DE102019103936A1

DE102019103936A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Kunststoffpartikeln

Info

Publication number: DE102019103936A1
Application number: DE102019103936.3A
Authority: DE
Inventors: Mitra Nikpay
Original assignee: Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Current assignee: Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Dresden
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2020-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Abtrennung von Kunststoffpartikeln aus einer Flüssigkeit oder einem heterogenen Gemisch, das eine Flüssigkeit enthält oder mit einer Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird. Dabei ist vorgesehen, dass(a) die Kunststoffpartikel einem Magnetfeld ausgesetzt werden;(b) an der Oberfläche eines Sammlers Kunststoffpartikel adsorbiert werden; und(c) an der Oberfläche des Sammlers adsorbierte Kunststoffpartikel abgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Kunststoffpartikeln, insbesondere von Kunststoffpartikeln mit einer Partikelgröße von 5 mm oder weniger, aus einer Flüssigkeit, beispielsweise einer wässerigen Flüssigkeit wie Wasser. Sie betrifft ferner eine Vorrichtung zur Abtrennung von Kunststoffpartikeln, die insbesondere zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Sie betrifft ferner einen Sammler zur Adsorption von Kunststoffpartikeln, der insbesondere zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Die Vielfalt an Polymeren und deren Anwendung im täglichen Leben hat deren Verbrauch auf bis zu 300 Millionen Tonnen im Jahr 2010 erhöht. Die daraus resultierenden Probleme, wie Abfallmanagement und Umweltverschmutzung, sind jedoch noch immer ungelöst (Thompson et al., 2009; Rochman et al., 2013). Einige der Kunststoffpartikel, einschließlich Fragmenten, Mikroplastik und Kunststoffharz-Pellets, enthalten organische Kontaminationen, wie beispielsweise Farbpigmente und Kohlenwasserstoffe, die während der Herstellung der Kunststoffe zugeführt wurden oder durch Kontakt der Kunststoffpartikel mit den Kontaminationen von den Kunststoffpartikeln aufgenommen wurden. Diese Kontaminationen können auf Organismen mit hohem Trophieniveau, sogenannte „high-trophic-level organisms“, übertragen werden, sofern sie in der Umwelt nicht leicht abbaubar sind (Teuten et al., 2009; Van Cauwenberghe et al., 2013). Außerdem kann die akkumulierte Mikroplastik vom menschlichen Körper leicht aufgenommen werden, wobei gegenwärtig nicht klar ist, welches Risiko damit verbunden ist. Insbesondere ist die Komplexität der mit der Aufnahme von Mikroplastik einhergehenden Toxizität nicht klar. Mikroplastik findet sich im Wasser, in Sedimenten, im Boden, in der Luft und in der Biota (Aimroth et al., 2018).
Eine weitere wichtige Schadstoffquelle sind Kunststofffasern. Kunststofffasern gelangen in die Umgebung hauptsächlich über die Kleidung. Bereits aus 6 kg Kleidung können mehr als 700.000 Fasern freigesetzt werden, wobei etwa 60 % der freigesetzten Fasern synthetische Fasern sind, hauptsächlich Polyamid (Nylon) und Polyethylenterephthalat (PET) (Napper and Thompson, 2016).
Im Wesentlichen sind bisher zwei Verfahren zur Abtrennung von Mikroplastik im Wasser bekannt, nämlich die Dichtetrennung (Rocha-Santos and Duarte, 2015) und die Schaumflotation (Filella, 2015). Beide Verfahren erfordern die Verwendung von chemischen Substanzen, die in der Regel Mensch und Umwelt gefährden. Beide Verfahren können nur unterschiedliche Kunststoffsorten, die nicht mit organischen oder anorganischen Substanzen kontaminiert sind und deren Dichte gering ist, abtrennen (Hurley et al., 2018). So können Polyvinylchlorid (PVC), das eine Dichte von 1,14 bis 1,56 g/cm³ aufweist, und PET, das eine Dichte von 1,32 bis 1,41 g/cm³ aufweist, nicht in Salzlösungen, deren Dichte unterhalb der Konzentration einer gesättigten Kochsalzlösung liegt, flotiert werden, obwohl sie 18 % des europäischen Bedarfs an Kunststoffen darstellen (Claessens et al.,2013). Die Schaumflotation wird darüber hinaus von mehreren Faktoren beeinflusst, die für eine erfolgreiche Flotation von hoher Bedeutung sind. Dazu gehören die erzeugten Blasen und deren Größe, die Partikelgröße, die Eigenschaften der Partikeloberflächen und die hydrodynamische Strömung in dem Trennungsbehälter.
Daraus ergibt sich, dass Verfahren zur Abtrennung und Rückgewinnung von Kunststoffen eine hohe Bedeutung haben. Die vorhandenen Verfahren sind jedoch teuer. Darüber hinaus beinträchtigen sie entweder den Menschen oder die Umwelt oder beides, beispielsweise durch die Auftragung chemischer Substanzen, um den Kunststoffpartikeln eine Oberflächenladung zu verleihen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren angegeben werden, das die effiziente Abtrennung von Kunststoffpartikeln aus Wasser oder heterogenen Gemischen in Gegenwart von Wasser ermöglichen soll. Ferner soll eine Vorrichtung angegeben werden, die insbesondere zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Außerdem soll ein Sammler angegeben werden, der die Adsorption von Kunststoffpartikeln an seiner Oberfläche ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 9 und 15 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Abtrennung von Kunststoffpartikeln aus einer Flüssigkeit oder einem heterogenen Gemisch, das eine Flüssigkeit enthält oder mit einer Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, vorgesehen, wobei

(a) die Kunststoffpartikel einem Magnetfeld ausgesetzt werden;
(b) an der Oberfläche eines Sammlers Kunststoffpartikel adsorbiert werden; und
(c) an der Oberfläche des Sammlers adsorbierte Kunststoffpartikel abgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Abtrennung von Kunststoffpartikeln aus einer Flüssigkeit. Beispielsweise können die Kunststoffpartikel in der Flüssigkeit suspendiert sein. Es ermöglicht in einer Alternative die Abtrennung von Kunststoffpartikeln aus heterogenen Gemischen, die eine Flüssigkeit enthalten. Beispiele solcher Gemische sind Abwasser oder verunreinigtes Wasser. Es kann vorgesehen sein, dass einem heterogenen Gemisch, das bereits eine Flüssigkeit enthält, weitere Flüssigkeit zugesetzt wird. Das kann in einem Trennbehälter geschehen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in einer weiteren Alternative die Abtrennung von Kunststoffpartikeln aus Gemischen, die in Kontakt mit einer Flüssigkeit gebracht werden. Derartige Gemische sind beispielsweise Feststoff-Gemische, die zusätzlich zu den Kunststoffpartikeln weitere Feststoffe, wie beispielsweise Sand, enthalten, oder Aerosole, bei denen, die Kunststoffpartikel in einem Gas, wie beispielsweise Luft, enthalten sind. Feststoffgemische sind beispielsweise Sedimente, die Kunststoffpartikel enthalten, oder Erde, die Kunststoffpartikel enthält. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise zur Abtrennung von Kunststoffpartikeln, insbesondere von Mikroplastik, aus Oberflächenschichten von Sedimenten eingesetzt werden.
Bei der Flüssigkeit handelt es sich vorzugsweise um eine wässerige Flüssigkeit. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Flüssigkeit um Wasser. Einem heterogenen Gemisch, dass bereits Wasser oder eine andere Flüssigkeit, enthält kann Wasser zu gesetzt werden.
Bei dem heterogenen Gemisch kann es sich somit um ein Gemenge, eine Suspension, ein Aerosol oder eine Kombination eines oder mehrerer davon handeln. Enthält das heterogene Gemisch keine Flüssigkeit, so wird es mit einer Flüssigkeit, beispielsweise eine wässerige Flüssigkeit wie Wasser, in Kontakt gebracht. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dem heterogenen Gemisch die Flüssigkeit zuzusetzen oder das heterogene Gemisch in die Flüssigkeit einzubringen.
Bei der Flüssigkeit, aus dem die Kunststoffpartikel abgetrennt werden, handelt es sich vorzugsweise um eine leitfähige Flüssigkeit, stärker bevorzugt um eine wässerige Flüssigkeit, in dem zumindest ein Salz gelöst ist. Beispielsweise kann es sich beispielsweise um Trinkwasser handeln. Der Einsatz von deionisiertem Wasser ist nicht bevorzugt, aber möglich. Ebenso ist die Flüssigkeit, die das heterogene Gemisch enthält oder mit dem das heterogene Gemisch in Kontakt gebracht wird, vorzugsweise eine wässerige Flüssigkeit, in der zumindest ein Salz gelöst ist.
Die Kunststoffpartikel sind vorzugsweise Körper, deren größte Ausdehnung 5 mm nicht übersteigt. Vorzugsweise sind die Kunststoffpartikel Körper, deren größte Ausdehnung geringer als 5 mm ist, stärker bevorzugt Körper, deren größte Ausdehnung 3 mm oder weniger ist, noch stärker bevorzugt Körper, deren größte Ausdehnung 1 mm oder weniger ist, und besonders bevorzugt Körper, deren größte Ausdehnung 100 Mikrometer oder weniger ist. Bei den Kunststoffpartikeln kann es sich um Mikroplastikpartikel handeln. Es kann sich aber auch um Fragmente oder Kunststoffharz-Pellets handeln. Jeder der Kunststoffpartikel kann eine beliebige geometrische Gestalt aufweisen. Beispielsweise können die Kunststoffpartikel eine kugelförmige, halbkugelförmige oder faserförmige Gestalt aufweisen. Die Kunststoffpartikel können aus einem beliebigen Polymermaterial bestehen. Das Polymermaterial kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), einschließlich Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyestern, Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyacrylnitrilen (PAN), Polyamiden (PA), Polylactiden (PLA) und Gemische aus einem oder mehreren dieser Polymermaterialien besteht, wobei die Aufzählung nicht abschließend ist. Bei faserförmigen Kunststoffpartikeln kann es sich beispielsweise um PET-Fiber oder Acrylfasern handeln. Kunststoffpartikel aus Polyamid sind beispielsweise sogenannte Polyamid seeding particles (PSA). Bei Kunststoffpartikeln aus PLA kann es sich um Kunststoffpartikel aus einem PLA-Harz handeln. Die Kunststoffpartikel können sich in Form und/oder Material voneinander unterscheiden, auch wenn das nicht zwingend erforderlich ist.
Die Kunststoffpartikel müssen nicht vollständig aus einem Polymermaterial bestehen. Beispielsweise können die Kunststoffpartikel organische Kontaminationen, wie beispielsweise Farbpigmente und Kohlenwasserstoffe aufweisen. Solche Kontaminationen können den Kunststoffen beispielsweise während ihrer Herstellung zugesetzt worden sein oder durch Kontakt der Kunststoffe mit den Kontaminationen von den Kunststoffen aufgenommen worden sein.
