Zlepšení separace plastového odpadu pomocí magnetických polí
V roce 2018 bylo v Evropské unii vyprodukováno 61,8 milionu tun plastového odpadu a pouze 9,4 milionu tun bylo recyklováno. To představuje obrovské množství plastového odpadu, který je třeba rychle řešit. Jedním z řešení je obrátit se na magnetickou hustotní separaci, která dokáže separovat plastové materiály pomocí magnetických polí, ale tato technika není vždy účinná. Rik Dellaert studoval toky směsí plastových částic v aerodynamických tunelech, aby posoudil vliv turbulence na separační proces.
Plast je všestranný materiál, který se používá pro širokou škálu aplikací ve společnosti. Používá se v balení potravin ke zvýšení trvanlivosti a také se používá v různých zdravotnických produktech, jako jsou produkty pro řízení šíření nemocí, jako je COVID-19.
Mnoho plastů jsou však plasty na jedno použití, což představuje problémy s ohledem na recyklaci a separaci těchto materiálů od jiných toků odpadu. Ke zlepšení recyklace plastového odpadu jsou zapotřebí nové techniky.
Ferrofluid
Jednou z technik je separace podle magnetické hustoty, kterou nedávno vyvinula společnost Umincorp. Magnetická separace hustoty využívá ferrofluid, který v přítomnosti magnetického pole vytváří vertikální gradient hustoty hmoty. Jinými slovy, jak se pohybujete od horní vrstvy tekutiny směrem ke dnu, zdánlivá hmotnostní hustota tekutiny se zvyšuje.
Když se k tomuto ferrofluidu přidají plastové částice, jedny částice se pohybují do vrchních vrstev tekutiny, kde je zdánlivá hmotnostní hustota ferrofluidu přibližně stejná jako hmotnostní hustota plastových částic. Separovaný plast pak lze znovu použít ve výrobcích s vyšší hodnotou, což výrazně zvyšuje ekonomickou proveditelnost recyklace.
K separačnímu procesu dochází uvnitř magnetického hustotního separátoru, kde separační desky na konci stroje oddělují kapalinu od separovaných částic. Různé směsi obsahují různou hmotnostní hustotu plastových částic a částice se pak oddělují od ferrofluidu pomocí odstředivky, což vede k plastovým částicím se specifickým rozsahem hmotnostní hustoty, které lze použít jako indikátor typu plastu v tomto rozsahu hmotnostní hustoty.
Výzvy
Tato nová technika separace podle magnetické hustoty přichází s vlastní řadou výzev. Turbulence uvnitř separačního procesu snižuje separační účinnost v důsledku zvýšeného míchání, a proto by měla být co nejvíce potlačena. Za druhé, srážky částic mohou zpozdit proces separace.
Tyto výzvy se rozhodl prozkoumat Rik Dellaert. Nejprve použil dva aerodynamické tunely k měření a analýze turbulence v proudění. Za druhé, použil nádrž na kapalinu ke sledování srážek mezi částicemi ve ferrofluidu s vertikálním gradientem hmotnostní hustoty v magnetickém poli.
Výsledky
Klíčovým doporučením Dellaerta z jeho výzkumu je, že na vstupu do proudu by měl být použit „laminátor", který se skládá ze souboru paralelních čtvercových kanálů k potlačení turbulence. Tento "laminátor" by měl mít relativně malé potrubí a tenké stěny při zachování specifické rychlosti proudění.
K prozkoumání srážek částic, ke kterým dochází během separačního procesu, vyvinul Dellaertův kolega Sina Tajfirooz numerický model. Tento model byl úspěšně ověřen pomocí experimentálních dat z Dellaertových experimentů, které poskytly kritický pohled na základní procesy v separátoru magnetické hustoty. Tyto poznatky lze použít ke zlepšení produktivity a efektivity.
Přiložené soubory:
- Hmotnostní hustota
