RU2742805C2 - Способ очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей и аппарат - Google Patents
Способ очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей и аппарат Download PDFInfo
- Publication number
- RU2742805C2 RU2742805C2 RU2019117706A RU2019117706A RU2742805C2 RU 2742805 C2 RU2742805 C2 RU 2742805C2 RU 2019117706 A RU2019117706 A RU 2019117706A RU 2019117706 A RU2019117706 A RU 2019117706A RU 2742805 C2 RU2742805 C2 RU 2742805C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- permanent magnets
- magnets
- liquid
- ferromagnetic
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 125
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 239000012535 impurity Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 56
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000006148 magnetic separator Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 15
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 12
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 claims description 3
- 229910000982 rare earth metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910020630 Co Ni Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910002440 Co–Ni Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910017061 Fe Co Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910002796 Si–Al Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910017709 Ni Co Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910003267 Ni-Co Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910003262 Ni‐Co Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000007966 viscous suspension Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 12
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 11
- -1 for example Substances 0.000 description 8
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002079 double walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 2
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 2
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 229920001342 Bakelite® Polymers 0.000 description 1
- 229910020598 Co Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002519 Co-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920004936 Lavsan® Polymers 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004637 bakelite Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000005292 diamagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C1/00—Magnetic separation
- B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
- B03C1/04—Magnetic separation acting directly on the substance being separated with the material carriers in the form of trays or with tables
- B03C1/08—Magnetic separation acting directly on the substance being separated with the material carriers in the form of trays or with tables with non-movable magnets
Landscapes
- Separation Of Solids By Using Liquids Or Pneumatic Power (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Предложенная группа изобретений относится к технологиям очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей и к устройствам, реализующим эти технологии. Способ очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей, в котором формируют поток жидкой среды и воздействуют на него структурированным магнитным полем, cформированным последовательно установленными постоянными магнитами и ферромагнитными концентраторами, отделяющими соседние магниты один от другого, таким образом, что перпендикулярно потоку жидкой среды образуются локальные градиентные магнитные области. Структурированное магнитное поле создают постоянными магнитами, имеющими одинаковую пространственную ориентацию полюсов соседних магнитов, примыкающих к концентратору. Способ осуществляют с помощью магнитного сепаратора, содержащего лоток и магнитную систему, включающую последовательно установленные постоянные магниты прямоугольной формы и ферромагнитные концентраторы, отделяющие соседние магниты один от другого. Магниты установлены на дне лотка и имеют длинную (l), короткую (w) стороны и высоту (h), при l>w>h, и расположенные в ряд так, что их длинные стороны параллельны друг другу. Постоянные магниты имеют одинаковую пространственную ориентацию полюсов соседних магнитов, примыкающих к концентратору. Технический результат - повышение эффективности очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 пр., 2 ил.
Description
Изобретение относится к технологиям очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей и к устройствам, реализующим эти технологии.
Из уровня техники известен способ разделения находящихся во взвешенном состоянии в потоке жидкости относительно магнитных минеральных частиц Pm, обладающих магнитной восприимчивостью Xm при Xm>>0, и относительно немагнитных частиц Pn, обладающих магнитной восприимчивостью Xn при Xm>Xn [патент США №5356015, МПК B03C 1/025]. Способ включает размещение в канале разделительного резервуара, имеющего вход и выход, намагничиваемых элементов матрицы, намагничивание элементов матрицы до заранее определенного уровня посредством магнита, расположенного рядом с каналом, подачу потока жидкости в канал с заранее определенной скоростью с отложением относительно магнитных частиц Pm на элементах матрицы. В этом способе использован захват частиц на проволоках, которые расположены в магнитном поле, и через которые течет электрический ток. В частности, поле, создаваемое электрическим током, используются для достижения благоприятных рабочих условий. После выключения этого тока захваченные проволокой относительно магнитные частицы можно смыть.
Из уровня техники также известны магнитные сепараторы, используемые для разделения материала на магнитную и немагнитную фракции [патент Канады №1313165, МПК B03C 1/02; патент США №4190524, МПК B03C 1/02]. Магнитные сепараторы, формирующие постоянное магнитное поле, притягивают только ферромагнитные частицы/включения, в то время как высокоградиентные магнитные сепараторы, создающие переменное (неоднородное) магнитное поле, притягивают слабомагнитные,
т.е. диамагнитные и/или парамагнитные частицы/включения. Разделение фракций различной намагниченности в высокоградиентном магнитном сепараторе происходит за счёт создания в рабочем пространстве областей действия пространственно-временных градиентов переменного и постоянного магнитных полей, в которых происходит удержание слабомагнитных и ферромагнитных частиц/включений, соответственно.
