CN106581850A - 复杂孔隙结构中磁性颗粒的运动调控及回收方法 - Google Patents

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丁林
邹瑞
吴春梅
张力
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Abstract

复杂孔隙结构中磁性颗粒的运动调控及回收方法，首先将磁性颗粒分散到液体中制成磁性液体，并将其导入复杂孔隙结构内部，形成含磁性颗粒的复杂孔隙结构，再将复杂孔隙结构置于磁场调节装置中，磁场调节装置通过对称布置的磁体产生大小、方向可调的磁场，来调控复杂孔隙结构中磁性颗粒的运动状态，让磁性颗粒在复杂孔隙结构中实现移动、靶向分布或均匀分布等，同时利用磁场控制磁性颗粒从复杂孔隙结构中排出，并由回收装置对排出的磁性颗粒进行回收，实现再利用。本发明不但调控了磁性颗粒在复杂孔隙结构中的运动和磁性颗粒的排出，而且实现了磁性颗粒的有效回收及再利用，有效地降低了运行成本。

Description

复杂孔隙结构中磁性颗粒的运动调控及回收方法
技术领域
本发明涉及多孔介质及磁场控制技术领域，特别涉及一种复杂孔隙结构中磁性颗粒的运动调控及回收的方法。
背景技术
孔隙是指未被固体物质所充填的空间，也有人称之为空隙。其中狭义的孔隙是指岩石中颗粒间、颗粒内和充填物内的空隙。孔隙有的是相互连通的，有的是孤立的。孔隙结构是指孔隙和喉道的几何形状、大小、分布、相互连通情况，以及孔隙与喉道间的配置关系等。它反映了各类孔隙与孔隙之间连通喉道的组合，是孔隙与喉道发育的总貌。
孔隙结构存在于生活中的方方面面，而实际中的孔隙结构也更为复杂。在木材、软木、海绵和珊瑚等多孔介质中，存在大量的复杂孔隙结构；在岩石、土壤中也存在有复杂的孔隙结构；而人体中的毛细血管网也可以看作是一种复杂的孔隙结构。
磁性颗粒具有独特的物理化学性能，是近些年来发展迅速且极具应用价值的新型材料，在现代科学的众多领域如数据储存、磁流体、催化、环境保护、核磁共振成像、生物医药等得到了越来越广泛的应用。而磁性颗粒在孔隙结构中的运动控制更是成为其在生物医药，磁流体以及环境保护等应用方面的关键性问题。例如，在生物医学中，磁性颗粒作为治疗药物的载体，利用磁场对磁性颗粒靶向定位，使磁性颗粒在病灶区域聚集，实现药物直达病灶，提升治疗效果；同时，与正常细胞相比，癌症细胞对温度更加敏感，可将磁性颗粒靶向定位于癌细胞区域，利用磁性纳米颗粒在交变磁场下产生的热量来杀死癌细胞，同时不会对正常细胞的生理功能造成太大的影响。目前,已有的方法只能使磁性颗粒定位停留于某一点，难以实现对磁性颗粒运动全过程的控制；在环境保护方面，随着土壤重金属污染的恶化，可利用磁性颗粒吸附土壤中的重金属物质，达到治理土壤的目的，然而在上述过程中如何调节及控制磁性颗粒在土壤复杂孔隙结构中的运动是土壤重金属治理的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调控磁性颗粒在复杂孔隙结构中运动，并实现磁性颗粒有效回收的方法。通过磁场，对磁性颗粒在复杂孔隙结构中的运动过程加以调控，引导磁性颗粒从复杂孔隙结构中排出，并由收集装置回收排出的磁性颗粒，实现再利用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：复杂孔隙结构中磁性颗粒的运动调控及回收方法，首先将磁性颗粒分散到液体中制成磁性液体，并将其导入复杂孔隙结构内部，形成含磁性颗粒的复杂孔隙结构，再将复杂孔隙结构置于磁场调节装置中，磁场调节装置通过对称布置的磁体产生大小、方向可调的磁场，来调控复杂孔隙结构中磁性颗粒的运动状态，让磁性颗粒在复杂孔隙结构中实现移动、靶向分布或均匀分布等，同时利用磁场控制磁性颗粒从复杂孔隙结构中排出，并由回收装置对排出的磁性颗粒进行回收，实现再利用。
优选的，所述的磁场调节装置能够实现磁场的大小及方向的改变，磁场不受复杂孔隙结构的影响，能够有效作用于复杂孔隙结构中的磁性颗粒，实现对磁性颗粒运动的调控。
优选的，所述的磁场调节装置由控制系统和环状磁体对组成，磁体对的数目可根据实际要求适当增减。控制系统调控作用于环状磁体对的电场特性，实现对磁场大小及方向的调节。
优选的，所述的复杂孔隙结构包括土壤、岩层或多孔介质等。
本发明的有益效果在于提出了一种复杂孔隙结构中磁性颗粒的运动调控及回收方法，设计了一种磁场调节装置，不但调控了磁性颗粒在复杂孔隙结构中的运动和磁性颗粒的排出，而且实现了磁性颗粒的有效回收及再利用，有效地降低了运行成本，并且该方法不会产生附加的残留物，不会对复杂孔隙结构产生额外的影响。在生物医学上，该方法可以调控磁性颗粒在血管中的运动，使磁性颗粒流向病灶，增加病灶处药物浓度，提高治疗效果；在环境保护方面，该方法可调控磁性颗粒在土壤复杂孔隙结构中的运动方式，使磁性颗粒与土壤更好地混合，增强其对土壤中重金属的吸附效果，有效治理土壤中重金属污染问题，同时还能回收磁性颗粒并实现再次利用。该方法采用的设备结构较为简单，操作方便，可应用于多个行业。
附图说明
图1是本发明的流程框图。
图2是复杂孔隙结构示意图。
图3是磁场调节装置磁体布置示意图。
图中：图中：1—磁性颗粒，2—复杂孔隙结构的喉道，3—磁感线；4—复杂孔隙结构，5—磁场调节装置的磁体，6—隔磁板。
具体实施方式
下面将以复杂孔隙结构中的多孔介质为例，结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图3所示：复杂孔隙结构中磁性颗粒的运动调控及回收方法，首先，将磁性颗粒1分散到液体中，由液体将磁性颗粒携带进入到多孔介质4的喉道2中，获得含磁性颗粒1的多孔介质4；之后，将含磁性颗粒1的多孔介质4置于磁场调节装置中，磁场调节装置通过改变磁场的大小和方向，调控多孔介质4中磁性颗粒1的运动并引导磁性颗粒1排出多孔介质4；最后，从多孔介质4排出的磁性颗粒1由回收装置回收，实现磁性颗粒1的再利用。
图2所示为多孔介质的局部放大图。首先，将磁性颗粒1与液体载体按一定比例混合，使磁性颗粒1均匀分散到液体中。然后将多孔介质4浸入到含有磁性颗粒1的液体中。之后，磁性颗粒1在磁场力的协助下，由液体带入到多孔介质4的喉道2中，这样便得到了含磁性颗粒1的多孔介质4。
磁场调节装置由控制系统和环状磁体对组成，如图3所示。磁场调节装置的磁体5成环状对称布置，多个磁体间由隔磁板6首尾相连以消除磁体间的相互影响。对称布置的两个磁体为一组磁体对(A1与B1)，图3中共有四组磁体对(A1-B1、A2-B2、A3-B3、A4-B4),但磁场调节装置的磁体5不局限于四对，磁体对的数目可根据具体要求适当增减。同组的两个磁体(如A1-B1)同时作用，利用控制系统调节作用于磁体对上的电场特性，进而实现对该对磁体磁场大小的调节。同时，利用控制系统调节多对磁体5的磁场大小，使磁场进行有效叠加，实现对环状磁体5内部磁场方向和大小的整体调控。含磁性颗粒的多孔介质4放置于磁场调节装置的环状磁体5中间，利用磁场对磁性颗粒的运动加以调控，在磁场3的作用下，可使磁性颗粒1在多孔介质4狭长的喉道2中停止、沿喉道运动或者改变运功轨迹进入喉道的分支，实现磁性颗粒1在喉道2中的靶向分布、移动和均匀分布等过程，同时，在磁场3的调控下，可使磁性颗粒1沿多孔介质4的喉道2定向移动，使磁性颗粒1从多孔介质4中排出，排出的磁性颗粒由回收装置进行回收，实现磁性颗粒1的重复利用。
本发明实现了对磁性颗粒在复杂孔隙结构中的运动过程的有效调控，达到使磁性颗粒在复杂孔隙结构中均匀分布或靶向定位的目的，同时可控制磁性颗粒从复杂孔隙结构中排出并对其加以回收，实现再生利用。在生物医学上，该发明可以调控磁性颗粒在血管中的运动，使磁性颗粒流向病灶，增加病灶处药物浓度，提高治疗效果；在环境保护方面，可调控磁性颗粒在土壤复杂孔隙结构中的运动方式，使磁性颗粒与土壤更好地混合，增强其对土壤中重金属的吸附效果，有效治理土壤中重金属污染问题，同时还能回收磁性颗粒并实现再次利用。

