用磁场改进塑料废物分离

2018 年，产生了 6180 万吨塑料垃圾，其中只有 940 万吨被回收。这构成了大量的塑料垃圾，需要迅速解决。一种解决方案是转向磁密度分离，它可以使用磁场分离塑料材料，但这种技术并不总是有效。Rik Dellaert 研究了风洞中塑料颗粒混合物的流动，以评估湍流对分离过程的影响。他将捍卫他的博士学位。论文于 11 月 26 日在应用物理系。

塑料是一种用途广泛的材料，在社会中有着广泛的应用。它用于食品包装以延长保质期，还用于各种健康产品，例如控制 疾病传播的产品。

然而，许多塑料是一次性塑料，这在回收和将这些材料与其他废物流分离方面存在问题。需要新技术来改善塑料废物回收。

磁流体

一种技术是磁密度分离，最近由 Umincorp 开发。磁密度分离使用铁磁流体，当存在磁场时会产生垂直质量密度梯度。换句话说，当您从流体的顶部移动到底部时，流体的表观质量密度会增加。

当将塑料颗粒添加到该铁磁流体中时，各种颗粒在流体中移动到一定高度，在该高度处，铁磁流体的表观质量密度与塑料颗粒的质量密度大致相同。分离后的塑料可以在更高价值的产品中重复使用，这显着提高了回收的经济可行性。

分离过程发生在磁密度分离器内部，在机器的末端，水平板去除不同高度的流体/颗粒混合物。不同的混合物含有不同质量密度的塑料颗粒，然后通过离心机将颗粒与铁磁流体分离，产生具有特定质量密度范围的塑料颗粒，可用作该质量密度范围内塑料类型的指标.

在这个实验中，我们看到塑料颗粒以四种不同的质量密度存在于一个装有氯化锰 (II) 溶液的容器中，并被放置在一个 halbach 阵列上。这会产生有效的质量密度梯度，塑料颗粒开始漂浮到其平衡高度，而不受其形状的影响。这样就可以根据塑料的质量密度来分离塑料，这称为磁密度分离 (MDS)。图片来源：埃因霍温科技大学

挑战

这种新颖的磁密度分离技术带来了一系列挑战。分离过程中的湍流由于混合增加而降低了分离效率，因此应尽可能地加以抑制。其次，粒子碰撞会延迟分离过程。

对于他的博士学位 研究中，Rik Dellaert 着手探索应对这些挑战的解决方案。首先，他使用两个风洞来测量和分析流动中的湍流。其次，他使用流体罐来跟踪磁场中具有垂直质量密度梯度的铁磁流体中粒子之间的碰撞。

根据他的研究，Dellaert 的一个重要建议是在流动的入口处应使用“层压机”，该流动的入口由一组平行的方形管道组成，以抑制湍流。这种“层压机”应该具有相对较小的管道和薄壁，同时保持特定的流速。

为了探索分离过程中发生的粒子碰撞，Dellaert 的同事 Sina Tajfirooz 开发了一个数值模型。使用来自 Dellaert 实验的实验数据成功验证了该模型，这些数据提供了对磁密度分离器中潜在过程的重要见解。这些见解可用于提高生产力和效率。