Credit:埃因霍温理工大学随着塑料在全球范围内的大规模生产不断增加，当前塑料回收策略的低效率引发了一些环境、社会和经济问题。磁密度分离(MDS)是一种高效的最先进的回收技术，它使用磁化流体来分离不同类型的塑料颗粒。研究人员西纳·塔吉·菲鲁兹开发并验证了一个预测MDS系统中粒子集体运动的模型。模拟结果揭示了MDS系统分离过程的新情况，并提供了有助于优化未来MDS系统性能的数据。2月2日，塔菲罗兹在机械工程系为他的论文辩护。塑料污染是一个全球性问题。塑料的生产、积累和焚烧直接导致了气候变化、海洋污染和我们食物供应的渗透。
如果目前的塑料生产和回收趋势继续下去，到2050年，大约有120亿吨塑料垃圾将作为废物堆积在我们的星球上。改变这一趋势的一种方法是开发更有效的塑料回收和分离技术。
塑料回收行业面临的主要挑战是如何按类型和颜色有效分离塑料废物，这也将有助于最大限度地减少高等级可回收塑料被错误归类为无法回收的低等级塑料的机会。
用磁流体分离塑料
磁密度分离(MDS)是一种分离技术，被许多人认为是塑料回收行业的游戏规则改变者，因为它可以从废料流中连续分离不同类型的塑料。
像传统的沉浮方法一样，塑料混合物被分成漂浮(轻)和下沉(重)材料。MDS利用流体的阿基米德原理(物体上的浮力与物体排出的流体重量相同)分离混合物中的不同粒子。
在MDS，流体被位于流动通道顶部和底部的磁铁磁化(见图)。磁铁改变流体中的静水压力，并在流体中产生“表观质量密度”梯度。换句话说，流体的表观密度在流体的不同高度是不同的。当塑料颗粒混合物被引入时，颗粒移动到它们的质量密度等于流体表观密度的区域。
“由于多种原因，MDS比传统的分离技术更有效，”塔菲罗兹说。“它速度更快，可以连续分离塑料材料的流动，可以同时分离多种塑料类型，而且更便宜。”
采取模拟方法
优化MDS过程需要从根本上理解毫米大小的粒子在磁性流体流中的运动。在他的博士研究中，Tajfirooz开发了一个高效的计算模型来研究通常在MDS系统中处理的含粒子流。
在该模型中，不同形状(从球形到盘状)和大小的粒子相互碰撞，并受到周围液体的流体动力。Tajfirooz通过将模拟输出与博士生Rik Dellaert和几名理学硕士学生的实验数据进行比较，验证了该模型。
“这项工作为粒子在MDS系统产生的磁场中的运动提供了有价值的见解，”塔菲罗兹说。“模拟显示，MDS性能效率取决于颗粒大小、形状以及在塑料混合物进入MDS系统之前对其进行处理的预分离过程。”此外，Tajfirooz还研究了流动湍流对分离性能的影响。
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从模拟结果来看，Tajfirooz对MDS系统中的粒子分离有一些建议。“较大的颗粒分离得更快，因此最好对混合物进行预处理，使其仅由较大的颗粒组成。此外，球形颗粒比盘状颗粒分离得更快，因此如果颗粒可以被预处理成大致球形，这将是有益的。由此导致的表面积减少也有助于降低粒子碰撞的频率，这也被证明会增加分离时间。”
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