環(huán)境功能材料

環(huán)境功能材料第一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一簡介磁性材料：古老而用途十分廣泛的功能材料，而物質(zhì)的磁性早在3000年以前就被人們所認識和應用，例如中國古代用天然磁鐵作為指南針。現(xiàn)代磁性材料已經(jīng)廣泛的用在我們的生活之中，例如將永磁材料用作馬達，應用于變壓器中的鐵心材料，作為存儲器使用的磁光盤，計算機用磁記錄軟盤等。且隨著人們對環(huán)境保護的重視，磁性材料在節(jié)能環(huán)保方面也有很多應用。第二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一分類磁性是物質(zhì)的一種基本屬性。物質(zhì)按照其內(nèi)部結構及其在外磁場中的性狀分類：當有外磁場作用時，原子磁矩有沿磁場方向取向的趨勢，從而呈現(xiàn)出正的磁化率。軌道電子加速運動引起的磁通與外磁場變化相反，使磁化率是負的。兩個磁性原子成反平行耦合，反鐵磁的自旋排列導致一個自旋未能完全抵消的自發(fā)磁化強度。近鄰自旋反平行排列，它們的磁矩因而相互抵消。本身具有磁矩，材料中的磁矩都顯示出比較強的有序排列，從而具有永磁性。亞鐵磁性物質(zhì)反鐵磁性物質(zhì)鐵磁性物質(zhì)順磁性物質(zhì)抗磁性物質(zhì)物質(zhì)第三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一分類按使用分類：磁性材料軟磁材料永磁材料功能磁性材料磁致伸縮材料磁記錄材料磁電阻材料磁泡材料磁性納米材料旋磁材料磁性薄膜材料第四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一節(jié)約能源中的應用節(jié)能磁性汽車部件節(jié)能電氣設備節(jié)能磁性軸承節(jié)能永磁電機磁流體發(fā)電技術第五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一節(jié)能磁性汽車部件2000kg1250kg～1350kg第六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一節(jié)能磁性汽車部件因此，對現(xiàn)代汽車部件來說，尺寸、重量和性能之間的協(xié)調(diào)至關重要。而采用高性能的磁性材料可以滿足此種要求。如把汽車中的電機（數(shù)十個之多）改成永磁電機，重量可減輕40％～70％，效率提高50％以上，還可節(jié)約銅材、節(jié)電。此外，汽車中還大量使用了磁化節(jié)油器、減煙器、強力磁化器、磁性傳感器等多種節(jié)能產(chǎn)品，效果均非常明顯。第七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一節(jié)能電氣設備電磁開關電磁閥第八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一節(jié)能電氣設備這些電磁開關和電磁閥，以前都用電磁鐵，工作中要一直通電，因此耗電很多，若把其中的電磁鐵換成永磁體，只要在接通和斷開的瞬間通入一個脈沖電流即能完成，可節(jié)電90％以上。由于電氣設備中使用的電磁開關與電磁閥數(shù)量很多，所以采用永磁體的節(jié)能效果甚為可觀。第九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一節(jié)能電氣設備鋼鐵廠、造船廠經(jīng)常提升和運送鋼鐵料塊及鋼板，以前都用電磁鐵，耗電過多。把電磁鐵改成永磁體，只在吸物的瞬間通入一個脈沖大電流使磁體永磁，在卸物的瞬間再通入一個交變的逐漸衰減的電流使磁鐵退磁，被吸物就能落到規(guī)定地點。整個提升和運輸過程不用通電，這樣不僅節(jié)電，還能避免電磁鐵在停電與斷電時運輸物摔下，造成事故。第十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一節(jié)能磁性軸承

任何機械裝置的運動部件，由于相對運動，無一不產(chǎn)生摩擦，造成能量浪費。一種利用磁懸浮原理制成的新型無摩擦性軸承付諸實用。它的出現(xiàn)結束了軸承產(chǎn)品不能機電一體化的說法，這是軸承產(chǎn)品的升級換代。其用途相當廣泛，尤其對離心式氣體壓縮機和高速渦輪機，效果更明顯。磁性軸承的能耗僅為傳統(tǒng)軸承的1/100～1/10。第十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一節(jié)能永磁電機

