一种利用磁化力实现均相混合液体的分子/离子级分离装置及方法与流程

本发明属于均相混合液体分离技术领域，提出了一种利用磁化力作用实现均相混合液体中顺磁性、抗磁性分子（或离子）分离或富集的装置及方法。其还可用于液体中混杂的磁性/顺磁性颗粒物的分离或富集。

背景技术：
均相混合液体不同组分之间的分子级别的分离或富集在科学研究或工业应用中都有非常重要的意义。目前，由于磁分离方法具有操作简便、快速、高效环保、成本低廉等诸多显著优点，已成功地用于分离具有一定磁化强度的磁性颗粒物质，即非均相分离。而对于均相物系中分子（或离子）级别的分离的研究还很少，特别是利用磁力实现均相液体中分子/离子分离的方法和装置尚属空白。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种利用磁力作用实现均相混合液体不同组分的顺磁性、抗磁性分子（或离子）之间的分离装置及方法。其可以实现在常温常压下，均相混合液体中顺磁性、抗磁性分子（或离子）的分离或富集，具有结构简单、操作方便、造价低廉、能耗低、使用寿命长、适用性广、磁污染小等特点。本发明还可用于液体中混杂的磁性/顺磁性颗粒物的分离或富集。本发明的技术方案如下：一种利用磁化力实现均相混合液体的分子/离子级分离的装置，该装置包括液体输送部分（1），梯度磁场分离装置（5）和液体收集部分（12）；其中，所述梯度磁场分离装置（5）可以由永磁体或永磁体结合轭铁或者电磁铁或者超导磁体或者螺线管或者超导螺线管实现，用于产生磁场空间（6）；所述液体输送部分（1）由储液瓶（2）、液体输送泵（3）和液体输送管（4）组成，所述液体输送部分（1）可以将均相混合液体输送到磁场空间（6）中，经过梯度磁场的偏转作用与拦截作用，富含顺磁性离子/分子的液体和富含抗磁性离子/分子的液体分别从两个不同的出流口流出并由液体收集部分（12）收集，所述装置可用于均相混合液体中顺磁性、抗磁性分子（或离子）的分离或富集，还可用于液体中混杂的磁性/顺磁性颗粒物的分离或富集。其中，所述磁场空间由永磁体直接构成，其截面形状可以是方形、三角形、圆形、梯形、多边形，对采用的永磁体的截面形状也可以是方形、三角形、圆形，梯形或多边形。其中，所述磁场空间（6）可以是由轭铁构成，其截面形状可以是方形、三角形、圆形、梯形、多边形，对采用的轭铁的截面形状也可以是方形、三角形、圆形，梯形或多边形。其中，所述磁场空间（6）可以由在封闭式的流道外缠绕螺线管构成，流道的截面形状可以是方形、三角形、圆形、梯形、多边形。其中，所述梯度磁场分离装置（5）采用多级结构，即前一级的液体出口作为后一级的液体入口；或采用多磁场空间并联的方式实现，即液体通过入口流入梯度磁场分离装置（5）后可以分别同时流入数个相互并行的磁场空间（6）中，然后汇总后从出口流出。其中，所述梯度磁场分离装置（5）中的磁体采用层叠结构，即可以由多个磁体组成层叠磁体阵列或者由轭铁组成类似的阵列结构，相邻的两磁体间的间距或轭铁的间距即磁场空间的厚度范围为0.1mm～1000mm，组成阵列部分的磁体或者轭铁的厚度为0.1mm～1500mm。其中，所述磁场空间（6）是平直的、弯曲状的或者成螺线状盘绕的。其中，所述梯度磁场分离装置（5）中的永磁体可以采用电磁体替换。