Способ получения магнитной жидкости

Способ получения магнитной жидкости

Реферат

Изобретение относится к области получения магнитных жидкостей, а также к области синтеза основного компонента магнитной жидкости феррофазы (высокодисперсного магнетита). Магнитная жидкость - устойчивая коллоидная система высокодисперсных частиц магнитного материала (ферро- или ферримагнитных веществ), стабилизированного поверхностно-активными веществами в жидкости-носителе, которая способна взаимодействовать с магнитным полем и во многих отношениях ведет себя как однородная жидкость.

Магнитные жидкости благодаря необычному сочетанию свойств магнетиков, жидкостей и коллоидных растворов являются перспективным материалом и могли бы найти применение в различных областях техники: при создании магнитно-жидкостных уплотнений в химической промышленности, в качестве магнитных смазок, в процессах магнитного обогащения немагнитных материалов, в биологии и медицине. Но их широкое применение ограничивается высокой стоимостью.

Получение магнитных жидкостей состоит из двух основных операций:

1) получение высокодисперсных частиц магнетика.

2) стабилизация частиц магнетика в жидкости-носителе с использованием диспергирующего вещества, предотвращающего агрегирование частиц магнетика в жидкости-носителе и обеспечивающего устойчивость магнитной жидкости.

Известен способ получения магнитной жидкости. Первоначально в качестве феррофазы при получении магнитной жидкости использовали материалы, обладающие более высокими магнитными свойствами - высокодисперсное металлическое железо, кобальт, мягкие магнитные сплавы типа пермендюр [Матусевич Н.П., Рахуба В.К. Получение магнитных жидкостей методом пептизации. - В кн.: Гидродинамика и теплофизика магнитных жидкостей. - тезисы докладов Всесоюзного симпозиума. Саласпилс, ин-т АН Латвийской ССР, 1980. - С.21-28]. Однако при использовании чистых металлов возникает ряд технологических трудностей, связанных как с получением высокодисперсных частиц и их защитой от окисления, так и с их стабилизацией с последующим диспергированием в жидкости-носителе. Поэтому наряду с металлами в качестве феррофазы все чаще используется магнетит (окид-закись железа), который хотя и уступает металлам по магнитным характеристикам, но благодаря простоте получения высокодисперсных частиц, хорошей адсорбционной способности и химической устойчивости позволяет получать магнитные жидкости, которые превосходят по магнитным параметрам магнитные жидкости на металлах.

Известен также способ получения магнитной жидкости, заключающийся в осаждении частиц магнетита из водных растворов солей Fe²⁺и Fe³⁺ - избытком щелочи (NaOH и NH₄OH). Предпочтительными солями являются хлориды и сульфаты из-за их доступности и экономичности. Присутствие ионов других металлов - Mg²⁺, Cr³⁺, Ni²⁺, Cu²⁺ - не является вредными, если их содержание невелико.

Осадок магнетита промывают декантацией от избытка щелочи и удаления солей до достижения рН 7. Полученный магнетит обладает дисперсностью, легко стабилизируется и диспергируется. Магнитная жидкость получается добавлением к водной суспензии магнетита жидкости-носителя, в которой растворен стабилизатор - ПАВ. В качестве жидкости-носителя используется керосин, в качестве стабилизатора - олеиновая кислота. При хемосорбции олеиновой кислоты на поверхности частиц магнетита образуется адсорбционный слой. При этом происходит обезвоживание частиц магнетита и разделение фаз, то есть выделение мгнетита из водной среды и его переход в среду жидкости-носителя [Матусевич Н.П., Рахуба В.К. Получение магнитных жидкостей методом пептизации. - В кн.: Гидродинамика и теплофизика магнитных жидкостей. - тезисы докладов Всесоюзного симпозиума. Саласпилс, ин-т АН Латвийской ССР, 1980. - С.21-28].

Известен также [Ахалая М.Г., Кокиашвили М.С., Берия В.П. Перспективы применения магнитных жидкостей в биологии и медицине. - В кн.: Физические свойства магнитных жидкостей: - Сб. статей. - Свердловск, УНУ АН СССР, 1983. - С.115-120] способ получения магнитной жидкости, в котором синтез феррофазы осуществляется как в [Матусевич Н.П., Рахуба В.К. Получение магнитных жидкостей методом пептизации. - В кн.: Гидродинамика и теплофизика магнитных жидкостей. - тезисы докладов Всесоюзного симпозиума. Саласпилс, ин-т АН Латвийской ССР, 1980. - С.21-28], затем производится удаление воды из осадка последовательной промывкой его ацетоном, толуолом. Для получения магнитной жидкости в требуемой жидкости-носителе толуол сливают с осадка магнетита, влажный осадок переносят в фарфоровую ступку, добавляют к нему стабилизатор - олеиновую кислоту. Из полученной смеси толуол выпаривают нагреванием до 90-110°С при непрерывном растирании осадка. После испарения толуола смесь продолжают тщательно растирать при той же температуре. Полученную массу переносят с помощью требуемого количества дисперсионной среды в мельницу и гомогенизируют в стальной мельнице, на ½ заполненной стальными шарами. Нужная степень пептизации достигается за 6-12 ч.

