Publicatie in The Journal of Physical Chemistry Letters

Beter afvalscheiden met superstabiele magnetische vloeistof

Het magnetisch scheiden van afvaldeeltjes maakt het mogelijk om veel gedetailleerder verschillende grondstoffen terug te winnen uit afval. In een magnetische vloeistof kan een afvalstroom in één stap worden gescheiden in meerdere delen. Onderzoekers uit Utrecht en Nijmegen zijn er nu in geslaagd om een magnetische vloeistof te maken die stabiel blijft in zeer sterke magneetvelden. Dit maakt het mogelijk om ook materialen met een hoge dichtheid te scheiden, bijvoorbeeld uit elektronica. De resultaten zijn gepubliceerd in The Journal of Physical Chemistry Letters.

Als je een steen en een houten bal in een bak water legt, zinkt de steen, terwijl de houten bal blijft drijven. Dat komt door de dichtheid van deze stoffen: steen heeft een hogere dichtheid dan water, terwijl hout juist een lagere dichtheid heeft. Dat principe wordt ook gebruikt bij magnetische dichtheidsscheiding (MDS), behalve dat hierbij geen water wordt gebruikt—waarvan de dichtheid vaststaat—maar een magnetische vloeistof, waarvan de effectieve dichtheid geleidelijk verandert met de afstand tot een magneet: dichtbij de magneet heeft de vloeistof een hogere dichtheid. Hierdoor gaan afvaldeeltjes van verschillende dichtheid drijven op verschillende hoogte in de vloeistof.

Huidige toepassing op plastics

De in Nederland ontwikkelde MDS-technologie wordt al sinds eind 2019 toegepast in Amsterdam om verschillende soorten plastics te scheiden. Voorheen gebeurde dat met de hand of door kleine stukjes plastic in een normale vloeistof te verspreiden, waarbij een deel gaat drijven en een deel zinkt. Dat is relatief duur, vanwege de handenarbeid of vanwege de ruwe scheiding in slechts twee delen. MDS scheidt het afval in één stap in meerdere delen en heeft een relatief hoge nauwkeurigheid, waardoor uit de verschillende soorten afvalplastic weer nieuwe hoogwaardige plastic producten kunnen worden gemaakt. Dat maakt de technologie economisch interessanter.

Twee magnetische vloeistoffen met in het midden een magneet.
Twee magnetische vloeistoffen met in het midden een magneet. Links een niet-stabiele magnetische vloeistof, waarbij de magneetdeeltjes in de vloeistof naar de magneet toe worden getrokken. Rechts de nieuwe vloeistof, die stabiel blijft in het magneetveld.

Superstabiele magnetische vloeistof

Om MDS toepasbaar te maken op zwaardere materialen dan plastics, zoals afval uit elektronica, zijn er veel sterkere magneten nodig en daarbij ook nieuwe magnetische vloeistoffen die niet uit elkaar vallen in zo’n sterk magneetveld. De onderzoekers hebben aangetoond dat zulke superstabiele magnetische vloeistoffen inderdaad gemaakt kunnen worden. Deze vloeistoffen bestaan uit water met daarin verspreid minuscule nanomagneetjes van ijzeroxide. Door de magnetische vloeistof op de juiste manier te bereiden gedraagt het geheel zich als een vloeibare magneet, en worden de magnetische deeltjes niet uit de vloeistof getrokken door de magneet.

Publicatie

Colloidal Stability of Aqueous Ferrofluids at 10 T
Alex M. van Silfhout*, Hans Engelkamp and Ben H. Erné*
Journal of Physical Chemistry Letters, 5 juli 2020, DOI 10.1021/acs.jpclett.0c01804
* onderzoekers verbonden aan de Universiteit Utrecht

Afbeelding overgenomen van The Journal of Physical Chemistry Letters. Copyright 2020 American Chemical Society