CN104319054B - 一种纳米磁流体及其净化污染物的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米磁流体，它是由核壳结构的纳米磁性材料、表面活性剂和基载液三者混合而成的一种稳定的胶状液体；本发明纳米磁流体应用在净化废水废气中，将磁流体置于可控磁场条件下，对废水废气进行处理，通过调控磁场的大小和方向，在纳米磁流体的催化作用或吸附作用下，可一步完成废水废气净化、产物分离，该方法可以改变一般液相催化剂难以分离、回收的缺点，提高吸附效率，并使解吸和吸附剂再生变得更容易，在有效去除污染的同时，达到了资源化的目的；通过采用本发明可实现废气、废水的污染控制，是一种节能、环保、安全、经济的方法。

Description

一种纳米磁流体及其净化污染物的应用

技术领域

本发明涉及一种纳米磁流体以及纳米磁流体在净化污染物中的应用，属于处理废气废水的污染控制技术领域。

背景技术

黄磷是一种非常重要的化工原料，用它作原料可以生产出磷酸、农药、洗涤液、磷肥等数百种产品，但它的生产过程却是高能耗和高污染的。黄磷尾气成分复杂，除主要含CO外，还含磷、硫、砷、氟等高腐蚀的杂质及少量水份，磷主要以PH₃和P₄形式存在；硫主要以H₂S、COS、CS₂等形式存在。

常用的净化黄磷尾气的方法有水洗串碱洗、变温变压吸附法、次氯酸钠氧化脱除法和活性炭吸附法。但这些方法都不能深度脱除有机硫及磷化氢杂质，而这些杂质可致使一氧化碳合成甲醇、二甲醚等产品的过程中使用的铜基催化剂严重中毒。

专利《黄磷尾气净化脱除磷化氢、硫化氢的方法》（公开号：CN101732962A）公开了一种黄磷尾气净化脱除磷化氢、硫化氢的方法，其净化工艺主要由碱洗和催化氧化2个操作单元构成，催化剂为贵金属钯铂在活性炭上，其PH₃、H₂S的净化效率很高，但该方法必须预热尾气，同时保持塔内温度在100-150℃，其能耗和成本高、操作繁琐。

现有的脱除NOx的方法可分为非催化法和催化法两大类。非催化法主要包括湿式吸收法、固体吸附法、等离子体法、微生物法等。催化法有催化分解和催化还原两种。催化分解是使NOx在催化剂的作用下直接分解为N₂和O₂，该方法无需使用还原剂，但由于NOx分解技术存在很多的问题，在烟气脱硝方面目前尚无实际应用。催化还原是目前研究较多，同时也是很实用的NOx脱除技术。专利《氨选择性催化还原氮氧化物成氮气的催化剂及其制备方法》（公开号：CN101554584）公开了一种氨选择性催化还原氮氧化物成氮气的催化剂及其制备方法，催化剂组成为V₂O₅-WO₃/TiO₂/BaO/y-Al₂O₃，该催化剂成本低，催化活性高，但选择性催化还原存在烟气需重新加热、飞灰中毒、氨气泄漏、投资和运行费用高等诸多缺点。

焦化废水是炼焦、煤气在高温干馏、净化及副产品回收过程中，产生含有挥发酚、多环芳烃及氧、硫、氮等杂环化合物的工业废水，焦化废水水质是一种高CODcr、高酚值、高氨氮且很难处理的一种工业有机废水。

专利《焦化废水的处理方法》（公开号：CN101781067A）将焦化废水依次通过隔油池、调节池、铁碳--芬顿氧化池、升流式厌氧污泥床反应器、水解多功能池、缺氧池、复合活性污泥池及二沉池，然后排出出水。该方法解决了活性污泥法处理焦化废水对有机物去除效果差的问题，但此工艺较为复杂，占地面积大，运行成本较高。

养殖污水具有典型的“三高”特征即有机物浓度高COD高达3000-12000mg/l,氨氮高达800-2200mg/l，悬浮物SS超标数十倍；可生化性一般；臭味大；冲洗排放时间集中，冲击负荷大。