Из уровня техники известны сепараторы, в которых области высокой неоднородности магнитного поля (области выскоэффективного извлечения слабомагнитных частиц из текучей среды) формируются в рабочем канале за счет наличия на поверхности одного из полюсных наконечников выступов в форме усеченных и различных по высоте пирамид [патенты РФ №2116136, МПК B03C 1/025, B03C1/08; РФ №2116838, МПК B03C 1/025, B03C1/22], или в форме зигзага [патент РФ №2516608, МПК B03C 1/04], и обращенных в поток сепарируемой текучей среды.
В патенте РФ №2301709, МПК B03C 1/025, магнитная система сепаратора включает блок постоянных дисковых магнитов с чередующимися с ними через один дисковыми концентраторами, выполненными из магнитно-мягкого материала и жестко установленными на горизонтальном валу. Постоянные магниты намагничены в продольном направлении и расположены таким образом, что соседние постоянные магниты имеют противоположные направления намагниченности, а вокруг концентраторов формируется области высокой неоднородности магнитного поля.
В авторском свидетельстве СССР №1007732 очистка жидкой среды от механических примесей, содержащих ферромагнитные включения, достигается за счет того, что магнитный сепаратор включает барабан, состоящий из чередующихся магнитных и немагнитных пластин, расположенный внутри корпуса. В совокупности с тем, что дно корпуса выполнено в виде волнового профиля, где впадины расположены под
немагнитными пластинами барабана, достигается сепарация. Магнитные пластины обращены одноименными полюсами друг к другу.
Современные методы магнитного разделения эффективны для жидкостного биоразделения. Так, для выделения магнитных клеток из потока жидкости в методе экстракорпоральной фильтрации крови используется массив из постоянных редкоземельных магнитов [международная заявка WO 2017197278, МПК B03C1/025, B03C1/00, B03C1/02, B03C1/035, B03C1/04, B03C1/08]. Разделение происходит из потока жидкости в камере, расположенной на поверхности магнитного массива за счет формирования областей действия переменного магнитного поля (множества силовых линий с высоким градиентом) на стыке соседних постоянных магнитов, имеющих различную пространственную ориентацию полюсов постоянных магнитов.
Известен лотковый магнитный сепаратор для разделения исходного материала на магнитную и немагнитную фракции, описанный в Евразийском патенте №014397 [МПК B03C1/08, B03B5/70]. Сепаратор содержит пару рабочих лотков, под каждым из которых расположена магнитная система, включающая постоянные магниты и концентраторы, установленные поочередно, при этом полярность постоянных магнитов чередуют вдоль продольного направления лотка.
Силовые линии магнитного поля замыкают через концентраторы и экран, который располагают поочередно над лотками и с зазором относительно постоянных магнитов, таким образом, что вблизи концентраторов формируются локальные градиентные магнитные области в форме узких полос. Данные области направлены перпендикулярно направлению продвижения жидкой среды в лотке и предназначены для сепарации слабомагнитных частиц, в то время как ферромагнитные примеси улавливаются областями, где действует постоянное магнитное поле. Недостатками данного магнитного сепаратора является пониженная эффективность сепарации жидкостных наносруктурированных сред и
сложное конструктивное исполнение, а именно сложная технология разгрузки магнитной фракции, которая осуществляется при отводе экрана из положения над соответствующим лотком и, как следствие, ослабление магнитного поля в рабочем зазоре. Основным недостатком способа, который реализуется данным устройством, является неполная концентрация силовых линий магнитного поля в рабочем зазоре, в результате чего падает эффективность очистки.
Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения выбран способ отделения магнитных частиц от жидкости с использованием силовых линий магнитного поля, образующих локальные высокоградиентные магнитные области, и магнитный сепаратор, представленные в международной заявке WO 2019099429 A1 [МПК B03C 1/005, B03C 1/025]. Магнитная система сепаратора состоит из массива магнитов, расположенных рядом друг с другом и имеющих различную ориентацию полюсов, которая чередуется в шахматном порядке. Поток очищаемой жидкости протекает перпендикулярно длине каждого клинового магнита. Недостатками способа магнитного отделения по заявке WO 2019099429 A1 является неполная концентрация силовых линий магнитного поля в рабочем зазоре, в результате чего падает эффективность очистки.
