الجسيمات النانوية للمغنتيت
العديد من الاستخدامات البارزة للمغناطيس هي عندما يكون المغنطيسية في شكل جسيمات نانوية - أي في حجم الجسيمات تحت مقياس الميكرومتر (3). وتشمل هذه الأمثلة على المغنطيسية النانوية كما هو الحال في السوائل الفيروة، التي ثبت أنها مفيدة في تسليم المخدرات (4)، وتنقية المياه. بعض هذه الاستخدامات تستخدم المغنطيسية ذات الحجم الصغير بالإضافة إلى النانو.
العمليات الصناعية
ولعل أشهر تطبيق للالرمال السوداء المغنطية هو في تركيب النطاق الصناعي للالأمونيا من خلال عملية هابر بوش (H-B) (5). وتنتج عملية H-B الأمونيا عن طريق تحويل النيتروجين الجوي بالهيدروجين تحت درجات حرارة وضغوط مرتفعة، باستخدام محفز حديدي غير متجانس. المغنطيسية هي المادة المصدر الرئيسي لهذا. يتم تقليل المغنطيسية الأرضية جزئيًا ، مما يخففها من بعض الأكسجين ، مما يترك محفزًا يحمل نواة ممغنطة مع قشرة خارجية من أكسيد الحديد (FeO ، würstite). ميزة هذا المحفز يأتي في مساميته ، وبالتالي فهو نشط للغاية ، والمواد ذات المساحة السطحية العالية. الأمونيا هي مادة وسيطة كيميائية رئيسية وهي مكون رئيسي في تصنيع الأسمدة، ويوفر استخدام المغنطيسية في H-B محفزًا غير مكلف وموثوق به لهذه العملية المهمة عالميًا (6).
وهناك تطبيق آخر عالي الأهمية للالرمال السوداء المغنطية يكمن في عملية فيشر تروبش (F-T) ، حيث يتم تحويل أول أكسيد الكربون والهيدروجين إلى هيدروكربونات صغيرة مستقيمة ، والتي يمكن أن تخضع بعد ذلك لعملية تكسير / إصلاح / الأيزومرISATION إلى وقود اصطناعي. تعتبر F-T جزءًا أساسيًا من قطاع النفط العالمي، حيث تضمن إمدادات الهيدروكربونات عندما يتم منع الإنتاج التقليدي، ومن خلال إنتاج منتجات الديزل منخفضة الكبريت باستمرار. وعادة ما يحفز تفاعل F-T بين أول أكسيد الكربون والهيدروجين (غاز التوليف) بمحفز معدني انتقالي، مثل النيكل أو الكوبالت أو الروثينيوم. المواد الحفازة القائمة على الحديد هي أيضا خيار شعبي نظرا لطبيعتها في كل مكان وطبيعة غير مكلفة نسبيا – أكسيد المغنطيت يجري مثل هذا المثال. يتم تقليل الماغنيت المجفف جزئيًا مع الهيدروجين ، مما ينتج محفزًا منخفض ًا بحجم المسام منخفض المسام بأقطار في المنطقة من 100 ميكرون. وينشط المحفز المغنطيسي مع انخفاض تحميل المروج مثل السيليكا، وفي درجات حرارة المفاعل النموذجية التي تبلغ 340 درجة مئوية (7). كما ثبت أن محفزات الحديد، مثل المغنطيسية، فعالة في عمليات F-T ذات الحرارة المنخفضة التي تنتج الهيدروكربونات والشمعات السائلة. ومحفزات الحديد أقل حساسية للتسمم بكبريتيد الهيدروجين (وهو ملوث شائع في غاز التوليف) من محفزات الكوبالت، وهي بطبيعتها أرخص من نظيراتها من الروثينيوم (8). بالإضافة إلى ذلك ، تنشط المغنتات في تفاعل تحول الماء والغاز الذي يصاحب ردود الفعل الرئيسية F-T (9).
