《环境功能材料》PPT课件
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Fe程3＋，中最可后以得到采磁用以F下e 2三＋ ，种最反终应得方到式。
性Fe 3 O4纳米粒子。 Fe3O4磁性纳米粒子。
水环境污染中的作用
• 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
• 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。
• 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
• 传统的火力、水力和原子能发电，效率仅为30％～40
％，燃采料用化磁学能流体发电，燃烟效料气率化热学可能能提高50％左右电，能 它是一 种新型的热能直接发电方式。如一个10万千瓦的磁流
体发燃电料厂化，学能年节约煤可燃烟达料气1化热0学0能万能 吨。磁流体机械发动电能无高
速转动部件，从点火到满负荷运转只需几十秒，造价
磁性材料在节能环保中的应用
简介
• 磁性材料：古老而用途十分广泛的功能材料，而物质的磁 性早在3000年以前就被人们所认识和应用，例如中国古代 用天然磁铁作为指南针。现代磁性材料已经广泛的用在我 们的生活之中，例如将永磁材料用作马达，应用于变压器 中的铁心材料，作为存储器使用的磁光盘，计算机用磁记 录软盘等。且随着人们对环境保护的重视，磁性材料在节 能环保方面也有很多应用。
节能磁性轴承
• 任何机械装置的运动部件，由于相对运动，无一不产生摩 擦，造成能量浪费。一种利用磁悬浮原理制成的新型无摩 擦性轴承付诸实用。它的出现结束了轴承产品不能机电一 体化的说法，这是轴承产品的升级换代。其用途相当广泛， 尤其对离心式气体压缩机和高速涡轮机，效果更明显。磁 性轴承的能耗仅为传统轴承的1/100～1/10。
• 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
感谢下 载
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
• 按使用分类：
磁性材料
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
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）直接加热成易于电离的气体，使之在2000℃的高温 下电离成导电的离子流，然后让其在磁场中高速流动时， 切割磁力线，产生感应电动势，即由热能直接转换成电流， 其燃料利用率得到显著提高，这种技术也称为"等离子体 发电技术"。
磁流体发电技术
节能永磁电机
• 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。
燃料电化能学能
发电机转子动能
仅为火力发电厂的1/4，这是一般发电系统无法比拟
的。
环境保护中的应用
• 大气环境污染中的作用 • 水环境污染中的作用 • 环境监测中的应用
大气环境污染中的作用
• 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。
水环境污染中的作用
• 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。
• 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
• 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。
环境监测中的应用
• 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
• 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。
• 1.量子尺寸效应 • 2.表面效应 • 3.小尺寸效应 • 4.宏观量子隧道效应
水环境污染中的作用
• 金属Fe、Co、Ni等纳米粒子。 • 金属氧化物Fe3O4、γ-Fe2O3、Co3O4、Mn3O4。 • 各种铁氧体（CoFe2O4、BaFe12O19等）纳米粒子。 • 金属合金Nd（铷）-Fe-B、Fe-M-B、Fe-M-C、Fe-M-N、Fe-
• 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。
• 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。
节约能源中的应用
• 节能磁性汽车部件 • 节能电气设备 • 节能磁性轴承 • 节能永磁电机 • 磁流体发电技术
节能磁性汽车部件
2000kg
1250kg～1350kg
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。
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
水环境污染中的作用
• 磁纳米颗粒的制备方法：
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
• 共沉淀法是制备铁氧体磁性颗粒的最为经典的方法之
只以Fe2＋为铁源的 以Fe3＋为原料，在 同时使二价铁离子
反一应原，料其，原同时理采是使F二e 3价＋ 水和解三反应价过的程铁离和子三在价水铁离溶子液按中一 同时
用加入不同种类的 中，同时采用加入 定比例混和后共同
氧水化剂解使来Fe实2＋水现解磁性还Fe原3O剂4纳使F米e3＋粒水子解的制水备解，来在制备实Fe际3O4制备过
的同时部分氧化成 的同时部分还原成 磁性纳米粒子。
• 钢铁厂、造船厂经常提升和运送钢铁料块及钢板，以前都 用电磁铁，耗电过多。把电磁铁改成永磁体，只在吸物的 瞬间通入一个脉冲大电流使磁体永磁，在卸物的瞬间再通 入一个交变的逐渐衰减的电流使磁铁退磁，被吸物就能落 到规定地点。整个提升和运输过程不用通电，这样不仅节 电，还能避免电磁铁在停电与断电时运输物摔下，造成事 故。
分类
• 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，•磁反铁性物原磁质的子成自按旋反照平排列行其导耦内部结构及其在场外化变磁化率相是场负反中，的。使的磁性当状有分外磁类场：作用时，
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。
大气环境污染中的作用
• 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
• 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：
• 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wenku.baidu.com
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
节能电气设备
电磁开关
电磁阀
节能电气设备
• 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通入一个脉冲电流即能完成，可节 电90％以上。由于电气设备中使用的电磁开关与电磁阀数 量很多，所以采用永磁体的节能效果甚为可观。
节能电气设备
• 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％。
大气环境污染中的作用
