环境功能材料ppt课件

大气环境污染中的作用
n 一些家用电器因采用磁性材料抑制了环境污染而获得 制造商及消费者的青睐。如利用“绝热去磁”即当给一 种磁性材料施加磁场时就发热、去掉磁场就冷却，全 新原理工作的磁冰箱、磁空调、磁冷冻室，无振动噪 声和氟里昂，可保护臭氧层。
水环境污染中的作用
n 磁纳米颗粒为一种处于纳米级(1~100nm) 的磁性材料 (Fe的氧化物为主)。因其处于纳米量级， 具备以下 特性：
n 微乳液是两种不互溶液体形成的热力学稳定、各向同 性的分散体系，是表面活性剂分子在油／水界面形成 的有序组合体。此方法是将有序组合体作为纳米粒子 形成的场所，来制备磁性纳米粒子的。
水环境污染中的作用
工业废水处理
细胞分离
蛋白质分离与纯化
磁性纳米材料应用
催化
固定化酶
靶向药物
核酸分离和纯化
水环境污染中的作用
水环境污染中的作用
n 水热法是高温、高压下在水(水溶液)或蒸气等流体中 进行有关化学反应的总称。
n 原理：高温、高压下一些氢氧化物在水中的溶解度大 于对应的氧化物在水中的溶解度，于是氢氧化物溶于 水，同时析出氧化物；也可将制备好的氢氧化物通过 化学反应(如水解反应)在高温、高压下生成氧化物。
水环境污染中的作用
软磁材料
永磁材料
功能磁性材料
磁致伸缩材料
磁记录材料
磁电阻材料
磁泡材料
磁性纳米材料
旋磁材料
磁性薄膜材料
节约能源中的应用
n 节能磁性汽车部件 n 节能电气设备 n 节能磁性轴承 n 节能永磁电机 n 磁流体发电技术
节能磁性汽车部件
2000kg 1350kg
1250kg～
节能磁性汽车部件
因此，对现代汽车部件来说，尺寸、重量和性能之间 的协调至关重要。而采用高性能的磁性材料可以满足 此种要求。如把汽车中的电机(数十个之多)改成永 磁电机，重量可减轻40%～70%,效率提高50%以 上，还可节约铜材、节电。此外，汽车中还大量使用 了磁化节油器、减烟器、强力磁化器、磁性传感器等 多种节能产品，效果均非常明显。
的同时部分氧化成
的 同时部分还原成 磁性纳米粒子。
Fe3过＋，程最中后得可到以磁 采用F以e2下＋ ，三最种终反得应到方式。
性F e3O4纳米粒子。 Fe3O4磁性纳米粒子。
水环境污染中的作用
n 溶胶-凝胶法是指通过水解和聚合反应将磁性前驱体 和无机物质聚合，聚合后通过改变温度等方法制备磁 性纳米颗粒的一种方法。该方法有两个特点： 一是反 应一般在常温下聚合，二是通过加热等方法改变物相 得到磁性物质。影响该反应主要因素为溶剂类型、温 度、铁盐浓度等。
水环境污染中的作用
n 而要除去铅、铬、汞等重金属，需先加大量的硫酸亚 铁，沉淀出大量的Fe3O4 ，这些重金属离子就被吸附 在Fe3O4上，再用磁分离技术把它们与Fe3O4分开。
n 而水中含的硅、铝杂质会阻止铁氧体生成，故须先用 脱硅中和工艺除去。
水环境污染中的作用
n 此方法的特点：日处理量大，处理后的水可再利用； 可使废水中的很多重金属生成铁氧体，铁氧体极稳定， 不会再溶于水，重金属被吸附在铁氧体上；铁氧体有 磁性，可用磁分离技术将其分开；回收的铁氧体与树 脂、橡胶等高分子化合物混合又能制成振动衰减大的 复合防振材料，用于船舶引擎室、大型机械设备、显 微镜、打印机等的除振防噪，从而在环境保护中发挥 一系列的重要作用。
磁性材料在节能环保中的应用
简介
磁性材料 的磁性早 如中国古 经广泛的 马达，应 的磁光盘 境保护的 用。
材料，而物质 和应用，例 代磁性材料已 永磁材料用作 为存储器使用 随着人们对环 面也有很多应
分类
n 磁性是物质的一种基本属性。轨道电子加速运动
引起的磁通与外磁
两合个，n磁反性铁物原磁子的质成自按反旋平排照行列其耦导内部结构及其在外场变化磁率化场是相负反中的，的。使磁性状当分有外类磁：场作用时，
节能电气设备
电磁开关
电磁阀
节能电气设备
n 这些电磁开关和电磁阀，以前都用电磁铁，工作中要 一直通电，因此耗电很多，若把其中的电磁铁换成永 磁体，只要在接通和断开的瞬间开关与电磁阀数量很多，所以采用永磁体的节能 效果甚为可观。
比拟的。
环境保护中的应用
n 大气环境污染中的作用 n 水环境污染中的作用 n 环境监测中的应用
大气环境污染中的作用
n 工业生产的能源有90％来自于煤、石油和天然气， 使用这些能源燃料必然会带来大量的废气。而磁性节 能技术的广泛应用和普及，将在一定程度上控制和缓 解工业废气对大气的污染。
n 如用高梯度磁分离可有效除去煤粉、煤浆中的硫化物， 大量减少SO2气体的排放量，脱硫率达80 ％～95 %, 分离后的灰末可除去30 ％～70 ％，煤的回收率为85 % ~ 90％。