Vorzugsweise liegen die Kunststoffpartikel als Suspension in der Flüssigkeit vor. Die in der Flüssigkeit suspendierten Kunststoffpartikel werden einem Magnetfeld ausgesetzt. In Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dann die Suspension einem Magnetfeld ausgesetzt. Zur Suspendierung der Kunststoffpartikel in der Flüssigkeit unter Erhalt der Suspension kann eine Rühreinrichtung vorgesehen sein. Sind die Kunststoffpartikel in einem heterogenen Gemisch enthalten, das keine Flüssigkeit oder für eine Suspension der Kunststoffpartikel nicht ausreichend Flüssigkeit enthält, so kann dem heterogenen Gemisch Flüssigkeit, insbesondere eine wässerige Flüssigkeit wie Wasser zugesetzt werden oder das heterogene Gemisch in eine Flüssigkeit, insbesondere eine wässerige Flüssigkeit wie Wasser eingebracht werden.
Das in Schritt (a) vorgesehene Magnetfeld kann auch in Schritt (b) oder den Schritten (b) und (c) aufrechterhalten werden. Das heißt mit anderen Worten, dass das Magnetfeld auf die Kunststoffpartikel einwirkt, wenn sie an der Oberfläche des Sammlers adsorbiert werden. Das Magnetfeld kann ferner auf die Kunststoffpartikel einwirken, wenn diese mittels des Sammlers abgeführt werden, beispielsweise aus der Flüssigkeit einer Suspension, in dem die Kunststoffpartikel suspendiert sind.
Es hat sich herausgestellt, dass die Adsorption von Kunststoffpartikeln, die in Gegenwart einer Flüssigkeit einem Magnetfeld ausgesetzt sind, an der Oberfläche des Sammlers erhöht werden kann, indem Gas in die Flüssigkeit, die die Kunststoffpartikel enthält, eingeleitet wird. Bei dem Gas handelt es sich beispielsweise um Luft. Vorzugsweise ist das Gas ein gesättigtes Gas, vorzugsweise gesättigte Luft. Das Gas wird der Suspension vorzugsweise in Form von Gasblasen, besonders bevorzugt Luftblasen zugeführt. Erfindungsgemäß kann daher vorgesehen sein, dass vor und/oder während der Ausführung von Schritt (a) Gasblasen zugeführt werden. Die zugeführten Gasblasen können dabei in Kontakt mit den suspendierten Kunststoffpartikeln gelangen und an deren Oberflächen anhaften.
Unter dem Begriff „gesättigtes Gas“ wird die maximale Menge an Gas verstanden, die in Wasser unter einem bestimmten Druck bei einer bestimmten Temperatur gelöst werden kann. Das in der Flüssigkeit gelöste Gas erzeugt Mikroblasen durch die Keimbildung des in der Flüssigkeit gelösten Gases, wobei Gasblasen, die an den festen Kunststoffpartikeln anhaften, eine einfachere Flotation, eine leichtere Blasen-Flocken-Bildung und eine einfache Sammlung aus der Flüssigkeitsmenge ermöglichen. Die Gasblasen sind vorzugsweise Mikroblasen. Die Mikroblasen haben vorzugsweise eine Größe von weniger als 100 µm, besonders bevorzugt eine Größe von 40 bis 60 µm. Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung gesättigten Gases bekannt. Dabei wird beispielsweise Gas unter Druck gesetzt und in die Flüssigkeit eingeleitet. Derartige Verfahren sind aus unter anderem aus der Entspannungsflotation (engl.: Dissolved Air Flotation) bekannt. Das gesättigte Gas kann beispielsweise erhalten werden, indem Wasser unter erhöhtem Druck mit Luft gesättigt wird, wodurch sogenanntes Druckwasser erhalten wird. Tritt dieses Druckwasser in eine unter Atmosphärendruck stehende Flüssigkeit ein, so entspannt sich das Druckwasser, wobei die Luft in Form von Mikroblasen ausperlt. Wird das Druckwasser in einen Trennbehälter eingeleitet, so wird dem Trennbehälter auf diese Weise die gesättigte Luft zugeführt.
Das Gas soll sich an die Kunststoffpartikel anlagern und damit die Aggregation und Flotierbarkeit der Kunststoffpartikel erhöhen. Das gilt insbesondere für Mikroplastik und faserförmige Kunststoffpartikel. Liegt das Gas in Form von Gasblasen vor, wird die Anlagerung an die Kunststoffpartikel erleichtert. Vorzugsweise wird die Flüssigkeit, die die Kunststoffpartikel enthält, während des Zusatzes des Gases gerührt. Nach der Anlagerung des Gases an die Kunststoffpartikel können die Kunststoffpartikel an der Oberfläche des Sammlers adsorbiert werden.
Es hat sich ferner herausgestellt, dass die Adsorption von Kunststoffpartikeln, die in Gegenwart einer Flüssigkeit einem Magnetfeld ausgesetzt sind, an der Oberfläche des Sammlers erhöht werden kann, indem die Flüssigkeit vor und/oder nach der Ausführung von Schritt (a) ein Salz und/oder eine grenzflächenaktive Substanz zugesetzt wird. Vorzugsweise werden der Flüssigkeit ein Salz und/oder eine grenzflächenaktive Substanz zugesetzt, bevor Schritt (a) ausgeführt wird. Es kann vorgesehen sein, dass der Flüssigkeit vor und/oder nach der Ausführung von Schritt (a) ein Salz und/oder eine grenzflächenaktive Substanz zugesetzt wird und dass Gas in die Flüssigkeit, die die Kunststoffpartikel enthält, eingeleitet wird.
Bei dem Salz handelt es sich vorzugsweise um ein anorganisches Salz wie beispielsweise Natriumchlorid. Bei der grenzflächenaktiven Substanz kann es sich beispielsweise um ein ionische, vorzugsweise eine anionische grenzflächenaktive Substanz oder ein Amphotensid handeln.
Das Magnetfeld kann mittels einer/oder mehrerer Einrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes erzeugt werden. Bei der oder den Einrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes kann es sich um einen Magneten wie einen Dauermagneten und/oder einen Elektromagneten handeln. Vorzugsweise ist der Magnet ein Dauermagnet. Das erfindungsgemäß angewendete Magnetfeld ist nicht das Erdmagnetfeld, sondern wirkt zusätzlich auf die Kunststoffpartikel ein. Der Magnet kann eine vergleichsweise moderate Stärke aufweisen. So kann der Magnet eine magnetische Flussdichte von 1 bis 2 T, beispielsweise von 1,3 T aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass das Magnetfeld eine stark Kraft auf die schwachen elektrischen Leitungen in einer leitfähigen Flüssigkeit ausübt und die Flüssigkeit beginnt, Energie mit einem lokalen Magnetfeld auszutauschen. Bereits ein Magnetfeld mit einer Stärke von 1,3 T ist in der Lage, Kunststoffpartikel an die Oberfläche eines Flüssigkeitsform, insbesondere eines Wasserfilms, zu bewegen.
Es hat sich auch herausgestellt, dass unter Einwirkung des Magnetfeldes eine Zugkraft auf flotierende Kunststoffpartikel an den Wasser-Luft-Grenzflächen ausgeübt werden kann, was zu einer kontrollierten Bewegung der Kunststoffpartikel führt. Die Wechselwirkung von Wasser mit Kunststoffpartikeln erzeugt asymmetrische Kräfte an den Grenzflächen der Kunststoffpartikel-Oberflächen. Deshalb spiegeln die Wassermoleküle die Ladungen an den hydrophoben Kunststoffpartikel-Oberflächen wider, während sich die Oberflächenladung der Kunststoffpartikel erhöht. Dadurch wird ein schwaches magnetisches Moment erzeugt, das auf ein starkes Magnetfeld reagiert, wodurch die Kunststoffpartikel zu dem Magneten hin bewegt werden (siehe auch 11) Die Zugkräfte, die unter Einsatz des Magnetfeldes auf die Kunststoffpartikel ausgeübt werden, können genutzt werden, um die Sammlung flottierender Kunststoffpartikel zu unterschützen. Die Zugkräfte können auch an der Grenzfläche zwischen Wasser und Umgebungsluft als auch an der Grenzfläche zwischen Umgebungsluft und Wasser beobachtet werden. Die Grenzflächen können als Grenzflächen zwischen flüssigem Wasser und Luft angesehen werden.
Schritt (b) sieht die Adsorption von Kunststoffpartikeln, die in Schritt (a) einem Magnetfeld ausgesetzt worden sind, an der Oberfläche eines Sammlers vor. Bei dem Sammler kann es sich um eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, beispielsweise Magneten wie einen Dauermagneten oder einen Elektromagneten, handeln. In diesem Fall ist der Sammler sowohl die Einrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes, dem die Kunststoffpartikel in Schritt (a) ausgesetzt werden als auch die Einrichtung, an deren Oberfläche die Kunststoffpartikel nach Ausführung von Schritt (a) adsorbiert werden. Beispielsweise kann der Sammler hartmagnetisches Material wie Eisen, Kobalt, Nickel oder Ferriten enthalten oder aus einem solchen Material bestehen. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass der Sammler auch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ist. Der Sammler kann beispielsweise einen Kern aufweisen, der mit einem Material aus einer Polymer-Komponente, vorzugsweise Polypropylen, beschichtet ist, in das eine metallische Komponente, vorzugsweise Nanoeisenpartikel, eingelagert sind. Der Sammler kann auch vollständig aus diesem Material bestehen. Der Sammler kann eine Trommel aufweisen, deren Oberfläche die Oberfläche ist, an der die Kunststoffpartikel in Schritt (b) adsorbiert werden. Mittels des Sammlers, beispielsweise durch Rotation der Trommel in der die Kunststoffpartikel enthaltenden Suspension, können die Kunststoffpartikel abgeführt werden. Dabei werden sie von der Flüssigkeit getrennt. Die Flüssigkeit und, falls vorhanden, die weiteren Bestandteile eines heterogenen Gemisches werden nicht an der Oberfläche des Sammlers adsorbiert, damit nicht abgeführt und bleiben somit zurück. Damit ist eine Abtrennung von Kunststoffpartikeln, vorzugsweise aller Kunststoffpartikeln erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann als kontinuierliches Verfahren ausgeführt werden.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Abtrennung von Kunststoffpartikeln aus einer Flüssigkeit oder einem heterogenen Gemisch, das eine Flüssigkeit enthält oder mit einer Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, vorgesehen. Die Vorrichtung weist auf:

- eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, dem die Kunststoffpartikel ausgesetzt werden; und
- einen Sammler, der eine Oberfläche zur Adsorption von Kunststoffpartikel aufweist, zur Abführung adsorbierter Kunststoffpartikel.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
Die Vorrichtung kann einen Trennbehälter aufweisen, in dem die Kunststoffpartikel dem Magnetfeld ausgesetzt werden. Der Trennbehälter kann beispielsweise eine Wanne, ein Becken, ein Gefäß, ein Container oder ein anderer Behälter sein. In den Trennbehälter kann das heterogene Gemisch eingebracht werden. In dem Trennbehälter kann sich die Flüssigkeit befinden, in dem das heterogene Gemisch suspendiert wird. Dazu kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Rühreinrichtung oder eine andere Einrichtung zur Bewegung und/oder Durchmischung aufweisen. Handelt es sich bei dem heterogenen Gemisch um Abwasser oder verschmutztes Wasser, so weist der Trennbehälter vorzugsweise einen Einlass für das Abwasser oder verschmutzte Wasser auf. Dem Abwasser oder verschmutzen Wasser kann weiteres Wasser zugesetzt werden. Beispielsweise kann sich in dem Trennbehälter Wasser befinden. Ferner kann ein Auslass vorgesehen sein, über den die um Kunststoffpartikel verminderte Flüssigkeit aus dem Trennbehälter geführt wird.