وقد استخدمت المغنطيسية التي تحدث بشكل طبيعي كمحفز لتدهور عالية الكفاءة من بيروكسيد الهيدروجين إلى الجذور الهيدروكسيل، والتي استخدمت بعد ذلك لتدهور شبه نيتروفينول. تم استخدام مسحوق الرمل الأسود المغنتيت بحجم جسيم 75 ميكرون عند تحميل 1 جم / لتر عند درجة حموضة محايدة لتحفيز تدهور البيروكسيد إلى جذور الهيدروكسيل بسرعة ، مما تسبب بسرعة في تحلل بارا نيتروفينول الموجود (10). بارا-نيتروفينول هو ملوث معروف من مجموعة متنوعة من العمليات الصناعية، مثل البتروكيماويات ومبيدات الآفات وتصنيع الورق؛ وملوث معروف. وقد ثبت أكسيد أسود المغنطيسية العمل بطريقة مماثلة في تدهور 2-chlorobiphenyl، عن طريق superoxide بوساطة، ساعد المغنتية إنتاج الجذور هيدروكسيل (11). ولوحظ في كلتا الحالتين أن كمية صغيرة من الملوثات أزيلت عن طريق الالتصاق السطحي بمحفز المغنطيسية.
عمليات التدهور الأخرى التي تحفزها الأسمدة المغنطيسية هي تلك التي تقضي على الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات، ن-الكانات ومخلفات النفط الحراري كملوثات في التربة. في دراستين، تم إثبات الأسمدة المغنطيسية المجففة كمحفز فعال للغاية لـ Fenton like (بيروكسيد إلى هيدروكسيل، كما هو موضح أعلاه) ومسارات تدهور أكسدة البيروفات (12). تفوقت المغنتية على محفز Fe2+ قابل للذوبان في إزالة ما بين 80 و 90 من مخلفات النفط الخام من التربة في أسبوع واحد، مقارنة بـ 10-15 فقط لمحفز الحديد العادي (13). ويلقى استخدام الأسمدة المغنطية كمسكن لتلوث التربة ترحيباً خاصاً نظراً لطبيعة السمية المنخفضة نسبياً للمغناطيس. وقد ثبت أيضا كمحفز فعال في تدهور الفينول - منتج ثانوي صناعي آخر - تحت الأشعة فوق البنفسجية حيث اعتبر تخفيض Fe3 + إلى Fe2 + يلعب دورا رئيسيا في نشاط المحفز ، مع حجم جزيئات أكسيد الأسود المغنطيسي غير مهم (14).
الاستخدامات الطبية
وقد وجدت المغنطيسية استخدام واسع النطاق في المجال الطبي. وقد ثبت أن الحمض النووي قد تم استخراجه من حبات الذرة تتنافس على استخدام مركبات المغنطيسية والسيليكا المغنطيسية ، وكلاهما يؤدي أداء أفضل من مجموعات استخراج الحمض النووي المتاحة تجاريا. كان الاستخراج باستخدام أكسيد أسود المغنطيسية عالي الغلة وأسفر عن مقتطفات كانت مناسبة للاستخدام في هضم الإنزيم وعملية تفاعل البوليميراز المتسلسل (15). 5 ميكرون مقياس مسحوق المغنطيت وقد استخدمت كصبغة في الجيلاتين الملون لقياس النشاط البروتيني - انهيار البروتينات في بوليبتيدات أصغر و / أو الأحماض الأمينية (16).
غالبًا ما يتم الإبلاغ عن عوامل التباين في التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) كتطبيقات عالية الفعالية للمغناطيس بسبب خصائصها المغناطيسية الفائقة - تصبح مغناطيسية داخل المجال المغناطيسي القوي لأداة التصوير بالرنين المغناطيسي ، ولكنها تفقد هذه المغناطيسية عندما لا يتم تطبيق الحقل ، ويمكن اكتشافها بشكل كبير (17). وقد أظهرت الدراسات Vivo مع الفئران أنه عندما جنبا إلى جنب مع dextran (سلسلة طويلة polysaccharide), فإنه سيتم عبور حاجز الدم في الدماغ وتوفير خصائص التباين فعالة (18). أظهر أحد التقارير أن الابتلاع المتعمد للمغناطيس المجفف أثبت أنه مصدر غير متوقع لعامل التباين ، على الرغم من أنه تجدر الإشارة إلى أن الاستهلاك المتعمد للمغناطيس كمكمل غذائي للحديد لا ينصح به (19).
