Het verbeteren van de scheiding van kunststofafval met magnetische velden

Plastic is een veelzijdig materiaal dat wordt gebruikt voor een breed scala aan toepassingen in de samenleving. Het wordt gebruikt in voedselverpakkingen om de houdbaarheid te verlengen en in een verscheidenheid aan gezondheidsproducten, zoals die om de verspreiding van ziekten als COVID-19 tegen te gaan.

Veel kunststoffen zijn echter plastics voor eenmalig gebruik, wat problemen oplevert bij de recycling en het scheiden van deze materialen van andere afvalstromen. Nieuwe technieken zijn nodig om de recycling van kunststofafval te verbeteren.

Ferrofluïdum

Magnetische dichtheidsscheiding is een techniek die onlangs door Umincorp werd ontwikkeld. Bij magnetische dichtheidsscheiding wordt gebruik gemaakt van een ferrofluïdum die een verticale massadichtheidsgradiënt genereert als het in de buurt komt van een magnetisch veld. Met andere woorden: van bovenin naar onderin de vloeistof neemt de schijnbare massadichtheid van de vloeistof toe.

Wanneer plastic deeltjes aan dit ferrofluïdum worden toegevoegd, bewegen de verschillende deeltjes zich naar een hoogte in de vloeistof waar de schijnbare massadichtheid van het ferrofluïdum ongeveer gelijk is aan de massadichtheid van de plastic deeltjes. Dit afgescheiden plastic kan vervolgens worden hergebruikt in producten met een hogere waarde, wat de economische uitvoerbaarheid van recycling verhoogt. Een voorbeeld van een dergelijke toepassing is te zien in deze video.

Het scheidingsproces vindt plaats in de magnetische dichtheidsscheider. Aan het einde van de machine verwijderen horizontale platen de mengsels van vloeistof en deeltjes op verschillende hoogten. De verschillende mengsels bevatten plastic deeltjes met verschillende massadichtheid. De deeltjes worden vervolgens van het ferrofluïdum gescheiden door een centrifuge, wat resulteert in plastic deeltjes met een bepaald massadichtheidsbereik dat gebruikt kan worden als een indicator voor het type plastic in dit massadichtheidsbereik.

Uitdagingen

Deze nieuwe magnetische dichtheidsscheidingstechniek brengt een aantal uitdagingen met zich mee. Turbulentie in het scheidingsproces vermindert de scheidingsefficiëntie door het toegenomen mengen, en moet daarom zoveel mogelijk worden onderdrukt. Ten tweede kunnen botsingen tussen deeltjes het scheidingsproces vertragen.

Voor zijn doctoraatsonderzoek ging Rik Dellaert op zoek naar oplossingen voor deze uitdagingen. Eerst gebruikte hij twee windtunnels om de turbulentie in de stroom te meten en te analyseren. Ten tweede gebruikte hij een vloeistoftank om botsingen op te sporen tussen deeltjes in een ferrofluïdum met een verticale massadichtheidsgradiënt in een magnetisch veld.

Positieve uitkomsten

Een belangrijke aanbeveling uit het onderzoek van Dellaert is dat om turbulentie te onderdrukken, een ‘lamineermachine’ aan de ingang van de stroom moet worden gebruikt, bestaande uit een verzameling parallelle vierkante kanalen. Deze ‘lamineermachine’ moet relatief kleine kanalen en dunne wanden hebben en een bepaalde stromingssnelheid handhaven.

Om de deeltjesbotsingen die tijdens het scheidingsproces plaatsvinden te onderzoeken, werd een numeriek model ontwikkeld door Dellaerts collega Sina Tajfirooz. Dit model werd met succes gevalideerd aan de hand van experimentele gegevens van Dellaert, wat kritisch inzicht verschafte in de onderliggende processen in de magnetische dichtheidsscheider. Deze inzichten kunnen worden gebruikt om de productiviteit en efficiëntie te verbeteren.

Ongewone carrière

De loopbaan van Dellaert is vrij ongewoon. Hij begon met een vmbo-opleiding, gevolgd door een mbo-opleiding. Daarna volgde hij een Bachelor of Applied Science (hbo) Chemical Engineering, gevolgd door een Premaster en vervolgens een Master aan de faculteit Chemical Engineering and Chemistry van de Technische Universiteit Eindhoven.

Na het afronden van zijn Master, startte hij zijn PhD onderzoek in de groep Fluids and Flows (F&F) bij de faculteit Applied Physics van de Technische Universiteit Eindhoven, onder supervisie van Jos Zeegers, Hans Kuerten, en Anton Darhuber. Hij verdedigt op 26 november zijn thesis, getiteld Turbulence and particle behavior in a magnetic density separation application studied with LDV, PIV & PTV .