磁化水性能的时效性研究*

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。