一种分离回收磁性纳米颗粒的装置及方法与流程

本发明涉及净水领域，特别是涉及一种从水中分离回收磁性纳米颗粒的装置及方法。

背景技术：

纳米材料由于其粒径的减小，表面原子数所占比例很大，吸附能力很强，因而具有较高的化学反应活性，其应用涉及生物制药、质量检测、水处理等领域，但是由于纳米材料运用后不便于回收，限制了其应用。

目前的磁性分离器主要分为连续式和间歇式。实现连续式主要是通过磁盘式强大的磁场连续不断地进行吸附，具有明显地吸附效果，但是很难用刮刀将磁泥从磁盘上刮落，而且极易磨损刮刀，维护和操作使用都极为不便。间歇式需要间断工作，进行磁性颗粒的反冲洗，反冲洗稀释了磁性纳米颗粒溶液，使得收集到的磁性纳米颗粒溶液浓度很低，而且过程控制比较繁琐。

因此，如何提供一种高效且操作简单的分离回收磁性纳米颗粒的装置，以及如何提供一种方法，能够高效的分离并回收磁性纳米颗粒，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种分离回收磁性纳米颗粒的装置及方法，不仅操作简单，而且分离回收效率较高。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种分离回收磁性纳米颗粒的装置，包括内部设有一个或多个环形流道的圆筒状容器和控制所述环形流道转动的驱动装置，所述圆筒状容器沿其圆周方向分为一组或多组处理单元，每个所述处理单元包括沿所述圆筒状容器的圆周方向分布的磁分离区和脱落区，所述磁分离区和所述脱落区之间设有过渡区，所述过渡区底部设有底板，所述环形流道沿其圆周方向由隔板分隔为和所述磁分离区、所述过渡区以及所述脱落区相互对应的多个相同规格的流道，位于所述磁分离区处的所述流道的底部连通有进溶液管，所述圆筒状容器的底部还设有出溶液管，所述出溶液管连通于位于所述磁分离区的所述流道的上部，位于所述脱落区的所述流道的底部连通有排泥装置，所述磁分离区设有强磁铁，所述强磁铁和所述环形流道相互分离，所述强磁铁设置于所述环形流道的外侧壁外部。

优选地，所述环形流道的宽度沿其轴线方向自下而上逐渐缩小。

优选地，所述环形流道顶部的宽度为其底部宽度的一半。

优选地，所述环形流道顶部的高度沿所述圆筒状容器的径向方向自外向内逐渐降低。

优选地，所述强磁铁为磁感应强度至少为3000GS的钕铁硼磁铁。

优选地，所述排泥装置包括和位于所述脱落区的所述流道的底部连通的集泥室以及位于所述集泥室底部的排泥管。

优选地，所述集泥室的侧壁沿竖直方向向下渐缩。

优选地，所述集泥室的容积大于各个位于所述分离区的所述流道的容积之和。

优选地，所述进溶液管或/和所述出溶液管或/和所述排泥管上设有控制其开口大小的阀门。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明所提供的一种分离回收磁性纳米颗粒的装置，包括包括内部设有一个或多个环形流道的圆筒状容器和控制所述环形流道转动的驱动装置，所述圆筒状容器沿其圆周方向分为一组或多组处理单元，每个所述处理单元包括沿所述圆筒状容器的圆周方向分布的磁分离区和脱落区，所述磁分离区和所述脱落区之间设有过渡区，所述过渡区底部设有底板，所述环形流道沿其圆周方向由隔板分隔为和所述磁分离区、所述过渡区以及所述脱落区相互对应的多个相同规格的流道，位于所述磁分离区处的所述环形流道的底部连通有进溶液管，所述圆筒状容器的底部还设有出溶液管，所述出溶液管连通于位于所述磁分离区的所述流道的上部，位于所述脱落区的所述环形流道的底部连通有排泥装置，所述磁分离区设有强磁铁，所述强磁铁和所述环形流道相互分离，所述强磁铁设置于所述环形流道的外侧壁外部。