Раскрытие сущности изобретения
Изобретение решает задачу повышения эффективности очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей и усовершенствование устройства магнитного сепаратора, реализующего эффективную очистку жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей.
Поставленная задача решается тем, что предлагается способ очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей, в котором формируют поток жидкой среды и воздействуют на него
структурированным магнитным полем, cформированным последовательно установленными постоянными магнитами и ферромагнитными концентраторами, отделяющими соседние магниты один от другого, таким образом, что перпендикулярно потоку жидкой среды образуются локальные градиентные магнитные области, а структурированное магнитное поле создают постоянными магнитами, имеющими одинаковую пространственную ориентацию полюсов соседних магнитов, примыкающих к концентратору.
В предлагаемом способе очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей структурированное магнитное поле может быть создано постоянными магнитами, имеющими предпочтительно прямоугольную форму и характеризующимися длинной (l), короткой (w) сторонами и высотой (h), при l>w>h. Постоянные магниты могут быть расположены в ряд таким образом, чтобы их длинные стороны были параллельны друг другу, а сами магниты чередовались с ферромагнитными концентраторами, отделяющими соседние магниты один от другого.
Такая конфигурация постоянных магнитов и концентраторов может приводить к созданию локальных градиентных магнитных областей в виде узких полос, которые могут быть расположены перпендикулярно потоку жидкой среды. Данные локальные градиентные области могут характеризоваться высоким значением силового параметра B×gradB и существенно увеличивать эффективность сепарации слабомагнитных частиц.
Структурированное магнитное поле может быть создано постоянными магнитами, имеющими одинаковую пространственную ориентацию полюсов соседних магнитов таким образом, что полюса постоянных магнитов могут находиться на противолежащих по длине (l) сторонах магнита, или на противолежащих по ширине (w) сторонах магнита, или на противолежащих по высоте (h) сторонах магнита.
Предлагаемый способ очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей основывается на максимальной
концентрации силовых линий магнитного поля в рабочем зазоре. Для этого силовые линии магнитного поля могут замыкаться на ферромагнитных концентраторах, а также на ферромагнитных пластинах под потоком жидкой среды и/или над потоком жидкой среды.
В качестве жидкой наноструктурированной среды может быть выбрана суспензия углеродных нанотрубок, содержащая магнитные и слабомагнитные примеси, например, мелкодисперсные частицы железа, стали. Суспензия углеродных нанотрубок может включать одностенные, и/или двустенные, и/или многостенные углеродные нанотрубки и иметь вязкость суспензии не более 2500 сП. Вязкость жидкой среды может составлять более 2500 сП, в таком случае очистка возможна, однако, эффективность очистки за один цикл снижается.
Поставленная задача решается также тем, что предлагается магнитный сепаратор для очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей, содержащий лоток и магнитную систему, включающую последовательно установленные постоянные магниты прямоугольной формы и ферромагнитные концентраторы, отделяющие соседние магниты один от другого, при этом магниты установлены на дне лотка и имеют длинную (l), короткую (w) стороны и высоту (h), при l>w>h, и расположены в ряд так, что их длинные стороны параллельны друг другу, а постоянные магниты имеют одинаковую пространственную ориентацию полюсов соседних магнитов, примыкающих к концентратору.
На дне лотка может быть установлена ферромагнитная пластина, на которой последовательно расположены постоянные магниты прямоугольной формы и ферромагнитные концентраторы, отделяющие соседние магниты один от другого. Лоток может быть снабжен входом и выходом для жидкой среды, таким образом, что жидкая среда может продвигаться вдоль поверхности постоянных магнитов от входа к выходу.
Лоток может быть снабжён герметичной крышкой, установленной над постоянными магнитами таким образом, что может быть образован рабочий зазор между постоянными магнитами и внутренней поверхностью крышки. На внутренней поверхности крышки может быть расположена ферромагнитная пластина, способствующая концентрации силовых линий магнитного поля в рабочем зазоре.
Упомянутая ферромагнитная пластина может иметь на своей поверхности выступы, сформированные соседними бороздами таким образом, что борозды ориентированы по направлению продвижения жидкой среды.
