專利名稱：流體中磁性顆粒的回收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種流體中磁性顆粒的回收裝置，特別涉及一種流體中磁性納米顆粒的回收裝置。
背景技術(shù)：
納米材料由于具有特有的小尺寸效應(yīng)、表面特性和多種優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，
使其具有廣泛的潛在應(yīng)用前景。納米顆粒催化劑如Ti02、過(guò)渡族金屬、貴金屬等是很好的催化劑材料。納米顆粒催化劑具有很大的表面積，具有較高的表面活性，因而是優(yōu)異的催化活性劑，特別是納米顆粒催化劑在溶液中以懸浮態(tài)應(yīng)用時(shí)，光催化降解效率很高。然而，若懸浮于溶液中的納米顆粒催化劑不能回收，則會(huì)使成本顯著提高。目前已開(kāi)發(fā)出納米顆粒催化劑與具有納米磁性氧化鐵的復(fù)合物，并應(yīng)用于催化反應(yīng)研究。在利用納米顆粒催化劑催化性能的同時(shí)，可望利用磁性氧化鐵的軟磁特性采用外加磁場(chǎng)對(duì)催化劑顆粒收集。然而，怎樣利用外加磁場(chǎng)高效地將納米磁性顆粒(如納米Ti02復(fù)合磁性顆粒)從溶液中、特別是在流動(dòng)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)分離回收是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的急待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種可從持續(xù)流動(dòng)的流體中回收磁性顆粒的裝置，特別是從持續(xù)流動(dòng)的流體中回收磁性納米顆粒的裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型包括
一流體中磁性顆粒分離與吸附裝置，包括用于吸附分離磁性物質(zhì)的吸附管道4、
蓄水容器14和排水容器3;所述吸附管道4的外部設(shè)有可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置5，所述吸附管道4的下端與所述蓄水容器14的頂部連通；所述吸附管道4的上端與所述排
水容器3的底部連通；所述排水容器3的頂部設(shè)有上清水入口 1和上排水口 2;所述
蓄水容器14設(shè)有入水口 6、下清水入口 8和下排水口 9;
一磁性顆粒收集裝置，包括收集器12和設(shè)于所述收集器12底部的可產(chǎn)生磁場(chǎng)
的裝置10，所述收集器12設(shè)有收集器入水口 13和收集器排水口 11;
所述蓄水容器14的底部與所述收集器12的收集器入水口 13通過(guò)管道連接。上述可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置5和IO可以為電磁鐵、磁鐵、電磁線圈等裝置。其中，所述收集器12的容積應(yīng)大于蓄水容器14和吸附管道4的總?cè)莘e，可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置10的磁場(chǎng)強(qiáng)度以能將距磁體15 30mm的磁性顆粒吸引至磁體為宜；
蓄水容器14的容積大于吸附管道4的容積總和，蓄水容器14截面積大于吸附管道4的截面積總和，蓄水容器14的高度要大于吸附管道4的直徑的1. 5 2倍。
所述吸附管道4的材料可為任意強(qiáng)度可以達(dá)到支撐要求的材料，吸附管道4的材料優(yōu)選為軟磁性鐵合金，可進(jìn)一步提高吸附效果，提高裝置的吸附效率。所述吸附管道4外部設(shè)有的可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置5，其磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)能將管道中心處的磁性顆粒吸引并停留至吸附管道4的內(nèi)壁。