将含有磁性纳米颗粒的溶液通过进溶液管自下而上通入圆筒状容器内位于磁分离区的流道中，由于磁分离区设有强磁铁，因此磁性纳米颗粒会被吸附在流道的侧壁上，经过一段时间后，磁性纳米颗粒会聚集成磁泥，当流道的侧壁上吸附一定厚度的磁泥后，通过驱动装置控制环形流道转动，直到吸附有一定厚度磁泥的流道处位于脱落区，其中脱落区没有强磁铁，磁泥会在重力的作用下脱落到排泥装置中。因此不仅可以连续不断地进行分离工作，而且在分离的同时，无需停机就可以进行回收，不仅提高了工作效率，而且操作方便。同时在回收的过程中，无需反冲洗，提高了回收质量。

本发明还提供一种分离回收磁性纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

将磁性纳米颗粒溶液自下而上通过外加磁场的流道；

当所述流道附着预设厚度的磁性纳米颗粒磁泥后，将所述流道切换至无外加磁场处；

收集从所述流道内脱落的磁泥。

其整个过程，不仅可以连续地进行分离，而且在回收的过程中，无需反冲洗，操作简单，生产效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的一种分离回收磁性纳米颗粒的装置处于磁分离区工况的结构示意图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的一种分离回收磁性纳米颗粒的装置处于过渡区工况的结构示意图；

图3为本发明一种具体实施方式所提供的一种分离回收磁性纳米颗粒的装置处于脱落区工况的结构示意图；

图4为图1中的环形流道分布结构示意图；

图5为本发明一种具体实施方式所提供的一种分离回收磁性纳米颗粒的方法的流程示意图。

附图标记如下：

1为圆筒状容器，2为驱动装置，21为输出轴，22为转动盘，3为环形流道，31为环形流道的上部，4为进溶液管，41为环状配液室，5为出溶液管，51为集液室，6为排泥管，61为集泥室，7为强磁铁，8为阀门，9为支座，10为透明盖板，19为防漏渗软胶圈，20为底板，101为磁分离区，102为过渡区，103为脱落区。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，目前的分离回收磁性纳米颗粒的装置及方法不仅操作不便，而且生产效率较低。

基于上述研究的基础上，本发明实施例提供了一种分离回收磁性纳米颗粒的装置及方法，不仅可以连续不断地进行分离工作，而且在分离的同时，无需停机就可以进行回收，不仅提高了工作效率，而且操作方便。同时在回收的过程中，无需反冲洗，提高了回收质量。

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参考图1至图4，图1为本发明一种具体实施方式所提供的一种分离回收磁性纳米颗粒的装置处于磁分离区工况的结构示意图；图2为本发明一种具体实施方式所提供的一种分离回收磁性纳米颗粒的装置处于过渡区工况的结构示意图；图3为本发明一种具体实施方式所提供的一种分离回收磁性纳米颗粒的装置处于脱落区工况的结构示意图；图4为图1中的环形流道分布结构示意图。

本发明的一种具体实施方式提供了一种分离回收磁性纳米颗粒的装置，包括内部设有一个或多个环形流道3的圆筒状容器1和控制环形流3道转动的驱动装置2，圆筒状容器1沿其圆周方向分为一组或多组处理单元，每个处理单元包括沿圆筒状容器1的圆周方向分布的磁分离区101和脱落区103，磁分离区101和脱落区103之间设有过渡区102，过渡区102底部设有底板20，环形流道3沿其圆周方向由隔板分隔为和磁分离区101、过渡区102以及脱落区103相互对应的多个相同规格的流道，位于磁分离区101处的流道的底部连通有进溶液管4，圆筒状容器1的底部还设有出溶液管5，出溶液管5连通于位于磁分离区103的流道的上部，位于脱落区103的流道的底部连通有排泥装置，磁分离区101设有强磁铁7，强磁铁7和环形流道3相互分离，强磁铁7设置于位于磁分离区101处的流道的外侧壁外部。

在本实施例中，将含有磁性纳米颗粒的溶液通过进溶液管4自下而上通入圆筒状容器1内位于磁分离区101的流道中，也可以在圆筒状容器1的底部设置给各个位于磁分离区101处的流道配水的环状配液室41，环状配液室41和进溶液管4相互连通。其中可以通过在圆筒状容器的底部设置支座9来进行支撑。通过位于磁分离区101的流道的溶液经过流道的上部31流出，进而从出溶液管5流出圆筒状容器1，其中可以在出溶液管5和流道之间设置集液室51来缓存从流道流出的溶液。由于磁分离区101设有强磁铁7，因此磁性纳米颗粒会被吸附在流道的侧壁上。经过一段时间后，磁性纳米颗粒会和少量的溶液聚集成磁泥，当流道的侧壁上吸附一定厚度的磁泥后，通过驱动装置2控制环形流道3转动，直到吸附有一定厚度磁泥的流道处位于脱落区103，其中脱落区103没有强磁铁7，磁泥会在重力的作用下脱落到排泥装置中。因此不仅可以连续不断地进行分离工作，而且在分离的同时，无需停机就可以进行回收，不仅提高了工作效率，而且操作方便。同时在回收的过程中，无需反冲洗，提高了回收质量。