Ферромагнитный материал концентраторов и пластины может быть выбран из группы магнитно-мягких материалов, имеющих небольшие показатели напряженности магнитного поля, но в то же самое время обладающих магнитной проницаемостью менее 8,0×10-4 Гн/м и невысокими потерями гистерезисного характера. Так, в качестве ферромагнитного материала могут быть выбраны сплавы с добавлением никеля и/или железа (пермаллои), например, сплавы на основе Fe-Ni, или сплавы на основе Fe-Со, или сплавы Fe-Al и Fe-Si-Al, или сплавы на основе Fe-Co-Ni; или оксидные ферромагнетики (ферриты), например, материалы, включающие соединения оксидов переходных металлов, в основном оксида железа Fe2O3 и цинка ZnO с более основными оксидами других металлов; или магнитодиэлектрики, т.е. материалы, включающие мелкодисперсный порошок карбонильного железа, или молибденового пермаллоя или альсифера, со связкой-диэлектриком, например, такой как бакелит, полистирол, резина.
Постоянные магниты могут быть изготовлены из магнитотвердых материалов с высокой остаточной магнитной индукцией, сохраняющих состояние намагниченности в течение длительного времени, например, из сплавов редкоземельных металлов на основе Nd-Fe-B, или Sm-Co, или из бариевых и стронциевых магнитотвердых ферритов, или изготовлены на основе сплава Al-Ni-Co-Fe.
Последовательно установленные постоянные магниты и ферромагнитные концентраторы, отделяющие соседние магниты один от другого, образуют магнитную систему, на поверхности которой может быть установлена плёнка, отделяющая поверхность магнитной системы от удерживаемых магнитных и слабомагнитных примесей.
Материал плёнки может выбираться таким образом, чтобы плёнка оставалась химически устойчивой при взаимодействии с очищаемой наноструктурированной жидкой средой и может быть выбран из ряда термопластичных полимеров, например, таких, как полиэтилен, полипропилен, поликарбонат, лавсан. Дополнительно, плёнка может быть установлена на поверхности ферромагнитной пластины, расположенной на внутренней стороне крышки, и отделять её поверхность от удерживаемых магнитных и слабомагнитных примесей.
Постоянные магниты могут иметь одинаковую пространственную ориентацию полюсов соседних магнитов, таким образом, что полюса постоянных магнитов могут находятся на противолежащих по длине (l) сторонах магнита, или на противолежащих по ширине (w) сторонах магнита, или на противолежащих по высоте (h) сторонах магнита.
В качестве очищаемой жидкой наноструктурированной среды может быть выбрана суспензия углеродных нанотрубок, содержащая магнитные и слабомагнитные примеси, например, мелкодисперсные частицы железа, и/или стали. Суспензия углеродных нанотрубок может включать одностенные, и/или двустенные, и/или многостенные углеродные нанотрубки и иметь вязкость суспензии не более 2500 сП. Вязкость жидкой среды может составлять более 2500 сП, в таком случае очистка возможна, однако, эффективность очистки за один цикл снижается.
Способ очистки жидкой наноструктурированной среды от магнитных и слабомагнитных примесей описан ниже и приведен со ссылками на устройство, реализующее данный способ, на рисунке 1. На рисунке 1
представлен магнитный сепаратор для очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей в форме лотка (1), на дне которого установлена ферромагнитная пластина (не показана на рисунке 1). На ферромагнитной пластине последовательно расположены постоянные магниты прямоугольной формы (2) и ферромагнитные концентраторы (3), отделяющие соседние магниты один от другого. Постоянные магниты характеризуются длинной (l), короткой (w) сторонами и высотой (h), при l>w>h и имеют одинаковую пространственную ориентацию полюсов соседних магнитов, находящихся на противолежащих по длине (l) сторонах магнита, или на противолежащих по ширине (w) сторонах магнита, или на противолежащих по высоте (h) сторонах магнита.
Очищаемая жидкая наноструктурированная среда подаётся на вход (4) магнитного сепаратора и продвигается вдоль поверхности постоянных магнитов и ферромагнитных концентраторов от входа к выходу (5), создавая ламинарный поток, который формируется автоматически за счёт высокой вязкости жидкой среды или за счёт наклонного расположения магнитного сепаратора.
Cиловые линии магнитного поля замыкаются через ферромагнитные концентраторы, а также через ферромагнитную пластину, расположенную на дне лотка под потоком жидкой наноструктурированной среды.
