CN105931794B

CN105931794B - 一种处理剂在磁流变液回收处理领域中的应用及磁流变液的回收处理方法

Info

Publication number: CN105931794B
Application number: CN201610499012.2A
Authority: CN
Inventors: 邢战伟; 胡聪; 刘鹏
Original assignee: Maanshan Fulaiyi Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Maanshan Fulaiyi Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2017-11-14
Anticipated expiration: 2036-06-28
Also published as: CN105931794A

Abstract

本发明公开了一种处理剂在磁流变液回收处理领域中的应用及磁流变液的回收处理方法，属于机械加工废液回收技术领域。本发明的回收处理剂包括溶液甲和溶质乙，溶液甲的组成成分及各组分质量百分比为：高锰酸钾0.2～0.5％，氢氧化钠10～15％，其余为水；溶质乙的组成成分及各组分质量百分比为：二氧化锰90‑95％，钾盐1‑2％，其余为水；溶液甲和溶质乙的质量比值为(55～60):1。本发明利用高猛酸钾、氢氧化钠、氧气和加热的四重作用，不仅可以快速地将油酸氧化，提高回收效率，同时利用多种方式相结合，将油酸彻底氧化，避免同一种物质与油酸反应不彻底而造成不能根除油酸的不良后果，具有制作原料成本低廉，制作方法简单，同时操作容易的优点。

Description

一种处理剂在磁流变液回收处理领域中的应用及磁流变液的回收处理方法

技术领域

本发明属于机械加工废液回收技术领域，更具体地说，涉及一种处理剂在磁流变液回收处理领域中的应用及磁流变液的回收处理方法。

背景技术

磁流变液（Magnetorheological Fluid，简称MR流体）属可控流体，是智能材料中研究较为活跃的一支。磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。磁流变液以其特有的磁流变效应而受到广泛重视。磁流变液是由微米量级的铁磁性颗粒分布于非磁性液体中形成的悬浮液。在外加磁场的作用下，磁流变液的性能（如流变学、磁学、力学、热学、光学等性能）迅速发生变化，由原先的粘性流态转化为类固态，并具有一定的屈服剪切应力。磁流变效应的响应时间很短，一般为毫秒量级，并且固液态之问的转化具有可逆性，一旦外磁场撤去后，流动性即可恢复。磁流变液的固化强弱可受外加磁场的控制，其剪切应力随磁场强度的增加而增加，直至达到磁饱和状态，除此之外，磁流变液还具有能耗较低、制备方便、温度适用范围宽、不易污染等特点，在汽车、机械、建筑、航空等领域获得了广泛应用，被认为最具前途的智能材料之一。磁流变液主要由以下三部分组成：（1）作为分散相的主分散颗粒；（2）作为分散相载体的基础液，又称载液；（3）为改善磁流变性能而加入的添加剂。其中主分散颗粒主要由磁性颗粒组成，尺寸主要有微米和纳米级。磁性颗粒主要有Fe₃O₄、Fe₃N、Fe、Co、Ni或Fe、Co、Ni合金等微粒，其中磁饱和度最大的微粒是铁钴合金，同时还包括其他一些非磁性物质，如聚苯乙烯或硅石颗粒。对于载液，包括非磁性载液和磁性载液，目前非磁性载液主要有硅油、矿物油、合成油、水和乙二醇等；磁性载液主要是颗粒粒径较小的铁流体，主要用于分散纳、微米级别的颗粒。

为确保颗粒的悬浮稳定性并增加整个磁流变液的流变学性能，一般需要使用添加剂，如加入各种表面活性剂或稳定剂，防止颗粒沉淀及不可逆转的团聚。表面活性剂一般是亲水基和亲油基这两种性质不同的结构组成的低聚物，亲水基吸附在悬浮颗粒的表面，而一端的亲油基则像“鞭梢”一样扩散在非极性或极性的载液当中。悬浮颗粒吸附表面活性剂以后，由于“鞭梢”相互缠绕及排斥，一方面会增加颗粒的体积，减少它们相互吸引碰撞的机会；另一方面会在载液内部形成空间位阻，形成一个相互作用的三维网络结构，从而降低由于颗粒与载液的密度差而引起的颗粒沉降。另外，一些添加剂的加入也可以改善基液与固体颗粒表面的“润湿”性，使颗粒之间的粘接少从而降低自动凝聚。油酸是比较常用的一种添加剂。例如，中国专利申请号为201510113811.7，申请公布日为2015年7月15日的专利文件公开了一种具有高导电性的磁流变液及其制备方法，包括以下质量百分比的组分：39.8%~90%载液、0.2%~2%表面活性剂、8%~60%镀银羰基铁粉；该发明制备镀银羰基铁粉，采用化学镀的方法；该发明制备磁流变液的方法为，将 39.8%~90%载液、0.2%~2%表面活性剂用混合机搅拌均匀后，加入8%~60%镀银羰基铁粉，通过粉碎装置研磨1~4小时，制备成磁流变液，其中表面活性剂为油酸、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸、月桂酸中的一种或几种组合。