كما ferrofluid، Fe3O4 وجدت الاستخدام المحتمل في علاج انخفاض حرارة الجسم (20)، حيث تم تعليق محلول من المواد المعدنية (في هذه الحالة المغناطيسية) في هلام التجارية لتقليد أنسجة الثدييات. من خلال تمرير تيار عبر هلام المغنطيسية الحاملة، تم حث الحرارة المحلية. السائل الحديدي هو تشتت مادة من نوع الحديد في وسط سائل. وبالمثل، تم تضمين المغنتية في تصنيع السيراميك الزجاجي المغناطيسي وتستخدم كـ "بذور حرارية" للعلاج المفرط للخلايا السرطانية، مع محتوى مغناطيسي يصل إلى 60. تزرع هذه "البذور الحرارية" حول الأورام في شكل حبيبي ويتم حث التدفئة شديدة الكثافة من خلال تطبيق حقل مغناطيسي مغناطيسي (21) ، مما يسبب موت الخلايا.
استخدامات أخرى
كعنصر في تسجيل الوسائط ، تم استخدام المغنطيسية - على الرغم من أنه غالبًا ما يتم تقليله إلى غاما -Fe2O3 لتطبيقات التسجيل عالية الجودة (22) ، مع كميات صغيرة من الكوبالت للقراءة المثلى. تم العثور على المغنتية أن
يكون الصباغ الأسود
عالية الأداء في الطلاء الحراري، مع امتصاص ضوء أعلى من غيرها من الأصباغ السوداء غير العضوية الشائعة (23). يتم استخدامه في خراطيش الحبر في تطبيقات الطباعة.
وقد استخدمت المغنتية
على نطاق واسع في تنقية المياه
وشكلت في ميكروسفيرات بوليميرية جنبا إلى جنب مع الستايرين وdivinylbenzene لإنتاج راتنجات التبادل الأيوني المغناطيسي (24)، مما يدل على كفاءة جيدة في إزالة الكوبالت السامة والملوثات النترات من الماء. وفي مصنع في أستراليا، استُخدم المغنطيسية على نطاق ميكرون ككاشف لتنقية المياه وتوضيحها، مما ينتج إمدادات صالحة للشرب من المياه الجوفية والسطحية المنخفضة الجودة. تم حل القضايا المتعلقة بالكاشف "المحملة" التي يصعب إزالتها من خلال الطبيعة المغناطيسية المغناطيسية (25). يمكن إزالة الهيدروكربونات المكلورة من الماء عن طريق البكتيريا التي تم امتصاصها على المغنطيسية ، والتي يمكن إزالتها بعد ذلك باستخدام حقل مغناطيسي (26).
من حيث عمليات الترشيح الأكثر تقدما للمياه الأكثر تلوثا ، غالبا ما يستخدم المغنتيت جنبا إلى جنب مع المركبات الأخرى. يمكن تقليل إجمالي بقايا الكربون العضوي بمقدار الثلثين تقريبا في مياه الصرف الحمضية في ساعتين فقط من خلال وجود المغنتيت كمحفز مساعد إلى جانب أكسيد الحديد التقليدي ، في درجة الحرارة المحيطة (27). بالإضافة إلى ذلك ، عند دمجه مع مركب الهيماتيت ذي الصلة ، يمكن أن يؤثر المغنتيت على إزالة 75٪ من بقايا الكربون العضوي في مياه الصرف الصحي لنباتات مستحضرات التجميل ، مع فائدة إضافية تتمثل في إزالة أنواع النيتروجين الذائبة بالكامل تقريبا أيضا (28).
