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磁化水性能的时效性研究*

2020-03-26张伟伟张志峰薄华涛陈东方

机电工程技术 2020年2期
关键词:遍数磁场强度磁化

张伟伟,张志峰,薄华涛,陈东方,孙 鑫

(长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室,西安 710064)

0 引言

磁化水是近些年迅速发展起来的,在工业锅炉除垢防垢、农业作物增产、垃圾充填、医学磁化杀菌等领域得到广泛应用的一门新技术[1-6],在各行各业中的应用也越来越广泛。让普通水以一定流速沿着与磁力线垂直的方向切割,通过一定强度的磁场,普通水就会变成磁化水[7]。磁化水处理设备来源于磁场理论,其价格便宜、节能环保,但对提高磁化水设备性能和优化磁化水设备参数方面的研究仍较少。相关研究成果表明,自来水经过磁化后,水的分子团簇结构会发生变化,进而影响水的性质及其生物学效应[8-12]。因此,本文利用自制的磁化水设备,研究磁化水的物性指标(如表面张力、pH值等)随时间的变化规律,能够为磁化水的利用和储存提供参考。

图1 磁化水制备设备

1 试验内容

1.1 试验方案

试验采用自制式1 T、1.2 T 2种磁场强度的永磁式磁化器对自来水进行磁化处理,自制磁化水设备如图1所示。被处理的水来自陕西西安的自来水,对经过磁化后的水按照处理遍数分别记录对应的pH值和表面张力。

1.2 磁化水的制备

利用如图1所示的设备进行磁化水的制备。其中水箱容积为40 L,采用水泵进行管路循环。其工作原理为:水从水箱中经过水泵和磁化装置后,流入到另一个储存水箱。当水经过磁化处理装置时,水会被内部的磁场磁化,从而磁化水的物理性质会发生一定的变化,如图2所示。水经过磁场的次数称之为水处理遍数。在循环的过程中,每循环10遍时取出一部分水进行测试并将其静置一段时间,每隔10 min进行测试并记录相关数据,如表1~4所示。

图2 磁场磁化图

2 磁化水的测试指标分析

2.1 磁化水的表面张力分析

利用表面张力测试仪对不同处理时间的磁化水进行了测试,获得的磁化水表面张力测试数据如表1所示,图3给出了磁场强度为1.0 T和1.2 T时磁化水表面张力的变化曲线。

表1 磁场强度为1.0 T时磁化水表面张力随时间的变化值mN·m-1

表2 磁场强度为1.2 T时磁化水表面张力随遍数的变化值mN·m-1

图3 表面张力趋势图

由图表分析可知,自来水经过不同遍数处理后,其表面张力值均有所下降。磁场强度为1.0 T时,下降幅度范围为1.0~3.0 mN·m-1。处理50遍时,水的表面张力减小的幅度约为3.1,相对于自来水的表面张力减小了4.5%;当水被处理30遍到40遍时,水的表面张力的下降速率出现明显减缓的趋势,水的表面张力仅仅减小了0.1 mN·m-1,相对于水被处理20遍到30遍时表面张力下降值的百分比为12.5%。

对比图3中的2条线可知,当磁场强度为1.2 T时,磁化水表面张力的幅值下降幅度范围为1.0~5.0 mN·m-1。由此可知,磁化水表面张力变化的幅度取决于磁场的强度。一定程度上,磁场强度越大,磁化水表面张力变化的幅值越大,并且不同的磁场强度,表面张力的变化速度有所差异。

2.2 磁化水的pH值分析

利用pH值测试仪对不同处理时间的磁化水进行了测试,磁化水的pH值测试数据如表3所示,图4给出了磁场强度为1.0 T和1.2 T时磁化水pH值随处理遍数的变化曲线。

表3 磁场强度为1.0 T时磁化水pH值随时间的变化值

表4 磁场强度为1.2 T时磁化水pH值随处理遍数的变化值

图4 pH趋势图

由图表分析可知,当磁场强度为1.0 T时,随着处理遍数的增加,磁化水的pH逐渐增加,增加的幅度范围为0.1~0.78。增加的原因主要是因为随着处理遍数的增加,水分子团簇发生变化,OH-离子增多导致pH值增加。由图4可知,随着磁化遍数的增加,磁化水的pH呈现逐渐增大的趋势,处理20遍之后,pH值的增加幅度变缓,约为8.3。磁化水的pH在20遍时达到最大,增加的百分比为10.3%。