目前我国大部分养殖场采用的污水处理工艺仍然是：固液分离--厌氧处理--好氧处理，技术已经较成熟，但由于运作成本问题，推广难度较大，实施效果往往不理想。专利《一种闭合循环养殖水体中有机颗粒和营养盐的去除方法》（公开号：CN101774694A）通过外围设立净化池来实现净化，但其构建物较多，成本较高，净化周期长，运行能耗大。

印染废水是加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品为主的印染厂排出的废水。印染废水水量较大，每印染加工1吨纺织品耗水100～200吨，其中80%～90%成为废水。纺织印染废水具有水量大、有机污染物含量高、碱性大、水质变化大等特点，属难处理的工业废水之一，废水中含有染料、浆料、助剂、油剂、酸碱、纤维杂质、砂类物质、无机盐等。

印染废水的一个重要特点就是色度高，有的可高达4000倍以上。所以含染料废水处理的重要任务之一就是进行脱色处理，其中，氧化脱色法是借助于氧化还原反应破坏燃料的共轭结构或者发色基团，同时可将废水中的有机物变成二氧化碳、水和氮氧化物等。在染料的脱色处理中，双氧水等过氧化物是经常使用的氧化剂，但单独使用时氧化能力较弱，氧化速度慢，并且矿化效果不佳。

磁流体作为一种特殊的功能材料，既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性，是在纳米数量级的磁性粒子表面包裹一层长链的表面活性剂，使之均匀的分散在基液中形成的一种均匀稳定的胶状溶液。该流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性，正因如此，它才在实际中有着广泛的应用，如密封、减震、医疗器械、选矿、能量转换器、传感器、显示器、磁回路等领域。磁流体在污染物净化领域已有应用，但并没有利用磁流体在磁场作用下会产生似加重、似减重现象的这种特征来影响反应过程中液体的表面张力、液体中各组分的分压、污染物和氧气在液体中的溶解度、反应体系内的传质过程，最终影响催化反应和吸附反应充分进行的应用，同时，磁流体作为反应介质，还能实现反应产物与催化剂的分离。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米磁流体，该纳米磁流体具有耐酸性强、催化活性高、稳定性好、吸附能力强、比面积大、适用范围广、磨耗率低、容易再生、可循环利用等优点。

本发明纳米磁流体的组成物及质量百分比为核壳结构的纳米磁性材料15%-30%、表面活性剂3%-12%、基载液58%-82%。

本发明中核壳结构的纳米磁性材料是采用常规的微乳液法、溶胶凝胶法等方法制得的；其中核的材料可以是Ni、Fe、Fe₃O₄、NiO等，壳的材料可以是Au、Pt、TiO₂、SiO₂、Al₂O₃等，制得氧化物/氧化物、金属/氧化物、金属/金属、氧化物/金属等核壳结构纳米磁性材料，其颗粒尺寸为1nm-100nm。

本发明中所述表面活性剂为油酸、油酸钠或聚乙二醇4000。

本发明中所述基载液为水或乙醇。

本发明另一目的是将纳米磁流体应用在净化废气废水中，将纳米磁流体置于恒定磁场、交变磁铁、脉冲磁场中一种或几种的可控磁场条件下，对废水废气进行处理，通过调控磁场的大小和方向，在纳米磁流体的催化作用或吸附作用下，可一步完成废水废气净化、产物分离，操作便捷。

本发明中可控磁场可以是利用驱动电路产生的10T-20T的脉冲磁场，且脉冲宽度tw为1-6min，脉冲周期T为5-14min；可以是利用交变电流产生的Hmax为3T～15T的交变磁场，磁铁的磁场强度呈周期性变化；可以是利用永磁体产生的3T～12T恒定磁场，也可以是以上多种不同类型的磁场混合联用。

本发明另一目的是提供一种纳米磁流体净化废气废水的反应器，该装置包括反应器主体1、进口2、出口3、磁场发生器4，进口2和出口3设置在反应器主体1上，磁场发生器4设置在反应器主体1周围；待处理的废气或废水通过进口进入反应器主体，在催化作用和吸附作用下发生转化净化，进化后废气或废水由出口排出，磁场发生器4的安装位置依据处理要求而定，可安装在反应器主体所在空间的多个方向上；本发明装置的高径比为1：1 - 8：1，适用温度为5℃-90℃，运行方式依据处理要求而定，为连续式或间歇式。