所述吸附管道4為1根以上的一組管道，管道數(shù)量可根據(jù)排水量的需求來(lái)確定，或使多根管道的總截面積(即單根管道截面積x管道數(shù)量)與入水口6管道的截面積相近。所述用于吸附分離磁性物質(zhì)的吸附管道4的優(yōu)選直徑為15-60mm，吸附管道4長(zhǎng)度為可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置5尺寸的2 3倍以上，以方便可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置5裝卸。這樣的結(jié)構(gòu)，既可以充分利用磁場(chǎng)的作用有效吸附流過(guò)的液體中的磁性顆粒，使流出的液體中幾乎沒(méi)有殘留磁性顆粒，又使液體可以同時(shí)通過(guò)多根管道流出，提高了液體中磁性粒子分離處理和回收的效率。
所述蓄水容器14中還設(shè)有攪拌器15，這樣的結(jié)構(gòu)，使附著于吸附管道4的內(nèi)壁的磁性顆粒用水沖洗回收時(shí)，使附著于吸附管道4上的磁性顆粒容易懸浮于水中，提高回收效果。 '
本實(shí)用新型的回收裝置實(shí)現(xiàn)磁性顆粒從溶液中分離和進(jìn)行回收的原理是將溶液從入水口 6泵入蓄水容器14中，然后分流至數(shù)個(gè)直徑較小的軟磁性鐵合金吸附管道4中，并通過(guò)可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置5在吸附管道4外側(cè)加電磁場(chǎng)，利用外磁場(chǎng)的有效作用，將溶液中磁性顆粒從溶液吸引至鐵合金管壁并在磁力作用下吸附在管壁上，實(shí)現(xiàn)將流動(dòng)液體中的磁性顆粒分離出來(lái)并吸附于鐵合金管壁上。而流體流過(guò)后通過(guò)上排水口2排出。當(dāng)將流體排出后，或終止排放液體后，通過(guò)上清水入口l充入干凈的水溶液，去除電磁場(chǎng)，讓吸附于吸附管道管壁上的磁性顆粒落入水溶液中，然后將水溶液排入磁性顆粒收集器12中，利用收集器12底部的電磁鐵10外加磁場(chǎng)，使磁性顆粒沉淀于容器的底部。以便隨時(shí)取出顆粒清洗和再利用。 、
由于粒徑較大的磁性顆?？梢岳闷渌姆椒?如沉降方法)簡(jiǎn)單回收，而且，目前應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)和跟蹤技術(shù)等的材料常選用粒徑小的顆粒，如微米級(jí)、納米級(jí)的顆粒，因此上述裝置在應(yīng)用于回收微米磁性顆粒(粒徑為幾微米至幾百微米的磁性顆粒)和納米磁性顆粒(粒徑為幾納米至幾百納米的磁性顆粒)，具有更重要的應(yīng)用價(jià)值，更能發(fā)揮實(shí)用新型的裝置的作用。
本實(shí)用新型的流體中磁性納米顆粒的回收裝置，可在溶液流動(dòng)條件下、將納米復(fù)合磁性催化劑顆粒從溶液中實(shí)現(xiàn)分離和回收，并且操作簡(jiǎn)便，回收效率高。本實(shí)用新型的回收裝置可高效分離和回收流動(dòng)溶液中的磁性納米顆粒，通過(guò)對(duì)于納米顆粒中比較難回收納米Ti02復(fù)合磁性光催化劑顆粒進(jìn)行回收的實(shí)驗(yàn)表明，本實(shí)用新型
對(duì)納米Ti02復(fù)合磁性光催化劑顆粒回收率在76X以上。殘留在排出溶液中的納米磁性顆粒很少(液體中殘留量小于原待處理液體中磁性顆粒投放總量的5%)，流過(guò)管道中后磁性顆粒能基本上吸附于管道壁上。因此，本實(shí)用新型可高效分離和回收流動(dòng)溶液中的納米磁性顆粒。

圖l為本實(shí)用新型的主視圖。
具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型包括
一流體中磁性顆粒分離與吸附裝置，包括外部設(shè)有可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置5的用于吸附分離磁性物質(zhì)的吸附管道4，頂部與吸附管道4下端連通的蓄水容器14，和底部與所述管道上端連通的排水容器3;排水容器3的頂部設(shè)有上清水入口 1和上排水口 2;蓄水容器14設(shè)有入水口 6、下清水入口 8和下排水口 9;
