[发明专利]一种高梯度磁场下高效分离趋磁细菌的装置

说明书

技术领域

本发明属于微生物分离方法及污水污泥处理领域，具体涉及一种高梯度磁场下高效分离趋磁细菌的装置。

背景技术

趋磁细菌是一类可自身制造磁小体(四氧化三铁)的微生物。这类细菌可感知地球磁场或者外磁场，从而识别方向；同时，可被外磁场诱导。基于这种性质，可以通过磁场对趋磁细菌进行控制、导向和捕获。通过加外磁场可将趋磁细菌从溶液中分离出来，是一项能够在微生物及其他领域有广泛应用前景的技术。此外，研究发现，趋磁细菌作为微生物，细胞可以结合一定的金属颗粒或吸附金属粒子，以及放射性元素；这样，如果能够将趋磁细菌先吸附重金属，而后用磁场导向，俘获趋磁细菌，将可以去除溶液中的重金属或放射性元素，或者对贵金属、放射性金属进行回收再利用。但是，目前的一些采用永磁体的方法无法高效率的诱导和捕获趋磁细菌，如已经公开的中国专利申请，公开号CN1693223A，就是使用永磁体的方法来诱导和捕获趋磁细菌，捕获效率低，使得很多菌将被溶液带走，严重影响趋磁细菌的分离效率。

发明内容

本发明目的是：提供一种高效率的趋磁细菌分离装置，实现趋磁细菌即使在较高的溶液流速下都能够实现高效率的捕获和分离，从而对重金属、放射性金属处理，贵金属回收等领域提供有效的手段。

本发明的技术方案是：采用低频电磁场结合垂直方向的导磁性钢毛，实现高梯度磁场，从而对趋磁细菌实现强磁场力的吸引、捕获从而将其从溶液中分离出来。电磁场通过一缠绕容器的螺线管实现，磁力线沿着圆柱容器的长轴方向，在垂直于长轴方向上密排钢毛，实现高磁场梯度。

进一步的，圆柱形容器有进液口和出液口。含有趋磁细菌的溶液将由进液口进入，经过容器内的高梯度磁场后，绝大多数将被钢毛周围的高梯度磁场捕获而吸附于钢毛上。

进一步的，圆柱形容器被铜线紧密缠绕，形成一个螺线管，磁力线沿着圆柱容器长轴方向。

进一步的，螺线管的铜线连接低频电源，通过调节电流大小来控制磁场强度，设计磁场为0.01至0.1特斯拉。

进一步的，导磁性钢毛在容器内紧密放置，填充率5％至10％。与圆柱容器长轴方向垂直，导磁性钢毛的相对磁导率为2500至5000。

进一步的，由螺线管磁场和钢毛组成的高梯度磁场形成的梯度为10至1500特斯拉每米(T/m)。

工作状态时，当趋磁细菌吸附步骤完毕，将电流断开，磁场消失，可以通过水流将钢毛上吸附的趋磁细菌容易地冲刷下来，实现分离的效果；钢毛可继续利用。

本发明的优点是：

磁场梯度高，趋磁细菌所受到的磁场力可以是永磁体的百倍以上，可以很容易的被捕获，而不会被溶液冲走。吸附效率大大提高。并且通过关闭电磁场，可以随时去除高梯度磁场，使得趋磁细菌从钢毛上很容易被清洗脱离，实现分离或者回收的目的。该装置和技术成本低、效率高、无二次污染。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的高梯度磁场下高效分离趋磁细菌的装置结构图。

图2为本发明的高梯度磁场下高效分离趋磁细菌的装置剖面及内部图。

其中：1-1为圆柱形容器，1-2为铜线缠绕容器外壳形成螺线管，1-3为铜线外接低频电流源，1-4为进液口，1-5为出液口，2-1为圆柱形容器，2-2为缠绕容器的铜线剖面，2-3为导磁性钢毛，2-4为进液口，2-5为出液口。

具体实施方式

实施例子1：

制作的装置具体步骤及参数：

采用一圆柱形容器1-1作为高梯度磁场分离溶液中趋磁细菌的空间。采用铜线紧密缠绕圆柱形容器形成螺线管1-2。容器内放置导磁性钢毛2-3，方向与圆柱长轴方向垂直。圆柱容器采用有机玻璃或者玻璃。圆柱长度400mm-2000mm。内径为100mm至500mm。保持长径比为4比1。两端分别设进液口(容器左端距下沿1/4直径处)、出液口(容器右端距上沿1/4直径处)。进液口、出液口内径为20mm。铜线的规格根据低频电源输出电流的大小决定。

铜线缠绕的匝数由近似公式估算：N＝B/(μI)。其中，N为所需铜线的单位长度上的匝数。B为需要的磁场大小(0.01至0.1特斯拉)。μ为真空磁导率常数。I为低频电源的电流大小。例如，电流5安培下，要获得0.01特斯拉的磁场，需要的匝数密度约为2000匝/米。

导磁性钢毛纤维：直径20微米；相对磁导率2500至5000；矫顽力小，撤掉电磁场后可以容易冲洗；在容器内垂直长轴方向放置，填充率10％。