经过本发明装置处理的废气，如H₂S、NOx、PH₃、VOC_S等多种污染气体能得到有效净化，该装置可与常规除尘装置联用，处理后的气体可达到《大气污染物综合排放标准GB16297-1996》的排放标准或满足行业应用。经过本发明装置处理的高浓度有机废水，其中酚类、苯类、含氮杂环、多环芳烃等多种有机污染物以及NH₃-N等无机物被有效降解，该装置可与常规生化处理装置联用，使出水达到《污水综合排放标准GB 8978-1996》的一级标准。

在处理废气或废水时，使污染物与纳米磁流体进行混合；通过调节电源来调控磁场强度及其方向，当磁场方向向上时，（磁场力 > 重力时）纳米磁流体将克服自身重力而向上运动，此时会产生似减重现象；当磁场方向向下时，纳米磁流体在磁场力和重力的共同作用下向下运动，产生似加重现象；当磁场力与重力达到平衡时，纳米磁流体在反应器内呈悬浮状态。这种特征能影响反应器中液体的表面张力、液体中各组分的分压、污染物和氧气在液体中的溶解度、反应体系内的传质过程，同时还能使反应物与纳米磁流体最大程度上接触，使得催化反应和吸附反应充分进行。整个净化过程以催化氧化为主、吸附反应为辅。控制磁场的产生、强弱及其方向，使得纳米磁流体受磁场力作用做定向运动，待反应结束后控制纳米磁流体的方向，可实现其与污染物及其净化后的产物之间的分离，达到纳米磁流体回用、污染物处理和资源化等多重目的。

本发明的优点与效果如下：

（1）本发明的纳米磁流体耐酸性强、催化活性高、吸附能力强、稳定性好。该纳米磁流体在燃煤、燃油锅炉和工业窑炉烟气的净化中可使NOx的脱除率在长时间内保持90%，在黄磷尾气及密闭电石炉废气的净化中可使PH₃、H₂S的脱除率在长时间内保持95%，显示了作为优良催化剂和吸附剂所具备的高活性、高吸附容量、高稳定性、低磨耗率。

该纳米磁流体可液相催化转化污染物或作为吸附剂吸附净化污染物，当它作为催化剂时，具有耐酸性强、催化活性高、稳定性好、选择性好、适用范围广、工艺简单、催化剂可循环利用并且在使用中损失少等优点；当它作为吸附剂时，具有比面积大、表面结构适宜、吸附能力强、磨耗率低和容易再生等优点。事实上，该纳米磁流体在净化污染物的过程中往往既充当催化剂又充当吸附剂。

（2）本发明中的纳米磁流体反应装置应用范围广，可适应的温度、PH、流量、氧浓度及废气浓度范围较广，可应用于黄磷尾气、密闭电石炉尾气等化学工业生产过程中产生的尾气，如H₂S、PH₃和NOx等的脱除，还可以应用于焦化废水、养殖污水、印染废水的处理。

（3）清洁的技术工艺路线

本发明的净化过程中大部分PH₃、H₂S、SO₂被催化氧化为硫单质、磷酸、硫酸、部分PH₃、H₂S、SO₂被吸附到纳米磁流体上，NOx被氧化为对大气环境影响不大的N₂；处理后焦化废水的COD_Cr和NH₃-N达到了《污水综合排放标准GB 8978-1996》的一级标准。此外，催化剂与产物分离后可循环利用，降低了净化成本。

（4）本发明纳米磁流体在净化废水废气中的应用，将纳米磁流体置于可控磁场条件下，可以改变一般液相催化剂难以分离、回收的缺点，提高吸附效率，并使解吸和吸附剂再生变得更容易，在有效去除污染的同时，达到了资源化的目的；通过采用本发明可促进实现废气、废水的污染控制，是一种节能、环保、安全、经济的方法。

附图说明

图1是本发明纳米磁流体净化污染物的装置示意图；

图2是脉冲磁场的周期矩形脉冲信号示意图；

图3是本发明纳米磁流体净化污染物的装置示意图；

图4是正弦交变磁场的正弦周期信号示意图；

图5是本发明纳米磁流体净化污染物的装置示意图；

图6是脉冲磁场的周期矩形脉冲信号示意图；

图7是本发明纳米磁流体净化污染物的装置示意图；

图8是正弦交变磁场的正弦周期信号示意图；

图9是本发明纳米磁流体净化污染物的装置示意图；

图10是正弦交变磁场的正弦周期信号示意图；

图11是脉冲磁场的周期矩形脉冲信号示意图；

图中：1是反应器主体；2是进口；3是出口；4是磁场发生器；5是纳米磁流体。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。