一磁性顆粒收集裝置，包括收集器12和設(shè)于收集器12底部的可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置10，收集器12設(shè)有收集器入水口 13和收集器排水口 11;
蓄水容器14的底部與收集器12的收集器入水口 13通過(guò)管道連接。上述可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置5和IO可以為電磁鐵、磁鐵、電磁線圈等裝置。其中，所述收集器12的容積大于蓄水容器14和吸附管道4的總?cè)莘e，可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置10的磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)能將距磁體15 30mm的磁性顆粒吸引至磁體(即收集器的底部)；
蓄水容器14的容積大于吸附管道4的容積總和，蓄水容器14截面積大于吸附管道4的截面積總和，蓄水容器14的高度要大于吸附管道4的直徑的1.5 2倍。
吸附管道4的材料可為任意強(qiáng)度可以達(dá)到支撐要求的材料，本實(shí)施例中，吸附管道4的材料為軟磁性鐵合金。吸附管道4外部設(shè)有的可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置5，其磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)能將管道中心處的磁性顆粒吸引并停留至吸附管道4的內(nèi)壁。
吸附管道4為l根以上的一組管道，管道數(shù)量可根據(jù)排水量的需求來(lái)確定，或使多根管道的總截面積(即單根管道截面積x管道數(shù)量)與入水口6管道的截面積相近。所述用于吸附分離磁性物質(zhì)的吸附管道4的優(yōu)選直徑為15-60mm，吸附管道4長(zhǎng)度為可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置5尺寸的2 3倍以上，以方便可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置5裝卸。這樣的結(jié)構(gòu)，既可以充分利用磁場(chǎng)的作用有效吸附流過(guò)的液體中的磁性顆粒，使流出的液體中幾乎沒(méi)有殘留磁性顆粒，又使液體可以同時(shí)通過(guò)多根管道流出，提高了液體中磁性粒子分離處理和回收的效率。
蓄水容器14中還設(shè)有攪拌器15，這樣的結(jié)構(gòu)，使附著于吸附管道4的內(nèi)壁的磁性顆粒用水沖洗回收時(shí)，使附著于吸附管道4上的磁性顆粒容易懸浮于水中，提高回收效果。
在收集器入水口13處，安裝容易拆卸的接口，收集器12可卸下后更換。上述幾個(gè)入水口和出水口均可設(shè)閥門7控制其開(kāi)關(guān)。
本實(shí)用新型的流體中磁性納米顆粒的回收裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)置，使該裝置可在溶液流動(dòng)條件下、將納米復(fù)合磁性催化劑顆粒從溶液中實(shí)現(xiàn)分離和回收，并且操作簡(jiǎn)便，回收效率高。
本實(shí)用新型的回收裝置實(shí)現(xiàn)磁性顆粒從溶液中分離和進(jìn)行回收的原理是；將溶液從入水口 6泵入蓄水容器14中，然后分流至數(shù)個(gè)直徑較小的軟磁性鐵合金吸附管道4中，并通過(guò)可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置5在吸附管道4外側(cè)加磁場(chǎng)，利用外磁場(chǎng)的有效作用，將溶液中磁性顆粒從溶液吸引至鐵合金管壁并在磁力作用下吸附在管壁上，實(shí)現(xiàn)將流動(dòng)液體中的磁性顆粒分離出來(lái)并吸附于鐵合金管壁上。而流體流過(guò)后通過(guò)上排水口2排出。當(dāng)將流體排出后，或終止排放液體后，通過(guò)上清水入口l充入干凈的水溶液，去除電磁場(chǎng)，讓吸附于吸附管道管壁上的磁性顆粒落入水溶液中，然后將水溶液排入磁性顆粒收集器12中，利用收集器12底部的電磁鐵10外加磁場(chǎng)，使磁性顆粒沉淀于容器的底部。以便隨時(shí)取出顆粒清洗和再利用。