对比图4中的2条线可知,当磁场强度为1.2 T时,磁化水的pH达到8.29时趋于稳定,增加幅度范围为0.1~0.6,而增加的百分比为1.3%~7.8%,比磁场强度为1.0 T时磁化水pH增加幅度略小一些。

3 磁化水的时效性分析

3.1 表面张力的时效性分析

将处理不同遍数的磁化水静置一定时间,每间隔10 min测试磁化水的表面张力值,获得不同静置时间的磁化水表面张力值,并绘制随时间的变化曲线,如图5所示。

图5 表面张力时效图

从图5中可以看出,磁化水的表面张力与自来水的表面张力存在明显的差异。水被处理不同的遍数后,磁化水表面张力的变化随静置时间的变化存在一定的差异。在水被处理50遍时,水的表面张力随着静置时间的延长呈现缓慢上升的趋势。水被分别处理后,时效性恢复的幅度范围为0.1~2.3 mN·m-1。由于刚开始表面张力的变化值比较小,时效性的恢复值相对来说恢复得比较小。

时效性恢复值相对于初始值变化的百分比幅度为0.1%~3.5%,从图5得出,处理50遍时,水的时效性变化最大;处理20遍时,随着静置时间增加,磁化水的表面张力会继续下降,前10 min水的表面张力变化比较明显,之后表面张力值处于稳定。可以看出25 min之后,水的表面张力最终保持在某值的附近,并且该值始终比自来水的表面张力小。因此,磁化水的效果会随着静置时间的延长而逐渐变差。

3.2 磁化水pH值的时效性分析

将处理不同遍数的磁化水静置一定时间,每间隔10 min测试磁化水的pH值,获得不同静置时间的磁化水pH值,并绘制随时间的变化曲线,如图6所示。从图6可以看出,磁化后水的pH值随之增大,并随着静置时间的延长,pH的变化基本上都是单调变化的,但是处理遍数不同,pH的增减趋势是有所差异。当水被处理40遍时,随着静置时间的延长,磁化水的pH呈现单调下降的趋势,并且变化的幅度较大。因此,虽然水被磁化后,水的一些性质发生了变化,但是这种变化存在时效性,并且不会恢复到初始pH值。

图6 pH时效变化趋势图

通过表3可知,水被后磁化水的pH时效性最大变化百分比范围为1.5%~3.0%。由此可见,随着静置时间的延长,自来水处理50遍的pH值变化最大;在磁化水静置30~70 min时,处理20遍、30遍、40遍和50遍的时效性曲线基本重合,并且变化幅度非常小,近似水平直线,此时水的时效性近似保持一致。

4 结束语

(1)自来水通过永磁磁场时,磁场能够在一定程度上减小水的表面张力,这是由于水的分子簇被磁场破坏成更小的分子簇。当磁场强度为1.0 T时,磁化水表面张力变化的幅度范围为1.0~3.0 mN·m-1;当磁场强度为1.2 T时,磁化水表面张力变化的幅度范围为1.0~5.0 mN·m-1。因此,磁化水表面张力的变化和磁场强度有一定的关系。

(2)随着自来水处理遍数的增加,磁化水pH值逐渐增大,可能由于水经过磁场时,磁场迫使水中的CO2等酸性气体挥发,导致磁化水pH值增大。磁场强度为1.0 T时,磁化水pH增加的幅度范围为0.1~0.78;磁场强度为1.2 T时,磁化水pH增加的幅度范围为0.1~0.6。

(3)经过永磁磁场处理后,磁化水的特性(如表面张力、pH值)发生了一定的变化。随着静置时间的增加,磁化水的表面张力、pH值会发生一定的衰减,然后稳定在某一值附近。由本次磁化水试验可知,磁化水的表面张力约能保持25 min左右,而pH值至少能保持30 min左右。

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