Die Rühreinrichtung ist vorzugsweise eine mechanische Rühreinrichtung. Sie rotiert vorzugsweise mit einer geringen Geschwindigkeit. Mittels der Rühreinrichtung oder der anderem Einrichtung zur Bewegung und/oder Durchmischung wird eine Bewegung der Kunststoffpartikel bewirkt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Kunststoffpartikel ist vorzugsweise gering. Es kann vorgesehen sein, dass den bewegten Kunststoffpartikeln anschließend das Gas, vorzugsweise gesättigtes Gas, zugesetzt wird. Das zugesetzte Gas soll den Gasgehalt in der Flüssigkeit und die Anlagerung von Blasenkeimen an die Kunststoffpartikel erhöhen.
Insbesondere zur Führung von heterogenen Feststoffgemischen in den Trennbehälter kann eine Fördereinrichtung vorgesehen sein. Dabei kann es sich um ein Förderband handeln. Mittels der Fördereinrichtung kann das heterogene Gemisch in den Trennbehälter, der die Flüssigkeit enthält, befördert werden. Mittels der Fördereinrichtung kann das heterogene Gemisch zu einer Eintrittsstelle befördert werden, die sich in dem Trennbehälter an der Oberfläche des Wassers befindet. An der Eintrittsstelle kann sich der Sammler befinden, so dass Kunststoffpartikel, die an der Eintrittsstelle in das Wasser eintreten und dort dem Magnetfeld ausgesetzt sind, nur einen kurzen Weg bis zur Oberfläche des Sammlers, an der sie adsorbiert werden sollen, zurücklegen. Die Kunststoffpartikel können sowohl an als auch unter den Wasser-Luft-Oberflächen, d. h. den Grenzflächen zwischen flüssigem Wasser und Luft adsorbiert werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zur Einführung eines Gases unter Ausbildung von Gasblasen in die Flüssigkeit aufweist. Dabei kann es sich um eine Zuleitung handeln, mit der das Gas in die in dem Trennbehälter befindliche Flüssigkeit eingeleitet wird. An der Austrittsstelle des Gases in die Flüssigkeit werden dabei Gasblasen gebildet, die sich durch die Flüssigkeit nach oben bewegen. Die Austrittsstelle befindet sich vorzugsweise am Boden des Trennbehälters. Alternativ kann es sich um eine Zuleitung handeln, die das Gas in eine Zuleitung führt, mit der das heterogene Gemisch, beispielsweise Abwasser oder verschmutztes Wasser in den Trennbehälter geführt werden. In diesem Fall tritt das Gas in Form von Luftblasen gemeinsam mit dem heterogenen Gemisch in den Trennbehälter ein.
Es kann vorgesehen sein, dass sie eine Einrichtung zur Führung zumindest eines Salzes und/oder zumindest einer grenzflächenaktiven Substanz in die Flüssigkeit aufweist. Dabei kann es sich um eine Zuleitung handeln. Es können mehrere Zuleitungen vorgesehen sein, beispielsweise eine Zuleitung für das zumindest eine Salz und eine weitere Zuleitung für die zumindest eine grenzflächenaktive Substanz. Es kann jedoch alternativ vorgesehen sein, dass die in dem Trennbehälter befindliche Flüssigkeit bereits zumindest ein Salz und/oder zumindest eine grenzflächenaktive Substanz enthält. Im Hinblick darauf, dass die Flüssigkeit, die zumindest ein Salz und/oder zumindest eine grenzflächenaktive Substanz enthalten kann, vorzugsweise eine wässerige Flüssigkeit ist, wird im Folgenden der Begriff „wässerige Flüssigkeit“ verwendet. Der Begriff „wässerige Flüssigkeit“ kann Wasser bezeichnen, das kein Salz und keine grenzflächenaktive Substanz enthält. Er kann aber auch Wasser bezeichnen, dass das zumindest eine Salz und/oder die zumindest eine grenzflächenaktiven Substanz enthält.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine oder mehrere Einrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf. Bei einer solchen Einrichtung kann es sich um einen Magneten wie einen Dauermagneten oder um einen Elektromagneten handeln, wobei ein Dauermagnet bevorzugt ist. Die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes kann außerhalb des Trennbehälters oder innerhalb des Trennbehälters angeordnet sein. Sind mehrere Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen, so kann zumindest eine dieser Einrichtung außerhalb des Trennbehälters und eine zweite solche Einrichtung innerhalb des Trennbehälters angeordnet sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Sammler mit einer Oberfläche auf, an der Kunststoffpartikel, die einem Magnetfeld ausgesetzt sind, adsorbiert werden. Die Oberfläche des Sammlers kann mit einer Beschichtung beschichtet sein, die eine Oxidation verhindert. Die Beschichtung kann die Adosrption von Kunststoffpartikel erhöhen. Beispielsweise kann die Beschichtung eine Beschichtung aus Gummi sein. Eine Beschichtung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Sammler eine Einrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, insbesondere ein Dauermagnet, ist.
An der Oberfläche des Sammlers kann sich ein magnetisches oder nichtmagnetisches Material befinden, das hydrophob oder super-hydrophob ist. Das Material weist vorzugsweise selektive Rauhigkeitseigenschaften auf. Der Sammler kann eine Oberfläche aufweisen, die aus einem Gemisch gebildet ist, das eine Polymer-Komponente einerseits und eine metallische oder metalloxidische Komponente andererseits aufweist. Das Gemisch kann aus diesen beiden Komponenten bestehen. Die metallische oder metalloxidische Komponente kann in die Polymer-Komponente eingebettet sein. Bei der metallischen oder metalloxidischen Komponente kann es sich um ein Material wie Eisen, Kobalt, Nickel, Eisenoxide wie Eisen(II)-oxid, Eisen(III)-oxid, Eisen(II,III)-oxid oder Gemische von zwei oder mehr dieser Komponenten handeln, wobei Eisen, Eisen(II)-oxid und Eisen(III)-oxid bevorzugt sind. Die metallische oder metalloxidische Komponente liegt vorzugsweise in Form von Nanopartikeln vor. Der Sammler kann alternativ vollständig aus diesem Gemisch bestehen. Ein Beispiel eines solchen Gemisches ist ein Gemisch aus Polypropylen mit Eisen-Nanopartikeln. Ein anderes Beispiel ist ein Gemisch aus Polypropylen mit Nanopartikeln aus Eisen(II)-oxid, Eisen(III)-oxid und/oder Eisen(II,III)-oxid. Unter einem Nanopartikel wird beispielsweise ein Partikel verstanden, dessen größte Abmessung kleiner als 5 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 1 Mikrometer ist. Vorzugsweise weist ein Nanopartikel eine größte Ausdehnung von 1 bis 100 nm auf. Der Sammler kann vollständig aus diesem Material bestehen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass er einen Kern aufweist, der eine Schicht trägt, die aus Polypropylen mit Eisen-Nanopartikeln besteht.
Bei dem Sammler kann es sich um eine Trommel handeln. Die Trommel kann um eine Rotationsachse drehbar gelagert sein, so dass ein Abschnitt der Mantelfläche der Trommel periodisch in die Flüssigkeit eintaucht und anschließend aus der Flüssigkeit auftaucht.
Die Oberfläche des Sammlers sollte eine ausreichende Oberflächenrauigkeit aufweisen, um eine Adsorption der Kunststoffpartikel zu erleichtern, ein Gleiten von Kunststoffpartikeln zu verhindern oder beides. Eine solche Oberflächenrauigkeit wird erreicht, wenn der Sammler eine Oberfläche aus dem Gemisch aufweist, das der Polymer-Komponente und der metallischen Komponente besteht. Eine ausreichende Oberflächenrauigkeit verhindert ein Gleiten von Kunststoffpartikeln, insbesondere von kleinen Kunststoffpartikeln, nach ihrer Adsorption und deren Rückkehr in die wässerige Flüssigkeit.
Bei dem Sammler kann es sich um eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, beispielsweise einen Dauermagneten, handeln. In diesem Fall ist der Sammler sowohl die Einrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes, dem die Kunststoffpartikel in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgesetzt werden, als auch die Einrichtung, an deren Oberfläche die Kunststoffpartikel nach Ausführung von Schritt (a) adsorbiert werden. Beispielsweise kann der Sammler hartmagnetisches Material wie Eisen, Kobalt, Nickel oder Ferrite enthalten oder aus einem solchen Material bestehen. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass der Sammler auch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ist. Der Sammler kann beispielsweise einen Kern aufweisen, der mit einem Material aus einem Polymermaterial beschichtet ist, in das Eisenpartikel, vorzugsweise Nanoeisenpartikel eingelagert sind. Der Sammler kann eine Trommel sein, deren Oberfläche die Oberfläche ist, an der die Kunststoffpartikel in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens adsorbiert werden. Mittels des Sammlers, beispielsweise durch Rotation der Trommel in der die Kunststoffpartikel enthaltenden Suspension, können die Kunststoffpartikel abgeführt werden. Dabei werden sie von der Flüssigkeit getrennt. Die Flüssigkeit und, falls vorhanden, die weiteren Bestandteile eines heterogenen Gemisches werden nicht an der Oberfläche des Sammlers adsorbiert, damit nicht abgeführt und bleiben somit zurück.
Ist der Sammler als Einreichung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ausgebildet, so kann er unmittelbar zur Sammlung der Kunststoffpartikel in der wässerigen Flüssigkeit verwendet werden. Der Sammler ist in diesem Fall selbst ein Magnet. Eine zweite Einreichung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, d. h. ein zweiter Magnet, ist nicht erforderlich. In einer ersten Alternative kann eine erste Einrichtung nur zur Erzeugung eines Magnetfeldes verwendet werden, wobei eine zweite Einrichtung ein Sammler ist, der selbst kein Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ist. In einer zweiten Alternativ können sowohl eine erste Einrichtung vorgesehen sein, die nur zur Erzeugung eines Magnetfeldes verwendet wird, und ein Sammler, der auch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ist.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich ausgeführt werden. Insbesondere bei stark verschmutztem Wasser oder stark verschmutztem Abwasser kann mehr als erfindungsgemäße Vorrichtung erforderlich sein. Bei stark verschmutztem Wasser oder stark verschmutztem Abwasser kann es außerdem vorteilhaft sein, ein Salz zu dem stark verschmutztem Wasser oder stark verschmutztem Abwasser zuzugeben, um die Adsorption der Kunststoffpartikel an dem Sammler zu verstärken.