تشمل الاستخدامات الأخرى للمغنتيت في تطبيقات الترشيح إزالة اليورانيوم سداسي التكافؤ من التربة عندما يكون مصحوبا ببكتيريا تقليل المعادن Ochrobactrum (29) ، حيث ثبت أن وجود المغنتيت يساعد في تجميد اليورانيوم - مع إمكانية إزالة أقل بكثير تم الإبلاغ عنها دون وجود المغنتيت. لقد ثبت أن المغنتيت يساعد في الهضم اللاهوائي لمياه الصرف الصحي لمنتجات الألبان (30).
في التنقيب عن النفط الخام ، غالبا ما يستخدم الطين المائي كسائل حفر. عادة ما يتم تصنيعها باستخدام مركبات مثل طين الباريت والبنتونيت لتوفير تزييت جيد ، وقد نظرت الأبحاث في مواد أخرى قد تكون مفيدة و / أو أرخص - ولكن بشكل حاسم أكثر تسامحا مع عمليات الحفر ذات الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية اليوم. عادة لمثل هذه التطبيقات ، يتم استخدام مادة أكثر كثافة. طين ذو ثقل نوعي أعلى. يمكن استبدال الباريت بالمغنتيت بطريقة 1: 1 وهو فعال (31). أظهرت الأبحاث أنه يمكن زيادة الكثافة من 14.5 إلى 14.9 جزء في المليون (أي كثافة أكبر مع كمية أقل من المواد الصلبة ، مما يقلل التكاليف). لوحظت ريولوجيا مسطحة ولوحظ وجود ملف تعريف فائق لمرونة اللزوجة ، مما يعني تنظيفا أفضل للثقوب في معدات الحفر. كما تم تحسين خصائص الترشيح مقارنة بالباريت ، مع حجم ترشيح أقل بنسبة 30٪ تقريبا ووزن أقل بنسبة 16٪. يمكن أيضا استخدام المغنتيت في شكل الجسيمات النانوية لسوائل الحفر المخصصة (32) ، مع وجود علاقة خطية بين إجهاد الخضوع ودرجة الحرارة. علاوة على ذلك ، في التنقيب عن النفط والغاز ، يمكن أن يساعد المغنتيت في إزالة الكبريتيدات (33). على نفس المنوال لخصائص تعزيز الكثافة في الطين المائي ، يمكن استخدام المغنتيت بشكل مشابه كعامل ترجيح في تدعيم آبار الاستخراج (34).
طاقة
في حين أظهر المغنتيت قدرته في استخراج الوقود الأحفوري ، إلا أن هناك بعض الأمثلة على استخدامه في إنتاج الطاقة القابلة للاستخدام بطريقة أكثر استدامة. في خلية الوقود الميكروبية ، يتم إنتاج الوقود القابل للاستخدام عندما يتم تمرير الكهرباء من خلال إلكتروليت غني بالبكتيريا ، بطريقة مماثلة للهيدروجين يتم إنتاجه عن طريق التحليل الكهربائي. وقد وجد أن إضافة المغنتيت إلى مثل هذا النظام يوفر أداء ممتازا لخطوات نقل الأكسجين ، مما يؤدي إلى زيادة كفاءة النظام بشكل عام (35). بالإضافة إلى ذلك ، فإن المغنتيت الموجود فعال أيضا في إزالة حمأة الصرف الصحي - إذا كان النظام يستخدم المياه الملوثة. وقد ثبت أن الليباز المجمد المغنتيت كمنتج فعال لوقود الديزل الحيوي ، تماما مثل الليباز الأخرى. ومع ذلك ، فإن المصادر الفطرية وغير البروبيوتيك للليباز ترتبط بالمنتجات الثانوية الضارة ، في حين أن الليباز بروبيوتيك غير معروف باستقراره وبالتالي كفاءته مقارنة بنظيراته الفطرية. إن تجميد هذه الليبازات بروبيوتيك على المغنتيت يجعل نظام الأداء متفوقا (36).
يجب عليك تسجيل الدخول لكتابة تعليق.