高性能永磁用于電機的開發(fā)，是電機領域的一場深刻的革命。除了能縮小體積、降低重量、提高效率外，永磁電機還有很好的節(jié)能效果。國外的一些專家在技術和經(jīng)濟上早就作過仔細驗證，指出永磁同步電機取代勵磁電機不僅可行，而且十分必要，二者之間的制造費用差額可在2年內(nèi)從節(jié)約的能源費用中收回。第十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一磁流體發(fā)電技術磁流體發(fā)電技術，就是用燃料（石油、天然氣、燃煤、核能等）直接加熱成易于電離的氣體，使之在2000℃的高溫下電離成導電的離子流，然后讓其在磁場中高速流動時，切割磁力線，產(chǎn)生感應電動勢，即由熱能直接轉(zhuǎn)換成電流，其燃料利用率得到顯著提高，這種技術也稱為"等離子體發(fā)電技術"。

第十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一磁流體發(fā)電技術

傳統(tǒng)的火力、水力和原子能發(fā)電，效率僅為30％～40％，采用磁流體發(fā)電，效率可提高50％左右，它是一種新型的熱能直接發(fā)電方式。如一個10萬千瓦的磁流體發(fā)電廠，年節(jié)約煤可達100萬噸。磁流體發(fā)電無高速轉(zhuǎn)動部件，從點火到滿負荷運轉(zhuǎn)只需幾十秒，造價僅為火力發(fā)電廠的1/4，這是一般發(fā)電系統(tǒng)無法比擬的。燃料化學能燃料化學能電能燃料化學能煙氣熱能燃料化學能燃料化學能機械動能燃料化學能煙氣熱能燃料化學能發(fā)電機轉(zhuǎn)子動能電能第十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一環(huán)境保護中的應用

大氣環(huán)境污染中的作用水環(huán)境污染中的作用環(huán)境監(jiān)測中的應用第十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一大氣環(huán)境污染中的作用工業(yè)生產(chǎn)的能源有90％來自于煤、石油和天然氣，使用這些能源燃料必然會帶來大量的廢氣。而磁性節(jié)能技術的廣泛應用和普及，將在一定程度上控制和緩解工業(yè)廢氣對大氣的污染。如用高梯度磁分離可有效除去煤粉、煤漿中的硫化物，大量減少SO2氣體的排放量，脫硫率達80％～95％，分離后的灰末可除去30％～70％，煤的回收率為85％～90％。第十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一大氣環(huán)境污染中的作用磁化節(jié)油減煙器或燃油增能器用于以油、氣為燃料的燃燒設備中，燃料在燃燒前進行磁化，促使油、氣分子鏈斷裂，讓其充分燃燒，提高燃燒效率，省油省氣達10％左右。而且燃燒室溫度升高，發(fā)動機（引擎）出力增加，可以防止積垢，并將CO、NO等有害物的排放量降低25％～65％,減煙率達50％以上。第十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一大氣環(huán)境污染中的作用一些家用電器因采用磁性材料抑制了環(huán)境污染而獲得制造商及消費者的青睞。如利用“絕熱去磁”即當給一種磁性材料施加磁場時就發(fā)熱、去掉磁場就冷卻，全新原理工作的磁冰箱、磁空調(diào)、磁冷凍室，無振動噪聲和氟里昂，可保護臭氧層。

第十八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一水環(huán)境污染中的作用磁納米顆粒為一種處于納米級(1~100nm)的磁性材料(Fe的氧化物為主)。因其處于納米量級，