Die Vorrichtung kann eine Trennwand aufweisen, mit der der Trennbehälter in erste und eine zweite Kammer geteilt ist. Vorzugsweise befindet sich der Einlass in der ersten Kammer, während sich der Auslass in der zweiten Kammer befindet. Es kann vorgesehen sein, dass die Rühreinrichtung oder eine andere Einrichtung zur Bewegung und/oder Durchmischung in der ersten Kammer angeordnet sind, während der Sammler in der zweiten Kammer angeordnet ist. In der Trennwand sind vorzugsweise Durchtrittsöffnungen ausgebildet, durch die Suspension, die die Kunststoffpartikel enthält, aus der ersten Kammer in die zweite Kammer eintreten kann. Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung oder die Trennwand so ausgebildet ist, das ein Durchtritt von der zweiten Kammer durch die Trennwand in die erste Kammer nicht erfolgt.
Gas wird vorzugsweise in die erste Kammer des Trennbehälters eingeleitet und lagert sich an die dort befindlichen Kunststoffpartikel an. Dabei kann sich das Gas in Form von Blasenkeimen an der Oberfläche der Kunststoffpartikel anlagern. Mitdie Kunststoffpartikel, an denen das Gas angelagert ist, gelangen in die zweite Kammer. Das Magnetfeld beeinflusst die magnetischen Eigenschaften der Kunststoffpartikel, an denen das Gas angelagert ist. Sie werden von an der Oberfläche des Sammler adsorbiert und anschließend aus der Suspension entfernt. Dazu rotiert der Sammler um eine Achse. Im einfachsten Fall ist der Sammler ein Magnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erste Kammer auf, in die die gesättigte Luft eingeführt wird, und eine zweite Kammer, die die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, also einen Magneten, enthält.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ferner ein Sammler zum Sammeln von Kunststoffpartikeln aus einer Flüssigkeit vorgesehen. Der Sammler weist eine Oberfläche auf, die aus einem Gemisch gebildet ist, das eine Polymer-Komponente und eine metallischen Komponente aufweist. Die metallische Komponente liegt vorzugsweise in Form von Nanopartikeln vor. Ein Beispiel eines solchen Gemisches ist ein Gemisch aus Polypropylen mit Eisen-Nanopartikeln. Weitere Einzelheiten des Sammlers können den vorstehenden Angaben zum erfindungsgemäßen Verfahren und zur erfindungsgemäßen Vorrichtung entnommen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist unschädlich für Mensch und Umwelt. Es ist flexibel und ermöglicht eine Abtrennung von Mikroplastik mit geringen Kosten und hoher Effizienz. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erlauben die Abtrennung von Kunststoffpartikeln, die aus verschiedenen Kunstoffen bestehen und regelmäßig in der Umwelt gefunden werden, wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyestern, Polyvinylchlorid, Polyacrylnitril (Acryl) und Polyamiden (Nylon), aus verunreinigten Wasserressourcen und Abwasser. Sie können auch in der Industrie zum Abfallmanagement verwendet werden.
Die Erfindung beruht auf folgenden Erwägungen. Es ist bekannt, dass alle Materialien und lebenden Organismen auf der Erde dem Erdmagnetfeld ausgesetzt sind. In Wasser ist ein dreidimensionales Netzwerk aus Wasserstoffatomen ausgebildet, das aufgrund der Protonenspinumkehrung durch das Erdmagnetfeld beeinflusst wird (Madsen, 1995; Halpern et al., 1999). Wasser ist ein diamagnetisches Medium. Sein Verhalten ändert sich, wenn es Magnetfeldern ausgesetzt wird. In einer dynamischen Flüssigkeit kann eine magnetische Behandlung die Oberflächenspannung von Wasser erhöhen, dessen Viskosität erhöhen, dessen Leitfähigkeit verringern und seine Verdunstung erhöhen. Das ist auf eine Schwächung der Van-der-Waals-Bindungen zwischen Wassermolekülen zurückzuführen (Cai et al., 2009; Szczes et al., 2011). Der Einfluss eines Magnetfeldes auf suspendierte Partikel spiegelt sich außerdem in deren Zeta-Potential, deren Diffusionskonstante, deren Koagulationsgeschwindigkeit und deren Abhängigkeit von den Partikelgrößen wider, obwohl nicht klar ist, welcher dieser Faktoren der dominierende Faktor für einen derartigen Einfluss des Magnetfeldes ist (Higashitani et al., 1995).
Die Oberflächen von Kunststoffpartikeln sind im Allgemeinen hydrophob und haben Oberflächeneigenschaften wie Heterogenität und Rauigkeit, die einen bedeutenden Einfluss auf das Halten der Luft an den Kunststoffpartikeln vor deren Eintauchen in eine Flüssigkeit und auf die Hydrophobie der Kunststoffpartikel für das Anhaften einer Submikron-Gasblase aus einer Flüssigkeit haben (Krasowska et al., 2009). In Blasenkeim-Grenzschichten mit mikroskopische Größen von weniger als 1 nm bildet die Grenzfläche zwischen Wasser und Luft eine hydrophobe Plattform für viele wichtige biologische, chemische und physikalische Prozesse (Bonn et al., 2015). Ozeki et al. (1996) untersuchten die Adsorption und Desorption von Wasserdampf an hydrophilen und hydrophoben Oberflächen von Materialien. Sie stellten fest, dass das adsorbierte Wasser an hydrophoben Oberflächen durch das Magnetfeld stark beeinflusst werden kann. Außerdem zeigten Untersuchungen von Bunkin und Lobeyev (1997) in entgastem Wasser, nicht-entgastem Wasser und Salzlösungen, dass es wesentliche Änderungen im Wasser nach dem Entgasen gibt. Die Salzlösungen bewirkten ebenfalls Veränderungen im Wasser, aber nicht im gleichen Maße wie entgastes Wasser. Die Adsorption von Kunststoffpartikeln unter Einfluss einer Magnetkraft wurde auch in deionisiertem Wasser mit Leitfähigkeiten zwischen 0,5 und 1 µS beobachtet.
Die Erfinder haben Untersuchungen an Kunststoffpartikeln in normalem Leitungswasser und in deionisiertem Wasser bei Raumtemperatur durchgeführt. Die Untersuchungen zeigen, dass die Kunststoffpartikel leicht an der Oberfläche eines Per-Dauermagneten adsorbiert werden können. Außerdem kann die Einführung von gesättigtem Gas in das Wasser die Effizienz der Adsorption von Kunststofpartikeln an Dauermagneten erhöhen. Die Zugabe von ionischen grenzflächenaktiven Substanzen, insbesondere die Zugabe von anionischen grenzflächenaktiven Substanzen, zum Wasser kann die Adsorption im Vergleich zum normalen Leitungswasser weiter erhöhen. Die Zugabe von Salzen wie beispielsweise NaCl zum Wasser kann die Effizienz der Rückgewinnung von Kunststoffpartikeln erhöhen. Bei Systemen mit identischen Eigenschaften, beispielsweise demselben Magnetfeld, denselben Flüssigkeitseigenschaften und derselben Temperatur, verringert sich jedoch bei Verwendung von semientgastem Wasser die Effizienz der Kunststoffpartikel-Rückgewinnung erheblich, so dass nur bei Erhöhung der Zahl an Magneten die Kunststoffpartikel an der Oberfläche der Magneten adsorbiert werden können. Aus diesem Grund können gelöstes Gas und Blasenkeime die Adsorption von Kunststoffteilchen verbessern. Weitere Faktoren, die die Effizienz der Adsorption von Mikroplastik erhöhen können, sind die Partikelgröße, Oberflächeneigenschaften wie beispielsweise Oberflächenrauigkeit, chemische Oberflächeneigenschaften und chemische Oberflächenheterogenität.
Nach der Zugabe eines Salzes, wie beispielsweise NaCl, zu dem Wasser erzeugen die dissoziierten Salzmoleküle positiv und negativ geladene Ionen, die sich an die polaren Wassermoleküle anlagern. Auf diese Weise entstehen Schichten von orientierten Wassermolekülen mit Kationen (beispielsweise Natriumionen) und Anionen (beispielsweise Chloridionen) in deren Zentren. Berücksichtigt man, dass die Lorentzkraft F_L rechtwinklig zur Richtung des Magnetfeldes wirkt und dass die Geschwindigkeit der Kunststoffpartikel die Salzlösung anisotrop macht, so wird eine unterschiedliche Lösungsdiffusion in unterschiedliche Richtungen ermöglicht (Han et al., 2016). Die Lorentzkraft F_L kann gemäß der Formel F_L = q(ν × B), worin q die elektrische Ladung, v die Geschwindigkeit der elektrischen Ladung und B die magnetische Flussdichte ist, berechnet werden.
Obwohl die meisten Kunststoffpartikel diamagnetisch sind, reagieren sie auf die Abstoßung durch das magnetische Feld, selbst wenn die Abstoßungskraft sehr schwach ist. Die magnetische Kraft Fmag, die auf die Kammer von Kunststoffpartikeln einwirkt, kann gemäß der folgenden Formel I berechnet werden (Tarn et al., 2015): $F_{m a g} = \frac{(X_{p} - X_{m}) V (B . \nabla) B}{μ_{0}}$
worin

X_p: die magnetische Suszeptibilität eines Kunststoffpartikels ist,
X_m: die magnetische Suszeptibilität der Flüssigkeit ist, die für die Kunststoffpartikel genutzt wird;
V: das Volumen der Kunststoffteilchen ist;
B: die magnetische Flussdichte des Magnetfeldes ist; und
µ₀: die Permeabilität des freien Raumes ist.

