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高梯度磁分离技术在重金属废水处理中的应用及前景 李路远1,2、陈扬2*、刘俐媛2、贾保军2、冯钦忠2、阿热依古丽2、吴晓霞1,2 华北电力大学,环境科学与工程学院，河北，保定 071000；2. 中国科学院高能物理研究所北京 100049；） HGMS与其他普通磁分离 技术相比，能大规模、快速地分离磁性微粒，解决了普通磁分离技术难以解决的许多问题，但是随着处理量的增加，分离器的成本与耗电量也显著增加， 而且，若超过一定流速， HGMS的分离能力就要下降。超导磁分离器可克服上述缺陷，其磁场强度可达14 T，由于超导体在临界温度以下无电阻。因此，运行时耗电极低，能在较大的空间范围内提供强磁场及高梯度磁场，因而可提高处理量，且具有投资小、占地少、处理周期短、处理效果好等优点，是未来极具潜在应用价值的技术。 采用超导磁体分离矿石、煤、高岭土等固体物质中磁性杂质，在国内外已得到广泛应用，但废水分离净化中尚少采用。近年采用超导磁分离技术分离净化钢厂、铝厂等废水中磁性金属杂质颗粒，分离效果明显，但还局限在分离废水中磁性金属污染物。对于废水中的重金属离子等污染物，由于这些污染物本身没有磁性，靠磁场产生的磁吸引力无法分离，必须预先加入磁种(经过表面有机改性的铁磁性粒子),使本身无磁性的有害物质通过氢键、范德瓦尔斯力与经表面官能团修饰的磁种絮接, 才能实现超导磁分离净化污水。普通电磁体因磁场强度太低，只有1T左右，分离效果不明显，因而在污水处理领域一直未得到应用。超导高梯度磁分离技术的发展极大扩展了磁分离在水处理领域的应用，使利用磁分离净化废水中如重金属一类无磁性污染物成为研究热点。 实现重金属废水磁分离包含两方面工作，一是超导磁体，二是磁种。超导磁体制备已是非常成熟的技术，可以方便地从商业产品得到。磁分离关键问题是如何制备高品质的磁种。 王宏[8] 等在开展超导高梯度磁分离处理造纸厂污水的研究过程中，采用了等离子体聚合改性技术在传统Fe3O4磁种表面沉积有机物, 使其成为了带电极性磁种。成功研制出表面聚合沉积丙稀酸( Acrylic Acid，简称AA)、吡咯( Pyrrole)薄膜等氧化锌(ZnO)纳米颗粒，当污水与磁种混合搅拌时, 磁种可与污水中可溶性离子、无机盐等有害成分极性链接, 使之在通过高梯度超导磁分离设备时能较好地实现分离。该纳米颗粒聚合覆膜等离子体反应装置如图1所示。 图1 纳米颗粒聚合覆膜等离子体反应装置 图2 覆有AA 膜的ZnO纳米颗粒的离子交换示意图 此研究还表明覆有AA膜的ZnO纳米颗粒可用于离子交换，由于ZnO纳米颗粒极大的比表面积，其效率比其它传统类型要高，在与废水中的重金属离子交换效果良好。覆有AA膜的ZnO纳米颗粒的离子交换示意图见图2。 3 技术特点及展望 将高梯度磁分离技术应用在废水处理，尤其是处理废水中弱磁性及无磁性污染物，是近年来新兴的科研方向。超导高梯度磁分离法与传统的化学法、生物法以及普通电磁体磁分离不同，不仅具有投资小、占地少、处理周期短、处理效果好等优点，还可达到普通电磁体3倍以上的磁场强度，从而提高磁分离能力，是未来极具潜在应用价值的技术，且整个系统紧凑，可以灵活运输，特别适合中小型企业的污水处理。 超导高梯度磁分离用于分离污水中非磁性污染物尚停留在研究阶段，尤其是开展超导高梯度磁分离处理重金属废水的研究才刚刚开始。超导高梯度磁分离用于重金属废水处理还存在很多关键技术需要深入研究和突破，如磁种的表面改性、磁种与废水中金属离子的相互作用规律、磁种与污染物结合强度的有效控制、捕捉率、磁种的回收工艺、磁过滤器的设计与优化等，这些问题都影响了超导高梯度磁分离处理重金属废水的应用，是迫切需要深入研究的内容。 参考文献 [1]傅贤书，李东亮，黄琼玉，等．天然磁黄铁矿在重金属废水处理中的应用[J]．环境化学，1991，5(10)：63-70． [2]赵谨等．天然磁铁矿处理含Hg（Ⅱ）废水实验研究[J]．岩石矿物学杂志，2001(1)：449～454． [3]舒浩华，王艳红，孙津生，白明，等．趋磁性细菌一磁场处理含镍废水的研究[J]．离子交换与吸附，2005(8)：9-16． [4]沈晓鲤等．高梯度分离处理重金属废水的应用—电镀镍废水中间试验[J]．环境科学与技术，1988(1)：37～4O． [5]Takeda S，Furuyoshi Tad I，et a1．Separation of lgae with magnetic iron oxide particles using superconducting high gradient magnetic field[J]．Chem Soe o