当长时间使用磁流变液后，其磁性物质的耗损以及载液和添加剂的变性，导致其力学性能、磁学性能、响应时间等指标急速下降，此时最常见的办法为更换磁流变液，将原有性能变差磁流变液丢弃。因磁流变液中含有大量的铁磁物质、多种化合物质组成的载液，成分复杂，容易对环境造成危害。截至目前，关于对磁流变液进行回收处理的装置或方法非常少，中国专利申请号为201511025405.1，申请公布日为2016年3月23日的专利申请文件公开了一种磁流变液回收装置及其控制方法与部件制造方法，它包括入口截止阀、上壳体、下壳体、静电过滤板、上吸附管、下吸附管、肋管、线圈、加热器、搅拌器、泵、回流管、出口截止阀；所述的上壳体和下壳体通过螺栓连接，并在贴合处设置密封圈，所述的入口截止阀设置在上壳体上；同时该发明还提供了其控制方法和关键部件的制造方法，该发明通过静电过滤板的过滤、吸附作用完成对混合液的初步处理，再利用上吸附管、下吸附管与肋管吸附进一步来完成对混合液的处理，并增设加热器、搅拌器和循环系统，达到磁性物质和溶剂彻底分离的目的。但是该发明的回收装置只能对磁流变液进行初步的磁性物质分离，不能达到真正的回收处理和利用，对环境的污染仍然很大。

因此急需研制相应的回收处理方法，对废弃的磁流变液进行处理，不仅能够降低对环境的污染，而且可以对其中的相关物质进行回收利用，节约了能源。

发明内容

1. 要解决的问题

针对现有技术无法真正回收处理油酸改性的磁流变液、存在二次污染等问题，本发明提供一种处理剂在磁流变液回收处理领域中的应用及磁流变液的回收处理方法，利用高猛酸钾、氢氧化钠、氧气和加热的四重作用，不仅可以快速地将油酸氧化，提高回收效率，同时利用多种方式相结合，将油酸彻底氧化，避免同一种物质与油酸反应不彻底而造成不能根除油酸的不良后果，使得处理效果得到大大地提高。

本发明是对磁流变液进行初步处理，是将主分散颗粒和载液断绝连接关系，为下一步分离做好准备，在下一步处理过程中，就可以利用磁性吸附等作用，将主分散颗粒和载液彻底分开。

目前还没有对磁流变液进行回收的处理剂，只有文献公开了对其进行处理的处理装置（专利申请号为：201511025405.1），而装置只是起到对磁流变液后期处理的作用，在初期需要增加处理剂，让主分散颗粒和载液分开，然后才能利用公开文献中的装置或其他装置进行后期处理，将主分散颗粒吸附，从而达到分离的目的。

2. 技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种处理剂在磁流变液回收处理领域中的应用，所述的处理剂包括溶液甲和溶质乙，所述的溶液甲的组成成分及各组分质量百分比为：高锰酸钾0.2~0.5%，氢氧化钠10~15%，其余为水；所述的溶质乙的组成成分及各组分质量百分比为：二氧化锰90-95%，钾盐1-2%，其余为水；所述的溶液甲和溶质乙的质量比值为（55~60）:1。

进一步地，所述的溶液甲中高锰酸钾的质量百分比为0.3%，氢氧化钠为13%，其余为水；所述的溶质乙中的二氧化锰的质量百分比为92%，钾盐为2%，其余为水；所述的溶液甲和溶质乙的质量比值为58:1。

进一步地，所述的溶液甲中还包括硅藻土，硅藻土的质量百分比为2~3%。

一种磁流变液的回收处理方法，其步骤为：

（1）将一定量的溶液甲倒入废弃磁流变液中搅拌，搅拌速度为使得混合液的平均流速为0.1~0.2 m/s，搅拌时间为2~3 min，其中，溶液甲的质量为磁流变液总质量的3~4%；