• 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。
性Fe 3 O4纳米粒子。 Fe3O4磁性纳米粒子。
水环境污染中的作用
• 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
• 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。
• 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
• 传统的火力、水力和原子能发电，效率仅为30％～40
％，燃采料用化磁学能流体发电，燃烟效料气率化热学可能能提高50％左右电，能 它是一 种新型的热能直接发电方式。如一个10万千瓦的磁流
体发燃电料厂化，学能年节约煤可燃烟达料气1化热0学0能万能 吨。磁流体机械发动电能无高
速转动部件，从点火到满负荷运转只需几十秒，造价
磁性材料在节能环保中的应用
简介
• 磁性材料：古老而用途十分广泛的功能材料，而物质的磁 性早在3000年以前就被人们所认识和应用，例如中国古代 用天然磁铁作为指南针。现代磁性材料已经广泛的用在我 们的生活之中，例如将永磁材料用作马达，应用于变压器 中的铁心材料，作为存储器使用的磁光盘，计算机用磁记 录软盘等。且随着人们对环境保护的重视，磁性材料在节 能环保方面也有很多应用。
节能磁性轴承
• 任何机械装置的运动部件，由于相对运动，无一不产生摩 擦，造成能量浪费。一种利用磁悬浮原理制成的新型无摩 擦性轴承付诸实用。它的出现结束了轴承产品不能机电一 体化的说法，这是轴承产品的升级换代。其用途相当广泛， 尤其对离心式气体压缩机和高速涡轮机，效果更明显。磁 性轴承的能耗仅为传统轴承的1/100～1/10。
• 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
感谢下 载
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
• 按使用分类：
磁性材料
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
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）直接加热成易于电离的气体，使之在2000℃的高温 下电离成导电的离子流，然后让其在磁场中高速流动时， 切割磁力线，产生感应电动势，即由热能直接转换成电流， 其燃料利用率得到显著提高，这种技术也称为"等离子体 发电技术"。
磁流体发电技术
节能永磁电机
• 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。
燃料电化能学能
发电机转子动能
仅为火力发电厂的1/4，这是一般发电系统无法比拟
的。
环境保护中的应用
• 大气环境污染中的作用 • 水环境污染中的作用 • 环境监测中的应用
大气环境污染中的作用
• 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。
水环境污染中的作用
• 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。
• 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
• 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。
环境监测中的应用
• 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
• 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。
• 1.量子尺寸效应 • 2.表面效应 • 3.小尺寸效应 • 4.宏观量子隧道效应
水环境污染中的作用
• 金属Fe、Co、Ni等纳米粒子。 • 金属氧化物Fe3O4、γ-Fe2O3、Co3O4、Mn3O4。 • 各种铁氧体（CoFe2O4、BaFe12O19等）纳米粒子。 • 金属合金Nd（铷）-Fe-B、Fe-M-B、Fe-M-C、Fe-M-N、Fe-
• 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。
• 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。
节约能源中的应用
• 节能磁性汽车部件 • 节能电气设备 • 节能磁性轴承 • 节能永磁电机 • 磁流体发电技术
节能磁性汽车部件
2000kg
1250kg～1350kg
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。
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
水环境污染中的作用
• 磁纳米颗粒的制备方法：
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
• 共沉淀法是制备铁氧体磁性颗粒的最为经典的方法之
只以Fe2＋为铁源的 以Fe3＋为原料，在 同时使二价铁离子
反一应原，料其，原同时理采是使F二e 3价＋ 水和解三反应价过的程铁离和子三在价水铁离溶子液按中一 同时
用加入不同种类的 中，同时采用加入 定比例混和后共同
氧水化剂解使来Fe实2＋水现解磁性还Fe原3O剂4纳使F米e3＋粒水子解的制水备解，来在制备实Fe际3O4制备过
的同时部分氧化成 的同时部分还原成 磁性纳米粒子。
• 钢铁厂、造船厂经常提升和运送钢铁料块及钢板，以前都 用电磁铁，耗电过多。把电磁铁改成永磁体，只在吸物的 瞬间通入一个脉冲大电流使磁体永磁，在卸物的瞬间再通 入一个交变的逐渐衰减的电流使磁铁退磁，被吸物就能落 到规定地点。整个提升和运输过程不用通电，这样不仅节 电，还能避免电磁铁在停电与断电时运输物摔下，造成事 故。
分类
• 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，•磁反铁性物原磁质的子成自按旋反照平排列行其导耦内部结构及其在场外化变磁化率相是场负反中，的。使的磁性当状有分外磁类场：作用时，
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。
大气环境污染中的作用
• 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
• 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：
• 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wenku.baidu.com
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
节能电气设备
电磁开关
电磁阀
节能电气设备
• 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通入一个脉冲电流即能完成，可节 电90％以上。由于电气设备中使用的电磁开关与电磁阀数 量很多，所以采用永磁体的节能效果甚为可观。
节能电气设备
• 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％。
大气环境污染中的作用
• 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。