Definitie en processen van filtratie (chemie)

Filtratie is een proces dat wordt gebruikt om vaste stoffen te scheiden van vloeistoffen of gassen met behulp van een filtermedium dat de vloeistof doorlaat maar niet de vaste stof. De term "filtratie" is van toepassing ongeacht of het filter mechanisch, biologisch of fysiek is. De vloeistof die door het filter stroomt, wordt het filtraat genoemd. Het filtermedium kan een oppervlaktefilter zijn, dat een vaste stof is die vaste deeltjes vangt, of een dieptefilter, dat een bed van materiaal is dat de vaste stof vangt.

Filtratie is meestal een imperfect proces. Er blijft wat vloeistof achter aan de invoerzijde van het filter of ingebed in het filtermedium en enkele kleine vaste deeltjes vinden hun weg door het filter. Als een chemie- en engineeringtechniek is er altijd wat verloren product, of het nu de vloeistof of de vaste stof is die wordt verzameld.

Voorbeelden van filtratie

Hoewel filtratie een belangrijke scheidingstechniek is in een laboratorium, is het ook gebruikelijk in het dagelijks leven.

• Bij het zetten van koffie wordt heet water door de gemalen koffie en een filter geleid. De vloeibare koffie is het filtraat. Het trekken van thee is vrijwel hetzelfde, of u nu een theezakje (papieren filter) of een theebal gebruikt (meestal een metalen filter).
• De nieren zijn een voorbeeld van een biologisch filter. Bloed wordt gefilterd door de glomerulus. Essentiële moleculen worden weer in het bloed opgenomen.
• Airconditioners en veel stofzuigers gebruiken HEPA-filters om stof en pollen uit de lucht te verwijderen.
• Veel aquaria gebruiken filters die vezels bevatten die deeltjes vastleggen.
• Bandfilters winnen edelmetalen terug tijdens de mijnbouw.
• Water in een watervoerende laag is relatief zuiver omdat het is gefilterd door zand en doorlatend gesteente in de grond.

Filtratiemethoden

Er zijn verschillende soorten filtratie. Welke methode wordt gebruikt, hangt grotendeels af van het feit of de vaste stof deeltjesvormig (gesuspendeerd) is of in de vloeistof is opgelost.

• Algemene filtratie: De meest basale vorm van filtratie is het gebruik van zwaartekracht om een ​​mengsel te filteren. Het mengsel wordt van bovenaf op een filtermedium (bijvoorbeeld filterpapier) gegoten en de zwaartekracht trekt de vloeistof naar beneden. De vaste stof blijft achter op het filter, terwijl de vloeistof eronder stroomt.
• Vacuümfiltratie: Een Büchner-fles en slang worden gebruikt om een ​​vacuüm te creëren om de vloeistof door het filter te zuigen (meestal met behulp van de zwaartekracht). Dit versnelt de scheiding aanzienlijk en kan worden gebruikt om de vaste stof te drogen. Een verwante techniek maakt gebruik van een pomp om een ​​drukverschil te vormen aan beide zijden van het filter. Pompfilters hoeven niet verticaal te zijn, omdat zwaartekracht niet de oorzaak is van het drukverschil aan de zijkanten van het filter.
• Koude Filtratie: Koude filtratie wordt gebruikt om een ​​oplossing snel te koelen, waardoor de vorming van kleine kristallen wordt veroorzaakt. Dit is een methode die wordt gebruikt wanneer de vaste stof aanvankelijk wordt opgelost. Een gebruikelijke methode is om de container met de oplossing voorafgaand aan filtratie in een ijsbad te plaatsen.
• Hete filtratie: Bij hete filtratie worden de oplossing, het filter en de trechter verwarmd om kristalvorming tijdens filtratie te minimaliseren. Stamloze trechters zijn nuttig omdat er minder oppervlakte is voor kristalgroei. Deze methode wordt gebruikt wanneer kristallen de trechter zouden verstoppen of kristallisatie van de tweede component in een mengsel zouden voorkomen.

Soms worden filterhulpmiddelen gebruikt om de doorstroming door een filter te verbeteren. Voorbeelden van filterhulpmiddelen zijn silica, diatomeeënaarde, perliet en cellulose. Filterhulpmiddelen kunnen voorafgaand aan filtratie op het filter worden geplaatst of met de vloeistof worden gemengd. De hulpmiddelen kunnen helpen voorkomen dat het filter verstopt raakt en kunnen de porositeit van de "cake" vergroten of in het filter worden ingevoerd.

Filtratie versus zeven

Een verwante scheidingstechniek is zeven. Zeven verwijst naar het gebruik van een enkele maas of geperforeerde laag om grote deeltjes vast te houden terwijl de doorgang van kleinere deeltjes mogelijk is. Tijdens filtering is het filter daarentegen een rooster of heeft het meerdere lagen. Vloeistoffen volgen kanalen in het medium om door een filter te gaan.

Alternatieven voor Filtratie

Voor sommige toepassingen zijn er effectievere scheidingsmethoden dan filtratie. Voor zeer kleine monsters waarbij het belangrijk is om het filtraat op te vangen, kan het filtermedium te veel vloeistof opzuigen. In andere gevallen kan te veel van de vaste stof in het filtermedium worden gevangen.

Twee andere processen die kunnen worden gebruikt om vaste stoffen van vloeistoffen te scheiden, zijn decanteren en centrifugeren. Centrifugatie omvat het spinnen van een monster, waardoor de zwaardere vaste stof naar de bodem van een container wordt geduwd. Bij het decanteren wordt de vloeistof overgeheveld of van de vaste stof gegoten nadat deze uit de oplossing is gevallen. Decantatie kan worden gebruikt na centrifugeren of op zichzelf.