Bacheloropdracht

Hoewel ik 28 december pas naar Zuid-Afrika vlieg, vraagt iedereen zich af wat ik daar nu eigenlijk ga doen. Daarom hier een korte beschrijving van mijn bacheloronderzoek!

Graded and multifunctional ceramic tubes by centrifugal casting

Het scheiden van verschillende stoffen is een belangrijk onderdeel van chemische processen. Een aantal bekende toepassingen zijn het scheiden van vervuilende stoffen uit uitlaatgassen, het scheiden van olie in verschillende fracties (bijvoorbeeld benzine en kerosine) en het scheiden van bacteriën uit drinkwater. Er zijn veel scheidingsprocessen bekend, zoals destillatie (bekend van binnenlands & buitenlands gedestilleerd), extractie (denk aan koffie) en adsorptie (het slikken van Norit). Deze scheidingsprocessen bestaan al lange tijd, zijn ver ontwikkeld en worden dan ook veel toegepast in de chemische industrie. Een veel nieuwere manier van scheiding is scheiding door membranen. Laten we voorlopig membranen maar even voorstellen als zeefjes, maar met héél kleine gaatjes (zo klein, dat je ze niet kunt zien met het blote oog!). Membranen worden nu vooral toegepast bij waterzuivering, maar zie je verder nog weinig terug in de industrie, omdat er nog veel problemen mee zijn die opgelost moeten worden.

Een van de redenen waarom membranen weinig worden toegepast in chemische processen zijn de problemen met de stabiliteit onder extreme condities, zoals een hoge temperatuur, erg zure omgeving of aggresieve oplosmiddelen. Nu bestaan er membranen die hier beter tegen bestand zijn dan de gebruikelijke polymeer (= kunststof) membranen. Dit zijn membranen die gemaakt zijn van keramiek. Natuurlijk kennen we keramiek allemaal: tegeltjes en bijna alle wc-potten zijn gemaakt van keramiek. Voor de membranen wordt een betere kwaliteit keramiek gebruikt. Het voordeel van keramiek is dat het erg stabiel is, maar het heeft ook een aantal nadelen: het breekt snel, de membranen scheiden vaak nog niet zo goed als de polymeer membranen doen en het is lastig om buisvormige membranen te maken; terwijl buisvormige membranen nu net is wat we willen: die kun je namelijk erg handig toepassen in een fabriek!

Dit is nu ook waar mijn bacheloropdracht over gaat: het maken van ondersteuningen van buisvormige membranen. Deze worden ook van keramiek gemaakt door een techniek die centrifugaal gieten wordt genoemd. Een oplossing van erg kleine deeltjes keramiek wordt op hoge snelheid rondgedraaid in een centrifuge. Hierdoor gaan de zwaardere deeltjes naar de buitenkant, terwijl de lichtere deeltjes (waaronder het water) in het midden blijven zitten. Vergelijk het met je kleren wanneer je wasmachine centrifugeerd: die zitten ook allemaal aan de buitenkant. Uiteindelijk vormt zich aan de buitenkant een gietvorm, die, na een tijd drogen, uit de mal verwijderd kan worden. De geproduceerde gietvorm (het support) is bijzonder mooi rond en heeft een erg gladde binnenkant en dat is ook de bedoeling.

Er is wel een probleem: omdat de poriën in het support allemaal even groot zijn, is het in een latere toepassing lastiger om gas of een vloeistof er door heen te krijgen. Het zou beter zijn als er aan de buitenkant grote poriën zitten, terwijl aan de binnenkant de poriën klein zijn: op deze manier worden de deeltjes tegengehouden door de kleine poriën, maar kunnen de andere deeltjes heel snel (via de grote poriën), het support verlaten. Hier gaat mijn onderzoek dan ook naar uit: het kijken of het mogelijk is een gradiënt aan te brengen in de poriegrootte in de supports.

Voor de technische lezers onder jullie gaat het verhaal misschien op sommige plaatsen wat kort door de bocht, maar ik heb het geprobeerd zo begrijpelijk mogelijk te maken voor (die grote groep) mensen die nog weinig van chemie en membranen weet. Wil je een meer inhoudelijke beschrijving van mijn opdracht lezen, stuur me dan even een mailtje!