магнит с магнетита опилки вокруг него

Применение и использование магнетита

Введение в магнетит

Оксид магнетита является одним из основных руд железа, и наиболее магнитных из всех природных минералов в природе. Его основное использование в качестве источника железа. Магнетит, который имеет Международный союз чистой и прикладной химии (IUPAC) имя железа (ii,iii) оксида, это металлический, черный, непрозрачный минерал, который имеет химическую формулу Fe3O4, таким образом, содержащие четыре атома кислорода на каждые три железа. Магнетит содержит железо в двух состояниях окисления, ferric (Fe3 ")и ferrous (Fe2 "),который является уникальным среди оксидов железа. Его структура представляет собой обратную шпинель, с оксидовы ионов формирования лица в центре кубической решетки, с железом, принимая пространство в интерстициальных участках.

Естественный магнетит в основном встречается как октагедральные кристаллы. В качестве основного источника железа, он обрабатывается в доменной печи для производства губки или чугуна, как для использования в крупномасштабном производстве стали. Магнетит может быть широко распространен во всем мире, в первую очередь как крупномасштабные месторождения, в воспламеняемых и метаморфических пород, в окаменелостях через процесс биоминерализации, а также в черном песке. Кроме того, было установлено, что Fe3O4 откладывается в тканях млекопитающих, включая человеческий мозг, также в процессе биоминерализации (1).

магнетит руды

Магнетит и магнетизм

Ключ в названии - многие исторические применения магнетита из-за его природы в качестве магнитного материала. Магнетит является ферримагнитным, а это означает, что он притягивается к магниту и может быть намагничена, чтобы стать постоянным магнитом. Широко распространено мнение, что птицы используют магнитные поля, чтобы помочь в их навигации - это явление магнитоцепции связано с реакцией одного кристалла магнетита, физическая основа которого применяется ко многим видам и организмам, которые полагаются на чувствительность к магнитных полей (2). Кроме того, часто сообщалось, что высокое присутствие оксида магнетита может вызвать возмущения на компасе судна - в значительной степени в ущерб многим морякам в некоторых частях мира.

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.

Слово нано

Применение магнетита

Несмотря на многочисленные применения магнетита в форме наночастиц, он также имеет несколько применений на микро- и до макромасштаба. Промышленные процессы, такие как в производстве стали (которые не будут рассматриваться дальше), в качестве источника оксида, и в отличие агентов в медицинской визуализации. Другие виды использования, такие как катализаторы, феррофлюиды, пигменты и чернила будут обсуждаться.

водоочистная установка, используюметодика магнетита

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).

небольшое растение удобряется
руки, дающие удобрения для малого растения

Естественный магнетит используется в качестве катализатора для высокоэффективной деградации перекиси водорода в гидроксиловые радикалы, которые затем были использованы для деградации пара-нитрофенола. Магнетитный черный песочный порошок размером 75 микрон использовался при загрузке 1 г/л при нейтральном рН для быстрого стимулирования деградации перекиси до гидроксилевых радикалов, что быстро вызвало разложение пара-нитрофенол настоящее время (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).

пленка катушки сделаны с магнетитом продуктов
кассеты, которые использовали магнетит на записи ленты

Лекарственное использование

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).

Mri машина, которая использует магнетит продукты

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.

мри машина

Другое использование

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. Магнитит был признан высокопроизводительным черный пигмент в тепловых покрытиях, с более высокой абсорбцией света, чем другие распространенные неорганические черные пигменты (23). Используется в картриджах тонера в печатных приложениях.

брызги воды

Магнетит был широко используется в очистке воды и была сформирована в полимерные микросферы наряду со стирой и дивинильбензеном для производства магнитных ионно-обменных брашений (24), показывая хорошую эффективность при удалении токсичных кобальтовых и нитратных загрязнителей 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).

процесс очистки воды

Резюме

  • Магнетит является наиболее распространенной рудой железа; он притягивается к магнитам и сам может быть намагничен.
  • Используется в основном в производстве железа и стали.
  • Используется в процессах Хабер-Бош и Фишер-Тропш в качестве катализатора для производства аммиака и углеводородов соответственно; и в качестве инструмента деградации загрязняющих веществ в результате промышленных процессов.
  • В медицине для лечения гипотермии были изучены феррофлиды магнетита. Другие применения были показаны в гипертермических терапии, в МРТ контрастных агентов и в методах извлечения ДНК.
  • Магнетит используется в записи носителей, в качестве пигментного материала и для очистки воды.
  • Африканский пегматит может поставлять наши потребности магнетита, а также ряд других продуктов.
Магнетит

Ссылки:

1 B. J. Woodford et al., PNAS, 1992, 89, 7683

2 C. E. Diebel et al., Курр. Опин. Нейробиоль., 2001, 11. 462

3 D. Ficai et al., Курр. Вверх. Med. Хим., 2015, 15, 1622

4 Л. Блейни, Обзор Lehigh, 2007, 15, 5

5 B. Элверс (ed.) Энциклопедия Ульмана промышленной химии, Wiley-VCH, Вайнхайм, 2002

А. Миттак и В. Франкенбург, Adv. Катал., 1950, 2, 81

7 C. N. Satterfield et al., Ind. Англ. Хим. Процесс Dev., 1986, 25, 401

8 Г. Г. Стенгер-младший и К. Н. Саттерфилд, Ind. Англ. Хим. Процесс Dev., 1985, 24, 415

9 K. R. P. M. Rao et al., Hyperfine Interactions, 1994, 93, 1745

10 Н. Он и др., Sci. Представитель., 2015, 5, 1

11 Г. Д. Фанг и др., J. Азар. Матер., 2013, 250, 68

12 K. Hanna et al., Chemosphere, 2012, 87, 234

13 P. Фор и др., Топливо, 2012, 96, 270

14 D. Vione et al., Аппл. Катал. B: Окружающая среда, 2014, 154, 102

15 M. J. Дэвис и др., Хроматог. A, 2000, 890 159

16 М. Зафашкова и И. Зафашек, Биотехнологии. Методы, 1999, 13, 621

17 C. H. Chia et al., Ceramics Int., 2010, 36, 1417

18 J. W. M. Bulte et al., Магнитный резонанс в медицине, 1992, 23, 215

19 А. Такетоми-Такахаси и др., Ам. J. Рентгенология, 2007, 188, 1026

20 Р. Иергейст и др., Дж. Магнетизм и Магнитная матер., 1999, 201, 420

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

22 S. Онодэра и др., MRS Bull., 1996, 21, 35

23 К. Гани и др., J. Coatings Tech. Res., 2015, 12, 1065

24 Б. Чжун и др., J. Appl. Полим. Sci., 2003, 89, 2058

25 B. A. Bolto и T.H. Spurling, очистка воды с магнитными частицами в четвертом симпозиуме по нашей окружающей среде, Дордрехт, Нидерланды, 1991

26 I. C. Mac Rae, Water Res., 1986, 20, 1149