超导磁分离污水处理技术中磁种材料在强磁场下的动力学研究

超导磁分离技术以往多用于在分离矿物、煤、炼钢废水中铁磁性杂质。用于分离污水中无磁性污染物(有机物、重金属离子等)比较复杂，关键在于预先投入污水中的磁种颗粒如何与污染物形成絮团，以及絮团在微弱电场/磁场、超导强磁场、流场中作用机制如何。..本项目将围绕超导磁分离污水处理技术中涉及到的超导磁体及磁种颗粒与污水中无磁性污染物絮凝机制问题进行系统研究。重点放在磁种颗粒表面改性后与污水中有机/无机污染物的电磁相互作用规律和絮凝微观机制，以及这种复合功能磁种在多场下（磁场、微电场、流场）的运动行为，从而为设计合适的超导磁体系统和磁种材料打基础。通过实验检验经超导磁分离处理污水的COD(化学需氧量)、氨氮等指标，验证磁分离效果，为进一步优化超导磁分离污水处理技术积累数据。

首先进行了功能性磁种材料的制备与表征及其水处理性能研究. 利用共沉淀法, 雾化合成法, 表面生长法等技术, 使Fe3O4与活性炭, 聚合氯化铝, 羟磷灰石等材料复合, 制得了磁性活性炭, 磁性聚合氯化铝, 磁性羟磷灰石等几种磁种材料. 对于磁性羟基磷灰石磁种, 在SEM, TEM下观察到了四氧化三铁表面羟基磷灰石层的存在, 并利用XRD观察到了样品中羟基磷灰石的特征峰; 利用VSM测定了其磁响应能力; 采用BET测出其对铅, 钇, 铕, 锑等金属离子均有较好的吸附能力. .对磁性颗粒在水中受到的磁场力进行了分析, 以此为依据， 首先设计了实验室级别的小型磁分离平台, 进行了初步的水处理实验; 并进一步设计了污水连续处理系统, 设计处理能力为500吨/日, 占地面积约5平方米, 耗电量小于20千瓦. 包括超导磁体, 供电系统, 制冷机, 压缩机, 真空泵等部件在内的整套系统可以集成到一辆小型货车上, 成为移动式磁分离水处理示范车. 此系统已完成加工, 并成功进行了染料废水处理实验. .在研究过程中, 还同时设计了利用GPU加速的超导磁体磁场分布计算程序, 以及多相同步整流式超导电源, 高斯计, 毫欧计, 低温温度计, 应变位移计等设备. .项目执行过程中, 共发表国际期刊论文7篇, 国际会议论文4篇, 申请专利4项. 毕业硕士研究生1名, 博士研究生3名.