_p

_m

Die in einer Flüssigkeit enthaltenen Wassermoleküle erfahren ständig verschiedene Erschütterungen, Drehung und Bewegungen, die Anziehungs- und Absto-ßungskräfte verändern. Bei Zugabe von hydrophoben Partikeln in das Wasser versuchen die Wassermoleküle, die Benetzbarkeit der hydrophoben Oberflächen der Partikel zu erhöhen. Normalerweise haben die Kunststoffpartikel-Oberflächen zufällig verteilte Rauigkeitsmuster, die als Kavitäten bezeichnet werden und Luft im Inneren halten können. Die Wechselwirkung zwischen Wasser und den Kunststoffpartikeln erzeugt asymmetrische Kräfte an den Grenzflächen der Kunststoffpartikel-Oberflächen. Daher spiegeln die Wassermoleküle die Ladungen an den hydrophoben Kunststoffpartikel-Oberflächen wider, während sich die Oberflächenladungen der Kunststoffpartikel erhöhen. Dadurch wird ein schwaches magnetisches Moment erzeugt, das auf ein starkes Magnetfeld reagiert, wodurch sich die Kunststoffpartikel zum Magneten hin bewegen (siehe auch 11). Mit dem gleichen Mechanismus können suspendierte Kunststoffpartikel an die Grenzflächen zwischen Wasser und Luft gezogen oder geschoben werden, was bei einer magnetischen Feldstärke von 1,3 T untersucht wurde. Dadurch erhöht sich auch die Bewegung der Wassermoleküle. Hinzu kommen noch die positive magnetische Suszeptibilität der Luft und die existierende hohe Zahl freier Wassermoleküle nahe den Grenzflächen zwischen Wasser und Luft. Es wurde außerdem festgestellt, dass das Magnetfeld die Verteilung der Kunststoffpartikel, gelöster Ionen sowie gelöster Luft in der Flüssigkeit beeinflusst (siehe auch 12). Dadurch werden Grenzflächenpotential-Unterschiede erzeugt, die die Trennung geladener Kunststoffpartikel unterstützen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren verzichten, abgesehen von möglichweise zugesetzten Salzen und/oder grenzflächenaktiven Substanzen, auf die Verwendung von chemischen Substanzen. Sie zeichnen sich durch die Verwendung eines Magnetfeldes aus. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen eine magnetische Adsorption von Kunststoffpartikeln, insbesondere von Mikroplastik, einschließlich Mikrofasern, in einem Nasssystem. Damit kann eine Abtrennung von Mikroplastik, einschließlich Mikrofasern aus verschmutzen Wasserressourcen erreicht werden. Der Einsatz eines gesättigten Gases unterstützt sowohl die Flotation der Kunststoffpartikel aus auch deren Abtrennung. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen beispielsweise die Abtrennung von Kunststoffpartikeln aus PVC oder HDPE. Insbesondere die Abtrennung von Kunststoffpartikeln aus Kunststoffen hoher Dichte war nach Stand der Technik nicht möglich. Außerdem ermöglichen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung die Abtrennung von Kunststoffpartikeln, die Kontaminationen aufweisen, was ebenfalls nach Stand der Technik nicht möglich war. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Kunststoffpartikel an die Wasser-Luft-Grenzfläche geschleppt. Dieses Phänomen war aus dem Stand der Technik nicht bekannt. Im Vergleich zum Stand der Technik bietet die Erfindung eine einfachere Technik, einen einfacheren Betrieb und eine einfachere Instandhaltung. Sie hat geringere Kosten, erlaubt eine umweltfreundliche Abtrennung von Kunststoffpartikeln, weist bereite Anwendungsgebiete auf, benötigt nur eine geringe Zahl an Verfahrensschritten und ist sowohl effizienter als auch schneller im Vergleich zum Stand der Technik.
Erfindungsgemäß kann gesättigtes Gas eingesetzt wird, das der Flüssigkeit, die die Kunststoffpartikel enthält, zugesetzt wird. Die das zugesetzte Gas aufweisende Flüssigkeit kann anschließend gerührt werden. Unter Einwirkung eines Magnetfeldes, das mittels eines Magneten erzeugt wird, kann sie Abtrennung von Kunststoffpartikel erreicht werden. Das gilt auch dann, wenn die Kunststoffpartikel Mikropartikel sind. Es ist im Wesentlichen der Magnet, der die Abtrennung bewirkt. Die Erfindung ermöglicht insbesondere die Adsorption von Kunststoffpartikeln wie Mikroplastik und Kunststofffasern. Die Kunststoffpartikel können einen großen Dichtebereich aufweisen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die die Erfindung nicht einschränken sollen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
5 fotografische Aufnahmen, die die Ausrichtung von Kunststoffpartikeln, die sich in einem Gemisch aus Wasser und Eisenpartikeln befinden, in Abwesenheit (5a) oder in Gegenwart (5b) eines Magnetfeldes zeigen;
6 fotografische Aufnahmen zum Nachweis von Luftblasen an der Oberfläche von Kunststoffpartikeln (6a: Polypropylen-Kunststoffpartikel; 6b: Polylactid-Kunststoffpartikel);
7 fotografische Aufnahmen zum Nachweis der Adsorption von Kunststoffpartikel an einem Dauermagneten (7a: nicht-faserförmige Kunststoffpartikel; 7b: faserförmige Kunststoffpartikel);
8 eine fotografische Aufnahme eines Sammlers mit einer Polypropylen-Oberfläche, in der sich Eisenpartikel befinden;
9 fotografische Aufnahmen zum Nachweis der Adsorption von Kunststoffpartikeln an einem Sammler (9a: Anordnung des Dauermagneten außerhalb des Trennbehälters; 9b: Anordnung des Dauermagneten innerhalb des Trennbehälters);
10 weitere fotografische Aufnahmen zum Nachweis der Adsorption von Kunststoffpartikeln an einem Sammler (10a: Anordnung des Dauermagneten außerhalb des Trennbehälters; 10b: Anordnung des Dauermagneten innerhalb des Trennbehälters);
11 ein Diagramm, das die aufgezeichnete Geschwindigkeit mehrerer zylinderförmiger Kunststoffpartikel unter Einfluss einer Magnetkraft zeigt; und
12 fotografische Aufnahmen, die die Verteilung von PMMA-Kunststoffteilchen in Wasser ohne Anwendung eines Magnetfeldes ( 12a) und unter Anwendung eines Magnetfeldes (12b) zeigen.

Die in 1 gezeigte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abtrennung von Kunststoffpartikeln aus einer wässerigen Flüssigkeit weist einen Trennbehälter 1 auf. Der Trennbehälter 1 besitzt einen Einlass 2, durch den das Gemisch 101, das Kunststoffpartikel 102 und eine wässerigen Flüssigkeit 103 enthält, in den Trennbehälter 1 geführt wird (Pfeil A). Bei dem Gemisch 101 kann es sich beispielsweise um verschmutztes Wasser oder Abwasser handeln, in dem die Kunststoffpartikel suspendiert sind. Der Trennbehälter 1 besitzt ferner einen Auslass 3, durch den die wässerige Flüssigkeit aus dem Trennbehälter 1 geführt werden kann (Pfeil B). Außerdem besitzt der Trennbehälter 1 eine Zuleitung 4 für gesättigte Luft. Die zugeführte Luft (Pfeil C) tritt in Form von Luftblasen 104 in den Trennbehälter 1 ein. In der ersten Ausführungsform wird die gesättigte Luft mittels der Zuleitung 4 unmittelbar in den Trennbehälter 1 geführt. Die gesättigte Luft kann hergestellt werden, indem Luft mittels eines Kompressors komprimiert und anschließend in Reinwasser oder Abwasser, das sich in einem Druckbehälter befindet, unter Erhalt von Druckwasser eingeleitet wird. Das Druckwasser wird anschließend über Zuleitung 4 in den Trennbehälter 1 geführt. Dabei entstehen Luftblasen mit einer Größe von weniger als 0,1 mm.
Der Trennbehälter 1 weist einen Boden 5 und sich gegenüberliegende Seitenwände 6 und 7 auf. Der Einlass 2 ist dabei an der Seitenwand 6 ausgebildet, der Auslass 3 an der Seitenwand 7. Das Gemisch 101 wird mittels einer Zuleitung 12 zum Einlass 2 transportiert. Am Auslass 3 kann die wässerige Flüssigkeit in eine Ableitung 13 eintreten. Die Zuleitung 4 für die Luft befindet sich an der Seitenwand 6 und erstreckt sich zum Boden 5. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Luftblasen am Boden 5 des Trennbehälters 1 in das Gemisch 101 eintreten und von dort nach oben aufsteigen.
Innerhalb des Trennbehälters 1 kann eine Strömung ausgebildet sein, die dafür sorgt, dass sich das Gemisch 101 vom Einlass 2 zum Auslass 3 bewegt (Pfeil D). Die erste Ausführungsform weist eine Rühreinrichtung 8 auf. Mittels der Rühreinrichtung 8 wird das Gemisch 101, in das die Luftblasen 104 eingeleitet sind, vermischt. Es ist in 1 zu erkennen, dass die Kunststoffpartikel 102 dabei in Kontakt mit den Luftblasen 104 gelangen. In der ersten Ausführungsform ist die Rühreinrichtung 8 am Boden 5 des Trennbehälters 1 angeordnet. Die Rühreinrichtung 8 weist ein Rührwerkzeug 9 auf, das sich in dem Trennbehälter 1 befindet. Das Rührwerkzeug 9 kann um die Drehachse E rotieren (Pfeil F), die senkrecht zum Boden 5 des Trennbehälters 1 ist.
In dem Trennbehälter 1 ist eine Trennwand 20 angeordnet, die den Trennbehälter in eine erste Kammer 21 und eine zweite Kammer 22 teilt. Die erste Kammer 21 erstreckt sich dabei von der Seitenwand 6 bis zur Trennwand 20, die zweite Kammer 22 von der Trennwand 20 bis zur Seitenwand 7. Die Trennwand 20 erstreckt sich vom Boden 5 des Trennbehälters 1 in Richtung des Flüssigkeitsniveaus FN, ohne sich jedoch bis zum Flüssigkeitsniveau zu erstrecken. Zwischen der Oberkante der Trennwand 20, die dem Flüssigkeitsniveau zugewandt ist, und dem Flüssigkeitsniveau besteht somit eine Verbindung zwischen den beiden Kammern 21, 22, so dass das Gemisch 101, einschließlich der Luftblasen 104, von der ersten Kammer 21 in die zweite Kammer 22 gelangen kann. Der Boden der zweiten Kammer 22, der ein Teil des Bodens 5 ist, steigt von der Trennwand 20 zur Seitenwand 7 an (siehe Bezugszeichen 26). Damit wird eine Verringerung des Raumes zwischen der Trommel 11 und dem Boden 5 erreicht.
In der zweiten Kammer 21 ist an der Seitenwand 7 ist ein Sammler 10 angeordnet. Der Sammler 10 weist eine Trommel 11 auf, die um eine Drehachse G rotiert (Pfeil H) und die in das Gemisch 101, das sich in der zweiten Kammer des Trennbehälters 1 befindet, teilweise eintaucht. Die Trommel 11 besitzt eine Mantelfläche 14, die derart durch das Gemisch 101 geführt ist, dass bei jeder Umdrehung der Trommel 11 ein Abschnitt der Mantelfläche in das Gemisch 101 eintaucht, der anschließend durch das Gemisch 101 geführt wird und anschließend aus dem Gemisch 101 auftaucht. Am eingetauchten Abschnitt der Mantelfläche 14 können Kunststoffpartikel 102 adsorbiert werden, die dann mit dem Abschnitt der Mantelfläche 14 aus dem Gemisch 101 geführt werden. Die adsorbierten Kunststoffpartikel 102a werden mit dem Abschnitt der Mantelfläche 14 zu einem Aufnahmebehälter 15 geführt, der an den Trennbehälter 1 an dessen Seitenwand 7 angrenzt. Mittels des Sammlers 10 werden somit Kunststoffpartikel 102 aus dem Trennbehälter 1 in den Aufnahmebehälter 15 befördert. Zur Abtrennung der adsorbierten Kunststoffpartikel 102a von der Mantelfläche 14 ist eine Separierungseinrichtung 16 vorgesehen. Dabei kann es sich um eine Düse handeln, über die ein Trenngasstrom 17 auf die Mantelfläche 14 geführt wird. Die unter Einwirkung des Trenngasstroms 17 von der Mantelfläche 14 desorbierten Kunststoffpartikel 102b fallen. Bei der Rotation der Trommel 11 wird der eingetauchte Abschnitt entgegengesetzt zur Strömungsrichtung (Pfeil A) des Gemisches 101 in dem Trennbehälter 1 bewegt.
