magnet dengan magnetit pemfailan di sekelilingnya

Aplikasi dan Kegunaan Magnetit

Pengenalan Magnetite

Magnetit oksida adalah salah satu daripada yang utama besi, dan yang paling magnet dari semua mineral semulajadi yang berlaku di alam semula jadi. Penggunaan utamanya adalah sebagai sumber besi. Magnetit, yang mempunyai Kesatuan antarabangsa yang tulen dan Gunaan kimia (IUPAC) nama besi (ii, iii) oksida, ia adalah sejenis mineral logam, hitam, legap yang mempunyai Formula kimia Fe3O4, dengan itu mengandungi empat atom oksigen bagi setiap tiga besi. Magnetit mengandungi zat besi dalam dua keadaan pengoksidaan, ferric (Fe3 +) dan ferus (Fe2 +), yang unik di kalangan oksida besi. Struktur adalah spinel songsang, dengan ion oksida yang membentuk sebuah bangunan yang berpusatkan padu, dengan seterika mengambil ruang di laman celahan.

Magnetit semulajadi yang berlaku kebanyakannya ditemui sebagai Kristal octahedral. Sebagai sumber utama besi, ia dirawat dalam Relau letupan untuk menghasilkan besi SPAN atau babi, kedua-duanya akan digunakan dalam pengilangan besar-besaran keluli. Magnetit boleh didapati secara meluas diedarkan di seluruh dunia, terutamanya sebagai Deposit berskala besar, dalam igneous dan metamorik batu, dalam fosil melalui proses biomineralan dan juga dalam Pasir Hitam. Di samping itu, Fe3O4 telah didapati didepositkan dalam mammalian tisu, termasuk otak manusia, juga melalui proses biomineralisasi (1).

magnetit Ore

Magnetit dan Magnetisme

Petunjuk adalah dalam nama-banyak aplikasi sejarah magnetit adalah disebabkan oleh sifatnya sebagai bahan magnet. Magnetit adalah ferrimagnet, bermakna bahawa ia tertarik kepada magnet dan boleh magnetised untuk menjadi magnet kekal. Ia secara meluas dilaporkan bahawa burung menggunakan medan magnet untuk membantu dalam navigation mereka-fenomena magnetoreception ini adalah kerana sambutan magnetit Kristal tunggal, asas fizikal yang digunakan untuk banyak spesies dan organisma yang bergantung pada sensitiviti kepada bidang magnet (2). Ia juga sering dilaporkan bahawa kehadiran tinggi magnetit oksida boleh menyebabkan orang-orang di atas kapal Compass-banyak untuk menjejaskan banyak pelaut di beberapa bahagian dunia.

Nanopartikel Magnetit

Banyak profil tinggi menggunakan magnetit adalah apabila magnetit adalah dalam bentuk nanopartikel-i.e. dalam saiz zarah di bawah skala micrometer (3). Contoh nanopartikel magnetit termasuk seperti dalam ferbendalir, yang telah ditunjukkan sebagai berguna dalam penghantaran dadah (4), dan penulenan air. Sesetengah daripada mereka menggunakan magnetit bersaiz mikroskala di samping nanoscale.

perkataan Nano

Aplikasi Magnetite

Meskipun magnetit banyak digunakan dalam bentuk nanopartikel, ia juga mempunyai beberapa aplikasi pada mikro-dan sehingga ke skala makro. Proses industri seperti dalam pembuatan keluli (yang tidak akan diuruskan dengan mana-mana lagi di sini), sebagai sumber oksida, dan sebaliknya ejen dalam pengimejan perubatan. Kegunaan lain seperti pemangkin, ferbendalir, pigmen dan dakwat akan dibincangkan.

loji rawatan air yang menggunakan magnetit

Proses Industri

Mungkin yang paling terkenal permohonan magnetit Pasir Hitam adalah dalam sintesis skala perindustrian ammonia melalui proses Haber-Bosch (H-B) (5). Proses H-B menghasilkan ammonia dengan menukar nitrogen atmosfera dengan hidrogen di bawah suhu yang tinggi dan tekanan, menggunakan pemangkin besi Heterogen. Magnetit adalah bahan sumber utama untuk ini. Magnetit tanah sebahagiannya dikurangkan, melegakan beberapa oksigen, meninggalkan pemangkin yang mempunyai teras magnetit dengan Shell luar ferus oksida (FeO, würstite). Kelebihan pemangkin ini datang dalam porositi, dan dengan itu ia adalah bahan kawasan yang sangat aktif dan tinggi. Ammonia adalah bahan mentah kimia utama dan merupakan komponen utama dalam pembuatan baja, dan penggunaan magnetit dalam H-B menyediakan pemangkin yang murah dan boleh dipercayai untuk proses ini penting global (6).

