Наночастицы магнетита
Многие из высокого профиля использует магнетит, когда магнетит находится в виде наночастиц - т.е. в частице размером ниже микрометровой шкалы (3). Такие примеры наночастиц магнетита включают как в феррофлюиды, которые были продемонстрированы как полезные в доставке лекарств (4), так и очистки воды. Некоторые из этих видов использования используют микроразмерного магнетита в дополнение к наномасштабу.
Промышленные процессы
Пожалуй, наиболее известным применением магнетита черного песка является синтез аммиака в промышленных масштабах в процессе Haber-Bosch (H-B) (5). Процесс H-B производит аммиак путем преобразования атмосферного азота с водородом при повышенных температурах и давлениях, используя неоднородный железный катализатор. Магнетит является основным исходный материал для этого. Наземный магнетит частично уменьшается, освобождая его от части кислорода, оставляя катализатор, несущий магнетитово ядро с внешней оболочкой оксида железа (FeO, w'rstite). Преимущество этого катализатора заключается в его пористости, и, таким образом, это очень активный, высокий материал поверхности. Аммиак является одним из основных химических продуктов сырья и является ключевым компонентом в производстве удобрений, а использование магнетита в H-B обеспечивает недорогой и надежный катализатор для этого глобально важного процесса (6).
Более последующее применение высокого значения магнетита черного песка лежит внутри процесс Фишер-Tropsch (F-T), где окисинина углерода и водопода преобразованы в малые, прямые углеводороды цепи, которые могут после этого пройти растрескивание/реформируя/изомеризацию процесс в синтетические топлива. F-T является неотъемлемой частью глобального нефтяного сектора, обеспечивая поставки углеводородов при сдерживании традиционной добычи, и последовательно производя низкосернистой дизельной продукцией. Реакция F-T между угарным газом и водородом (синтезированный газ), как правило, катализация переходного металлического катализатора, такого как никель, кобальт или рутений. Катализаторы на основе железа также являются популярным выбором из-за их повсеместности и относительно недорогой природы - оксид магнетита является таким примером. Порошковый магнетит частично уменьшается с водородом, производя низкопористость, низкопорный размер катализатора с диаметром в области 100 микрон. Катализатор магнетита активен с низкой нагрузкой промотора, такого как кремнезем, и при типичной температуре реактора 340 градусов по Цельсию (7). Также было показано, что железные катализаторы, такие как магнетит, также эффективны в процессах F-T с более низкой температурой, производящих жидкие углеводороды и воски. Катализаторы железа менее чувствительны к отравлению сероводородом (общим загрязнительом в синтезе газа), чем катализаторы кобальта, и по своей сути дешевле, чем их аналоги рутения (8). Кроме того, магнетит активен в реакции сдвига воды газа, которая сопровождает основные реакции F-T (9).
Естественный магнетит используется в качестве катализатора для высокоэффективной деградации перекиси водорода в гидроксиловые радикалы, которые затем были использованы для деградации пара-нитрофенола. Порошок магнетитового черного песка с размером частиц 75 микрон был использован при нагрузке 1 г/л при нейтральном pH для быстрого катализа деградации пероксида до гидроксильных радикалов, что быстро вызвало разложение присутствующего пара-нитрофенола (10). Пара-нитрофенол является известным загрязнительом в различных промышленных процессах, таких как нефтехимическое производство, пестициды и бумага; и известный загрязнитель. Магнетит черный оксид был продемонстрирован работает аналогичным образом в деградации 2-хлоробифенилов, через супероксид опосредованного, магнетита вспомогательное производство гидроксилова радикалов (11). В обоих случаях было отмечено, что небольшое количество загрязняющих сил было удалено при примыке поверхности к катализатору магнетита.