Die Trommel 11 des Sammlers 10 enthält einen Dauer- oder Elektromagneten 25. Mittels der Trommel 11 wird somit ein Magnetfeld erzeugt, das auf das Gemisch 101, das sich in dem Trennbehälter 1 befindet, einwirkt.
Die Trommel 11 weist eine erste Stirnseite und eine dieser gegenüberliegende zweite Stirnseite auf, zwischen denen sich die Mantelfläche 14 erstreckt. An der Mantelfläche 14 sind Stege 18 ausgebildet, die sich in radialer Richtung und parallel zur Drehachse H der Trommel 11 erstrecken. Die Stege 18 verhindern einen Rückfall von adsorbierten Kunststoffpartikeln 102a in das Gemisch 101. Es kann ferner ein Abstreifer 19 vorgesehen sein, der an der Oberkante der Außenwand 7 ausgebildet ist und mit einem seiner Enden an der Mantelfläche 14 anliegt. Der Abstreifer 19 kann aus einem flexiblen Material bestehen, so dass der Abstreifer 19 eine Passage der Stege 18 zulässt. Mittels des Abstreifers werden Kunststoffpartikel, die trotz der Einwirkung des Trenngasstroms 17 noch immer an der Mantelfläche 14 adsorbiert sind, von dieser abgestreift.
Die in 2 gezeigte zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht der ersten Ausführungsform, außer dass zusätzlich zu dem Gemisch 101, das über Zuleitung 12 in den Trennbehälter 1 geführt wird (Pfeil A), Schmutzluft, in der Kunststoffpartikel suspendiert sind, über eine Zuleitung 24 in die Zuleitung 4 für die gesättigte Luft geführt ist (Pfeil A'). Die über die Zuleitung 24 und anschließend über die Zuleitung 4 in den Trennbehälter 1 geführte Schmutzluft tritt gemeinsam mit gesättigter Luft in Form von Luftblasen 104 in den Trennbehälter 1 ein.
Die in 3 gezeigte dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht der ersten Ausführungsform, außer dass die Trommel 11 nicht als Magnet ausgebildet ist und keine Stege aufweist und dass der Boden der zweiten Kammer 22 nicht ansteigt. Stattdessen ist ein zusätzlicher Dauer- oder Elektromagnet 31 vorgesehen, der außerhalb des Trennbehälters 1 an dessen Boden 5 angeordnet ist.
Die in 4 gezeigte Ausführungsform weist einen Trennbehälter 41 auf, in dem sich eine wässerige Flüssigkeit 103 befindet. Dabei steht die Flüssigkeit 103 bis zu einem Flüssigkeitsniveau FN in dem Trennbehälter 41 an. Über eine Zuleitung 42 wird ein Gemisch (Pfeil M), das Wasser, Kunststoffpartikel 102 und Sand 105 enthält, in die Flüssigkeit 103 transportiert, wobei seine Eintrittsstelle Es unterhalb des Flüssigkeitsniveaus FN in einem Bereich liegt, der an das Flüssigkeitsniveau FN angrenzt.
Die in 4 gezeigte Ausführungsform weist ferner einen Sammler 44 auf, der gegenüber der Eintrittsstelle Es des Gemisches in die Flüssigkeit 103 angeordnet ist. Der Sammler 44 weist eine Trommel 45 auf, die um eine Drehachse G rotiert (Pfeil H) und die in die Flüssigkeit 103, die sich in dem Trennbehälter 1 befindet, teilweise eintaucht. Die Trommel 45 besitzt eine Mantelfläche 46, die derart durch die Flüssigkeit 103 geführt ist, dass bei jeder Umdrehung der Trommel 45 ein Abschnitt der Mantelfläche 46 in die Flüssigkeit 103 eintaucht, der anschließend durch die Flüssigkeit 103 geführt wird und schließlich aus der Flüssigkeit 103 auftaucht. Am eingetauchten Abschnitt der Mantelfläche 46 können Kunststoffpartikel 102 adsorbiert werden, die dann mit dem Abschnitt der Mantelfläche 46 aus der Flüssigkeit geführt werden. Die adsorbierten Kunststoffpartikel 102a werden mit dem Abschnitt der Mantelfläche 46 zu einem Abführkanal 47 zur Abführung der abgetrennten Kunststoffpartikel 102b geführt, der an den Trennbehälter 41 an dessen Seitenwand 47 angrenzt. Mittels des Sammlers 44 werden somit Kunststoffpartikel 102 aus dem Trennbehälter 41 in den Abführkanal 47 befördert. Zur Abtrennung der adsorbierten Kunststoffpartikel 102a von der Mantelfläche 46 ist eine Separierungseinrichtung 49 vorgesehen. Dabei kann es sich um eine Düse handeln, über die ein Trenngasstrom 50 auf die Mantelfläche 46 geführt wird. Die unter Einwirkung des Luftstroms von der Mantelfläche 46 desorbierten Kunststoffpartikel 102b gelangen in den Abführkanal 47. Bei der Rotation der Trommel 44 wird der eingetauchte Abschnitt von einer Position, die der Eintrittsstelle Es gegenüberliegt, durch die wässerige Flüssigkeit 103 in dem Trennbehälter 1 bewegt (Pfeil H). Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Wegstrecke, die der eingetauchte Abschnitt in der Flüssigkeit 103 zurücklegt, ausreichend lang ist, um die an der Eintrittsstelle Es eintretenden Kunststoffpartikel 102 adsorbieren zu können.
Die Trommel 45 des Sammlers 46 enthält einen Dauer- oder Elektromagneten 25. Mittels der Trommel 45 wird somit ein Magnetfeld erzeugt, das auf das Gemisch, das sich in dem Trennbehälter 41 befindet, einwirkt. An der Mantelfläche 46 sind Stege 56 ausgebildet, die sich in radialer Richtung und parallel zur Drehachse H der Trommel 45 erstrecken. Die Stege 56 verhindern einen Rückfall von adsorbierten Kunststoffpartikeln 102a in die Flüssigkeit 103.
Der im Gemisch enthaltene Sand 105 tritt gemeinsam den Kunststoffpartikeln 102 in die Flüssigkeit 103 ein. Der Sand 105 wird jedoch nicht an der Mantelfläche 46 der Trommel 45 adsorbiert. Er fällt von der Eintrittsstelle Es in Richtung des Bodens 51 des Trennbehälters 41. Am Boden 51 befindet sich eine erste Öffnung 52, durch die der Sand 105 den Trennbehälter 41 verlässt (Pfeil S). Der Boden 51 weist einen ersten Bodenabschnitt 51a auf, der sich von der Seitenwand 48 bis zur ersten Öffnung 52 erstreckt und dabei in Richtung der ersten Öffnung 52 geneigt ist. Der Boden 51 weist ferner einen zweiten Bodenabschnitt 51b auf, der sich von der ersten Öffnung 51 zu einer zweiten Öffnung 55 erstreckt. Durch die zweite Öffnung kann Wasser aus dem Trennbehälter 41 austreten (Pfeil W). Die zweite Öffnung 55 liegt an der Seitenwand 53 und zwar oberhalb der ersten Öffnung 51, so dass der zweite Bodenabschnitt 51b von der ersten Öffnung 51 zur zweiten Öffnung 55 ansteigt. Die in 4 gezeigte Ausführungsform ist somit zur Trennung von Kunststoffpartikeln von Sand geeignet. Sie ist insbesondere zur Trennung von Kunststoffpartikeln aus verschmutzen Sedimenten, die im Küstenbereich zu finden sind, geeignet.
Aus den in den 5a und 5b gezeigten fotografische Aufnahmen ist ersichtlich, dass sich die Ausrichtung von Kunststoffpartikeln, die sich in einem Gemisch befinden, das Eisenpartikel in Wasser enthält, unter Einwirkung eines Magnetfeldes ändert. Die Eisenpartikel sind Nanopartikel, während die Kunststoffpartikel Nano- und/oder Mikropartikel sind. In 5a ist das Gemisch keinem Magnetfeld ausgesetzt. In 5b ist das Gemisch hingegen einem Magnetfeld (Pfeil MG) ausgesetzt. Es ist zu erkennen, dass sich die Ausrichtung sowohl der Kunststoffpartikel als auch der Eisenpartikel in Vergleich zu 5a um einen Winkel von 45° geändert hat. In den 5a und 5b weisen die Kunststoffpartikel eine graue Färbung, die Eisenpartikel eine schwarze Färbung auf. Eisenpartikel können ebenfalls an Polymeroberflächen adsorbieren.
Die 6a und 6b zeigen fotografische Aufnahmen von Kunststoffpartikeln in Wasser, an deren Oberflächen sich jeweils mehrere Luftblasen befinden. In 6a ist ein Polypropylen-Kunststoffpartikel 102 gezeigt, an dessen Oberfläche mehrere Luftblasen 104 ausgebildet sind. Der in 6b gezeigte Kunststoffpartikel 102 aus einem Polylactid (PLA) weist ebenfalls mehrere Luftblasen 104 an seiner Oberfläche auf.
Die 7a und 7b zeigen fotografische Aufnahmen eines Dauermagneten 71, der in ein Gemisch aus Kunststoffpartikeln in Wasser eingetaucht ist. Das Gemisch ist mit Luft unter Ausbildung von Luftblasen an den Oberflächen der Kunststoffpartikel versetzt worden. Es ist den 7a und 7b zu erkennen, dass die Kunststoffpartikel 102a, an deren Oberflächen sich Luftblasen 104 befinden, an der Oberfläche des Dauermagneten 71 adsorbiert sind. Die Adsorption der Kunststoffpartikeln an der Oberfläche des Dauermagneten kann über Luftblasen-Verbindungen erfolgen. Die in 7a gezeigten Kunststoffpartikel haben eine maximale Ausdehnung von 3 mm. Die Blasenkeime erscheinen an der Oberfläche der Kunststoffpartikel in normalem Leitungswasser oder deionisiertem Wasser von selbst, weil an den Oberflächen der Kunststoffpartikel Kavitäten ausgebildet sind. Die Zuführung von Gas kann jedoch die Akkumulation von Blasen an den Kunststoffpartikel-Oberflächen intensivieren.