其中，所述梯度磁场分离装置（5）采用螺线管式由通电导线（11）和磁场空间（5）组成，通电导线缠绕在磁场空间（5）的外圈，磁场空间则呈螺旋形状盘绕，当有电流流过通电导线（11）时，磁场空间中将形成一个与流过的电流强度成正比，与螺线管盘绕半径R的平方呈反比的梯度磁场，其中，通电导线可由普通导体构成，也可以由超导体构成。一种采用上述的装置实现均相混合液体中顺磁性、抗磁性分子（或离子）分离或富集的方法，其特征在于，所述磁场空间可以具有偏转流动模式、磁筛流动模式以及偏转－磁筛复合流动模式；工作时，对于磁场空间为偏转流动模式，则在磁场空间的两侧安装有液体以及液体中的离子或分子或颗粒物无法穿过的密封材料作为流道壁，在指向磁场空间内部的梯度磁场的作用下，均相混合液体中的顺磁性分子或离子受到磁场力的作用向磁场中心流动并通过导流板从出流口流出，而抗磁性分子或离子则相对向磁场空间外侧流动，并通过导流板从出流口流出，液体收集装置将收集从两个出流口流出的分离或富集后的液体；对于磁场空间为磁筛流动模式，则在磁场空间的两侧安装有液体以及液体中的离子或分子或颗粒物可以穿过多孔阻尼材料作为流道壁，而且在磁场空间的两侧边缘处具有高梯度磁场即磁筛，工作时控制出口的出流液体量使部分液体通过阻尼层流出，当液体流过阻尼层的时由于处在梯度磁场中，顺磁性分子或离子受到磁场力的作用趋向于留在磁场空间内，并通最终从出流口流出，而抗磁性分子或离子则从阻尼层流出并从出流口流出，液体收集装置将收集从两个出流口流出的分离或富集后的液体；对于磁场空间为偏转－磁筛复合流动模式，则在磁场空间的两侧安装有液体以及液体中的离子或分子或颗粒物可以穿过多孔阻尼材料作为流道壁，在磁场空间内部具有指向磁场空间内部的梯度磁场，在磁场空间两侧的边缘处仍具有高梯度磁场即磁筛，工作时控制出口的出流液体量使部分液体通过多孔阻尼层流出，当液体在磁场空间内部时，在磁场力的作用下，均相混合液体中的顺磁性分子或离子受到磁场力的作用向磁场中心流动并通过导流板从出流口流出，而抗磁性分子或离子则相对向磁场空间外侧流动，并通过导流板从出流口流出，当液体流过阻尼层时，由于处在高梯度磁场中，顺磁性分子或离子受到磁场力的作用而趋向于留在磁场空间中，并通最终从出流口流出，而抗磁性分子或离子则从阻尼层流出并从出流口流出，液体收集装置将收集从出流口流出的分离或富集后的液体。本发明具有以下优点：1该发明可以在常温常压下实现均相混合液体的分离或富集；2使用永磁体的情况下，可以不需要另外消耗能量；3系统的主要工作部件没有机械运动和磨损问题，使用寿命长；4可以实现连续的分离或富集工作；5结构简单。附图说明图1为液体输送部分组成示图。图2为永磁体式梯度磁场分离装置视纵切面示图。图3为轭铁式梯度磁场产生装置视纵切面示图。图4为螺线管式梯度磁场产生装置俯视刨面图图5为偏转流动模式下磁场空间和流动方向示图。图6为磁筛流动模式下磁场空间和流动方向示图。图7为磁筛-偏转复合流动模式下磁场空间和流动方向示图。图8为螺旋状盘绕的磁场空间。图9为本发明的实验装置结构主视图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例并配合附图，对本发明进一步详细说明。图1~9为本发明的具体实施方式。如图1所示，液体输送部分1由储液瓶2、液体输送泵3和液体输送管4组成。液体输送泵3将储液瓶1中的液体泵出并通过液体输送管4送入梯度磁场分离装置5。如图2所示，永磁体式梯度磁场分离装置5由永磁体7、轭铁8、垫块9以及密封材料10或者阻尼材料11组成，并由永磁体7之间的间隙构成磁场空间6，其中的永磁体7可以由电磁体或者超导磁体替代。