A lagi kepentingan tinggi permohonan magnetit Pasir Hitam terletak dalam proses Fischer-Tropsch (F-T), di mana karbon monoksida dan hidrogen ditukar kepada kecil, hidrokarbon rantaian lurus, yang kemudiannya boleh menjalani keretakan/membentuk semula/isomerisation proses ke dalam bahan api sintetik. F-T adalah bahagian penting dalam sektor Petroleum global, memastikan bekalan hidrokarbon apabila pengeluaran tradisional menghalang, dan dengan konsisten menghasilkan produk diesel rendah-sulfur. Tindak balas F-T di antara karbon monoksida dan hidrogen (gas sintesis) biasanya menjadi pemangkin kepada penggerak logam, seperti nikel, kobalt atau ruthenium. Berasaskan zat besi juga merupakan pilihan popular kerana ubiquity mereka dan sifat agak murah – magnetit oksida seperti contoh. Magnetit serbuk dikurangkan sebahagiannya dengan hidrogen, menghasilkan yang rendah-berositi saiz rendah liang dengan diameter di rantau 100 microns. Penggerak magnetit aktif dengan beban yang rendah daripada penganjur seperti silika, dan pada suhu reaktor tipikal sebanyak 340 ° c (7). Pemangkin besi, seperti magnetit, juga telah ditunjukkan untuk menjadi berkesan dalam suhu yang lebih rendah proses F-T menghasilkan hidrokarbon cecair dan waxes. Pemangkin besi kurang sensitif kepada keracunan oleh hidrogen sulfida (yang menyimpang biasa dalam gas sintesis) daripada pemangkin kobalt, dan sememangnya lebih murah daripada rakan mereka yang mereka ruthenium (8). Selain itu, magnetit aktif dalam reaksi anjakan air-gas yang mengiringi reaksi utama F-T (9).

kilang kecil yang dipembajaan
tangan memberi baja kepada loji kecil

Magnetit semulajadi yang berlaku telah digunakan sebagai pemangkin bagi penurunan kecekapan tinggi peroksida hidrogen ke dalam hidroxyl radikal, yang kemudiannya digunakan untuk merendahkan perenggan-nitrophenol. Magnetit serbuk Pasir Hitam dengan saiz zarah 75 mikron telah digunakan pada loading 1 g/L di pH neutral untuk cepat pemangkin kepada penurunan peroksida kepada hidroxyl radikal, yang cepat menyebabkan penguraian perenggan-nitrophenol hadir (10). Perenggan-nitrophenol adalah sejenis yang dikenali dari pelbagai proses industri seperti petrokimia, racun perosak dan pembuatan kertas; dan pencemar yang dikenali. Magnetit oksida hitam telah ditunjukkan bekerja dengan cara yang sama dalam kemerosotan 2-chlorobiphenyl, melalui yang superoksida mediated, magnetit membantu pengeluaran hidroxyl radikal (11). Ia telah dicatatkan dalam kedua-dua kes bahawa sejumlah kecil yang tidak bersuara telah dikeluarkan oleh lekatan permukaan kepada pemangkin magnetit.

Proses yang lebih teruk lagi akan menyebabkan baja magnetit adalah mereka yang menghapuskan hidrokarbon aromatik, n-alkanes dan refraktori sisa minyak sebagai bahan cemar di dalam tanah. Dalam dua kajian, serbuk baja yang telah ditunjukkan sebagai pemangkin yang sangat berkesan untuk fenton-seperti (peroksida kepada hidroxyl, seperti di atas) dan laluan persufate oksida pengoksidaan (12). Magnetit mengatasi yang larut Fe2 + pemangkin di mengeluarkan antara 80 dan 90 sisa minyak mentah dari tanah dalam satu minggu, berbanding dengan hanya 10-15 untuk bahan pemangkin besi biasa (13). Penggunaan baja magnetit sebagai relia pencemaran tanah adalah terutamanya dialu-alukan kerana magnetit agak rendah toksik sifat. Ia juga telah ditunjukkan sebagai pemangkin yang berkesan dalam penurunan fenol-satu lagi industri oleh produk-di bawah ultraviolet irradiasi di mana pengurangan Fe3 + untuk Fe2 + dianggap memainkan peranan penting dalam aktiviti pemangkin, dengan saiz magnetit zarah oksida hitam yang tidak penting (14).