Claims (4)

1.复杂孔隙结构中磁性颗粒的运动调控及回收方法，其特征在于：首先将磁性颗粒分散到液体中制成磁性液体，并将其导入复杂孔隙结构内部，形成含磁性颗粒的复杂孔隙结构，再将复杂孔隙结构置于磁场调节装置中，磁场调节装置通过对称布置的磁体产生大小、方向可调的磁场，来调控复杂孔隙结构中磁性颗粒的运动状态，让磁性颗粒在复杂孔隙结构中实现移动、靶向分布或均匀分布，同时利用磁场控制磁性颗粒从复杂孔隙结构中排出，并由回收装置对排出的磁性颗粒进行回收，实现再利用。
2.如权利要求1所述的复杂孔隙结构中磁性颗粒的运动调控及回收方法，其特征在于：所述的磁场调节装置能够实现磁场的大小及方向的改变，磁场不受复杂孔隙结构的影响，能够有效作用于复杂孔隙结构中的磁性颗粒，实现对磁性颗粒运动的调控。
3.如权利要求1所述的复杂孔隙结构中磁性颗粒的运动调控及回收方法，其特征在于：所述的磁场调节装置由控制系统和环状磁体对组成，控制系统调控作用于环状磁体对的电场特性，实现对磁场大小及方向的调节。
4.如权利要求1所述的复杂孔隙结构中磁性颗粒的运动调控及回收方法，其特征在于：所述的复杂孔隙结构包括土壤、岩层或多孔介质。
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