实施例1：本Fe₃O₄/TiO₂磁流体的组成物及质量百分比为核壳结构的纳米磁性材料Fe₃O₄/TiO₂15%、表面活性剂油酸钠3%、基载液水82%。

上述Fe₃O₄/TiO₂磁流体的制备及应用过程如下：

（1）分别称取1kg的FeCl₂·4H₂0和2kg的FeCl₃·6H₂0，然后在两者的混合物中添加NaOH溶液，调节混合溶液的pH至11，在50℃的条件下高速搅拌进行沉淀反应，制得Fe₃O₄ 微粒；按1.2︰1︰1︰2.4比例量取OP-10、正己醇、环己烷和浓氨水，混合配成微乳液体系，在氮气保护下依次加入稀盐酸酸洗处理过的Fe₃O₄胶体溶液（调节溶液pH至中性）和钛酸丁酯，剧烈搅拌反应3h后，用体积百分比浓度75%的丙酮水溶液破乳，静置分层，倒掉上清液，用乙醇清洗下层沉淀物数次，得到核壳结构的纳米磁性粒子Fe₃O₄/TiO₂。将制备好的Fe₃O₄/TiO₂ 纳米磁性粒子加入到油酸钠水溶液中，超声分散的同时搅拌0.5h，再机械搅拌6h以上，最后浓缩得到油酸钠基纳米Fe₃O₄/TiO₂磁流体。

（2）采用如图1所示的装置，并采用步骤（1）制得的Fe₃O₄/TiO₂磁流体净化黄磷尾气，将磁流体置于脉冲磁场中，使脉冲磁场以如图2周期矩形脉冲信号形式出现；

将以CO为主要成分，PH₃、H₂S的含量分别为800mg/m³、1900mg/m³的某黄磷尾气以10m³/h的流速从反应器1下部通入，在反应器内尾气在Fe₃O₄/TiO₂磁流体（磁流体为事先投加）的催化作用下与O₂进行反应，生成硫单质、磷酸和水，部分气体成分被吸附在Fe₃O₄/TiO₂磁流体表面。

具体净化调控过程如下：

调控功率驱动电路产生的脉冲磁场，使脉冲磁场以如图2周期矩形脉冲信号形式出现，即脉冲宽度tw=4min，脉冲周期为T=8min，磁场强度H=10T。在脉冲宽度时间内形成方向向上的磁场，Fe₃O₄/TiO₂磁流体受磁场力而向上运动，当磁场消失时，Fe₃O₄/TiO₂磁流体在自身重力的作用下向下运动，这种往复运动周期性出现，能影响反应器中Fe₃O₄/TiO₂磁流体的表面张力、磁流体中各组分的分压、黄磷尾气和氧气在磁流体中的溶解度、反应体系内的传质过程，同时还能使H₂S与Fe₃O₄/TiO₂磁流体最大程度上接触，使得催化反应和吸附反应充分进行。经测定，经磁流体反应器净化后的黄磷尾气中PH₃<5mg/m³，H₂S<5mg/m³，尾气中杂质含量达到一碳化工对原料气的要求。

