磁核的选取制备

一、磁核的作用

利用磁分离技术处理污水，其前提是污水中的颗粒需具有一定的磁性。而实际上除了钢铁行业废水外，鲜有哪种污水是含有磁性物质的。因此通常需要对于非磁性或弱磁性污染物污水投加磁核，然后利用絮凝技术使非磁性污染物与磁核结合在一起，然后单独利用磁分离技术或絮凝沉降联合高梯度磁分离技术分离净化废水。这类技术被人们称为“磁核絮凝”或者“磁加载磁分离”技术。

下图是一种常见的此类废水的处理工艺（CoMagTM）流程，运用了HGMS技术。因为HGMS装置需要反洗，负荷不能过重，否则反洗频繁，故在前面设置澄清池，工艺实为磁粉加载絮凝沉降，磁核起的作用大部分是加速澄清的“配重”作用以及方便磁鼓回收的“磁核”作用。

二、磁核的选取

磁核材料选取的最基本要求：1具有较强的磁性。2利用磁场作用易于回收重复利用。根据以上基本条件我们直接可以选择常见的Fe粉，Fe2O3，Fe 3 O 4及其铁和铁的氧化物的复合材料。当然我们还可以选择能够直接或者间接产生磁性的钴镍等过渡金属及其合金。不过从技术经济性角度上考虑，通常的磁性材料偏向于铁，铁氧化物及其相应的复合物，因为钴镍及其相应合金价格远高于铁及其铁氧化物的价格。

除了经济性方面的因素，我们还要考虑磁材料的吸附性能因素。如果我们的磁性材料价格优廉，并能很好地吸附我们所要去除的污染物。这样子，我们就可以通过磁场作用，加快污染物的沉淀速度，提高设备的沉降性能，从而提高污水处理的生产能力。最后还需要考虑的是就是我们所选取的磁性材料易于回收利用，使磁性材料的利用率尽量接近最大值，使企业的生产效益达到更高水平。

也有很多选用纳米类磁性物质作为磁核的。这些纳米磁性材料由于它们的尺寸已经接近电子的相干长度，且都有高比表面积，因此其所表现出来的特性（例如熔点、磁性、光学和导热等）往往和该物质的宏观整体状态下的性质有巨大差异，如有别于常规磁性材料的理化特性（例如超顺磁，高吸附能力）。就如氧化铁类纳米微粒由于具有磁性可控、低毒性和高比表面积等优点，在水处理方面具有天然优势。再如纳米零价铁微粒在处理氯化有机物，聚氯联苯、无机非金属离子，重金属离子等污染物时表现出良好的处理效果 。

但是，现阶段纳米磁性材料技术存在着许多亟待解决的问题。例如大规模工程化应用中的磁核回收问题，相对于实验室级别的回收技术而言，大规模工业回收技术发展还不成熟，因此限制了该技术的大规模应用。此外，普通的纳米磁性材料对单一废水的处理效果较好，但在处理多组分高浓度废水时，会遇到处理效果不理想，处理结果不稳定的现象，因此开发更高效的适用范围更为广泛的复合纳米磁性材料将会是日后研究的重点之一。

三、磁核与去除物的吸附

在目前运用的磁分离水体净化技术中，磁性材料和去除物的吸附基本上采用混凝技术来实现（也有少数是通过添加具有絮凝功能的特异性磁核，通过磁核表面的特异性基团实现絮凝，来实现该吸附结合过程。）。基本操作就是通过对每个项目处理的水体进行相关最佳混凝条件的控制，使磁核和混凝剂能够在投入到废水中后，较快较高效地进行磁性接种与混凝反应，并且形成较稳定的磁性絮体，该反应的主要机理也就是混凝机理，主要有电中合作用，吸附架桥作用，压缩双电层作用。

（1）电中和作用

电中和作用，是指混凝剂在水中形成带正电的胶粒，它能和水中带负电的胶粒相互吸引从而使彼此的电性中和而凝聚。

（2）吸附架桥作用

一些呈线型结构的高分子混凝剂，以及金属盐类混凝剂在水中形成线型高聚物后，均能强烈吸附胶体微粒。当吸附的微粒增多时，上述线型分子会弯曲变形和成网。从而起到桥梁的作用，使微粒间的距离缩短而相互粘结，逐渐形成粗大的絮凝体。这种作用称吸附架桥作用。

（3）压缩双电层作用

水中粘土胶团含有吸附层和扩散层，合称双电层。双电层中正离子浓度由内向外逐渐降低，最后与水中的正离子浓度人致相等。因此双电层有一定的厚度。如向水中加入电解质，其正离子就会挤入扩散层而使之变薄；进而挤入吸附层，使胶核表面的负电性降低。这种作用称压缩双电层。当双电层被压缩，颗粒间的静电斥能就会降低。当降至小于颗粒布朗运动的动能时，颗粒相互吸附凝聚。凝聚颗粒在水的紊流中彼此碰撞吸附，形成絮凝体(亦称绒体或矾花)。絮凝体具有强大吸附力，不仅能吸附悬浮物，还能吸附部分细菌和溶解性物质。絮凝体通过吸附，体积增大而下沉。

磁粉成核的混凝机理主要是电中和作用，电中和作用与另外两种截然不同，这一作用实际上也可以看成是动电吸引作用，它主要取决于固体粒子与成核粒子本身的表面性质，主要包括沉降性能以及表面电荷情况。

目前也有不是直接通过投加磁核和混凝剂来实现磁性材料与去除物的结合的工艺。而是采用专门研制的一种专门负载微生物用的磁核，也即磁性生物载体。该方式类似于污水生物处理中应用的生物膜技术。磁核的作用就等同于生物滤池中的滤料，用于微生物生长栖息，接着通过微生物的生命活动形成具有较强的吸附和生物降解性能的结构。所以这种磁性生物载体具有普通生物膜法中载体的性能，如多孔、吸附性能与生物挂膜性能优良、耐冲刷、对生物无毒性、比重略大于1，易于曝气形成流化态，同时还具有顺磁性，易于磁分离。使用磁性生物载体的比直接使用磁粉的，其生化处理效果更好。