Дальнейшие процессы деградации, катализирующиеся магнетитовыми удобрениями, являются теми, которые устраняют полициклические ароматические углеводороды, n-алканы и огнеупорные остатки масла в качестве загрязняющих веществ в почвах. В двух исследованиях порошкообразные магнетитовые удобрения были продемонстрированы в качестве высокоэффективного катализатора для фентон-подобных (перекись к гидроксилу, как указано выше) и убеждают пути деградации окисления (12). Магнетит превзошел растворимый катализатор Fe2 "при удалении от 80 до 90 остатков сырой нефти из почвы в течение одной недели, по сравнению с только 10-15 для регулярного катализатора железа (13). Использование магнетитовых удобрений в качестве обезболивающее загрязнение почвы особенно приветствуется из-за относительно низкой токсической природы магнетита. Он также был показан в качестве эффективного катализатора в деградации фенола - еще один промышленный побочный продукт - под ультрафиолетовым облучением, где сокращение Fe3 "до Fe2" было сочтено играть ключевую роль в активности катализатора, с размером частиц магнета черного оксида не имеет значения (14).
Применение в медицине
Магнетит нашел широкое применение в области медицины. Днк была показана, чтобы быть извлечены из ядер кукурузы соперничают с использованием магнита и магнетита кремнезема композитов, как работает лучше, чем коммерчески доступные комплекты для извлечения ДНК. Извлечение с использованием оксида черного магнетита было высокоурожайным и привело к экстрактам, которые были пригодны для использования в пищеварении ферментов и процессе цепной реакции полимеразы (15). 5 микрон шкалы магнетит порошок был использован в качестве красителя в окрашенных желатина для анализ протеолитической активности - распад белков на мелкие полипептиды и / или аминокислоты (16).
Магнитно-резонансная томография (МРТ) контрастные агенты часто сообщается как высокая эффективность приложений для магнетита из-за их суперпарамагнитных свойств - они становятся магнитными внутри сильного магнитного поля прибора МРТ, но потерять этот магнетизм, когда поле больше не применяется, и хорошо обнаруживаемые (17). Исследования Vivo с крысами показали, что в сочетании с декреном (длинной цепной полисахарид), он пересечет гематоэнцефалический барьер и обеспечит эффективные контрастные свойства (18). Один доклад показал, что преднамеренное употребление порошкообразного магнетита оказалось неожиданным источником контрастного агента, хотя следует отметить, что преднамеренное потребление магнетита в качестве пищевой добавки для железа не рекомендуется (19).
Как феррофлюид, Fe3O4 нашел потенциальное применение в лечении гипотермии (20), в результате чего раствор металлических материалов (в данном случае магнетита) был приостановлен в коммерческом геле для имитации тканей млекопитающих. Проходя ток через магнетит-несущий гель, локализованное тепло было индуцировано. Феррофлюд представляет собой дисперсию вещества железного типа в жидкой среде. Аналогичным образом, магнетит был включен в производство ферримагнитной стеклокерамики и используется в качестве "термосемов" для гипертермического лечения раковых клеток, с содержанием магнетита до 60. Такие «термосемена» имплантируются вокруг опухолей в гранулированной форме, а гиперлокализованное нагревание индуцируется применением магнитного магнетитного поля (21), которое вызывает гибель клеток.
Другие виды использования
В качестве компонента в записи средств массовой информации, магнетит был использован - хотя он часто сводится к гамма-Fe2O3 для высококачественных приложений записи (22), допинг с небольшим количеством кобальта для оптимальной читаемости. Было обнаружено, что магнетит является
высокоэффективным черным
пигментом в термических покрытиях с более высоким поглощением света, чем другие распространенные неорганические черные пигменты (23). Используется в картриджах тонера в печатных приложениях.