实施例2：本Ni/SiO₂磁流体的组成物及质量百分比为核壳结构的纳米磁性材料Ni/SiO₂20%、表面活性剂聚乙二醇（4000）10%、基载液水70%。

上述Ni/SiO₂磁流体的制备及应用过程如下：

(1)将1kg氯化镍溶于乙二醇中，配制成0.1mol/l的氯化镍溶液，20℃恒温磁力搅拌10min，得到溶液A；将NaOH和水合肼（n(NaOH):n(NiC1₂)=1:10，n(N₂H₄):n(NiC1₂)= 3：1）溶于乙二醇，得到溶液B；将溶液A缓慢加入溶液B中，再加入聚乙烯吡咯烷酮PVP（K-30），搅拌后放入微波炉，在电动搅拌作用下，中火加热，产物冷却、离心分离后即得纳米镍粉；将Ni粉加入到乙醇／水混合溶液（体积比1:2）中，25℃超声30min，加入氨水，超声5min；将所得溶液水浴加热，控制水浴温度35℃，高速搅拌8h，同时向溶液中缓慢滴加入正硅酸乙酯（n(Ni):n((C₂H₅O）₄Si)）=200:1)，封闭系统，溶液冷却后，离心分离得到核壳结构的纳米磁性粒子Ni/SiO₂；将制备好的Ni/SiO₂磁性纳米粒子加入到聚乙二醇4000水溶液中，超声分散的同时搅拌10min，再机械搅拌6h以上，最后浓缩得到Ni/SiO₂磁流体。

(2)采用如图3所示的装置，并采用步骤（1）制得的Ni/SiO₂磁流体净化含NO_X烟气，将磁流体置于正弦交变磁场和永磁场两者的混合磁场中，使交变磁场以如图4正弦周期信号形式出现，永磁体的磁场强度H=5T，方向如图3；

将用常规石灰石-石膏湿法脱硫除尘后的含NOx浓度为1100mg/m³的某燃煤锅炉烟气以12m³/h的流速从反应器1下部通入，在反应器内NOx在Ni/SiO₂磁流体的催化下与O₂和NH₃·H₂O进行反应（催化剂和氨水为事先投加），生成N₂和水，部分NOx被吸附在Ni/SiO₂磁流体表面。

具体净化调控过程如下：

本装置的磁场发生器由永磁体和交变磁场共同构成，其中永磁体的磁场强度H=5T，方向如图3；调控三相交流电电路产生的正弦交变磁场，使交变磁场以如图4正弦周期信号形式出现，即磁场强度Hmax=15T，周期为T=0.02s，方向呈周期性变化。由于磁场强度和方向的变化，磁流体将在反应器内做往复运动，这种现象能影响反应器中Ni/SiO₂磁流体的表面张力、磁流体中各组分的分压、含NOx的燃煤锅炉烟气和氧气在液体中的溶解度、反应体系内的传质过程，同时还能使NOx与Ni/SiO₂磁流体最大程度上接触，使得催化反应和吸附反应充分进行。经测定，经磁流体反应器催化转化后NOx<150mg/m³，达到《大气污染物综合排放标准GB 16297-1996》的排放标准。

实施例3：本Fe/Au磁流体的组成物及质量百分比为核壳结构的纳米磁性材料Fe/Au30%、表面活性剂油酸钠12%、基载液水58%。

上述Fe/Au磁流体的制备及应用过程如下：

（1）在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、正丁醇、正辛烷和水组成的反胶束体系中，用NaBH₄作为还原剂前后连续还原硫酸亚铁和氯金酸，在反胶束体系内先生成Fe核，HAuCl₄水溶液的加入增大了反胶束的尺寸，由于过量的NaBH₄的存在，Au在Fe外层被还原，生成核壳结构的纳米磁性粒子Fe/Au，将制备好的Fe/Au磁性纳米粒子加入到油酸钠水溶液中，超声分散的同时搅拌10min，再机械搅拌6h以上，最后浓缩得到油酸钠基纳米Fe/Au磁流体。

（2）采用如图5所示的装置，并采用步骤（1）制得的Fe/Au磁流体净化焦化废水，将磁流体置于脉冲磁场和永磁场两者的混合磁场中，使脉冲磁场以如图6周期矩形脉冲信号形式出现，永磁体的磁场强度H=12T，方向如图5；

本实施例针对某焦化厂的焦化废水进行处理，本发明反应器的设计处理量为Q=270m³/d，焦化废水水质：COD_Cr为3200～3600mg/L，NH₃-N为280～310mg/L，酚为700～800mg/L，氰为25～40mg/L。在常温下，关闭出水阀门，由进水口将焦化废水输入反应器中，入水pH无需调节，废水在反应器中反应65min后可以打开出水阀门将出水外排，同时继续输入废水，流速控制在0.06-0.07m³/min，废水在反应器中的接触时间为90min。