如图3所示，轭铁式梯度磁场分离装置5由永磁体7、轭铁8、垫块9以及流道壁10，流道壁10可以由密封材料（液体以及液体中的离子或分子或颗粒物无法穿过）组成也可以由阻尼材料（液体以及液体中的离子或分子或颗粒物可以穿过）组成，并由轭铁7之间的间隙构成磁场空间6，其中的永磁体7可以由电磁体或者超导磁体替代。如图4所示，螺线管式梯度磁场分离装置5由通电导线11和磁场空间5组成，通电导线缠绕在磁场空间5的外圈，磁场空间则呈如图8所示的形状螺旋盘绕，当有电流流过通电导线11时，磁场空间中将形成一个与流过的电流强度成正比，与螺线管盘绕半径R的平方呈反比的梯度磁场。其中，通电导线可由普通导体构成，也可以由超导体构成。图5～7分别为偏转流动模式下磁场空间、磁筛流动模式下磁场空间以及磁筛-偏转复合流动模式下磁场空间。而且这些流动模式下，由磁体或轭铁形成的磁场空间也可以是螺旋状，如图8所示。图9展示了本发明实施实例之一的磁分离装置结构视图。整体装置由液体输送部分1、梯度磁场分离装置5以及液体收集装置12组成。置于储液瓶1中的均相混合液体由液体输送泵3泵出，并通过液体输送管4送入梯度磁场分离装置5中。进入梯度磁场分离装置5中的均相混合液体通过液体输送管流入磁场空间6中。对于磁场空间6为偏转流动模式（图4），则在磁场空间6的两侧安装有液体以及液体中的离子或分子或颗粒物无法穿过的密封材料作为流道壁10，在指向磁场空间6内部的梯度磁场的作用下，均相混合液体中的顺磁性分子或离子受到磁场力的作用向磁场中心流动并通过导流板13从出流口14流出，而抗磁性分子或离子则相对向磁场空间外侧流动，并通过导流板13从出流口15流出。液体收集装置12将收集从两个出流口流出的分离或富集后的液体。对于磁场空间6为磁筛流动模式（图5），则在磁场空间6的两侧安装有液体以及液体中的离子或分子或颗粒物可以穿过多孔阻尼材料作为流道壁10，而且在磁场空间6的两侧边缘处具有高梯度磁场即磁筛，工作时控制出口的出流液体量使部分液体通过阻尼层流出，当液体流过阻尼层的时由于处在梯度磁场中，顺磁性分子或离子受到磁场力的作用趋向于留在磁场空间内，并通最终从出流口14流出，而抗磁性分子或离子则从阻尼层流出并从出流口15流出。液体收集装置12将收集从两个出流口流出的分离或富集后的液体。对于磁场空间6为偏转－磁筛复合流动模式（图6），则在磁场空间6的两侧安装有液体以及液体中的离子或分子或颗粒物可以穿过多孔阻尼材料作为流道壁10，在磁场空间内部具有指向磁场空间6内部的梯度磁场，在磁场空间6两侧的边缘处仍具有高梯度磁场即磁筛，工作时控制出口的出流液体量使部分液体通过多孔阻尼层流出，当液体在磁场空间内部时，在磁场力的作用下，均相混合液体中的顺磁性分子或离子受到磁场力的作用向磁场中心流动并通过导流板13从出流口14流出，而抗磁性分子或离子则相对向磁场空间外侧流动，并通过导流板13从出流口15流出。当液体流过阻尼层时，由于处在高梯度磁场中，顺磁性分子或离子受到磁场力的作用而趋向于留在磁场空间中，并通最终从出流口14流出，而抗磁性分子或离子则从阻尼层流出并从出流口15流出。液体收集装置12将收集从出流口流出的分离或富集后的液体。以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应该视为本发明的保护范围。