Известен способ получения магнитной жидкости, включающий образование суспензии магнетита путем соосаждения из растворов ионов двух- и трехвалентного железа, покрытие поверхности частиц магнетита адсорбированным слоем стабилизирующего вещества, отделение от суспензии фракции, содержащей стабилизированные магнитные частицы в жидкости-носителе, а в качестве источника трехвалентного железа для получения магнитной феррофазы используется солянокислый раствор осадка-отхода очистки сточных вод гальванических цехов [патент РФ №2182382, Бюл. №13, 2002; МПК H01F 1/36].

Описанные способы получения магнитной жидкости отличаются трудоемкостью и длительностью процессов с получением дорогостоящего продукта.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения магнитной жидкости, выбранный нами за прототип [патент РФ №2363064, Бюл. №21, 2009, МПК H01F 1/36].

Он состоит из следующих стадий:

- получение магнитной фазы магнитной жидкости в виде суспензии магнетита электрохимическим растворением электродов из стали Ст3, расстояние между которыми составляет 5-15 мм, в электропроводящем растворе поваренной соли с концентрацией NaCl 50-100 г/м³ при напряжении 24-36 В и плотности тока 15,6 А/мм²;

- покрытие поверхности частиц магнетита в водной среде адсорбированным слоем стабилизирующего вещества;

- подогрев полученной суспензии;

- отделение частиц магнетита от водной фазы и их смешение с неводной жидкостью-носителем.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование способа получения магнитной жидкости для применения в медицинских технологиях. Для этого магнитная фаза магнитной жидкости - магнетит - получается электрохимическим растворением электродов из стали Ст3 в электропроводящем растворе реополиглюкина, представляющего собой декстран с молекулярной массой от 30000 до 40000 10 г, натрия хлорид 0,9 г, вода для инъекций до 100 мл, и одновременное покрытие поверхности частиц магнетита адсорбированным слоем стабилизирующего вещества. Электрохимический способ отличается простотой, дешевизной аппаратурного оформления и возможностью управления интенсивностью процесса образования магнетита путем изменения параметров электролиза.

Поставленная задача решается следующим образом: подогрев раствора реополиглюкина до 80-90°С, получение суспензии магнетита электрохимическим растворением электродов из стали Ст3 в электропроводящем растворе реополиглюкина и одновременное покрытие поверхности частиц магнетита адсорбированным слоем стабилизирующего вещества.

Способ получения магнитной жидкости иллюстрируется следующим примером.

В емкость, содержащую подогретый до 80-90°С раствор реополиглюкина (состав: декстран с молекулярной массой от 30000 до 40000 10 г, натрия хлорид 0,9 г, вода для инъекций до 100 мл) и стабилизатор (глюкоза или фруктоза), погружались электроды из стали Ст3, расстояние между которыми составляет 5-15 мм, подавалось напряжение 20 В, обеспечивающая плотность тока 1,8 А/дм². В результате электролизов в данных условиях образуется магнитная жидкость на основе декстрана, которая имеет следующие свойства: объемная доля магнетита 6-8%, плотность 1080-1200 кг/м³, намагниченность насыщения 8-11 кА/м. Данная магнитная жидкость может быть использована как сорбент для очищения крови от вредных веществ и как средство нормализации высокой агрегации эритроцитов.

Способ получения магнитной жидкости, включающий получение магнитной фазы магнитной жидкости в виде суспензии магнетита электрохимическим растворением электродов из стали Ст3 в электропроводящем растворе, покрытие поверхности частиц магнетита в водной среде адсорбированным слоем стабилизирующего вещества, отличающийся тем, что электрохимическое растворение осуществляют одновременно с покрытием поверхности частиц магнетита стабилизирующим веществом, а в качестве электропроводящего раствора используют реополиглюкин, представляющий собой декстран с молекулярной массой от 30000 до 40000 - 10 г, натрия хлорид - 0,9 г, вода для инъекций - до 100 мл.