以下述實(shí)驗(yàn)為例，說(shuō)明本實(shí)用新型的回收裝置的使用方法和效果本實(shí)施例中，可將磁性物質(zhì)吸附于內(nèi)壁的吸附管道4選擇一根(選擇多于一根時(shí)由于處理量增大，處理效率增大)，管道直徑分別選取15mm、 25mm、 30mm、40mm、 50mm、 60mm;而蓄水容器4的水平截面積要明顯大于管道總水平截面積，并保證管道4的安裝方便；采用釹鐵硼永磁體提供磁場(chǎng)，磁鐵塊約50 60mm長(zhǎng)，讓含有納米磁性顆粒的水溶液在管道4中流過(guò)，流速設(shè)為0.2 2.5m/s。
本實(shí)施例中處理含有磁性顆粒的流體為含納米Ti02復(fù)合磁性顆粒(Ti02/Si02/Fe304磁性納米粒子，顆粒尺寸約24nm)濃度分別為0.500g/L、 0.333g/L、 0.830g/L、0.040g/L、 0.020g/L的液體，含F(xiàn)e304磁性納米顆粒(顆粒尺寸約為llnm)濃度分別為0.500g/L、 0.333g/L、 0.830g/L、 0.040g/L、 0.020g/L的液體。
具體操作步驟如下所述
1)打開(kāi)回收裝置上排水口2處的閥門，關(guān)斷全部清水入口 (上清水入口 1、下
清水入口 8)處的閥門、下排水口 9處的閥門、收集器入水口 13和排水口 11處的閥門。
2) 接通電磁場(chǎng)電源，啟動(dòng)電磁場(chǎng)5 (實(shí)驗(yàn)中采用2塊釹鐵硼永磁體提供磁場(chǎng)， 磁鐵塊尺寸為50 60x30x8mm)。
3) 打開(kāi)含納米磁性顆粒、或納米Ti02復(fù)合磁性顆粒的水溶液入水口 6處的閥 門。分別將上述納米磁性顆粒的水溶液泵入，含納米顆粒的水溶液在充滿裝置下部 的蓄水容器14后將流入各軟磁性鐵合金吸附管道4，并在磁場(chǎng)作用下，使納米磁性 顆粒吸附于軟磁性鐵合金水吸附管道4的內(nèi)壁上，水溶液則繼續(xù)沿鐵合金吸附管道4 流入上部的排水容器3中，從上排水口 2排出。
4) 關(guān)斷入水口6處的閥門，然后打開(kāi)下清水入水口 8處的閥門，殘留水溶液繼 續(xù)排出。當(dāng)排放出全部原殘留水溶液后，關(guān)斷下清水入水口8處的閥門。同時(shí)關(guān)斷 上排水口 2處的閥門。
5) 打開(kāi)下排水口9處的閥門，排出吸附管道4中的余水。
6) 關(guān)斷下排水口 9處的閥門，關(guān)斷電磁場(chǎng)5的電源，打開(kāi)上清水入口 1處的閩門。
7) 在水溶液充滿吸附管道4后，關(guān)斷上清水入口 1處的閥門，啟動(dòng)攪拌器15， 進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使附著在吸附管?內(nèi)壁上的殘留納米磁性光顆粒落入水溶液中。
8) 打開(kāi)收集器入水口 13處的閥門，讓含有納米Ti02復(fù)合磁性光催化劑顆粒的 水溶液流入收集器12中。
9) 啟動(dòng)收集器底部電磁場(chǎng)10，促進(jìn)納米TK)2復(fù)合磁性光催化劑顆粒沉淀。在 蓄水容器14中溶液全部流入收集器后，關(guān)閉攪拌器15，關(guān)斷收集器入水口13處的 閥門。
10) 待納米磁性顆?；境恋砗螅纱蜷_(kāi)收集器的排水口 ll處的閥門，將收集 器中大部分水溶液排出。
11) 關(guān)閉收集器的排水口 11處的閥門，可將收集器中的納米磁性顆粒集中處理 和收集待用。在收集器入水口 13處，安裝有容易拆卸的接口，收集器可卸下后更換。 實(shí)驗(yàn)中將磁性顆粒進(jìn)行脫水、干燥，并測(cè)量質(zhì)量，計(jì)算收集率。