n 工厂、矿山、冶金企业等排出的废水含有铅、铬、镉、 汞、铝、砷、铁等有害物质。实践证明，应用铁氧体 合成法（共沉淀法）可以处理这些污水。
n 如在含重金属离子的酸性废水中加入硫酸亚铁水溶液， 再加入碱中和，通空气氧化，便沉积出0.1μm~ 10μm粒子的强磁性Fe3O4和含其它金属的铁氧体； 如果废水中有锰、锌等离子，就沉淀出锰铁氧体、锌 铁氧体等。
制备方法
共沉淀法 溶胶-凝胶法 水热法
微乳液法
水环境污染中的作用
1
2
3
n 共沉淀法是制备铁氧体磁性颗粒的最为经典的方法之
反只应以一F原e，料2＋，为其同铁原时源理采的 是使F以二eF3 ＋e价3水＋和解为反原三应料价过，的程在 铁离和同子三时在价使铁水二离价溶子铁液按离子一中同时
用 氧化加水剂入解使不F同来e种2＋实类水现的解 磁性中 还F原，e剂3O使同4F纳时e采3米＋用水粒加解入子的制定水比解备例来，混制在和备后F实e共3O际同4 制备
-N、Fe-M-O（ M为Zr （锆）、 Hf （铪）、 Nb （铌）、 Ta （钽）、 V （钒）等）等纳米粒子。
水环境污染中的作用
Co纳米颗粒
FeCo 纳米颗粒
N纳米片
100 nm
500nm
FeCo 纳米空心球 块
100 nm
Fe₃O, 纳米片
FeO 纳米方
500 nm
水环境污染中的作用
n 磁纳米颗粒的制备方法：
n 1.量子尺寸效应 n 2.表面效应 n 3.小尺寸效应 n 4.宏观量子隧道效应
水环境污染中的作用
n 金属Fe、Co、Ni等纳米粒子。 n 金属氧化物Fe3O4 、γ-Fe2O3 、Co3O4 、Mn3O4。 n 各种铁氧体（CoFe2O4 、BaFe12O19等）纳米粒子。 n 金属合金Nd （铷） -Fe-B、Fe-M-B、Fe-M-C、Fe-M
磁流体发电技术
磁流体发电技术，就是用燃料(石油、天然气、燃煤、
核能等 2000℃ 磁场中 即由热
在 让其在 电动势，
到显著提
高，这
磁流体发电技术
n 传统的火力、水力和原子能发电，效率仅为30 % ~ 40 ％燃，料化采学用能磁流体发电燃烟料，气化效热学能率能 可提高50 ％电左能右，它 是一种新型的热能直接发电方式。如一个10万千瓦 的磁燃流料化体学发能电厂，年节燃烟料约气化煤热学能可能 达100万吨机。械磁动能流体发 电无高速转动部件，从点火到满负荷运转只需几十秒， 造价仅为火力发电厂的燃1料电/化4能，学能这是一般发发电电机系转子统动无能法
节能电气设备
■ 钢铁厂、造航厂级当坦升和三送丽肼料块及钢板，以
前都用电磁
改成永磁体，只
在吸物的瞬
磁体永磁，在卸
物的瞬间再
的电流使磁铁退
磁，被吸物
提升和运输过程
不用通 电，
电磁铁在停电与
断电时运输
节能磁性轴承
任何机械装置的运动部件，由于相对运动，无一不产
17100～1710。
节能永磁电机
n 高性能永磁用于电机的开发，是电机领域的一场深刻 的革命。除了能缩小体积、降低重量、提高效率外， 永磁电机还有很好的节能效果。国外的一些专家在技 术和经济上早就作过仔细验证，指出永磁同步电机取 代励磁电机不仅可行，而且十分必要，二者之间的制 造费用差额可在2年内从节约的能源费用中收回。
致一个自旋未能完全抵消
原子磁矩有沿磁场方
的自发磁化强度。
抗磁性物质
向取向的趋势，从而
呈现出正的磁化率。
亚铁磁性物质 物质
顺磁性物质
反铁磁性物质
近邻自旋反平行排列，它们的 磁矩因而相互抵消。
铁磁性物质
本身具有磁矩，材 料中的磁矩都显示 出比较强的有序排 列，从而具有永磁 性。
分类
n 按使用分类：
磁性材料
大气环境污染中的作用
n 磁化节油减烟器或燃油增能器用于以油、气为燃料的 燃烧设备中，燃料在燃烧前进行磁化，促使油、气分 子链断裂，让其充分燃烧，提高燃烧效率，省油省气 达10 ％左右。而且燃烧室温度升高，发动机（引擎） 出力增加，可以防止积垢，并将CO、NO等有害物的 排放量降低25 ％～65％,减烟率达50 ％以上。
n 为此，我们将具有特定记忆温度的感温磁性材料做成 带固定记忆功能的密码存储器，装在海洋环境监测船 上，准确测知漏油船只或不法放油船只，起到海洋环 境监督作用。
最后
环境监测中的应用
n 矿井瓦斯的监测、报警，对于矿井的开发和人身安全 极为重要。采用铁氧体软磁制作成的一氧化碳磁传感 器，其电感（或电阻）值的变化几乎能线性地反映出 井下一氧化碳的浓度，从而可方便地达到监测和报警 之目的。
环境监测中的应用
n 由于海上石油运输量的不断增加，海域油污现象日趋 严重，如何有效防止油的污染，有两个问题必须引起 注意： 1.检测油船的漏油问题； 2.监视不法船只将废 油倒入海洋。