多功能磁悬浮滤料研制及磁悬浮过滤机理研究

目的是研制具有强吸附性、易于磁悬浮和反冲洗再生、具有超顺磁性的微污染水净化多功能滤料；同时，获取滤料在磁悬浮状态下进行过滤的机理，以开发具有磁悬浮过滤的磁分离反应器，为超导技术在该工艺上的应用提供理论依据和技术支持。. 研究首先针对磁性颗粒，设计多点蒸发源、采用磁搅拌装置搅拌，能够多功能团修饰、均匀镀膜的小型真空烝镀设备。再以4种粒径Fe3O4颗粒为磁核，选用MnO2、Zr、油酸钠、丙烯酸钠进行真空烝镀改性，研制多功能滤料。然后，构建具有匀梯度磁场的反应器，用粒子速度场仪（PIV）全流场检测磁悬浮层中粒子的动态场，研究磁悬浮过滤形成"磁膜"过滤的条件和数学模型，以开发适于中水回收利用的磁分离工艺。

项目研究的目的是构建一种动态的磁膜（磁悬浮过滤），能够“磁聚成膜过滤，磁散成沙反冲洗再生”，并研究其过滤机理。.为此，项目主要从两个方面进行研究：.第一，多功能磁悬浮颗粒（磁膜单元颗粒）的研制.研究分别以Fe3O4（化学制备）和磁铁粉为内核，研制油酸钠、丙烯酸钠、二氧化锰和二氧化锆表面包覆改性的磁性颗粒。能够得到具有球体骨架、表面多孔，对水体中的目标污染物具有一定的吸附能力，在交变磁场中具有一定的磁响应能力的磁性颗粒。.利用磁性粉体颗粒对交变磁场的响应，研发一种对磁性粉体颗粒进行真空镀膜的装置。从而可以使得磁性粉体颗粒在真空环境中进行均匀真空镀膜。对于磁铁粉采用化学方法表面包覆比较困难，可采用该方法进行表面改性镀膜。从而推动磁膜过滤工艺的进一步工业化应用。.第二，磁膜过滤（磁悬浮过滤）机理的研究.利用表面改性的磁性颗粒，添加外部的交变磁场，构建微污染水体处理的磁膜过滤（磁悬浮过滤），考察其对建筑灰水的处理效果及相对于普通过滤的优劣。试验证明磁膜过滤对建筑灰水的目标污染物具有一定的去除效果，其对目标污染物的去除能力高于普通过滤。.结合PIV观测，相对于普通过滤，发现磁膜过滤后的水流速度均衡，絮凝体较少，表明磁膜形成的过滤孔道比较均匀，污染物通过磁膜孔道的运行轨迹一致，不宜形成堵塞。气—水反冲洗初期，有大量示踪粒子出现，表明磁膜具有较好的拦截功能。气—水反冲洗时会伴随大漩涡的产生和消失，最后形成均衡的小漩涡，有利于磁膜的反冲洗再生。.总之，磁膜过滤工艺具有比普通过滤较好的优越性，具有工业化应用的趋势。项目研发出一种用于微污染水体处理的自动化磁膜过滤装置。.磁膜过滤工业化进程需要解决的问题：.（1）降低磁核的造价，提高磁核的磁性.化学制备的Fe3O4颗粒，造价昂贵，且颗粒的大小受到一定的限制，从而造成颗粒的磁性不足。因而项目研究提出采用磁铁粉代替化学制备的四氧化三铁为磁核。其造价经济，粒径可控，可以具有较高磁响应能力。.（2）提高磁核（磁铁粉）表面包覆改性的效果，寻找具有较好吸附—解吸附能力的材料作为表面包覆材料，结合高新技术对磁核表面进行改性。.（3）丰富磁膜构建中磁场的介入方式，延伸磁膜过滤和其他水处理工艺的组合。