Filtreringsdefinition och processer (kemi)

Filtrering är en process som används för att separera fasta ämnen från vätskor eller gaser med ett filtermedium som gör att vätskan kan passera genom men inte det fasta ämnet. Termen "filtrering" gäller oavsett om filtret är mekaniskt, biologiskt eller fysiskt. Vätskan som passerar genom filtret kallas filtratet. Filtermediet kan vara ett ytfilter, som är ett fast ämne som fångar fasta partiklar, eller ett djupfilter, som är en bädd av material som fångar fast material.

Filtrering är vanligtvis en ofullkomlig process. Viss vätska kvar på matningssidan av filtret eller inbäddat i filtermediet och några små fasta partiklar finner sig igenom filtret. Som kemi och teknik finns det alltid en förlorad produkt, oavsett om det är vätskan eller fastämnet som samlas in.

Exempel på filtrering

Medan filtrering är en viktig separeringsteknik i ett laboratorium, är det också vanligt i vardagen.

• Att brygga kaffe innebär att man passerar varmt vatten genom det malda kaffet och ett filter. Det flytande kaffet är filtratet. Steeping te är ungefär samma, oavsett om du använder en tepåse (pappersfilter) eller teboll (vanligtvis ett metallfilter).
• Njurarna är ett exempel på ett biologiskt filter. Blod filtreras av glomerulus. Väsentliga molekyler tas upp igen i blodet.
• Luftkonditioneringsapparater och många dammsugare använder HEPA-filter för att ta bort damm och pollen från luften.
• Många akvarier använder filter som innehåller fibrer som fångar partiklar.
• Bältfilter återvinner ädelmetaller under gruvdrift.
• Vatten i en akvifer är relativt rent eftersom det har filtrerats genom sand och permeabelt sten i marken.

Filtreringsmetoder

Det finns olika typer av filtrering. Vilken metod som används beror till stor del på om det fasta ämnet är ett partikelformigt (suspenderat) eller löst i vätskan.

• Allmän filtrering: Den mest grundläggande formen för filtrering är att använda tyngdkraften för att filtrera en blandning. Blandningen hälls ovanifrån på ett filtermedium (t.ex. filterpapper) och tyngdkraften drar vätskan ner. Det fasta materialet lämnas kvar på filtret medan vätskan flödar under det.
• Vakuumfiltrering: En Büchner-kolv och slang används för att skapa ett vakuum för att suga vätskan genom filtret (vanligtvis med hjälp av tyngdkraften). Detta påskyndar separationen kraftigt och kan användas för att torka det fasta ämnet. En relaterad teknik använder en pump för att bilda en tryckskillnad på båda sidor av filtret. Pumpfilter behöver inte vara vertikala eftersom tyngdkraften inte är källan till tryckskillnaden på filterens sidor.
• Kallfiltrering: Kallfiltrering används för att snabbt kyla en lösning, vilket ger bildande av små kristaller. Detta är en metod som används när det fasta ämnet initialt upplöses. En vanlig metod är att placera behållaren med lösningen i ett isbad före filtrering.
• Hot Filtration: Vid varm filtrering upphettas lösningen, filtret och tratten för att minimera kristallbildning under filtrering. Stamlösa trattar är användbara eftersom det är mindre ytarea för kristalltillväxt. Denna metod används när kristaller skulle täppa tratten eller förhindra kristallisation av den andra komponenten i en blandning.

Ibland används filterhjälpmedel för att förbättra flödet genom ett filter. Exempel på filterhjälpmedel är kiseldioxid, kiselgur, perlit och cellulosa. Filterhjälpmedel kan placeras på filtret före filtrering eller blandas med vätskan. Hjälpmedlen kan hjälpa till att förhindra att filtret täcks och kan öka porositeten hos "kakan" eller matas in i filtret.

Filtration kontra Sieving

En relaterad separeringsteknik är siktning. Med siktning avses användning av ett enda nät eller perforerat skikt för att hålla kvar stora partiklar samtidigt som de passerar mindre. Däremot är filtret under filtrering ett gitter eller har flera lager. Vätskor följer kanaler i mediet för att passera genom ett filter.

Alternativ till filtrering

Det finns effektivare separationsmetoder än filtrering för vissa applikationer. Till exempel, för mycket små prover där det är viktigt att samla upp filtratet, kan filtermediet suga upp för mycket av vätskan. I andra fall kan för mycket av det fasta ämnet fastna i filtermediet.

Två andra processer som kan användas för att separera fasta ämnen från vätskor är dekantering och centrifugering. Centrifugering involverar snurrning av ett prov, vilket tvingar det tyngre fasta ämnet till botten av en behållare. Vid dekantering sippas eller hälls vätskan av det fasta ämnet efter att det har fallit ur lösningen. Dekantering kan användas efter centrifugering eller på egen hand.