Магнетит
широко используется в очистке
воды и формируется в полимерные микросферы вместе со стиролом и дивинилбензолом для получения магнитных ионообменных смол (24), демонстрируя хорошую эффективность при удалении токсичных загрязнителей кобальта и нитратов из воды. На заводе в Австралии магнетит микрон был использован в качестве реагента для очистки и уточнения воды, производя питьевой запас из низкокачественных грунтовых и поверхностных вод. Вопросы, связанные с "загруженным" реагентом, который трудно удалить, были решены магнитотной природой (25). Хлорированные углеводороды могут быть удалены из воды с помощью бактерий, которые были адсорбированы на магнитит, который затем может быть удален с помощью магнитного поля (26).
С точки зрения самых передовых процессов фильтрации для наиболее сильно загрязненной воды, магнетит часто используется наряду с другими соединениями. Общее количество остатков органического углерода может быть уменьшено почти на две трети в кислых сточных водах всего за два часа благодаря присутствию магнетита в качестве сокатализатора наряду с обычным оксидом железа при температуре окружающей среды (27). Кроме того, в сочетании с родственным соединением гематитом, магнетит может способствовать удалению 75% остатков органического углерода в сточных водах косметических заводов, с дополнительным преимуществом в виде почти полного удаления растворенных форм азота (28).
Дальнейшие применения магнетита в фильтрации включают удаление шестивалентного урана из почвы в сочетании с металлредуцирующими бактериями Ochrobactrum (29), где присутствие магнетита, как было показано, способствует иммобилизации урана - со значительно меньшей удаляемостью, о которой сообщается без присутствия магнетита. Было показано, что магнетит способствует анаэробному сбраживанию сточных вод молочных продуктов (30).
При бурении на сырую нефть в качестве бурового раствора часто используется буровой раствор на водной основе. Обычно изготавливаемые с использованием таких соединений, как барит и бентонитовые глины, для обеспечения хорошей смазывающей способности, исследователи изучали другие материалы, которые могут быть полезными и/или более дешевыми, но, что особенно важно, более устойчивы к современным процессам бурения под высоким давлением и высокой температурой. Как правило, для таких применений используется более плотный материал; буровой раствор с более высоким удельным весом. Барит может быть заменен магнетитом в соотношении 1:1 и эффективен (31). Исследования показали, что плотность может быть увеличена с 14,5 до 14,9 ppg (т.е. большая плотность при меньшем количестве твердых веществ, что снижает затраты). Наблюдалась плоская реология и отмечался превосходный профиль вязкости-упругости, что означает лучшую очистку отверстий в буровом оборудовании. Фильтрационные свойства также были улучшены по сравнению с баритом: почти на 30% меньший объем фильтрата и на 16% меньший вес. Магнетит также может быть использован в форме наночастиц для специальных буровых растворов (32), при этом предел текучести и температура имеют линейную зависимость. Кроме того, при бурении нефтяных и газовых скважин магнетит может способствовать удалению сульфидов (33). Аналогично свойствам, повышающим плотность бурового раствора на водной основе, магнетит может быть использован в качестве утяжелителя при цементировании добывающих скважин (34).
Энергия
Несмотря на то, что магнетит показал свою способность добывать ископаемое топливо, есть несколько примеров того, как он находит применение в производстве полезной энергии более устойчивым образом. В микробном топливном элементе полезное топливо получается, когда электричество пропускается через определенный электролит, богатый бактериями, аналогично тому, как водород производится путем электролиза. Было обнаружено, что добавление магнетита в такую систему обеспечивает превосходную производительность на этапах транспортировки кислорода, что приводит к общему повышению эффективности системы (35). Кроме того, присутствующий магнетит также эффективен при удалении осадка сточных вод, если система использует загрязненную воду. Было показано, что иммобилизованные липазы магнетита являются эффективными продуцентами биодизельного топлива, как и другие липазы. Однако важно отметить, что грибковые и непробиотические источники липаз связаны с вредными побочными продуктами, в то время как пробиотические липазы не известны своей стабильностью и, следовательно, эффективностью по сравнению со своими грибковыми аналогами. Иммобилизация этих пробиотических липаз на магнетите обеспечивает превосходную производительность системы (36).
Для отправки комментария необходимо войти на сайт.