Структурированное магнитное поле, cформированное последовательно установленными постоянными магнитами и ферромагнитными концентраторами, воздействует на поток жидкой наноструктурированной среды, таким образом, что перпендикулярно потоку жидкой среды образуются локальные градиентные магнитные области, в которых происходит удержание слабомагнитных примесей, содержащихся в жидкой наноструктурированной среде. При этом магнитные частицы удерживаются в области, где действует пространственно структурированное магнитное поле, а немагнитные частицы свободно проходят вдоль поверхности постоянных магнитов и
ферромагнитных концентраторов к выходу. Удержанные магнитные и слабомагнитные примеси удаляются с поверхности постоянных магнитов и ферромагнитных концентраторов с помощью скребка либо ракельного ножа или, как вариант, удаляется плёнка с удержанными примесями, если она расположена на поверхности постоянных магнитов.
Сложность очистки жидкой наноструктурированной среды от слабомагнитных или магнитных частиц размером до 100 нм заключается в том, что частицы такого размера в силу вязкости жидкой наноструктурированной среды, плохо дрейфуют из толщины слоя жидкой среды к поверхности постоянных магнитов и ферромагнитных концентраторов, таким образом, снижая эффективность очистки. Для таких систем лоток может быть снабжён крышкой (6), герметично установленной над постоянными магнитами с образованием рабочего зазора между поверхностью постоянных магнитов и внутренней поверхностью крышки (рисунок 2). На внутренней поверхности крышки, со стороны рабочего зазора, расположена дополнительная ферромагнитная пластина, которая может иметь на своей поверхности выступы, сформированные соседними бороздами таким образом, что борозды ориентированы по направлению продвижения жидкой среды. Cиловые линии магнитного поля в такой системе замыкаются через ферромагнитные концентраторы, а также ферромагнитные пластины, расположенные под потоком и над потоком жидкой наноструктурированной среды.
Очищаемая жидкая наноструктурированная среда подаётся через входное отверстие (7) магнитного сепаратора в рабочий зазор и продвигается вдоль поверхности постоянных магнитов и ферромагнитных концентраторов к выходу (8).
На поверхности постоянных магнитов и ферромагнитных концентраторов и на поверхности ферромагнитной пластины крышки может быть расположена плёнка. Удержанные магнитные и слабомагнитные
примеси удаляются с поверхностей постоянных магнитов и ферромагнитных концентраторов и пластины с помощью скребка либо ракельного ножа, или удаляется полимерная плёнка с удержанными примесями, если она расположена на указанных поверхностях.
Особенности предлагаемого изобретения описаны более подробно в следующих примерах, которые иллюстрируют, но не ограничивают собой предлагаемое изобретение.
ПРИМЕР 1
Магнитный сепаратор для очистки суспензии углеродных нанотрубок имеет форму лотка (1), на дне которого установлена ферромагнитная пластина из низкоуглеродистой стали. На ферромагнитной пластине последовательно расположены постоянные магниты прямоугольной формы и ферромагнитные концентраторы, отделяющие соседние магниты один от другого. Постоянные магниты выполнены из сплавов редкоземельных металлов на основе Nd-Fe-B с характерными полями постоянных магнитов равными 11-12 КГс. Постоянные магниты имеют одинаковую пространственную ориентацию полюсов соседних магнитов, которые находятся на противолежащих по высоте (h) сторонах магнита.
На поверхности постоянных магнитов и ферромагнитных концентраторов установлена полиэтиленовая плёнка толщиной 50 мкм.
Лоток снабжён крышкой, герметично установленной над постоянными магнитами с образованием рабочего зазора между поверхностью постоянных магнитов и внутренней поверхностью крышки. На внутренней поверхности крышки расположена дополнительная ферромагнитная пластина, которая имеет выступы, сформированные соседними бороздами, ориентированными по направлению продвижения суспензии углеродных нанотрубок. На поверхности ферромагнитной пластины также установлена полиэтиленовая плёнка толщиной 50 мкм.
В качестве очищаемой жидкой наноструктурированной среды выбрана 0,2 мас.% суспензия одностенных углеродных нанотрубок в N-метилпирролидоне, содержащая мелкодисперсные частицы железа и стали в количестве менее 1 мас.%. Вязкость суспензии составляет около 2500 сП.
Поток 500 мл 0,2 мас.% суспензии углеродных нанотрубок в N-метилпирролидоне подают под давлением через входное отверстие магнитного сепаратора (7 на рисунке 2) в рабочий зазор. Суспензия углеродных нанотрубок прокачивается со скоростью 60 см/мин вдоль поверхности постоянных магнитов и ферромагнитных концентраторов к выходу (8 на рисунке 2). Длина рабочей поверхности лотка составляет 48 см.