（2）继续按比例加入溶质乙搅拌，搅拌速度为使得混合液的平均流速为0.3~0.4m/s，搅拌时间为4~5 min；

（3）向混合液中通入氧气，氧气的纯度为60~90%，氧气的通入量为1~2 L/（m³•min），通入时间为10~15 min，同时对混合液进行加热，保持温度在40~60℃之间，保温时间为20~25 min，保温后自然冷却至25~30℃；

（4）在冷却至25~30℃后，放置25~30 min后，向混合液中通入二氧化碳，二氧化碳的通入量为2~4 L/（m³•min），通入时间为5~6 min；

（5）将混合液加热至200~240℃，并保温8~10 min；

（6）将混合液放置于阳光下暴晒2~3 h，光照强度为4.5-8.5万lx。

进一步地，所述的溶液甲的组成成分及各组分质量百分比为：高锰酸钾0.2~0.5%，氢氧化钠10~15%，其余为水；所述的溶质乙的组成成分及各组分质量百分比为：二氧化锰90~95%，钾盐1~2%，其余为水；所述的溶液甲和溶质乙的质量比值为（55~60）:1。

进一步地，所述步骤（1）中的搅拌速度为使得混合液的平均流速为0.2 m/s，搅拌时间为3 min。

进一步地，所述步骤（2）中的搅拌速度为使得混合液的平均流速为0.4 m/s，搅拌时间为5 min。

进一步地，所述步骤（3）中氧气的纯度为90%，氧气的通入量为2 L/（m³•min），通入时间为15 min。

进一步地，所述步骤（3）中混合液加热的温度为60℃，保温时间为25 min。

进一步地，所述步骤（4）中二氧化碳的通入量为4 L/（m³•min），通入时间为6 min。

进一步地，所述步骤（5）中将混合液加热至240℃，并保温8 min。

3. 有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

（1）本发明的回收处理剂主要针对以油酸为表面活性剂主要成分的磁流变液设计的，油酸是不饱和脂肪酸，含有C=C双键，极易被强氧化剂高猛酸钾氧化，同时油酸易与氢氧化钠发生皂化反应，从而使得磁流变液中作为表面活性剂的油酸消失，切断了磁流变液中主分散颗粒与载液之间的粘结作用，使得主分散颗粒在自身重力的作用下迅速沉降，进而使得主分散颗粒和载液进行分离，为磁流变液的后续回收利用提供了基础；

（2）本发明在磁流变液废液中加入足量的回收处理剂后，再持续通入一定量的氧气，并持续加热，利用氧气的氧化性将油酸氧化，利用油酸在高温下极易氧化、聚合或分解的特性，使得油酸快速被氧化；

（3）本发明利用高猛酸钾、氢氧化钠、氧气和加热的四重作用，不仅可以快速地将油酸氧化，提高回收效率，同时利用多种方式相结合，可以将油酸彻底氧化，避免同一种物质与油酸反应不彻底而造成不能根除油酸的不良后果，使得处理效果得到大大地提高；

（4）本发明在处理溶液中加入了二氧化锰，加速了高锰酸钾的氧化反应，提高了生产效率；

（5）本发明在反应后通过足量的二氧化碳，使其与多余的氢氧化钠反应，消除反应物中的残余碱性物质；反应后的高温加热使得多余的高锰酸钾被分解，同时将反应后磁流变液混合液放置在阳光下暴晒，便可使得高锰酸钾完全分解；

（6）本发明的处理剂的制作原料成本低廉，制作方法简单，同时操作容易；

（7）本发明是对磁流变液进行初步处理，是将主分散颗粒与载液之间的连接关系切断，为下一步分离做好准备，在下一步处理过程中，就可以利用磁性吸附等作用，将主分散颗粒和载液彻底分开；目前还没有专门针对磁流变液进行回收的处理剂，只有文献公开了对其进行处理的处理装置，而装置只是起到对磁流变液后期处理的作用，如果前期的处理效果不好的话，装置很难发挥其分离的作用，只有按照本发明中提供的方法，在初期利用处理剂让主分散颗粒和载液分开，然后才能利用公开文献中的装置（201511025405.1）或其他装置进行后期处理，将主分散颗粒吸附，从而达到分离的目的，本发明中的处理剂可以使主分散颗粒与载液的分离程度最高达91%。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

