ПРИМЕНЕНИЕ СБОРОК ИЗ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Технология магнитной сепарации используется в инновационных методах очистки воды для удаления загрязняющих веществ из водных сред. Эффективность магнитной сепарации зависит от характеристик неоднородных магнитных полей, создаваемых магнитными системами, свойств водной среды и магнитных частиц. Изучено влияние градиентных магнитных полей, создаваемых сборками постоянных магнитов, на седиментацию наночастиц Fe3O4–SiO2 в водных растворах с различной вязкостью. С помощью численного моделирования рассчитаны значения Bz и |Bz·dB/dz| над поверхностями постоянного магнита, радиальной и плоскопараллельной сборок, изготовленных из постоянных магнитов Sm2Co17, и магнитомягкой стали. Показано, что области высоких значений |Bz·dB/dz| вблизи поверхности магнитных систем создаются сборками M1 и M2 из-за их сложной геометрии. Изучена эффективность магнитной седиментации (ЭМС) наночастиц в градиентах магнитных полей, создаваемых магнитными системами. Значение ЭМС в водном растворе с вязкостью 0.89–3.07 мПа·с после выдержки в течение 30 мин в магнитном поле радиальной системы составляет более 50%. Для достижения ЭМС более 50% при использовании плоскопараллельной сборки требуется время выдержки 1 и 5 часов для водных растворов с вязкостью 0.89 и 3.07 мПа·с соответственно. Значение ЭМС наночастиц при использовании сборок выше, чем при использовании постоянного магнита. В области высоких значений |Bz·dB/dz| вблизи поверхности сборок скорость частиц увеличивается, что ускоряет осаждение магнитных наночастиц.

Об авторах

Марина Сергеевна Филинкова

Институт физики металлов УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: filinkova-ms@yandex.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

Юлия Анатольевна Бахтеева

Институт физики металлов УрО РАН

Email: bakhteeva@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

Ирина Владимировна Медведева

Институт физики металлов УрО РАН;
Уральский государственный горный университет

Email: ivmed@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия; ул. Куйбышева, 30, Екатеринбург, 620144 Россия