具備以下特性：1.量子尺寸效應2.表面效應3.小尺寸效應4.宏觀量子隧道效應第十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一水環(huán)境污染中的作用金屬Fe、Co、Ni等納米粒子。金屬氧化物Fe3O4、γ-Fe2O3、Co3O4、Mn3O4。各種鐵氧體（CoFe2O4、BaFe12O19等）納米粒子。金屬合金Nd（銣）-Fe-B、Fe-M-B、Fe-M-C、Fe-M-N、Fe-M-O（M為Zr（鋯）、Hf（鉿）、Nb（鈮）、Ta（鉭）、V（釩）等）等納米粒子。第二十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一水環(huán)境污染中的作用第二十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一水環(huán)境污染中的作用磁納米顆粒的制備方法：制備方法共沉淀法溶膠-凝膠法水熱法微乳液法第二十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一水環(huán)境污染中的作用共沉淀法是制備鐵氧體磁性顆粒的最為經(jīng)典的方法之一，其原理是使二價和三價的鐵離子在水溶液中同時水解來實現(xiàn)磁性Fe3O4納米粒子的制備，在實際制備過程中可以采用以下三種反應方式。1只以Fe2＋為鐵源的反應原料，同時采用加入不同種類的氧化劑使Fe2＋水解的同時部分氧化成Fe3＋，最后得到磁性Fe3O4納米粒子。2以Fe3＋為原料，在Fe3＋水解反應過程中，同時采用加入還原劑使Fe3＋水解的同時部分還原成Fe2＋，最終得到Fe3O4磁性納米粒子。3同時使二價鐵離子和三價鐵離子按一定比例混和后共同水解來制備Fe3O4磁性納米粒子。第二十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一水環(huán)境污染中的作用溶膠-凝膠法是指通過水解和聚合反應將磁性前驅(qū)體和無機物質(zhì)聚合，聚合后通過改變溫度等方法制備磁性納米顆粒的一種方法。該方法有兩個特點：一是反應一般在常溫下聚合，二是通過加熱等方法改變物相得到磁性物質(zhì)。影響該反應主要因素為溶劑類型、溫度、鐵鹽濃度等。第二十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一水環(huán)境污染中的作用水熱法是高溫、高壓下在水(水溶液)或蒸氣等流體中進行有關化學反應的總稱。原理：高溫、高壓下一些氫氧化物在水中的溶解度大于對應的氧化物在水中的溶解度，于是氫氧化物溶于水，同時析出氧化物；也可將制備好的氫氧化物通過化學反應(如水解反應)在高溫、高壓下生成氧化物。第二十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一水環(huán)境污染中的作用微乳液是兩種不互溶液體形成的熱力學穩(wěn)定、各向同性的分散體系，是表面活性劑分子在油／水界面形成的有序組合體。此方法是將有序組合體作為納米粒子形成的場所，來制備磁性納米粒子的。第二十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一水環(huán)境污染中的作用工業(yè)廢水處理催化靶向藥物核酸分離和純化固定化酶蛋白質(zhì)分離與純化細胞分離磁性納米材料應用第二十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一水環(huán)境污染中的作用工廠、礦山、冶金企業(yè)等排出的廢水含有鉛、鉻、鎘、汞、鋁、砷、鐵等有害物質(zhì)。實踐證明，應用鐵氧體合成法（共沉淀法）可以處理這些污水。如在含重金屬離子的酸性廢水中加入硫酸亞鐵水溶液，再加入堿中和，通空氣氧化，便沉積出0.1μm～10μm粒子的強磁性Fe3O4和含其它金屬的鐵氧體；如果廢水中有錳、鋅等離子，就沉淀出錳鐵氧體、鋅鐵氧體等。第二十八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一水環(huán)境污染中的作用而要除去鉛、鉻、汞等重金屬，需先加大量的硫酸亞鐵，沉淀出大量的Fe3O4，這些重金屬離子就被吸附在Fe3O4上，再用磁分離技術把它們與Fe3O4分開。而水中含的硅、鋁雜質(zhì)會阻止鐵氧體生成，故須先用脫硅中和工藝除去。第二十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一水環(huán)境污染中的作用此方法的特點：日處理量大，處理后的水可再利用；可使廢水中的很多重金屬生成鐵氧體，鐵氧體極穩(wěn)定，不會再溶于水，重金屬被吸附在鐵氧體上；鐵氧體有磁性，可用磁分離技術將其分開；回收的鐵氧體與樹脂、橡膠等高分子化合物混合又能制成振動衰減大的復合防振材料，用于船舶引擎室、大型機械設備、顯微鏡、打印機等的除振防噪，從而在環(huán)境保護中發(fā)揮一系列的重要作用。第三十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期一環(huán)境監(jiān)測中的應用礦井瓦斯的監(jiān)測、報警，對于礦井的開發(fā)和人身安全極為重要。采用鐵氧體軟磁制作成的一氧化碳磁傳感器，其電感（或電阻）值的變化幾乎能線性地反映出井下一氧化碳的濃度，從而可方便地達到監(jiān)測和報警之目的。