CN107497398B - 利用变化磁场增强磁性吸附剂吸附能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用变化磁场增强磁性吸附剂吸附能力的方法。通过在吸附处理过程中，将带有磁性的吸附剂放置于磁场中，并不断改变磁场方向，可以达到增强磁性吸附剂吸附能力的效果。本发明的有益效果是：利用变化的磁场可以提高磁性吸附剂的吸附量，加快吸附速度，缩短吸附时间，利用变化磁场对磁性吸附剂的搅拌作用，可以节省传统工艺摇床、机械搅拌等措施，达到节能，精简设备的功效，达到更高效处理效果。在环境、能源、医药等众多领域都具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用变化磁场增强磁性吸附剂吸附能力的方法。
背景技术
吸附操作一般指发生在混合体系某一界面层中单组分和多组分物质富集、积蓄的现象，属于一种界面层中自发的传质过程。吸附在人们生产和活动中应用可以追述到古代,，那时的人们就知道草木灰、木炭可除去空气中的异味和湿气。近几十年来，吸附在生产生活中的应用越来越广泛，人们利用吸附回收稀有金属，对混合物进行分离、提纯，回收溶剂，处理污水，净化空气等。具有操作简单、成本低廉、去除效果的优势。
磁场效应是指物质的磁性与其力学、声学、热学、光学及电学等性能均取决于物质内原子和电子状态及它们之间的相互作用。物质的磁效应具有基础研究的意义，它提供了物质结构、物质内部各种相互作用以及由此引起的各种物理性能相互联系的丰富信息。磁场对磁性材料的力学性能、热效应和对药物的靶向释放等是当前的研究热点。
申请号为201410643728.6的申请提出了一种磁性微纳材料的新用途，用于其在制备肿瘤靶向治疗药物中的应用。申请号为201310634896.4的申请发明了一种能够利用尽可能小的劳力容易地从支承面上卸下被支承面吸附、支承的被吸附物的磁吸附装置。但以上申请，均未对变化磁场对磁性材料吸附剂吸附能力的提升处理方法和具体操作指标进行拓展和界定。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种利用变化磁场增强磁性吸附剂吸附能力的方法。
本方法通过在吸附处理过程中，将带有磁性的吸附剂放置于磁场中(磁场强度>50mT即500Gs)，并不断改变磁场方向(频率应>0.2Hz)，从而达到增强磁性吸附剂吸附能力的效果。
为实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种利用变化磁场增强磁性吸附剂吸附能力的方法，包括如下步骤：
(1)在包含乙醇、或液相烷烃、或水的待处理的溶液介质中，加入磁性吸附剂和待吸附的物质，并使其均匀混合，获得混合溶液；
(2)将步骤(1)所述混合溶液放置于可以产生磁场的磁场发生器中，使混合溶液各部均匀接触磁场；
(3)通过电脑程序或者手动设备改变磁场方向，使磁场方向不断随时间发生变化；
(4)经过一段时间，将富集吸附质的磁性吸附剂与所述溶液介质分离。
进一步，所述溶液介质与加入的磁性吸附剂和待吸附的物质无化学反应，且不会对磁场有明显的屏蔽作用。
进一步，所述磁性吸附剂是磁性氧化石墨烯凝胶吸附剂。
进一步，所述的磁性吸附剂的最大磁化强度应>0.1emu/g。
进一步，所述的待吸附的物质是有机的染料、药物、有机农药或无机的重金属、氮磷。
进一步，所述的待吸附的物质是环丙沙星。
进一步，所述步骤(1)，溶液均匀混合采用人工上下振荡>5次，或机械搅拌30s～2min，或超声振荡30s～2min，直到混合溶液无明显色差或者悬浮颗粒，磁性吸附剂在溶液中分散均匀。
进一步，所述步骤(1)，磁性吸附剂和待吸附的物质在溶液介质中反应的时间应>5min。
进一步，所述步骤(2)，磁场发生器产生的磁场强度>50mT(500Gs)，且在空间磁场大小均匀；所述步骤(3)，磁场方向随时间变化的磁场，磁场方向变化的频率应>0.2Hz。
进一步，所述步骤(4)，富集吸附质的磁性吸附剂与溶液介质的分离方法采用磁性分离过滤，或离心过滤，或直接过滤。
本发明的有益效果在于：
①利用变化的磁场可以大幅度提高的吸附量，饱和吸附量提高50％以上。
②利用变化的磁场加快吸附速度，缩短吸附时间，吸附平衡时间缩短30％以上，达到更高效的处理。
③利用调控磁场的磁场强度和磁场方向的变化频率，有望实现磁性吸附剂对特殊吸附质的靶向，定量释放和吸收。在环境、能源、医药等众多领域都具有广阔的应用前景。
④利用变化磁场对磁性吸附剂的搅拌作用，可以节省传统工艺摇床、机械搅拌等措施，达到节能，精简设备的功效。
附图说明
图1为磁性吸附剂在非磁场和磁场作用下对环丙沙星最大吸附容量的对比
图2为磁性吸附剂在非磁场和磁场作用下对环丙沙星吸附平衡时间的对比
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1
(1)取3个吸附瓶，编号1、2、3；在编号1、2、3的吸附瓶中分别加入60、80和100mL的蒸馏水，第1个吸附瓶加入20mg最大磁化强度为0.2emu/g的磁性氧化石墨烯凝胶吸附剂和18mg环丙沙星；第2个吸附瓶加入20mg最大磁化强度为4emu/g的磁性氧化石墨烯凝胶吸附剂和24mg的环丙沙星溶液；第3个吸附瓶加入20mg最大磁化强度为4emu/g的磁性氧化石墨烯凝胶吸附剂和30mg的环丙沙星溶液；通过人工上下振荡15次，将上述3个吸附瓶中的溶液混合均匀，得到混合溶液。
