульсия по пп.1-2, отличающаяся тем, что дополнительное поверхностноактивное вещество имеет температуру плавления ниже 0 С и предпочтительно ниже -20 С и/или растворимость в воде выше 2 г на 100 г воды при температуре 20 С и предпочтительно выше 10 г на 100 г воды. 4. Микроэмульсия по пп.1-3, отличающаяся тем, что дополнительные поверхностноактивные вещества, используемые индивидуально или в виде смеси, выбирают из одноосновных и многоосновных спиртов с количеством атомов углерода меньше 10 и их простых эфирных производных, моно- и поликарбоксильных соединений, в частности кислот или сложных эфиров с (C1-C7)-углеродными цепями,возможно моно- или полигидроксилированных,из линейных или циклических кетонов, содержащих не более 5 атомов углерода, и лактонов. 5. Микроэмульсия по пп.1-4, отличающаяся тем, что одноосновными спиртами являются(C2-C8)-алканолы и предпочтительно (С 2-С 4)алканолы. 6. Микроэмульсия по пп.1-5, отличающаяся тем, что многоосновными спиртами являются диолы, в частности замещенные этиленгликоли или их олигомеры, и их простые эфирные производные, содержащие 4-10 атомов углерода. 7. Микроэмульсия по п.6, отличающаяся тем, что простые эфирные производные этиленгликоля или их олигомеры выбирают из бутилового эфира диэтиленгликоля, моноэтилово 11 го эфира этиленгликоля и диэтилового эфира этиленгликоля. 8. Микроэмульсия по пп.1-7, отличающаяся тем, что монокарбоксильные, возможно гидроксилированные, соединения выбирают из карбоновых кислот с 1-4 атомами углерода и их эфиров с одноосновными (C1-C5)-спиртами. 9. Микроэмульсия по п.8, отличающаяся тем, что монокарбоксильные соединения выбирают из группы, состоящей из муравьиной, уксусной, масляной и молочной кислот, их алкиловых эфиров с количеством атомов углерода до 6 включительно, в алкильной группе, в том числе н-бутилформиат и этиллактат. 10. Микроэмульсия по пп.1-9, отличающаяся тем, что дикарбоксильные, возможно гидроксилированные, соединения выбирают из дикарбоновых кислот с 3-6 атомами углерода и их эфиров с одноосновными (C1-C5)-спиртами. 11. Микроэмульсия по п.10, отличающаяся тем, что дикарбоксильные соединения выбирают из группы, состоящей из малоновой и янтарной кислот, диалкилмалонатов, предпочтительно диэтилмалоната, и диалкилсукцинатов, предпочтительно диметилсукцината. 12. Микроэмульсия по пп.1-11, отличающаяся тем, что кетонами являются диалкилкетоны, содержащие не более 6 атомов углерода,предпочтительно метилэтилкетон. 13. Микроэмульсия по пп.1-12, отличающаяся тем, что лактоны содержат не более 6 атомов углерода, причем предпочтителен -бутиролактон. 14. Микроэмульсия по пп.1-13, отличающаяся тем, что комбинации поверхностноактивных веществ и дополнительных поверхностно-активных веществ представляют собой сочетание алкилового эфира фосфорной кислоты, где алкильный радикал содержит не более 6 атомов углерода и содержит не более трех эток 12 сигрупп, со смесью, по меньшей мере, двух дополнительных поверхностно-активных веществ. 15. Микроэмульсия по пп.1-14, отличающаяся тем, что комбинация из дополнительных поверхностно-активных веществ представляет собой смесь карбоновой кислоты с соединением из группы, состоящей из других, возможно гидроксилированных, карбоновых кислот, их эфиров, одноосновных и многоосновных спиртов и их простых эфирных производных, кетонов или лактонов. 16. Микроэмульсия по п.14, отличающаяся тем, что комбинации выбирают из сочетаний уксусная кислота - бутановая (н-масляная) кислота, уксусная кислота - этиллактат, уксусная кислота - танол, уксусная кислота - бутиловый эфир диэтиленгликоля, уксусная кислота - метилэтилкетон и уксусная кислота - -бутиролактон. 17. Микроэмульсия по пп.1-14, отличающаяся тем, что комбинации из дополнительных поверхностно-активных веществ представляет собой смесь, по меньшей мере, одного простого эфира этиленгликоля или его олигомера, предпочтительно бутилового эфира диэтиленгликоля, с алканолом, кетоном, таким как метилэтилкетон, или эфиром монокарбоновой кислоты,таким как бутилформиат. 18. Микроэмульсия по пп.1-14, отличающаяся тем, что комбинации дополнительных поверхностно-активных веществ представляют собой смесь, по меньшей мере, одного эфира дикарбоновой кислоты, такого как алкилсукцинаты или алкилмалонаты, с алканолом или кетоном. 19. Микроэмульсия по п.18, отличающаяся тем, что комбинации выбирают из сочетаний диметилсукцинат-этанол и диметилсукцинатметилэтилкетон.