其中，驱动装置2可以包括电机，电机设置于圆筒状容器1的顶部，并将其输出轴21固定连接在转动盘22上，转动盘22和各个环形流道的上部31固定连接。而且为了便于磁泥能够更好地脱落，可以在磁分离区101和脱落区103之间设置过渡区102，过渡区102和脱落区103均不设置强磁铁，其中过渡区102底部设有底板20，当含有磁性纳米颗粒的溶液通过进溶液管4自下而上通入圆筒状容器1内位于磁分离区101的流道中时，通过底板可以防止溶液进入到位于过渡区内的流道中，而且还可以在底板20和环形流道3之间设置防漏渗软胶圈19来进一步防止漏液的情况发生。为了便于观察从位于磁分离区101的流道流出的溶液的色度，判断吸附效果，可以在圆筒状容器1的顶部设置透明盖板10，而且通过透明盖板10还可以观察溶液的流动情况。

进一步地，环形流道3的宽度沿其轴线方向自下而上逐渐缩小。可以理解的是，环形流道3两侧壁之间的距离自下而上逐渐减小，位于侧壁上的强磁铁7之间的距离也逐渐减小，增强了磁场强度，对磁性纳米颗粒的吸引力也自下而上逐渐增强，提高了吸附效果。

其中，环形流道3顶部的宽度优选为其底部宽度的一半。

为了便于经过分离后的溶液流出，环形流道3顶部的高度沿圆筒状容器1的径向方向自外向内逐渐降低。例如将环形流道3顶部的高度自外向内逐渐下降20mm到30mm，使其形成一定的高度梯度。

为了提高对磁性纳米颗粒的吸附效果，强磁铁7为磁感应强度至少为3000GS的钕铁硼磁铁。

进一步地，排泥装置包括和位于所述脱落区的所述流道的底部连通的集泥室61以及位于所述集泥室61底部的排泥管6。通过集泥室61可以将各个流道内脱落的磁泥进行收集，然后通过排泥管6排出即可。

为了便于磁泥能够顺利地排出，集泥室61的侧壁沿竖直方向向下渐缩。

其中，集泥室61的容积大于各个位于分离区101的流道3的容积之和。

进一步地，进溶液管4或/和出溶液管5或/和排泥管6上设有控制其开口大小的阀门8。通过进溶液管4和出溶液管5上的阀门8可以控制磁性纳米颗粒的流通量，通过排泥管6上的阀门8可以控制磁泥的排出效率。

请参考图5，图5为本发明一种具体实施方式所提供的一种分离回收磁性纳米颗粒的方法的流程示意图。

本发明还提供一种分离回收磁性纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

S1：将磁性纳米颗粒溶液自下而上通过外加磁场的流道。

可以在流道外设置一个圆筒状容器，圆筒状容器沿其圆周方向设有分离区和脱落区，为了便于磁性纳米颗粒的脱落，也可以在分离区和脱落区之间设置过渡区，其中只在分离区处外加磁场，脱落区和过渡区处无外加磁场，因此只有处于分离区的环流通道的内侧壁上才能吸附磁性纳米颗粒。

S2：当所述流道附着预设厚度的磁性纳米颗粒磁泥后，将所述流道切换至无外加磁场处。

将流道切换至无外加磁场处时，例如将流道上附着有磁泥的区域转动至无外加磁场的脱落区，磁泥即可在重力的作用下从流道的侧壁上脱落。

S3：收集从所述流道内脱落的磁泥。

其整个过程，不仅可以连续地进行分离，而且在回收的过程中，无需反冲洗，不仅操作简单，而且生产效率较高。

以上对本发明所提供的一种分离回收磁性纳米颗粒的装置及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。