Сергей Васильевич Жаков

Институт физики металлов УрО РАН

Email: zhakov@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

Илья Владимирович Бызов

Институт физики металлов УрО РАН

Email: ivbyzov@gmail.com
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

Список литературы

  1. Ku J., Wang K., Wang Q., Lei Zh. Application of Magnetic Separation Technology in Resource Utilization and Environmental Treatment // Separations. 2024. V. 11(5). P. 130.
  2. He J., Huang M., Wang D., Zhang Zh., Li G. Magnetic separation techniques in sample preparation for biological analysis: A review // J. Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2014. V. 101. P. 84–101.
  3. Iranmanesh M., Hulliger J. Magnetic separation: its application in mining, waste purification, medicine, biochemistry and chemistry // Chem. Soc. Rev. 2017. V. 46. P. 5925–5934.
  4. Медведева И.В., Медведева О.М., Студенок А.Г., Студенок Г.А., Цейтлин Е.М. Новые композитные материалы и процессы для химических, физико-химических и биохимических технологий водоочистки // Изв. вузов. Серия: Химия и химическая технология. 2023. Т. 66 (1). P. 6–27.
  5. Giakisikli G., Anthemidis A.N. Magnetic materials as sorbents for metal/metalloid preconcentration and/or separation. A review // Analytica Chimica Acta. 2013. V. 789. P. 1–16.
  6. Luo L., Nguyen A.V. A review of principles and applications of magnetic flocculation to separate ultra fine magnetic particles // Sep. Pur. Tech. 2017. V. 172. P. 85–99.
  7. Zhakov S.V. Generation of maximum magnetic fields using permanent magnets // Phys. Met. Metal. 2003. V. 96 (6). P. 562–567.
  8. Ditsch A., Lindenmann S., Laibinis P.E., Wang D.I.C., Hatton T.A. High-gradient magnetic separation of magnetic nanoclusters // Ind. Eng. Chem. Res. 2005. V. 44. P. 6824–6836.
  9. Rhein F., Scholl F., Nirschl H. Magnetic seeded filtration for the separation of fine polymer particles from dilute suspensions: microplastics // Chem. Eng. Sci. 2019. V. 207. P. 278–1287.
  10. Ishiwata T., Miura O., Hosomi K., Shimizu K. Removal and recovery of phosphorus in wastewater by superconducting high gradient magnetic separation with ferromagnetic adsorbent // Physica C. 2010. V. 470. P. 1818–1821.
  11. Mizuno N., Mishima F., Akiyama Y., Okada H., Hirota N., Matsuura H., Maeda T., Shigemoto N., Nishijima S. Removal of iron oxide with superconducting magnet high gradient magnetic separation from feed-water in thermal plant // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2015. V. 25 (3). P. 3700804.
  12. Svoboda J. Magnetic techniques for the treatment of materials. Springer Sci. Dordrecht, 2004. 642 p.
  13. Leong S.S., Ahmad Z., Lim J.K. Magnetophoresis of superparamagnetic nanoparticle at low field gradient: Hydrodynamic effect // Soft Matter. 2015. V. 11. P. 7697.
  14. Faraudo J., Andreu J.S., Calero C., Camacho J. Predicting the Self-Assembly of Superparamagnetic Colloids under Magnetic Fields // Adv. Funct. Mater. 2016. V. 26 (22). P. 3837−3858.
  15. Bakhteeva Iu.A., Medvedeva I.V., Filinkova M.S., Byzov I.V., Zhakov S.V., Uimin M.A., Yermakov A.E. Magnetic sedimentation of nonmagnetic TiO2 nanoparticles in water by heteroaggregation with Fe-based nanoparticles // Sep. Pur. Technol. 2019. V. 218. P. 156–163.
  16. Surette M.C., Mitrano D.M., Rogers K.R. Extraction and concentration of nanoplastic particles from aqueous suspensions using functionalized magnetic nanoparticles and a magnetic flow cell // Microplast. Nanoplast. 2023. V. 3(2). P. 1–12.
  17. Bakhteeva Yu.A., Medvedeva I.V., Filinkova M.S., Byzov I.V., Minin A.S., Zhakov S.V., Uimin M.A., Patrakov E.I., Novikov S.I., Suntsov A.Yu., Demin A.M. Removal of microplastics from water by using magnetic sedimentation // Int. J. Environ. Sci. Technol. 2023. V. 20. P. 11837–11850.
  18. Fatima H., Kim K.S. Magnetic nanoparticles for bioseparation // Korean J. Chem. Eng. 2017. V. 34. P. 589–599.
  19. Bakhteeva Yu.A., Medvedeva I.V., Uimin M.A., Byzov I.V., Zhakov S.V., Yermakov A.E., Shchegoleva N.N. Magnetic sedimentation and aggregation of Fe3O4@ SiO2 nanoparticles in water medium // Sep. Pur. Technol. 2016. V. 159. P. 35–42.
  20. Segur J.B., Oberstar H.E. Viscosity of glycerol and its aqueous solutions // Industrial and engineering chemistry. 1951. V. 43(9) P. 2117–2120.
  21. Medvedeva I.V., Zhakov S.V., Revvo A.V., Byzov I.V., Bakhteeva Yu.A., Uimin M.A., Yermakov A.E., Mysik A.A. Application of NMR relaxometry for determining the concentration of nanopowder magnetite in aqueous media // Physics of Metals and Metallography. 2014. V. 115. P. 744–748.
  22. Tan Y.W., Gunn P.F.E., Ng W.M., Leong S.S., Toh P.Y., Camacho J., Faraudo J., Lim J.K. Influences of fluid and system design parameters on hydrodynamically driven low gradient magnetic separation of magnetic nanoparticles // Chem. Eng. and Processing – Process Intensification. 2024. V. 199. P. 109768.
  23. Brown K.A., Vassiliou Ch.C., Issadore D., Berezovsky J., Cima M.J., Westervelt R.M. Scaling of transverse nuclear magnetic relaxation due to magnetic nanoparticle aggregation // JMMM. 2010. V. 322(20). P. 3122–3126.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).