Методика пондеромоторного контроля магнитной восприимчивости дисперсных образцов и частиц железосодержащих сорбентов

Для повышения результативности применения порошковых магнитных сорбентов в технологии очистки сточных вод, когда одной из ключевых стадий этой технологии является оперативное выделение отработанного сорбента магнитной сепарацией, требуется контроль магнитной восприимчивости χ частиц таких сорбентов. Анализируется методология ее определения, основанная на получении экспериментальной зависимости магнитной восприимчивости дисперсного образца  от объемной доли γ в нем контролируемых частиц, где идентифицируемый линейный начальный участок этой зависимости (ограничиваемый критериальным значением γ = [γ]) свидетельствует о практическом отсутствии магнитного взаимодействия частиц. Тогда при γ ≤ [γ] значения χ определяются как χ =  /γ. Пондеромоторным методом с использованием модернизированного магнетометра с полюсами сферической формы для создания требуемой зоны стабильной неоднородности поля получена зависимость  от γ для магнитного сорбента (углеродного, с включениями магнетита и маггемита) и установлено значение [γ]. По величине  из ее линейного участка, до критериального значения [γ], определена магнитная восприимчивость χ частицы в поле напряженностью H = 61кА/м. Представляется возможным также получить развернутую полевую зависимость для χ.  

1. Фоменкова А.А. Анализ работоспособности систем анаэробной биологической очистки сточных вод в процессе эксплуатации // Изв. вузов. Приборостроение. 2022. Т. 65, № 2. С. 140—147. DOI: 10.17586/00213454-2022-65-2-140-147.

2. Xiao H., Huang D., Pan Y., Liu Y., Song K. Fault diagnosis and prognosis of wastewater processes with incomplete data by the auto-associative neural networks and ARMA model // Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. 2017. Vol. 161. P. 96—107. DOI:10.1016/j.chemolab.2016.12.009.

3. Веденяпина М. Д., Курмышева А. Ю., Кряжев Ю. Г., Ершова В. А. Магнитные железосодержащие углеродные материалы как сорбенты для извлечения загрязнителей из водных сред: обзор // Химия твердого топлива. 2021. № 5. С. 15—37. DOI:10.31857/S0023117721050078.

4. Mohan D., Sarswat A., Singh V. K., Alexandre-Franco M., Pittman Jr. C. U. Development of magnetic activated carbon from almond shells for trinitrophenol removal from water // Chemical Engineering Journal. 2011. Vol. 172. P. 1111—1125. DOI:10.1016/j.cej.2011.06.054 .

5. Feng Z., Chen H., Li H., Yuan R., Wang F., Chen Z., Zhou B. Preparation, characterization, and application of magnetic activated carbon for treatment of biologically treated papermaking wastewater // Science of the Total Environment. 2020. Vol. 713. P. 136423. DOI:10.1016/j.scitotenv.2019.136423.

6. Jiang Y., Xie Q., Zhang Y., Geng C., Yu B., Chi J. Preparation of magnetically separable mesoporous activated carbons from brown coal with Fe3O4 // International Journal of Mining Science and Technology. 2019. Vol. 29. P. 513—519. DOI:10.1016/j.ijmst.2019.01.002.

7. Liu Y., Huo Z., Song Z., Zhang C., Ren D., Zhong H., Jin F. Preparing a magnetic activated carbon with expired beverage as carbon source and KOH as activator // Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2019. Vol. 96. P. 575—587. DOI:10.1016/j.jtice.2018.11.017.

8. Ito D., Nishimura K., Miura O. Removal and recycle of phosphate from treated water of sewage plants with zirconium ferrite adsorbent by high gradient magnetic separation // Journal of Physics: Conf. Series. 2009. Vol. 156. P. 012033. DOI:10.1088/1742-6596/156/1/012033.

9. Xue Z., Wang Y., Zheng X., Lu D., Li X. Particle capture of special cross-section matrices in axial high gradient magnetic separation: A 3D simulation // Separation and Purification Technology. 2020. Vol. 237. P. 116375. DOI: 10.1016/j.seppur.2019.116375.

10. Liu Y.-L., Li D.-W., He J. et al. A periodic magnetic field as a special environment for scientific research created by rotating permanent magnet pair // Review of Scientific Instruments. 2018. Vol. 89. P. 105103. DOI: 10.1063/1.5016570.

11. Watarai H., Suwa M., Iiguni Y. Magnetophoresis and electromagnetophoresis of microparticles in liquids // Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2004. Vol. 378. P. 1693—1699. DOI: 10.1007/s00216-003-2354-7.