В случае, когда магнитный сепаратор снабжен крышкой, силовые линии магнитного поля замыкаются через ферромагнитные концентраторы, а также через ферромагнитные пластины, расположенные под потоком и над потоком жидкой наноструктурированной среды, образуя локальные градиентные магнитные области, в которых происходит удержание слабомагнитных примесей. При этом магнитные частицы удерживаются в областях, где действует постоянное магнитное поле.
После завершения цикла очистки полимерная плёнка удаляется вместе с удержанными слабомагнитными и магнитными примесями.
В процессе одного цикла очистки суспензия 0,2 мас.% одностенных углеродных нанотрубок в N-метилпирролидоне очищается от магнитных и слабомагнитных примесей на 20 мас.%.
ПРИМЕР 2
Магнитный сепаратор для очистки суспензии углеродных нанотрубок имеет офрму лотка (1), на дне которого установлена ферромагнитная пластина из низкоуглеродистой стали. На ферромагнитной пластине последовательно расположены постоянные магниты прямоугольной формы и ферромагнитные концентраторы, отделяющие соседние магниты один от другого. Постоянные магниты выполнены из сплавов редкоземельных металлов на основе Nd-Fe-B
с характерными полями постоянных магнитов равными 11-12 КГс. Постоянные магниты имеют одинаковую пространственную ориентацию полюсов соседних магнитов, которые находятся на противолежащих по высоте (h) сторонах магнита.
На поверхности постоянных магнитов и ферромагнитных концентраторов установлена полиэтиленовая плёнка толщиной 50 мкм.
В качестве очищаемой жидкой наноструктурированной среды выбрана 0,2 мас.% суспензия одностенных углеродных нанотрубок в воде, содержащая мелкодисперсные частицы железа и стали в количестве менее 1 мас.%. Вязкость суспензии составляет около 2500 сП.
Поток 500 мл 0,2 мас.% суспензии углеродных нанотрубок в воде подают на вход магнитного сепаратора (4 на рисунке 1). Суспензия углеродных нанотрубок прокачивается со скоростью 70 см/мин вдоль поверхности постоянных магнитов и ферромагнитных концентраторов к выходу (5 на рисунке 1). Длина рабочей поверхности лотка составляет 48 см.
Силовые линии магнитного поля замыкаются через ферромагнитные концентраторы, а также через ферромагнитную пластину, расположенную под потоком жидкой наноструктурированной среды, образуя локальные градиентные магнитные области, в которых происходит удержание слабомагнитных примесей. При этом магнитные частицы удерживаются в областях, где действует постоянное магнитное поле.
После завершения цикла очистки полимерная плёнка удаляется вместе с удержанными слабомагнитными и магнитными примесями.
В процессе одного цикла очистки суспензия 0,2 мас.% одностенных углеродных нанотрубок в воде очищается от магнитных и слабомагнитных примесей на 10 мас.%.
ПРИМЕР 3
Устройство магнитного сепаратора такое же, как в Примере 1.
В качестве очищаемой жидкой наноструктурированной среды выбрана 0,5 масс.% суспензия одностенных углеродных нанотрубок в N-метилпирролидоне, содержащая мелкодисперсные частицы железа и стали в количестве менее 1 масс %. Вязкость суспензии составляет около 2500 сП.
Поток 500 мл 0,5 мас.% суспензии углеродных нанотрубок в N-метилпирролидоне подают под давлением через входное отверстие магнитного сепаратора (7 на рисунке 2) в рабочий зазор. Суспензия углеродных нанотрубок прокачивается со скоростью 60 см/мин вдоль поверхности постоянных магнитов и ферромагнитных концентраторов к выходу (8 на рисунке 2). Длина рабочей поверхности лотка составляет 48 см.
В процессе одного цикла очистки суспензия 0,5 мас.% одностенных углеродных нанотрубок в N-метилпирролидоне очищается от магнитных и слабомагнитных примесей на 20 мас.%.