filem reel dibuat dengan magnetit produk
pita kaset yang digunakan magnetit pada pita rakaman

Kegunaan Ubat

Magnetit telah menemui banyak kegunaan dalam bidang ubat-ubatan. DNA telah ditunjukkan untuk diekstrak dari kerong daripada jagung Vie penggunaan daripada komposit magnete dan magnetit-silika, kedua-duanya berprestasi lebih baik daripada kit pengekstrakan DNA yang tersedia secara komersial. Pengekstrakan menggunakan magnetit hitam oksida adalah pulangan yang tinggi dan menghasilkan ekstrak yang sesuai untuk digunakan dalam penghadaman enzim dan proses reaksi rantaian polymerase (15). 5 jenis magnetit skala Micron telah digunakan sebagai pewarna dalam gelatine berwarna kuning untuk cerakin aktiviti proteolytic-pecahan protein kepada polypeptides yang lebih kecil dan/atau asid amino (16).

Mesin MRI yang menggunakan produk magnetit

Pengimejan resonans magnetik (MRI) agen kontras sering dilaporkan sebagai aplikasi keberkesanan yang tinggi untuk magnetit kerana sifat superparamagnetic mereka-mereka menjadi magnetik di dalam bidang magnet yang kuat dalam instrumen MRI, tetapi longgar kemagnetan ini apabila medan tidak lagi digunakan, dan sangat dikesan (17). Vivo kajian dengan tikus telah menunjukkan bahawa apabila digabungkan dengan dextran (yang panjang rantai polysaccharide), ia akan menyeberang halangan darah-otak dan menyediakan sifat-bentuk kontras yang berkesan (18). Satu laporan menunjukkan bahawa ditelan yang disengajakan magnetit serbuk membuktikan sumber yang tidak diduga ejen kontras, walaupun harus diperhatikan bahawa penggunaan yang disengajakan magnetit sebagai tambahan Pemakanan untuk besi tidak disyorkan (19).

Sebagai sebuah ferbendalir, Fe3O4 telah menemui potensi penggunaan dalam rawatan hipothermia (20), di mana penyelesaian bahan logam (dalam magnetit kes ini) telah digantung dalam gel komersial untuk meniru tisu mammalian. Dengan lulus semasa merentasi gel galas magnetit, haba tempatan telah berpunca daripada. A ferbendalir adalah penyebaran bahan jenis besi dalam Medium cecair. Begitu juga, magnetit telah dimasukkan dalam pembuatan kaca ferrimagnet-seramik dan digunakan sebagai ' termobenih ' untuk rawatan hyperthermic sel kanser, dengan kandungan magnetit sehingga 60. Itu ' termobenih ' yang diimplan di sekitar tumor dalam bentuk butiran dan pemanasan luar-tempatan berpunca daripada penggunaan medan magnetit magnetik (21), yang menyebabkan kematian sel.

Mesin MRI

Kegunaan Lain

Sebagai komponen dalam rakaman media, magnetit telah digunakan-walaupun ia sering dikurangkan kepada Gamma-Fe2O3 untuk aplikasi rakaman berkualiti tinggi (22), dengan jumlah kecil kobalt untuk kebolehbacaan optimum. Magnetit telah didapati untuk menjadi
pigmen hitam
yang berprestasi tinggi dalam salutan haba, dengan penyerapan cahaya yang lebih tinggi daripada pigmen hitam lain yang biasa (23). Ia digunakan dalam kartrij toner dalam aplikasi percetakan.