具体净化调控过程如下：

本装置的磁场发生器由永磁体和脉冲磁场共同构成，其中永磁体的磁场强度H=12T，方向如图5。调控功率驱动电路产生的脉冲磁场，使脉冲磁场以如图6周期矩形脉冲信号形式出现，即脉冲宽度tw=6min，脉冲周期为T=14min，磁场强度H=15T。由于磁场强度和方向的变化，磁流体将在反应器内做往复运动。这种现象能影响反应器中Fe/Au磁流体和焦化废水两者混合液的表面张力、混合液中各组分的分压、氧气在混合液中的溶解度、反应体系内的传质过程，同时还能使污染物与Fe/Au磁流体最大程度上接触，使得催化反应和吸附反应充分进行。经测定，经磁流体反应器净化后的焦化废水中COD_Cr为30～60mg/L，NH₃-N为4～15mg/L，酚为3～10 mg/L，氰为0.1～0.4mg/L，达到《污水综合排放标准GB 8978-1996》的一级标准。

实施例4：本Fe₃O₄/Pt磁流体的组成物及质量百分比为核壳结构的纳米磁性材料Fe₃O₄/Pt25%、表面活性剂油酸11%、基载液乙醇64%。

上述Fe₃O₄/Pt磁流体的制备及应用过程如下：

(1)分别称取0.4kg的FeCl₂·4H₂0和1kg的FeCl₃·6H₂0，然后在两者的混合物中添加氨水溶液，调节混合溶液的pH至9，在70℃的条件下高速搅拌进行沉淀反应，制得Fe₃O₄ 微粒；将以上微粒加入到乙醇溶液中，其浓度为5g/L；向该溶液中添加0.1mol/L的氯铂酸水溶液0.2L，并搅拌均匀，缓慢加入0.3L水合肼溶液，室温下超声搅拌直到反应溶液颜色由浅黄色逐渐变成絮凝状物质，再变为黑色物质并伴随气泡的产生。反应结束后，利用永久磁铁将磁性纳米颗粒从溶液中分离出，并用去离子水清洗3次，得到核壳结构的纳米磁性粒子Fe₃O₄/Pt。将制备好的Fe₃O₄/Pt纳米磁性粒子加入到油酸乙醇溶液中，超声分散的同时搅拌0.5h，再机械搅拌6h以上，最后浓缩得到纳米Fe₃O₄/Pt磁流体。

(2)采用如图7所示的装置，并采用步骤（1）制得的Fe₃O₄/Pt磁流体净化养殖污水，将磁流体置于交变磁场中，使交变磁场以如图8正弦周期信号形式出现；

本实施例针对某养殖污水进行处理，本发明反应器的设计处理量为Q=240m³/d，养殖污水水质：COD_Cr为3000～3600mg/L，NH₃-N为800～1100mg/L，悬浮物为1000～1600mg/L。在常温下，关闭出水阀门，由进水口将养殖污水输入反应器中，入水pH无需调节，废水在反应器中反应70min后可以打开出水阀门将出水外排，同时继续输入废水，流速控制在0.04-0.06m³/min，废水在反应器中的接触时间为90min。

具体净化调控过程如下：

本装置的磁场发生器由交变磁场构成，调控三相交流电电路产生的正弦交变磁场，使交变磁场以如图8正弦周期信号形式出现，即磁场强度Hmax=10T，周期为T=0.02s，方向呈周期性变化。由于磁场强度和方向的变化，磁流体将在反应器内做往复运动。这种现象能影响反应器中Fe₃O₄/Pt磁流体和养殖污水两者混合液的表面张力、混合液中各组分的分压、氧气在混合液中的溶解度、反应体系内的传质过程，同时还能使污染物与Fe₃O₄/Pt磁流体最大程度上接触，使得催化反应和吸附反应充分进行。经测定，经磁流体反应器净化后的养殖污水中COD_Cr为20～50 mg/L，NH₃-N为5～15mg/L，悬浮物为20～70mg/L，达到《污水综合排放标准GB 8978-1996》的一级标准。

实施例5：本NiO/Al₂O₃磁流体的组成物及质量百分比为核壳结构的纳米磁性材料NiO/Al₂O₃28%、表面活性剂聚乙二醇（4000）12%、基载液乙醇60%。