Claims (18)
1. Способ очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей, в котором формируют поток жидкой среды и воздействуют на него структурированным магнитным полем, сформированным последовательно установленными постоянными магнитами и ферромагнитными концентраторами, отделяющими соседние магниты один от другого, таким образом, что перпендикулярно потоку жидкой среды образуются локальные градиентные магнитные области, отличающийся тем, что структурированное магнитное поле создают постоянными магнитами, имеющими одинаковую пространственную ориентацию полюсов соседних магнитов, примыкающих к концентратору.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что магнитное поле создают постоянными магнитами прямоугольной формы, имеющими длинную (l), короткую (w) стороны и высоту (h), при l>w>h, и располагают их в ряд так, что их длинные стороны параллельны друг другу.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что полюса постоянных магнитов находятся на противолежащих по длине (l) сторонах магнита, или на противолежащих по ширине (w) сторонах магнита, или на противолежащих по высоте (h) сторонах магнита.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что силовые линии магнитного поля замыкают под потоком жидкой наноструктурированной среды и/или над потоком жидкой наноструктурированной среды.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкая наноструктурированная среда является высоковязкой суспензией углеродных нанотрубок.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что вязкость суспензии составляет не более 2500 сП.
7. Способ по п.5, отличающийся тем, что углеродные нанотрубки являются одностенными, или двустенными, или многостенными.
8. Магнитный сепаратор для очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей, содержащий лоток и магнитную систему, включающую последовательно установленные постоянные магниты прямоугольной формы и ферромагнитные концентраторы, отделяющие соседние магниты один от другого, отличающийся тем, что магниты установлены на дне лотка и имеют длинную (l), короткую (w) стороны и высоту (h), при l>w>h, и расположенные в ряд так, что их длинные стороны параллельны друг другу, при этом постоянные магниты имеют одинаковую пространственную ориентацию полюсов соседних магнитов, примыкающих к концентратору.
9. Сепаратор по п.8, отличающийся тем, что лоток снабжен входом и выходом для жидкой среды, расположенными таким образом, что жидкая наноструктурированная среда продвигается вдоль поверхности постоянных магнитов от входа к выходу.
10. Сепаратор по п.8, отличающийся тем, что лоток снабжён крышкой, которая установлена над постоянными магнитами с зазором относительно них.
11. Сепаратор по п.8, отличающийся тем, что на внутренней поверхности крышки установлена ферромагнитная пластина, имеющая выступы.
12. Сепаратор по п.11, отличающийся тем, что выступы сформированы соседними бороздами, которые выполнены на поверхности ферромагнитной пластины и ориентированы по направлению продвижения жидкой наноструктурированной среды.
13. Сепаратор по п.11, отличающийся тем, что на ферромагнитной пластине расположена плёнка.
14. Сепаратор по п.11, отличающийся тем, что ферромагнитный материал выбран из ряда: сплавы на основе Fe-Ni, или сплавы на основе Fe-Со, или сплавы Fe-Al и Fe-Si-Al, или сплавы на основе Fe-Co-Ni.
15. Сепаратор по п.8, отличающийся тем, что постоянные магниты выполнены из сплавов редкоземельных металлов на основе Nd-Fe-B, или Sm-Co, или из бариевых и стронциевых магнитотвердых ферритов, или изготовлены на основе сплава Al-Ni-Co-Fe.
16. Сепаратор по п.9, отличающийся тем, что на поверхности постоянных магнитов расположена плёнка.
17. Сепаратор по п.9, отличающийся тем, что полюса постоянных магнитов находятся на противолежащих по длине (l) сторонах магнита, или на противолежащих по ширине (w) сторонах магнита, или на противолежащих по высоте (h) сторонах магнита.
