張偉偉，張志峰，薄華濤，陳東方，孫 鑫

（長安大學(xué)道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710064）

0 引言

磁化水是近些年迅速發(fā)展起來的，在工業(yè)鍋爐除垢防垢、農(nóng)業(yè)作物增產(chǎn)、垃圾充填、醫(yī)學(xué)磁化殺菌等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的一門新技術(shù)[1-6]，在各行各業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣泛。讓普通水以一定流速沿著與磁力線垂直的方向切割，通過一定強(qiáng)度的磁場，普通水就會(huì)變成磁化水[7]。磁化水處理設(shè)備來源于磁場理論，其價(jià)格便宜、節(jié)能環(huán)保，但對(duì)提高磁化水設(shè)備性能和優(yōu)化磁化水設(shè)備參數(shù)方面的研究仍較少。相關(guān)研究成果表明，自來水經(jīng)過磁化后，水的分子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而影響水的性質(zhì)及其生物學(xué)效應(yīng)[8-12]。因此，本文利用自制的磁化水設(shè)備，研究磁化水的物性指標(biāo)（如表面張力、pH值等）隨時(shí)間的變化規(guī)律，能夠?yàn)榇呕睦煤蛢?chǔ)存提供參考。

圖1 磁化水制備設(shè)備

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用自制式1 T、1.2 T 2種磁場強(qiáng)度的永磁式磁化器對(duì)自來水進(jìn)行磁化處理，自制磁化水設(shè)備如圖1所示。被處理的水來自陜西西安的自來水，對(duì)經(jīng)過磁化后的水按照處理遍數(shù)分別記錄對(duì)應(yīng)的pH值和表面張力。

1.2 磁化水的制備

利用如圖1所示的設(shè)備進(jìn)行磁化水的制備。其中水箱容積為40 L，采用水泵進(jìn)行管路循環(huán)。其工作原理為：水從水箱中經(jīng)過水泵和磁化裝置后，流入到另一個(gè)儲(chǔ)存水箱。當(dāng)水經(jīng)過磁化處理裝置時(shí)，水會(huì)被內(nèi)部的磁場磁化，從而磁化水的物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生一定的變化，如圖2所示。水經(jīng)過磁場的次數(shù)稱之為水處理遍數(shù)。在循環(huán)的過程中，每循環(huán)10遍時(shí)取出一部分水進(jìn)行測試并將其靜置一段時(shí)間，每隔10 min進(jìn)行測試并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，如表1～4所示。

圖2 磁場磁化圖

2 磁化水的測試指標(biāo)分析

2.1 磁化水的表面張力分析

利用表面張力測試儀對(duì)不同處理時(shí)間的磁化水進(jìn)行了測試，獲得的磁化水表面張力測試數(shù)據(jù)如表1所示，圖3給出了磁場強(qiáng)度為1.0 T和1.2 T時(shí)磁化水表面張力的變化曲線。

表1 磁場強(qiáng)度為1.0 T時(shí)磁化水表面張力隨時(shí)間的變化值mN·m-1

表2 磁場強(qiáng)度為1.2 T時(shí)磁化水表面張力隨遍數(shù)的變化值mN·m-1

圖3 表面張力趨勢圖

由圖表分析可知，自來水經(jīng)過不同遍數(shù)處理后，其表面張力值均有所下降。磁場強(qiáng)度為1.0 T時(shí)，下降幅度范圍為1.0～3.0 mN·m-1。處理50遍時(shí)，水的表面張力減小的幅度約為3.1，相對(duì)于自來水的表面張力減小了4.5%；當(dāng)水被處理30遍到40遍時(shí)，水的表面張力的下降速率出現(xiàn)明顯減緩的趨勢，水的表面張力僅僅減小了0.1 mN·m-1，相對(duì)于水被處理20遍到30遍時(shí)表面張力下降值的百分比為12.5%。

對(duì)比圖3中的2條線可知，當(dāng)磁場強(qiáng)度為1.2 T時(shí)，磁化水表面張力的幅值下降幅度范圍為1.0～5.0 mN·m-1。由此可知，磁化水表面張力變化的幅度取決于磁場的強(qiáng)度。一定程度上，磁場強(qiáng)度越大，磁化水表面張力變化的幅值越大，并且不同的磁場強(qiáng)度，表面張力的變化速度有所差異。

2.2 磁化水的pH值分析

利用pH值測試儀對(duì)不同處理時(shí)間的磁化水進(jìn)行了測試，磁化水的pH值測試數(shù)據(jù)如表3所示，圖4給出了磁場強(qiáng)度為1.0 T和1.2 T時(shí)磁化水pH值隨處理遍數(shù)的變化曲線。

表3 磁場強(qiáng)度為1.0 T時(shí)磁化水pH值隨時(shí)間的變化值

表4 磁場強(qiáng)度為1.2 T時(shí)磁化水pH值隨處理遍數(shù)的變化值

圖4 pH趨勢圖

由圖表分析可知，當(dāng)磁場強(qiáng)度為1.0 T時(shí)，隨著處理遍數(shù)的增加，磁化水的pH逐漸增加，增加的幅度范圍為0.1～0.78。增加的原因主要是因?yàn)殡S著處理遍數(shù)的增加，水分子團(tuán)簇發(fā)生變化，OH-離子增多導(dǎo)致pH值增加。由圖4可知，隨著磁化遍數(shù)的增加，磁化水的pH呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，處理20遍之后，pH值的增加幅度變緩，約為8.3。磁化水的pH在20遍時(shí)達(dá)到最大，增加的百分比為10.3%。