上述實(shí)驗(yàn)分別對(duì)吸附管道直徑為15mm、 25mm、 30mm、 40mm、 50mm或60mm 的六種上述回收裝置進(jìn)行了上述含F(xiàn)e304磁性納米顆粒(顆粒尺寸約為llnm)、或 納米Ti02復(fù)合磁性顆粒(Ti02/SKVFe304磁性納米粒子，顆粒尺寸約24nm)水溶 液的分離與回收，水溶液中納米磁性顆粒的濃度分別為0.500g/L、0.333g/L、0.830g/L、 0.040g/L、 0.020g/L，結(jié)果表明，在鐵合金管道直徑為15 60mm時(shí)，收集率均達(dá)到 76%以上，液體中殘留量小于原待處理液體中磁性顆粒投放總量的5%。
權(quán)利要求1、一種流體中磁性顆粒的回收裝置包括一流體中磁性顆粒分離與吸附裝置，包括用于吸附分離磁性物質(zhì)的吸附管道(4)、蓄水容器(14)和排水容器(3)；所述吸附管道(4)的外部設(shè)有可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置(5)，所述吸附管道(4)的下端與所述蓄水容器(14)的頂部連通；所述吸附管道(4)的上端與所述排水容器(3)的底部連通；所述排水容器(3)的頂部設(shè)有上清水入口(1)和上排水口(2)；所述蓄水容器(14)設(shè)有入水口(6)、下清水入口(8)和下排水口(9)；一磁性納米顆粒收集裝置，包括收集器(12)和設(shè)于所述收集器(12)底部的可產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置(10)；所述收集器(12)設(shè)有收集器入水口(13)和收集器排水口(11)；所述蓄水容器(14)的底部與所述收集器(12)的收集器入水口(13)通過(guò)管道連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述吸附管道(4)為由至少l根管道組成的一組管道。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述吸附管道(4)的材料為軟磁性鐵合金。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述收集器(12)的容積大于蓄水容器(14)和吸附管道(4)的總?cè)莘e。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述蓄水容器(14)的容積大于所述吸附管道(4)的容積總和，所述蓄水容器(14)截面積大于所述吸附管道(4)的截面積總和。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述吸附管道(4)的直徑為15-60mm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述蓄水容器(14)中還設(shè)有攪拌器(15)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種流體中磁性顆粒的回收裝置。該回收裝置包括磁性顆粒吸附裝置和磁性顆粒收集裝置；磁性顆粒吸附裝置包括一組可將磁性物質(zhì)吸附于內(nèi)壁的吸附管道，頂部與所述吸附管道下端連通的蓄水容器，和底部與所述管道上端連通的排水容器；所述排水容器的頂部設(shè)有上清水入口和上排水口；所述蓄水容器設(shè)有入水口、下清水入口和下排水口；磁性顆粒收集裝置，包括收集器和設(shè)于所述收集器底部的電磁鐵；所述收集器設(shè)有收集器入水口和收集器排水口；所述蓄水容器的底部與所述收集器的收集器入水口通過(guò)管道連接。本實(shí)用新型，可在溶液流動(dòng)條件下、將微米級(jí)、納米級(jí)復(fù)合磁性催化劑顆粒從溶液中實(shí)現(xiàn)分離和回收，并且操作簡(jiǎn)便，回收效率高。
文檔編號(hào)B03C1/02GK201308860SQ20082012314
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者姚可夫, 理 張, 振 彭, 王春升 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司;中海石油研究中心