18. Сепаратор по п.14 или 17 отличающийся тем, что плёнка является химически устойчивой к используемой жидкой наноструктурированной среде.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019117706A RU2742805C2 (ru) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | Способ очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей и аппарат |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019117706A RU2742805C2 (ru) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | Способ очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей и аппарат |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2019117706A3 RU2019117706A3 (ru) | 2020-12-07 |
| RU2019117706A RU2019117706A (ru) | 2020-12-07 |
| RU2742805C2 true RU2742805C2 (ru) | 2021-02-10 |
Family
ID=73727250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019117706A RU2742805C2 (ru) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | Способ очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей и аппарат |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2742805C2 (ru) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2205071C2 (ru) * | 2000-05-06 | 2003-05-27 | Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова | Шлюз для обогащения металлоносных песков |
| RU2209686C2 (ru) * | 2001-05-31 | 2003-08-10 | Попов Юрий Васильевич | Магнитный сепаратор |
| RU2212942C1 (ru) * | 2002-01-29 | 2003-09-27 | Ковлеков Иван Иванович | Магнитосегрегационный концентратор |
| EA014397B1 (ru) * | 2010-03-22 | 2010-10-29 | Ооо "Магнетит" | Лотковый магнитный сепаратор |
| WO2012004363A2 (en) * | 2010-07-08 | 2012-01-12 | University College Dublin, National University Of Ireland, Dublin | Non-linear magnetophoretic separation device, system and method |
| RU115243U1 (ru) * | 2010-06-07 | 2012-04-27 | Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения РАН | Шлюз для обогащения россыпей в потоке |
| RU2643385C1 (ru) * | 2016-11-11 | 2018-02-01 | Общество с ограниченной ответственностью "ДРД" | Устройство для разделения магнитных частиц из реакционных жидкостей |
| WO2019099429A1 (en) * | 2017-11-14 | 2019-05-23 | University Of Florida Research Foundation | Magnetic separation system and devices |
-
2019
- 2019-06-06 RU RU2019117706A patent/RU2742805C2/ru active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2205071C2 (ru) * | 2000-05-06 | 2003-05-27 | Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова | Шлюз для обогащения металлоносных песков |
| RU2209686C2 (ru) * | 2001-05-31 | 2003-08-10 | Попов Юрий Васильевич | Магнитный сепаратор |
| RU2212942C1 (ru) * | 2002-01-29 | 2003-09-27 | Ковлеков Иван Иванович | Магнитосегрегационный концентратор |
| EA014397B1 (ru) * | 2010-03-22 | 2010-10-29 | Ооо "Магнетит" | Лотковый магнитный сепаратор |
| RU115243U1 (ru) * | 2010-06-07 | 2012-04-27 | Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения РАН | Шлюз для обогащения россыпей в потоке |
| WO2012004363A2 (en) * | 2010-07-08 | 2012-01-12 | University College Dublin, National University Of Ireland, Dublin | Non-linear magnetophoretic separation device, system and method |
| RU2643385C1 (ru) * | 2016-11-11 | 2018-02-01 | Общество с ограниченной ответственностью "ДРД" | Устройство для разделения магнитных частиц из реакционных жидкостей |
| WO2019099429A1 (en) * | 2017-11-14 | 2019-05-23 | University Of Florida Research Foundation | Magnetic separation system and devices |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2019117706A3 (ru) | 2020-12-07 |
| RU2019117706A (ru) | 2020-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4769130A (en) | High-gradient magnetic separator | |
| US3676337A (en) | Process for magnetic separation | |
| Hoffmann et al. | A novel high-gradient magnetic separator (HGMS) design for biotech applications | |
| KR101796254B1 (ko) | 철 성분 미세분진 포집을 위한 자석 필터 유닛 | |
| RU2460584C1 (ru) | Магнитный сепаратор | |
| JP3325010B2 (ja) | 磁気固液分離装置 | |
| RU2070097C1 (ru) | Способ разделения относительно магнитных минеральных частиц | |
| JP4964144B2 (ja) | 高勾配磁界を形成する方法、およびこの方法に基づく物質分離装置 | |
| US2789658A (en) | Apparatus for collecting suspended particles | |
| RU2263548C1 (ru) | Способ извлечения магнитных частиц и магнитный сепаратор для его осуществления | |
| JPS607769Y2 (ja) | 磁化可能粒子分離装置 | |
| JP2011056369A (ja) | 磁気分離装置及び磁気分離システム | |
| CN112334234A (zh) | 用于介电泳地捕集微粒的装置 | |
| RU2365421C1 (ru) | Магнитный сепаратор | |
| JP2006006223A (ja) | 微粒子の細胞への導入と回収装置、及びその導入と細胞あるいは細胞内の標的生体分子の回収方法 | |
| KR102491075B1 (ko) | 영구자석을 이용한 자기 분리 장치 및 이의 필터 구조체 | |
| US5909813A (en) | Force field separator | |
| EP3454991A1 (en) | Magnetic separation system and devices | |
| JPH11197543A (ja) | 静電式空気清浄機 | |
| EP3710167A1 (en) | Magnetic separation system and devices | |
| JP3641657B2 (ja) | 磁性体を用いた浄化装置 | |
| Gorobets et al. | High-gradient ferromagnetic matrices for purification of wastewaters by the method of magnitoelectrolysis | |
| JPS5943208B2 (ja) | 磁気分離フイルタ | |
| CN104001617B (zh) | 一种往复式永磁高场强磁滤机 | |
| RU2019117706A (ru) | Способ очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей и аппарат |