Filtreringsdefinisjon og prosesser (kjemi)

Filtrering er en prosess som brukes til å skille faste stoffer fra væsker eller gasser ved å bruke et filtermedium som lar væsken passere gjennom, men ikke det faste stoffet. Begrepet "filtrering" gjelder enten filteret er mekanisk, biologisk eller fysisk. Væsken som passerer gjennom filteret kalles filtratet. Filtermediet kan være et overflatefilter, som er et fast stoff som feller faste partikler, eller et dybdefilter, som er et lag av materiale som feller faststoffet.

Filtrering er vanligvis en ufullkommen prosess. Noe væske blir igjen på matesiden av filteret eller innebygd i filtermediet, og noen små faste partikler finner veien gjennom filteret. Som kjemi og ingeniørteknikk er det alltid noe tapt produkt, enten det er væsken eller faststoffet som samles.

Selv om filtrering er en viktig separasjonsteknikk i et laboratorium, er det også vanlig i hverdagen.

• Å brygge kaffe innebærer å føre varmt vann gjennom malt kaffe og et filter. Den flytende kaffen er filtratet. Stepping te er stort sett det samme, enten du bruker en tepose (papirfilter) eller teboll (vanligvis et metallfilter).
  instagram viewer
• De nyrer er et eksempel på et biologisk filter. Blod filtreres av glomerulus. Essensielle molekyler reabsorberes tilbake i blodet.
• Klimaanlegg og mange støvsugere bruker HEPA-filtre for å fjerne støv og pollen fra luften.
• Mange akvarier bruker filtre som inneholder fibre som fanger opp partikler.
• Beltfilter utvinner edle metaller under gruvedrift.
• Vann i en akvifer er relativt rent fordi det har blitt filtrert gjennom sand og permeabel stein i bakken.

Det er forskjellige typer filtrering. Hvilken metode som brukes avhenger i stor grad av om det faste stoffet er et partikkelformig (suspendert) eller oppløst i væsken.

• Generell filtrering: Den mest grunnleggende formen for filtrering er å bruke tyngdekraften til å filtrere en blanding. Blandingen helles ovenfra på et filtermedium (for eksempel filterpapir) og tyngdekraften trekker væsken ned. Det faste stoffet blir liggende på filteret, mens væsken strømmer under det.
• Vakuumfiltrering: EN Büchner kolbe og slange brukes til å skape et vakuum for å suge væsken gjennom filteret (vanligvis ved hjelp av tyngdekraften). Dette gir raskere separasjon og kan brukes til å tørke det faste stoffet. En relatert teknikk bruker en pumpe for å danne en trykkforskjell på begge sider av filteret. Pumpefilter trenger ikke å være vertikale fordi tyngdekraften ikke er kilden til trykkforskjellen på sidene av filteret.
• Kald filtrering: Kald filtrering brukes til å raskt avkjøle en løsning, noe som ber om dannelse av små krystaller. Dette er en metode som brukes når det faste stoffet opprinnelig er oppløst. En vanlig metode er å plassere beholderen med løsningen i et isbad før filtrering.
• Hot Filtration: Ved varm filtrering blir oppløsningen, filteret og trakten oppvarmet for å minimere krystalldannelse under filtrering. Traktløse trakter er nyttige fordi det er mindre overflate for krystallvekst. Denne metoden brukes når krystaller vil tette trakten eller forhindre krystallisering av den andre komponenten i en blanding.

Noen ganger brukes filterhjelpemidler for å forbedre flyten gjennom et filter. Eksempler på filterhjelpemidler er silika, kiselgur, perliet og cellulose. Filterhjelpemidler kan plasseres på filteret før filtrering eller blandes med væsken. Hjelpemidlene kan bidra til å forhindre at filteret tetter seg og kan øke porøsiteten til "kaken" eller mate inn i filteret.

En beslektet separasjonsteknikk er sikting. Sikting refererer til bruk av et enkelt netting eller perforert lag for å beholde store partikler, mens det tillater passering av mindre. Derimot, under filtrering, er filteret et gitter eller har flere lag. Væsker følger kanaler i mediet for å passere gjennom et filter.

Det er mer effektive separasjonsmetoder enn filtrering for noen applikasjoner. For veldig små prøver der det er viktig å samle filtratet, kan for eksempel filtermediet suge opp for mye av væsken. I andre tilfeller kan for mye av det faste stoffet bli fanget i filtermediet.

To andre prosesser som kan brukes til å skille faste stoffer fra væsker er dekantering og sentrifugering. Sentrifugering innebærer spinning av en prøve, som tvinger det tyngre faste stoffet til bunnen av en beholder. I dekantering, væsken siphoneres eller helles av det faste stoffet etter at det har falt ut av løsningen. Dekantering kan brukes etter sentrifugering eller på egen hånd.