上述NiO/Al₂O₃磁流体的制备及应用过程如下：

（1）称取5kg鲸蜡醇聚氧乙烯醚、30L环己烷，混合加热，控制温度在51℃，电磁搅拌。待体系澄清透明后，加入1L硝酸镍的水溶液，体系呈浅绿色均一透明；1h后缓慢加入1L水合肼，体系变为紫色，均一透明；1h后加入2.5L异丙醇铝的环己烷饱和溶液。2h后加入30L异丙醇破乳，终止反应，超声、离心分离。将离心得到的固体用异丙醇洗涤，再离心，重复洗涤两次。最后将离心后的固体在100℃下烘干10h，冷却至室温，放入管式炉中，空气氛围下，5℃/min的升温速率，500℃下焙烧2h，得到核壳结构的纳米磁性粒子NiO/Al₂O₃。将制备好的NiO/Al₂O₃纳米磁性粒子加入到聚乙二醇4000的乙醇溶液中，超声分散的同时搅拌0.5h，再机械搅拌6h以上，最后浓缩得到NiO/Al₂O₃磁流体。

（2）采用如图9所示的装置，并采用步骤（1）制得的NiO/Al₂O₃磁流体净化印染废水，将磁流体置于交变磁场、脉冲磁场和永磁场三者的混合磁场中，使交变磁场以如图10正弦周期信号形式出现，脉冲磁场以如图11周期矩形脉冲信号形式出现，永磁体的磁场强度H=3T，方向如图9。

本实施例针对某印染厂的以聚乙烯醇（PVA）为主的退浆废水进行处理，本发明装置反应器的设计处理量为Q=140m3/d，退浆废水水质：CODCr为4000～4500mg/L，PVA为1300～1600mg/L，色度为250倍。在常温下，关闭出水阀门，由进水口将印染废水输入反应器中，入水pH无需调节，废水在反应器中反应80min后可以打开出水阀门将出水外排，同时继续输入废水，流速控制在0.03-0.05m³/min，废水在反应器中的接触时间为95min。

具体净化调控过程如下：

本装置的磁场发生器由交变磁场、脉冲磁场和永磁场共同构成，调控三相交流电电路产生的正弦交变磁场，使交变磁场以如图10正弦周期信号形式出现，即磁场强度Hmax=3T，周期为T=0.02s，方向呈周期性变化；调控功率驱动电路产生的脉冲磁场，使脉冲磁场以如图11周期矩形脉冲信号形式出现，即脉冲宽度tw=1min，脉冲周期为T=5min，磁场强度H=20T；永磁体的磁场强度H=3T，方向如图9。由于磁场强度和方向的变化，磁流体将在反应器内做往复运动。这种现象能影响反应器中NiO/Al₂O₃磁流体和印染废水两者混合液的表面张力、混合液中各组分的分压、氧气在混合液中的溶解度、反应体系内的传质过程，同时还能使污染物与NiO/Al₂O₃磁流体最大程度上接触，使得催化反应和吸附反应充分进行。经测定，经磁流体反应器净化后的印染废水中 COD_Cr为20～60mg/L，PVA为60～75mg/L，色度为35倍，达到《污水综合排放标准GB 8978-1996》的一级标准。

Claims (4)

1.一种纳米磁流体在净化废气中的应用，其特征在于：将纳米磁流体置于可控磁场条件下，对废气进行处理，其中可控磁场为恒定磁场、交变磁场、脉冲磁场中的一种或几种；

所述纳米磁流体组成物及质量百分比为核壳结构的纳米磁性材料15%-30%、表面活性剂3%-12%、基载液58%-82%；

所述表面活性剂为油酸、油酸钠或聚乙二醇4000；

所述基载液为水或乙醇；

所述核壳结构的纳米磁性材料是采用常规的微乳液法或溶胶凝胶法制得的；其中核的材料是Ni、Fe、Fe₃O₄或NiO，壳的材料是Au、Pt、TiO₂、SiO₂或Al₂O₃，制得氧化物/氧化物、金属/氧化物、金属/金属或氧化物/金属核壳结构纳米磁性材料，其颗粒尺寸为1nm-100nm。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：恒定磁场的磁场强度为3-12T。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：交变磁铁的磁场强度呈周期性变化，Hmax为3-15T。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：脉冲磁场的磁场强度为10-20T，脉冲宽度tw为1-6min，脉冲周期T为5-14min。