12. Sinha S., Ganguly R., De A. K., Puri I. K. Single magnetic particle dynamics in a microchannel // Physics of Fluids. 2007. Vol. 19. P. 117102. DOI:10.1063/1.2780191.

13. Zeng J., Tong X., Yi F., Chen L. Selective capture of magnetic wires to particles in high gradient magnetic separation // Minerals. 2019. Vol. 9 (9). P. 509. DOI: 10.3390/min9090509.

14. Mariani G., Fabbri M., Negrini F., Ribani P. L. High-Gradient Magnetic Separation of pollutant from wastewaters using permanent magnets // Separation and Purification Technology. 2010. Vol. 72. P.147—155. DOI:10.1016/j.seppur.2010.01.017.

15. Hu K., Sun J., Guo Z. et al. A Novel Magnetic Hydrogel with Aligned Magnetic Colloidal Assemblies Showing Controllable Enhancement of Magnetothermal Effect in the Presence of Alternating Magnetic Field // Advanced Materials. 2015. Vol. 27. P. 2507—2514. DOI: 10.1002/adma.201405757.

16. Baik S. K., Ha D. W., Ko R. K., Kwon J. M. Magnetic field analysis of high gradient magnetic separator via finite element analysis // Physica C. 2012. Vol. 480. P. 111—117. DOI:10.1016/j.physc.2012.04.036.

17. Wu T. H., Mao J. H., Wang J. T., Wu J. Y., Xie Y. B. A New On-Line Visual Ferrograph // Tribology Trans. 2009. Vol. 52. P. 623—631. DOI:10.1080/10402000902825762.

18. Сандуляк А. А., Сандуляк А. В., Киселев Д. О., Сандуляк Д. А., Полисмакова М. Н., Ершова В. А. О методе получения данных магнитной восприимчивости феррочастиц порошков по концентрационным и полевым зависимостям их восприимчивости // Приборы. 2018. № 11 (221). С. 43—51.

19. Sandulyak A. A., Sandulyak A. V., Ershova V., Pamme N., Ngmasom B., Iles A. Definition of a magnetic susceptibility of conglomerates with magnetite particles. Particularities of defining single particle susceptibility // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2017. Vol. 441. P. 724—734. DOI:10.1016/j.jmmm.2017.06.027.

20. Головин В. А., Тюрина С. А., Щелков В. А. Современные подходы к снижению накипеобразования в теплообменном оборудовании // Russian Technological Journal. 2022. Т. 10, № 3. С. 93—102. DOI: 10.32362/2500-316X-2022-10-3-93-102.

21. Ngomsik A-F., Bee A., Draye M., Cote G., Cabuil V. Magnetic nano- and microparticles for metal removal and environmental applications: a review // C. R. Chimie. 2005. Vol. 8. P. 963—970. DOI:10.1016/j.crci.2005.01.001.

22. Yavuz C. T., Mayo J. T., Yu W. W. et al. Low-Field Magnetic Separation of Monodisperse Fe3O4 Nanocrystals // Science. 2006. Vol. 314. P. 964—967. DOI: 10.1126/science.1131475.

23. Sun J., Zhang Y., Chen Z., Zhou J., Gu N. Fibrous aggregation of magnetite nanoparticles induced by a time-varied magnetic field // Angew. Chem. Intern. Ed. 2007. Vol. 46. P. 4767—4770 DOI: 10.1002/anie.200604474.

24. Bjork R., Zhou Z. The demagnetization factor for randomly packed spheroidal particles // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2019. Vol. 476. P. 417—422. DOI:10.1016/j.jmmm.2019.01.005.

25. Diguet G., Beaugnon E., Cavaillé J. Y. Shape effect in the magnetostriction of ferromagnetic composite // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2010. Vol. 322. P. 3337—3341. DOI:10.1016/j.jmmm.2010.06.020.

26. Bai K., Casara J., Nair-Kanneganti А., Wahl А., Carle F., Brown E. Effective magnetic susceptibility of suspensions of ferromagnetic particles // Journal of Applied Physics. 2018. Vol. 124. P. 123901. DOI: 10.1063/1.5041750.

27. Казин П.Е., Кульбакин И.В. Методы исследования магнитных свойств материалов. М.: МГУ, 2011. 34 с.

28. Пат. 2789620 РФ. Электромагнитное устройство для создания неоднородного магнитного поля с зоной его стабильной неоднородности / А. А. Сандуляк, Д. А. Сандуляк, В. А. Ершова, М. Н. Полисмакова, А. В. Сандуляк, Д. О. Киселев. 06.02.2023 г.