Der Sammler 72, der in 8 gezeigt ist, weist eine Oberfläche aus Polypropylen auf, in die Eisenpartikel eingelagert sind. Die Eisenpartikel sind Nanopartikel. Es ist zu erkennen, dass sich eine große Anzahl an Kunststoffpartikeln 102 an der Oberfläche des Sammlers angelagert hat. Bei den gezeigten Kunststoffpartikeln handelt es sich um Acrylfasern.
In den 9a und 9b wird die Adsorption von Kunststoffpartikeln mit einer Partikelgröße von 3 mm an einem Sammler gezeigt. In 9a ist der Dauermagnet außerhalb des Trennbehälters 73 angeordnet. In dem Trennbehälter befindet sich Wasser, das Kunststoffpartikel 102 enthält. In das Wasser ist ein Sammler 92 eingetaucht. Der Sammler 92 besteht aus einem Polymer wie Polypropylen, in das Eisenpartikel eingelagert sind. Der Sammler 92 wird daher als Polymer-Eisen-Sammler bezeichnet. Es ist zu erkennen, dass Kunststoffpartikel 102a an der Oberfläche des Sammlers 92 adsorbiert sind. Die in 9a gezeigte Anordnung wird als „indirekte Anwendung eines Dauermagneten“ bezeichnet, weil sich der Dauermagnet außerhalb des Trennbehälters befindet. Befindet sich Dauermagnet, wie dies in 9b gezeigt ist, in dem Trennbehälter 73, so wird diese Anordnung als „direkte Anwendung eines Dauermagneten“ bezeichnet. Der Sammler 93, der in das Wasser eingetaucht ist, ist als Dauermagnet ausgebildet und wird als Dauermagnet-Sammler bezeichnet. Ein Dauermagnet, der sich außerhalb des Trennbehälters 73 befindet, ist nicht erforderlich. Es ist zu erkennen, dass Kunststoffpartikel 102a an der Oberfläche des Dauermagnet-Sammlers 93 adsorbiert sind.
In den 10a und 10b wird die Adsorption von PVC-Kunststoffpartikeln an einem Sammler gezeigt. In 10a ist der Dauermagnet außerhalb des Trennbehälters 73 angeordnet. In dem Trennbehälter befindet sich Wasser, das Kunststoffpartikel 102 enthält. In das Wasser ist ein Polymer-Eisen-Sammler 92 eingetaucht. Es ist zu erkennen, dass Kunststoffpartikel 102a an der Oberfläche des Polymer-Eisen-Sammlers 92 adsorbiert sind. Die in 10a gezeigte Anordnung entspricht der indirekten Anwendung eines Dauermagneten. 10b zeigt die direkte Anwendung eines Dauermagneten. Der in das Wasser eingetauchte Sammler ist ein Dauermagnet-Sammler 93. Ein Dauermagnet, der sich außerhalb des Trennbehälters 73 befindet, ist nicht erforderlich. Es ist zu erkennen, dass Kunststoffpartikel 102a an der Oberfläche des Dauermagnet-Sammlers 93 adsorbiert sind.
Das in 11 gezeigte Diagramm veranschaulicht die Geschwindigkeit mehrerer zylinderförmiger Kunststoffpartikel aus Polypropylen in Leitungswasser, die unter Einfluss einer Magnetkraft aufgezeichnet wurde. Die Kunststoffpartikel hatten eine Größe von etwa 2 × 3 mm und eine Dichte von etwa 1,12 g/cm³. Die Kunststoffpartikel werden durch eine Magnetkraft von 1,3 T gezogen. Die Angaben „S1“, „S2“ und „S3“ bezeichnen dabei die Proben. Das Diagramm bestätigt, dass die Kunststoffpartikel auf ein Magnetfeld reagieren, wodurch sie sich zum Magneten hin bewegen.
In 12 ist die Verteilung von PMMA-Kunststoffpartikeln, die eine Größe von etwa 50 bis 100 µm aufweisen, nach deren Zugabe zu Leitungswasser gezeigt. Die Anwendung eines Magnetfeldes von etwa 1,3 T (siehe 12b) bewirkt eine gleichmäßigere Verteilung der Kunststoffpartikel im Leitungswasser gegenüber der Verteilung in Leitungswasser ohne Anwendung eines Magnetfeldes (12a). Es ist zu erkennen, dass ein Magnetfeld die Verteilung der Kunststoffpartikel in der Flüssigkeit beeinflusst.
Beispiel 1
Es wurden Kunststoffpartikel aus PVC in einem Trennbehälter, der Wasser enthielt, unter Erhalt einer Suspension gegeben. Anschließend wurde ein als Dauermagnet ausgebildeter Sammler in die Suspension eingetaucht. Kunststoffpartikel adsorbierten an der Oberfläche des Sammlers. Die adsorbierten Kunststoffpartikel konnten mit dem Sammler aus der Suspension entnommen werden.
Beispiel 2
Erde, die Kunststoffpartikel aus PVC enthielt, wurde in einem Trennbehälter, der Wasser enthielt, unter Erhalt einer Suspension gegeben. Anschließend wurde ein als Dauermagnet ausgebildeter Sammler in die Suspension eingetaucht. Kunststoffpartikel adsorbierten an der Oberfläche des Sammlers. Die adsorbierten Kunststoffpartikel konnten mit dem Sammler aus der Suspension entnommen werden.
Beispiel 3
Es wurden Kunststoffpartikel, deren größte Ausdehnung 3 mm betrug , in einem Trennbehälter, der Wasser enthielt, unter Erhalt einer Suspension gegeben. Anschließend wurde ein als Dauermagnet ausgebildeter Sammler in die Suspension eingetaucht. Kunststoffpartikel adsorbierten an der Oberfläche des Sammlers. Die adsorbierten Kunststoffpartikel konnten mit dem Sammler aus der Suspension entnommen werden.
Beispiel 4
Es wurden faserförmige Kunststoffpartikel aus PSP in einem Trennbehälter, der Wasser enthielt, unter Erhalt einer Suspension gegeben. Anschließend wurde ein als Dauermagnet ausgebildeter Sammler in die Suspension eingetaucht. Kunststoffpartikel adsorbierten an der Oberfläche des Sammlers. Die adsorbierten Kunststoffpartikel konnten mit dem Sammler aus der Suspension entnommen werden.
Beispiel 5
Es wurden Kunststoffpartikel aus einem Polylactid-Harz in einem Trennbehälter, der Wasser enthielt, unter Erhalt einer Suspension gegeben. Anschließend wurde ein als Dauermagnet ausgebildeter Sammler in die Suspension eingetaucht. Kunststoffpartikel adsorbierten an der Oberfläche des Sammlers. Die adsorbierten Kunststoffpartikel konnten mit dem Sammler aus der Suspension entnommen werden.
Beispiel 6
Es wurden faserförmige Kunststoffpartikel aus PET in einem Trennbehälter, der Wasser enthielt, unter Erhalt einer Suspension gegeben. Anschließend wurde ein als Dauermagnet ausgebildeter Sammler in die Suspension eingetaucht. Kunststoffpartikel adsorbierten an der Oberfläche des Sammlers. Die adsorbierten Kunststoffpartikel konnten mit dem Sammler aus der Suspension entnommen werden.
Beispiel 7
Es wurden Kunststoffpartikel in einem Trennbehälter, der Wasser und eine anionische grenzflächenaktive Substanz enthielt, unter Erhalt einer Suspension gegeben. Anschließend wurde ein als Dauermagnet ausgebildeter Sammler in die Suspension eingetaucht. Kunststoffpartikel adsorbierten an der Oberfläche des Sammlers. Die adsorbierten Kunststoffpartikel konnten mit dem Sammler aus der Suspension entnommen werden. Im Vergleich zu einem Versuch, in dem das Wasser keine anionische grenzflächenaktive Substanz enthielt, hat sich die Zahl der adsorbierten Kunststoffpartikel erhöht.
Beispiel 8
Es wurden Kunststoffpartikel in einem Trennbehälter, der Wasser und ein Amphotensid enthielt, unter Erhalt einer Suspension gegeben. Anschließend wurde ein als Dauermagnet ausgebildeter Sammler in die Suspension eingetaucht. Kunststoffpartikel adsorbierten an der Oberfläche des Sammlers. Die adsorbierten Kunststoffpartikel konnten mit dem Sammler aus der Suspension entnommen werden. Im Vergleich zu einem Versuch, in dem das Wasser kein Amphotensid enthielt, hat sich die Zahl der adsorbierten Kunststoffpartikel erhöht.
Beispiel 9
Es wurden Kunststoffpartikel aus PMMA, die eine Größe von 50 bis 100 Mikrometer aufwiesen, in einem Trennbehälter, der Wasser enthielt, unter Erhalt einer Suspension gegeben. Unter Einwirkung eines Magneten sammelten sich die Kunststoffpartikel an der Grenzfläche zwischen Wasser und Umgebungsluft.
Bezugszeichenliste

1: Trennbehälter
2: Einlass
3: Auslass
4: Zuleitung
5: Boden
6: Seitenwand
7: Seitenwand
8: Rührvorrichtung
9: Rührwerkzeug
10: Sammler
11: Trommel
12: Zuleitung
13: Ableitung
14: Mantel
15: Aufnahmebehälter
16: Separierungseinrichtung
17: Gasstrom
18: Steg
19: Abstreifer
19': Messer
20: Trennwand
21: erste Kammer
22: zweite Kammer
24: Zuleitung
25: Dauer- oder Elektromagnet
26: Steigung
31: Dauer- oder Elektromagnet
41: Trennbehälter
44: Sammler
45: Trommel
46: Mantel
47: Abführkanal
48: Seitenwand
49: Separierungseinrichtung
50: Gasstrom
51: Boden
52: erste Öffnung
53: Seitenwand
54: Dauer- oder Elektromagnet
55: zweite Öffnung
56: Steg
71: Dauermagnet
72: Sammler
73: Trennbehälter
92: Polymer-Eisen-Sammler
93: Dauermagnet-Sammler
101: Gemisch
102: Kunststoffpartikel
102a: adsorbierte Kunststoffpartikel
102b: desorbierte Kunststoffpartikel
103: Flüssigkeit
104: Gasblase
105: Sand

Zitierte Literatur
Almroth, B.M.C., Äström, L., Roslund, S., Petersson, H., Johansson, M. and Persson, N.K., 2018. Quantifying shedding of synthetic fibers from textiles; a source of microplastics released into e environment. Environmental Science and Pollution Research, 25(2), pp. 1191-1199.
Bann, M., Nagata, Y. and Backus, E.H., 2015. Molecular Structure and Dynamics of Water at the Water-Air Interface Studied with Surface-Specific Vibrational Spectroscopy. Angewandte Chemie International Edition, 54(19), pp.5560-5576.
Bunkin, N.F. and Lobeyev, A.V., 1997. Influence of dissolved gas on optical breakdown and small-angle scattering of light in liquids. Physics Letters A, 229(5), pp.327-333.