Sembur air

Magnetit telah
diambil bekerja secara meluas dalam penulenan air
dan telah dibentuk ke dalam polymeric microsfera bersama styrene dan divinylbenzene untuk menghasilkan ion-Pertukaran magnet-Exchange (24), menunjukkan kecekapan yang baik untuk mengeluarkan kobalt toksik dan nitrat bahan cemar dari air. Di dalam sebuah kilang di Australia, magnetit skala Micron telah digunakan sebagai agen dalam penulenan dan penjelasan air, menghasilkan bekalan yang tinggi dari tanah berkualiti rendah dan air permukaan. Isu yang berkaitan dengan ' yang dimuatkan ' ejen kembali sukar untuk menghapuskan diselesaikan oleh magnetit magnet Alam (25). Hidrokarbon kloredon boleh dikeluarkan dari air melalui bakteria yang telah adsorat magnetit, yang kemudiannya boleh dikeluarkan menggunakan medan magnet (26).

proses penulenan air

Ringkasan

  • Magnetit adalah bijih yang paling biasa besi; Ia tertarik kepada magnet dan ia boleh menjadi magnetised.
  • Ia digunakan terutamanya dalam pengeluaran besi dan keluli.
  • Ia digunakan dalam proses Haber-Bosch dan Fischer-Tropsch sebagai pemangkin, untuk pengeluaran ammonia dan hidrokarbon. dan sebagai alat dalam kemerosotan bahan cemar daripada proses industri.
  • Dalam perubatan, ferbendalir magnetit telah dikaji untuk rawatan hipothermia. Aplikasi lain telah ditunjukkan dalam terapi hyperthermic, dalam agen kontras MRI dan dalam teknik pengekstrakan DNA.
  • Magnetit telah digunakan dalam rakaman media, sebagai bahan pigmen dan untuk penulenan air.

  • Afrika Pegmatite
    boleh membekalkan magnetit kami perlu serta
    pelbagai produk lain
    .
Magnetit

Rujukan:

1 B. J. Woodford et Al., pnas, 1992, 89, 7683

2 C. E. pemakanan Bel et Al., Wakil curr. Opin. Neurobiol., 2001, 11. 462

3 D. Ficai et Al., Wakil curr. Atas. Med. Chem., 2015, 15, 1622

4 L. Blaney, Lehigh Review, 2007, 15, 5

5 B. Elvers (Ed.) Ullmann ensiklopedia kimia industri, WILEY-VCH, weinheim, 2002

6 A. Mittasch dan W. Frankenburg, Adv. Catal., 1950, 2, 81

7 C. N. Satterfield et al., Ind. Eng. Chem. Proses dev., 1986, 25, 401

8 H. G. Stenger JR. dan C. N. Satterfield, Ind. Eng. Chem. Proses dev., 1985, 24, 415

9 K. R. M. Rao et Al., interaksi hyperfine, 1994, 93, 1745

10 H. Dia et Al., Mini. Rep., 2015, 5, 1

11 G. D. Fang et Al., J. bahaya. Mater., 2013, 250, 68

12 K. Hanna et Al., chemosphere, 2012, 87, 234

13 P. Faure et Al., bahan api, 2012, 96, 270

14 D. Vione et Al., APPL. Catal. B: alam sekitar, 2014, 154, 102

15 M. J. Davies et al., J. Chromatog. A, 2000, 890,159

16 M. Šafaříková dan I. Šafařík, Biotech. Teknik, 1999, 13, 621

17 C. H. Chia et Al., seramik Int., 2010, 36, 1417

18 J. W. M. Bulte et Al., resonans magnetik dalam perubatan, 1992, 23, 215

19 A. Taketomi-Takahasi et Al., Am. J. Roentgenology, 2007, 188, 1026

20 R. Hiergeist et al., J. kemagnetan dan bermagnet., 1999, 201, 420

21 S. A. M. Abdel-Hameed et al., seramik Int. 2009, 35, 1539

22 S. Onodera et al., Puan Bull., 1996, 21, 35

23 m. Ghani et al., J. lapisan teknologi. Res., 2015, 12, 1065

24 B. Jung et Al., J. APPL. Polm. Mini., 2003, 89, 2058

25 B. A. Bolto dan T.H. an, penulenan air dengan zarah magnetik dalam Simposium keempat di alam sekitar kita, Dordrecht, Belanda, 1991

26 I. C. Mac RAE, air res., 1986, 20, 1149