(2)将所述混合溶液放置于直流电磁铁磁场发生器反应台中央，使混合溶液各部均匀接触磁场；调节磁场强度为500mT(5000Gs)。
(3)利用电脑控制软件改变，直流电磁铁的电流方向即磁场方向，使其变化的频率稳定在0.5Hz。
(4)编号为1、2、3的吸附瓶在达到吸附剂吸附平衡时间后，通过磁性分离过滤，将磁性氧化石墨烯凝胶吸附剂与溶液介质分离，完成吸附操作。
在上述实验中，当磁场关闭时，磁性吸附剂沉于吸附瓶底部；当磁场开启，磁场方向随时间改变时，磁性吸附剂在磁场力的作用力下发生运动。由此，利用变化磁场对磁性吸附剂的搅拌作用，可以节省传统工艺摇床、机械搅拌等措施，达到节能，精简设备的功效。
如图1所示，在方向变化的磁场作用下，磁性氧化石墨烯凝胶吸附剂在达到吸附平衡后对环丙沙星溶液的饱和吸附容量具有显著提升，相对于无磁场是的吸附操作，其对60mL、80mL和100mL浓度为300mg/L的环丙沙星溶液饱和吸附容量分别提升了48％、72％和64％。由此，利用调控磁场的磁场强度和磁场方向的变化频率，有望大幅度提高的吸附量，并实现磁性吸附剂对特殊吸附质的靶向，定量释放和吸收。在环境、能源、医药等众多领域都具有广阔的应用前景。
实施例2
(1)取3个吸附瓶，均加入100mL乙醇溶液；另外，第1个吸附瓶加入20mg最大磁化强度为2emu/g的磁性氧化石墨烯凝胶吸附剂和20mg的环丙沙星；第2个吸附瓶加入40mg最大磁化强度为2emu/g的磁性氧化石墨烯凝胶吸附剂和20mg的环丙沙星溶液；第3个吸附瓶加入80mg最大磁化强度为2emu/g的磁性氧化石墨烯凝胶吸附剂20mg环丙沙星溶液；通过人工上下振荡20次，将上述3个吸附瓶中的溶液混合均匀，得到混合溶液。
(2)将所述混合溶液放置于直流电磁铁磁场发生器反应台中央，使混合溶液各部均匀接触磁场；调节磁场强度为200mT(2000Gs)。
(3)利用电脑控制软件改变，直流电磁铁的电流方向即磁场方向，使其变化的频率稳定在1Hz。
(4)在反应3h，吸附剂饱和吸附以后，通过磁性分离过滤，将磁性氧化石墨烯凝胶吸附剂与溶液介质分离，完成吸附操作。
如图2所示，在方向变化的磁场开启的作用下，吸附操作的速度加快，吸附时间明显缩短。20mg，40mg，80mg的磁性氧化石墨烯凝胶对浓度为200mg/L的环丙沙星溶液的吸附饱和时间分别缩短了33％、29％和35％。由此，利用变化的磁场可以提高磁性吸附剂的吸附量，可以加快吸附速度，缩短吸附时间，达到更高效处理效果。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (9)
1.一种利用变化磁场增强磁性吸附剂吸附能力的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在包含乙醇、或液相烷烃、或水的待处理的溶液介质中，加入磁性吸附剂和待吸附的物质，并使其均匀混合，获得混合溶液；
(2)将步骤(1)所述混合溶液放置于可以产生磁场的磁场发生器中，使混合溶液各部均匀接触磁场；所述磁场发生器产生的磁场强度>50mT，且在空间磁场大小均匀；
(3)通过电脑程序或者手动设备改变磁场方向，使磁场方向不断随时间发生变化，且磁场方向变化的频率应>0.2Hz；
(4)经过一段时间，将富集吸附质的磁性吸附剂与所述溶液介质分离。
2.根据权利要求1所述的利用变化磁场增强磁性吸附剂吸附能力的方法，其特征在于：所述溶液介质与加入的磁性吸附剂和待吸附的物质无化学反应，且不会对磁场有明显的屏蔽作用。
3.根据权利要求1所述的利用变化磁场增强磁性吸附剂吸附能力的方法，其特征在于：所述磁性吸附剂是磁性氧化石墨烯凝胶吸附剂。
4.根据权利要求1所述的利用变化磁场增强磁性吸附剂吸附能力的方法，其特征在于：所述的磁性吸附剂的最大磁化强度应>0.1emu/g。
5.根据权利要求1所述的利用变化磁场增强磁性吸附剂吸附能力的方法，其特征在于：所述的待吸附的物质是有机的染料、药物、有机农药或无机的重金属、氮磷。
6.根据权利要求1所述的利用变化磁场增强磁性吸附剂吸附能力的方法，其特征在于：所述的待吸附的物质是环丙沙星。
7.根据权利要求1所述的利用变化磁场增强磁性吸附剂吸附能力的方法，其特征在于：所述步骤(1)，溶液均匀混合采用人工上下振荡>5次，或机械搅拌30s～2min，或超声振荡30s～2min，直到混合溶液无明显色差或者悬浮颗粒，磁性吸附剂在溶液中分散均匀。
8.根据权利要求1所述的一种利用变化磁场增强磁性吸附剂吸附能力的方法，其特征在于：所述步骤(1)，磁性吸附剂和待吸附的物质在溶液介质中反应的时间应>5min。
9.根据权利要求1所述的利用变化磁场增强磁性吸附剂吸附能力的方法，其特征在于：所述步骤(4)，富集吸附质的磁性吸附剂与溶液介质的分离方法采用磁性分离过滤，或离心过滤，或直接过滤。
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