Cai, R., Yang, H., He, J. and Zhu, W., 2009. The effects of magnetic fields on water molecular hydrogen bonds. Journal of Molecular Structure, 938(1-3), pp.15-19.
Claessens, M., Van Cauwenberghe, L., Vandegehuchte, M.B. and Janssen, C.R., 2013. New techniques for the detection of microplastics in sediments and field collected organisms. Marine pollution bulletin, 70(1-2), pp.227-233.
Filella, M., 2015. Questions of size and numbers in environmental research on microplastics: methodological and conceptual aspects. Environmental Chemistry, 12(5), pp.527-538.
Halpern, H.J., Chandramouli, G.V.R., Barth, E.D., Yu, C., Peric, M., Grdina, D.J. and Teicher, B.A., 1999. Diminished aqueous microviscosity of tumors in murine models measured with in vivo radiofrequency electron paramagnetic resonance. Cancer research, 59(22), pp.5836-5841.
Han, X., Peng, V. and Ma, Z., 2016. Effect of magnetic field on optical features of water and KCI solutions. Optik-International Journal for Light and Electron Optics, 127(16), pp.6371-6376.
Higashitani, K., Iseri, H., Okuhara, K., Kage, A. and Hatade, S., 1995. Magnetic effects on zeta potential and diffusivity of nonmagnetic colloidal particles. Journal of Colloid andInterface Science, 172(2), pp.383-388.
Hurley, R.R., Lusher, A.L., Olsen, M. and Nizzetto, L., 2018. Validation of a method for extracting microplastics from complex, organic-rich, environmental matrices. Environmentalscience & technology.
Krasowska, M., Zawala, J. and Malysa, K., 2009. Air at hydrophobic surfaces and kinetics of three phase contact formation. Advances in colloid and interface science, 147, pp.155-169.
Madsen, H.L., 1995. Influence of magnetic field on the precipitation of some inorganic salts. Journal of Crystal Growth, 152(1-2), pp.94-100.
Napper, I.E. and Thompson, R.C., 2016. Release of synthetic microplastic plastic fibres from domestic washing machines: effects of fabric type and washing conditions. Marine pollution bulletin, 112(1), pp.39-45.
Rocha-Santos, T. and Duarte, A.C., 2015. A critical overview of the analytical approaches to the occurrence, the fate and the behavior of microplastics in the environment. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 65, pp.47-53.
Rochman, C.M., Browne, M.A., Halpern, B.S ., Hentschel, B.T., Hoh, E., Karapanagioti, H.K., Rios-Mendoza, L.M., Takada, H., Teh, S. and Thompson, R.C., 2013. Policy: Classify plastic waste as hazardous. Nature, 494(7436), pp.169-171.
Szczes, A., Chibowski, E., Hotysz, L. and Rafalski, P., 2011. Effects of static magnetic field on water at kinetic condition. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 50(1), pp. 124-127.
Tarn, M.D., Elders, L.T., Peyman, S.A. and Pamme, N., 2015. Diamagnetic repulsion of particles for multilaminar flow assays. RSC Advances, 5(126), pp.103776-103781.
Teuten EL, Saquing JM, Knappe DR, Barlaz MA, Jonsson S, Björn A, Rowland SJ, Thompson RC, Galloway TS, Yamashita R, Ochi D. Transport and release of chemicals from plastics to the environment and to wildlife. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences. 2009 Jul 27;364{1526):2027-45.
Thompson, R.C., Moore, C.J., Vom Saal, F.S. and Swan, S.H., 2009. Plastics, the environment and human health: current consensus and future trends. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 364(1526), pp.2153-2166.
Van Cauwenberghe, L., Vanreusel, A., Mees, J. and Janssen, C.R., 2013. Microplastic pollution in deep-sea sediments. Environmental Pollution, 182, pp.495-499.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Thompson et al., 2009; Rochman et al., 2013 [0002]
Madsen, 1995; Halpern et al., 1999 [0046]
Cai et al., 2009; Szczes et al., 2011 [0046]
Krasowska et al., 2009 [0047]
Han et al., 2016 [0049]
Almroth, B.M.C., Äström, L., Roslund, S., Petersson, H., Johansson, M. and Persson, N.K., 2018. Quantifying shedding of synthetic fibers from textiles; a source of microplastics released into e environment. Environmental Science and Pollution Research, 25(2), pp. 1191-1199 [0085]
Bann, M., Nagata, Y. and Backus, E.H., 2015. Molecular Structure and Dynamics of Water at the Water-Air Interface Studied with Surface-Specific Vibrational Spectroscopy. Angewandte Chemie International Edition, 54(19), pp.5560-5576 [0086]
Bunkin, N.F. and Lobeyev, A.V., 1997. Influence of dissolved gas on optical breakdown and small-angle scattering of light in liquids. Physics Letters A, 229(5), pp.327-333 [0087]
Cai, R., Yang, H., He, J. and Zhu, W., 2009. The effects of magnetic fields on water molecular hydrogen bonds. Journal of Molecular Structure, 938(1-3), pp.15-19 [0088]
Claessens, M., Van Cauwenberghe, L., Vandegehuchte, M.B. and Janssen, C.R., 2013. New techniques for the detection of microplastics in sediments and field collected organisms. Marine pollution bulletin, 70(1-2), pp.227-233 [0089]
Filella, M., 2015. Questions of size and numbers in environmental research on microplastics: methodological and conceptual aspects. Environmental Chemistry, 12(5), pp.527-538 [0090]
Halpern, H.J., Chandramouli, G.V.R., Barth, E.D., Yu, C., Peric, M., Grdina, D.J. and Teicher, B.A., 1999. Diminished aqueous microviscosity of tumors in murine models measured with in vivo radiofrequency electron paramagnetic resonance. Cancer research, 59(22), pp.5836-5841 [0091]
Han, X., Peng, V. and Ma, Z., 2016. Effect of magnetic field on optical features of water and KCI solutions. Optik-International Journal for Light and Electron Optics, 127(16), pp.6371-6376 [0092]
Higashitani, K., Iseri, H., Okuhara, K., Kage, A. and Hatade, S., 1995. Magnetic effects on zeta potential and diffusivity of nonmagnetic colloidal particles. Journal of Colloid andInterface Science, 172(2), pp.383-388 [0093]
Hurley, R.R., Lusher, A.L., Olsen, M. and Nizzetto, L., 2018. Validation of a method for extracting microplastics from complex, organic-rich, environmental matrices. Environmentalscience & technology [0094]
Krasowska, M., Zawala, J. and Malysa, K., 2009. Air at hydrophobic surfaces and kinetics of three phase contact formation. Advances in colloid and interface science, 147, pp.155-169 [0095]
Madsen, H.L., 1995. Influence of magnetic field on the precipitation of some inorganic salts. Journal of Crystal Growth, 152(1-2), pp.94-100 [0096]
Napper, I.E. and Thompson, R.C., 2016. Release of synthetic microplastic plastic fibres from domestic washing machines: effects of fabric type and washing conditions. Marine pollution bulletin, 112(1), pp.39-45 [0097]
Rocha-Santos, T. and Duarte, A.C., 2015. A critical overview of the analytical approaches to the occurrence, the fate and the behavior of microplastics in the environment. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 65, pp.47-53 [0098]
Rochman, C.M., Browne, M.A., Halpern, B.S ., Hentschel, B.T., Hoh, E., Karapanagioti, H.K., Rios-Mendoza, L.M., Takada, H., Teh, S. and Thompson, R.C., 2013. Policy: Classify plastic waste as hazardous. Nature, 494(7436), pp.169-171 [0099]
Szczes, A., Chibowski, E., Hotysz, L. and Rafalski, P., 2011. Effects of static magnetic field on water at kinetic condition. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 50(1), pp. 124-127 [0100]
Tarn, M.D., Elders, L.T., Peyman, S.A. and Pamme, N., 2015. Diamagnetic repulsion of particles for multilaminar flow assays. RSC Advances, 5(126), pp.103776-103781 [0101]
Teuten EL, Saquing JM, Knappe DR, Barlaz MA, Jonsson S, Björn A, Rowland SJ, Thompson RC, Galloway TS, Yamashita R, Ochi D. Transport and release of chemicals from plastics to the environment and to wildlife. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences. 2009 Jul 27;364{1526):2027-45 [0102]
Thompson, R.C., Moore, C.J., Vom Saal, F.S. and Swan, S.H., 2009. Plastics, the environment and human health: current consensus and future trends. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 364(1526), pp.2153-2166 [0103]
Van Cauwenberghe, L., Vanreusel, A., Mees, J. and Janssen, C.R., 2013. Microplastic pollution in deep-sea sediments. Environmental Pollution, 182, pp.495-499 [0104]

Claims

Verfahren zur Abtrennung von Kunststoffpartikeln (102) aus einer Flüssigkeit oder einem heterogenen Gemisch, das eine Flüssigkeit enthält oder mit einer Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, wobei (a) die Kunststoffpartikel (102) einem Magnetfeld ausgesetzt werden; (b) an der Oberfläche eines Sammlers Kunststoffpartikel adsorbiert werden; und (c) an der Oberfläche des Sammlers adsorbierte Kunststoffpartikel abgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das heterogene Gemisch ein Gemenge, eine Suspension, ein Aerosol oder eine Kombination eines oder mehrerer davon ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeit vor und/oder während der Ausführung von Schritt (a) Gasblasen zugeführt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeit vor und/oder während der Ausführung von Schritt (a) ein Salz und/oder eine grenzflächenaktive Substanz zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasblasen Luftblasen sind.
Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasblasen Mikrogasblasen mit einer Größer kleiner 100 µm sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler eine Trommel mit einer Oberfläche aufweist, die die Oberfläche ist, an der die Kunststoffpartikel in Schritt (b) adsorbiert werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeldes mittels eines Dauermagneten oder eines Elektromagneten erzeugt wird.
Vorrichtung zur Abtrennung von Kunststoffpartikeln aus einer Flüssigkeit oder einem heterogenen Gemisch, das eine Flüssigkeit enthält oder mit einer Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, wobei die Vorrichtung aufweist: - eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, dem die Kunststoffpartikel ausgesetzt werden; und - einen Sammler, der eine Oberfläche zur Adsorption von Kunststoffpartikeln aufweist, zur Abführung adsorbierter Kunststoffpartikel.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Trennbehälter aufweist, in dem die Kunststoffpartikel dem Magnetfeld ausgesetzt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Einrichtung zur Führung von Gasblasen in die Flüssigkeit aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung zur Führung zumindest eines Salzes und/oder zumindest einer grenzflächenaktiven Substanz in die Flüssigkeit aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ein Dauermagnet oder ein Elektromagnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes außerhalb des Trennbehälters oder innerhalb des Trennbehälters angeordnet ist.
Sammler zum Sammeln von Kunststoffpartikeln aus einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Oberfläche aufweist, die aus einem Gemisch gebildet ist, das eine Polymer-Komponente und eine metallische Komponente aufweist.