本实施例中处理的磁流变液废液是以油酸为表面活性剂主要成分的磁流变液，主分散颗粒为纯铁粉，磁饱和度为2.3T，载液为二甲基硅油，本实施例中待处理的该磁流变液废液是在其使用超过其剪切疲劳寿命后的溶液，此时其零剪切粘度和可调倍数的变化量在检验过程中均超过±10%；针对这种磁流变液废液，本实施例采用的回收处理剂包括溶液甲和溶质乙，溶液甲的组成成分及各组分质量百分比为：高锰酸钾0.3%，氢氧化钠13%，硅藻土2%，其余为水，溶液甲中的硅藻土能促进高猛酸钾发挥作用，使其氧化速率和效率均得以显著的提高；溶质乙的组成成分及各组分质量百分比为：二氧化锰92%，钾盐为2%，其余为水；溶液甲和溶质乙的质量比值为58:1，具体的使用方法如下：

（1）将一定量的溶液甲倒入废弃磁流变液中搅拌，搅拌速度为使得混合液的平均流速为0.2 m/s，搅拌时间为3 min，其中，溶液甲的质量为磁流变液总质量的4%；

（2）继续按比例加入溶质乙搅拌，搅拌速度为使得混合液的平均流速为0.4 m/s，搅拌时间为5 min；

（3）向混合液中通过氧气，氧气的纯度为90%，氧气的通入量2 L/（m³•min），通入时间为15 min，同时对混合液进行加热，保持温度在60℃之间，保温时间为25 min，保温后自然冷却至30℃；

（4）在冷却至30℃后，放置25min后，向混合液中通入二氧化碳，二氧化碳的通入量为4 L/（m³•min），通入时间为6 min；

（5）将混合液加热至240℃，并保温8 min；

（6）将混合液放置于阳光下暴晒（光照强度在4.5万lx左右）3 h，暴晒的目的是使得多余的高锰酸钾完全分解；此后主分散颗粒已经和载液脱离关系，然后再利用其它装置，如磁性吸附装置，将主分散液吸附，从而达到分离的目的。本实施例中，主分散颗粒与载液的分离程度可达91%。

实施例2

本实施例中处理的磁流变液是以油酸为表面活性剂主要成分的磁流变液，主分散颗粒为羟基铁粉，磁饱和度为2.1T，载液为二甲基硅油，本实施例中待处理的该磁流变液废液是在其使用超过其剪切疲劳寿命后的溶液，此时其零剪切粘度和可调倍数的变化量在检验过程中均超过±10%；针对这种磁流变液废液，本实施例采用的回收处理剂包括溶液甲和溶质乙，溶液甲的组成成分及各组分质量百分比为：高锰酸钾0.2%，氢氧化钠10%，硅藻土3%，其余为水；溶质乙的组成成分及各组分质量百分比为：二氧化锰90%，钾盐为1%，其余为水；溶液甲和溶质乙的质量比值为55:1，具体的使用方法如下：

（1）将一定量的溶液甲倒入废弃磁流变液中搅拌，搅拌速度为使得混合液的平均流速为0.1 m/s，搅拌时间为2 min，其中，溶液甲的质量为磁流变液总质量的3%；

（2）继续按比例加入溶质乙搅拌，搅拌速度为使得混合液的平均流速为0.3 m/s，搅拌时间为4 min；

（3）向混合液中通过氧气，氧气的纯度为60%，氧气的通入量1 L/（m³•min），通入时间为10 min，同时对混合液进行加热，保持温度在40℃之间，保温时间为20 min，保温后自然冷却至25℃；

（4）在冷却至25℃后，放置30 min后，向混合液中通入二氧化碳，二氧化碳的通入量为2 L/（m³•min），通入时间为5 min；

（5）将混合液加热至200℃，并保温10 min；

（6）将混合液放置于阳光下（光照强度在8.5万lx左右）暴晒2 h。暴晒的目的是使得多余的高锰酸钾完全分解；此后主分散颗粒已经和载液脱离关系，然后再利用其它装置，如磁性吸附装置，将主分散液吸附，从而达到分离的目的。本实施例中，主分散颗粒与载液的分离程度可达88%。

实施例3

本实施例中处理的磁流变液是以油酸为表面活性剂主要成分的磁流变液，分散颗粒为羟基铁粉，磁饱和度为2.1T，载液为矿物油，本实施例中待处理的该磁流变液废液是在其使用超过其剪切疲劳寿命后的溶液，此时其零剪切粘度和可调倍数的变化量在检验过程中均超过±10%；针对这种磁流变液废液，本实施例采用的回收处理剂包括溶液甲和溶质乙，溶液甲的组成成分及各组分质量百分比为：高锰酸钾0.5%，氢氧化钠15%，硅藻土2.5%，其余为水；溶质乙的组成成分及各组分质量百分比为：二氧化锰95%，钾盐为1.5%，其余为水；溶液甲和溶质乙的质量比值为60:1，具体的使用方法如下：

