Definicja i procesy filtracji (chemia)

Filtracja jest procesem stosowanym do oddzielania ciała stałe od płyny lub gazy za pomocą czynnika filtrującego, który umożliwia przepływ płynu, ale nie ciała stałego. Termin „filtracja” ma zastosowanie niezależnie od tego, czy filtr jest mechaniczny, biologiczny czy fizyczny. Płyn, który przechodzi przez filtr, nazywa się filtratem. Środek filtrujący może być filtrem powierzchniowym, który jest ciałem stałym, który zatrzymuje cząstki stałe, lub filtrem głębokim, który jest złożem materiału, który zatrzymuje ciało stałe.

Filtracja jest zazwyczaj procesem niedoskonałym. Część płynu pozostaje po stronie zasilania filtra lub jest osadzona w medium filtracyjnym, a niektóre małe cząstki stałe przedostają się przez filtr. Jako technika chemiczna i inżynierska zawsze jest jakiś zagubiony produkt, niezależnie od tego, czy jest to gromadzony płyn czy ciało stałe.

Chociaż filtracja jest ważną techniką separacji w laboratorium, jest również powszechna w życiu codziennym.

• Parzenie kawy polega na przepuszczeniu gorącej wody przez zmieloną kawę i filtr. Płynna kawa to filtrat. Nasączanie herbaty jest takie samo, niezależnie od tego, czy używasz torebki herbaty (filtr papierowy), czy kulki herbaty (zwykle metalowy filtr).
  instagram viewer
• The nerki są przykładem filtra biologicznego. Krew jest filtrowana przez kłębuszki nerkowe. Niezbędne cząsteczki są ponownie wchłaniane z powrotem do krwi.
• Klimatyzatory i wiele odkurzaczy używają filtrów HEPA do usuwania kurzu i pyłków z powietrza.
• Wiele akwariów używa filtrów zawierających włókna, które wychwytują cząstki stałe.
• Filtry taśmowe odzyskują metale szlachetne podczas wydobycia.
• Woda w warstwie wodonośnej jest względnie czysta, ponieważ została przefiltrowana przez piasek i przepuszczalną skałę w ziemi.

Istnieją różne rodzaje filtracji. Wybór zastosowanej metody zależy w dużej mierze od tego, czy ciało stałe jest cząstkami stałymi (zawieszony) lub rozpuszczony w płynie.

• Ogólna filtracja: Najbardziej podstawową formą filtracji jest użycie grawitacji do filtrowania mieszaniny. Mieszaninę wylewa się z góry na medium filtracyjne (np. Bibułę filtracyjną) i grawitacja ściąga ciecz w dół. Ciało stałe pozostaje na filtrze, a ciecz przepływa pod nim.
• Filtracja próżniowa: ZA Kolba Buchnera a wąż służy do wytworzenia próżni w celu zasysania płynu przez filtr (zwykle za pomocą siły grawitacji). To znacznie przyspiesza separację i może być użyte do wysuszenia ciała stałego. W pokrewnej technice zastosowano pompę, aby utworzyć różnicę ciśnień po obu stronach filtra. Filtry pompowe nie muszą być pionowe, ponieważ grawitacja nie jest źródłem różnicy ciśnień po bokach filtra.
• Filtracja na zimno: Filtracja na zimno służy do szybkiego schłodzenia roztworu, zachęcając do tworzenie małych kryształów. Jest to metoda stosowana, gdy ciało stałe jest początkowo rozwiązany. Powszechną metodą jest umieszczenie pojemnika z roztworem w łaźni lodowej przed filtracją.
• Filtracja na gorąco: Podczas filtracji na gorąco roztwór, filtr i lejek są ogrzewane w celu zminimalizowania tworzenia kryształów podczas filtracji. Lejki pozbawione trzpienia są przydatne, ponieważ powierzchnia wzrostu kryształów jest mniejsza. Metodę tę stosuje się, gdy kryształy zatykają lejek lub zapobiegają krystalizacji drugiego składnika w mieszaninie.

Czasami stosuje się pomoce filtracyjne w celu poprawy przepływu przez filtr. Przykłady pomocy filtrów są krzemionka, ziemia okrzemkowa, perlit i celuloza. Pomoce filtracyjne można umieścić na filtrze przed filtracją lub zmieszać z cieczą. Pomoce pomagają zapobiegać zatykaniu się filtra i mogą zwiększać porowatość „placka” lub podawać do filtra.

Powiązaną techniką separacji jest przesiewanie. Przesiewanie odnosi się do zastosowania pojedynczej siatki lub perforowanej warstwy w celu zatrzymania dużych cząstek przy jednoczesnym przepuszczeniu mniejszych. Natomiast podczas filtracji filtr jest siatką lub ma wiele warstw. Płyny podążają kanałami w medium, aby przejść przez filtr.

W niektórych zastosowaniach są bardziej skuteczne metody separacji niż filtracja. Na przykład w przypadku bardzo małych próbek, w których ważne jest zebranie filtratu, medium filtracyjne może wchłonąć zbyt dużo płynu. W innych przypadkach zbyt duża część ciała stałego może zostać uwięziona w ośrodku filtracyjnym.

Dwa inne procesy, które można zastosować do oddzielenia ciał stałych od płynów, to dekantacja i wirowanie. Wirowanie polega na wirowaniu próbki, która powoduje, że cięższa substancja stała na dno pojemnika. W dekantacja, płyn jest odsysany lub wylewa się z ciała stałego po wypadnięciu z roztworu. Dekantację można stosować po odwirowaniu lub samodzielnie.