對(duì)比圖4中的2條線可知，當(dāng)磁場強(qiáng)度為1.2 T時(shí)，磁化水的pH達(dá)到8.29時(shí)趨于穩(wěn)定，增加幅度范圍為0.1～0.6，而增加的百分比為1.3%～7.8%，比磁場強(qiáng)度為1.0 T時(shí)磁化水pH增加幅度略小一些。

3 磁化水的時(shí)效性分析

3.1 表面張力的時(shí)效性分析

將處理不同遍數(shù)的磁化水靜置一定時(shí)間，每間隔10 min測試磁化水的表面張力值，獲得不同靜置時(shí)間的磁化水表面張力值，并繪制隨時(shí)間的變化曲線，如圖5所示。

圖5 表面張力時(shí)效圖

從圖5中可以看出，磁化水的表面張力與自來水的表面張力存在明顯的差異。水被處理不同的遍數(shù)后，磁化水表面張力的變化隨靜置時(shí)間的變化存在一定的差異。在水被處理50遍時(shí)，水的表面張力隨著靜置時(shí)間的延長呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢。水被分別處理后，時(shí)效性恢復(fù)的幅度范圍為0.1～2.3 mN·m-1。由于剛開始表面張力的變化值比較小，時(shí)效性的恢復(fù)值相對(duì)來說恢復(fù)得比較小。

時(shí)效性恢復(fù)值相對(duì)于初始值變化的百分比幅度為0.1%～3.5%，從圖5得出，處理50遍時(shí)，水的時(shí)效性變化最大；處理20遍時(shí)，隨著靜置時(shí)間增加，磁化水的表面張力會(huì)繼續(xù)下降，前10 min水的表面張力變化比較明顯，之后表面張力值處于穩(wěn)定?？梢钥闯?5 min之后，水的表面張力最終保持在某值的附近，并且該值始終比自來水的表面張力小。因此，磁化水的效果會(huì)隨著靜置時(shí)間的延長而逐漸變差。

3.2 磁化水pH值的時(shí)效性分析

將處理不同遍數(shù)的磁化水靜置一定時(shí)間，每間隔10 min測試磁化水的pH值，獲得不同靜置時(shí)間的磁化水pH值，并繪制隨時(shí)間的變化曲線，如圖6所示。從圖6可以看出，磁化后水的pH值隨之增大，并隨著靜置時(shí)間的延長，pH的變化基本上都是單調(diào)變化的，但是處理遍數(shù)不同，pH的增減趨勢是有所差異。當(dāng)水被處理40遍時(shí)，隨著靜置時(shí)間的延長，磁化水的pH呈現(xiàn)單調(diào)下降的趨勢，并且變化的幅度較大。因此，雖然水被磁化后，水的一些性質(zhì)發(fā)生了變化，但是這種變化存在時(shí)效性，并且不會(huì)恢復(fù)到初始pH值。

圖6 pH時(shí)效變化趨勢圖

通過表3可知，水被后磁化水的pH時(shí)效性最大變化百分比范圍為1.5%～3.0%。由此可見，隨著靜置時(shí)間的延長，自來水處理50遍的pH值變化最大；在磁化水靜置30～70 min時(shí)，處理20遍、30遍、40遍和50遍的時(shí)效性曲線基本重合，并且變化幅度非常小，近似水平直線，此時(shí)水的時(shí)效性近似保持一致。

4 結(jié)束語

（1）自來水通過永磁磁場時(shí)，磁場能夠在一定程度上減小水的表面張力，這是由于水的分子簇被磁場破壞成更小的分子簇。當(dāng)磁場強(qiáng)度為1.0 T時(shí)，磁化水表面張力變化的幅度范圍為1.0～3.0 mN·m-1；當(dāng)磁場強(qiáng)度為1.2 T時(shí)，磁化水表面張力變化的幅度范圍為1.0～5.0 mN·m-1。因此，磁化水表面張力的變化和磁場強(qiáng)度有一定的關(guān)系。

（2）隨著自來水處理遍數(shù)的增加，磁化水pH值逐漸增大，可能由于水經(jīng)過磁場時(shí)，磁場迫使水中的CO2等酸性氣體揮發(fā)，導(dǎo)致磁化水pH值增大。磁場強(qiáng)度為1.0 T時(shí)，磁化水pH增加的幅度范圍為0.1～0.78；磁場強(qiáng)度為1.2 T時(shí)，磁化水pH增加的幅度范圍為0.1～0.6。

（3）經(jīng)過永磁磁場處理后，磁化水的特性（如表面張力、pH值）發(fā)生了一定的變化。隨著靜置時(shí)間的增加，磁化水的表面張力、pH值會(huì)發(fā)生一定的衰減，然后穩(wěn)定在某一值附近。由本次磁化水試驗(yàn)可知，磁化水的表面張力約能保持25 min左右，而pH值至少能保持30 min左右。