（1）将一定量的溶液甲倒入废弃磁流变液中搅拌，搅拌速度为使得混合液的平均流速为0.15 m/s，搅拌时间为2.5 min，其中，溶液甲的质量为磁流变液总质量的3.5%；

（2）继续按比例加入溶质乙搅拌，搅拌速度为使得混合液的平均流速为0.35 m/s，搅拌时间为4.5 min；

（3）向混合液中通过氧气，氧气的纯度为80%，氧气的通入量1.5 L/（m³•min），通入时间为13 min，同时对混合液进行加热，保持温度在50℃之间，保温时间为23 min，保温后自然冷却至25℃；

（4）在冷却至25℃后，放置25 min后，向混合液中通入二氧化碳，二氧化碳的通入量为3 L/（m³•min），通入时间为5 min；

（5）将混合液加热至220℃，并保温9 min；

（6）将混合液放置于阳光下暴晒（光照强度在6万lx左右）2.5 h。暴晒的目的是使得多余的高锰酸钾完全分解；此后主分散颗粒已经和载液脱离关系，然后再利用其它装置，如磁性吸附装置，将主分散液吸附，从而达到分离的目的。本实施例中，主分散颗粒与载液的分离程度可达90%。

Claims

1.一种油酸改性的磁流变液的回收处理方法，其步骤为：

（1）将一定量的溶液甲倒入废弃磁流变液中搅拌，搅拌速度为使得混合液的平均流速为0.1~0.2 m/s，搅拌时间为2~3 min，其中，溶液甲的质量为磁流变液总质量的3~4%，所述的溶液甲的组成成分及各组分质量百分比为：高锰酸钾0.2~0.5%，氢氧化钠10~15%，其余为水；

（2）继续按比例加入溶质乙搅拌，搅拌速度为使得混合液的平均流速为0.3~0.4 m/s，搅拌时间为4~5 min，所述的溶质乙的组成成分及各组分质量百分比为：二氧化锰90-95%，钾盐1-2%，其余为水；所述的溶液甲和溶质乙的质量比值为（55~60）:1；

（3）向混合液中通入氧气，氧气的纯度为60~90%，氧气的通入量为1~2 L/（m³•min），通入时间为10~15 min，同时对混合液进行加热，保持温度在40~60℃之间，保温时间为20~25min，保温后自然冷却至25~30℃；

（4）在冷却至25~30℃后，放置25~30 min，向混合液中通入二氧化碳，二氧化碳的通入量为2~4 L/（m³•min），通入时间为5~6 min；

（5）将混合液加热至200~240℃，并保温8~10 min；

2.根据权利要求1所述的一种油酸改性的磁流变液的回收处理方法，其特征在于：所述的溶液甲的组成成分及各组分质量百分比为：高锰酸钾0.3%，氢氧化钠13%，其余为水；所述的溶质乙的组成成分及各组分质量百分比为：二氧化锰92%，钾盐2%，其余为水；所述的溶液甲和溶质乙的质量比值为58:1。

3.根据权利要求1所述的一种油酸改性的磁流变液的回收处理方法，其特征在于：所述步骤（1）中的搅拌速度为使得混合液的平均流速为0.2 m/s，搅拌时间为3 min。

4.根据权利要求1所述的一种油酸改性的磁流变液的回收处理方法，其特征在于：所述步骤（2）中的搅拌速度为使得混合液的平均流速为0.4 m/s，搅拌时间为5 min。

5.根据权利要求1所述的一种油酸改性的磁流变液的回收处理方法，其特征在于：所述步骤（3）中氧气的纯度为90%，氧气的通入量为2 L/（m³•min），通入时间为15 min。

6.根据权利要求5所述的一种油酸改性的磁流变液的回收处理方法，其特征在于：所述步骤（3）中混合液加热的温度为60℃，保温时间为25 min。

7.根据权利要求1所述的一种油酸改性的磁流变液的回收处理方法，其特征在于：所述步骤（4）中二氧化碳的通入量为4 L/（m³•min），通入时间为6 min。

8.根据权利要求1或6所述的一种油酸改性的磁流变液的回收处理方法，其特征在于：所述步骤（5）中将混合液加热至240℃，并保温8 min。