Definirea și procesarea filtrării (chimie)

Filtrarea este un proces utilizat pentru separarea solidelor de lichide sau gaze, folosind un mediu filtrant care permite trecerea fluidului, dar nu și solidul. Termenul "filtrare" se aplică dacă filtrul este mecanic, biologic sau fizic. Fluidul care trece prin filtru se numește filtrat. Mediul de filtrare poate fi un filtru de suprafață, care este un solid care captează particulele solide sau un filtru de adâncime, care este un pat de material care captează solidul.

Filtrarea este de obicei un proces imperfect. Unele lichide rămân pe partea de alimentare a filtrului sau încorporate în mediul de filtrare și unele particule mici solide își găsesc calea prin filtru. Ca tehnică de chimie și inginerie, există întotdeauna un produs pierdut, indiferent dacă este lichid sau solid colectat.

Exemple de filtrare

În timp ce filtrarea este o tehnică importantă de separare într-un laborator, este frecventă și în viața de zi cu zi.

• Cafeaua de preparare presupune trecerea apei calde prin cafeaua măcinată și un filtru. Cafeaua lichidă este filtratul. Ceaiul aburit este la fel, indiferent dacă folosești o pungă de ceai (filtru de hârtie) sau bilă de ceai (de obicei, filtru metalic).
• Rinichii sunt un exemplu de filtru biologic. Sângele este filtrat de glomerul. Moleculele esențiale sunt reabsorbite în sânge.
• Aparatele de aer condiționat și multe aspiratoare folosesc filtre HEPA pentru a îndepărta praful și polenul din aer.
• Multe acvarii folosesc filtre care conțin fibre care captează particule.
• Filtrele cu curea recuperează metalele prețioase în timpul exploatării.
• Apa dintr-un acvifer este relativ pură, deoarece a fost filtrată prin nisip și roca permeabilă din pământ.

Metode de filtrare

Există diferite tipuri de filtrare. Ce metodă este utilizată depinde în mare măsură dacă solidul este particulat (suspendat) sau dizolvat în fluid.

• Filtrare generală: Cea mai de bază formă de filtrare este folosirea gravitației pentru a filtra un amestec. Amestecul este turnat de sus pe un mediu filtrant (de exemplu, hârtie filtrantă) și gravitația trage lichidul în jos. Solidul este lăsat pe filtru, în timp ce lichidul curge sub el.
• Filtrarea vidului: Un balon și un furtun Büchner sunt utilizate pentru a crea un vid pentru a aspira fluidul prin filtru (de obicei cu ajutorul gravitației). Acest lucru grăbește foarte mult separarea și poate fi utilizat pentru uscarea solidului. O tehnică înrudită utilizează o pompă pentru a forma o diferență de presiune pe ambele părți ale filtrului. Filtrele cu pompă nu trebuie să fie verticale, deoarece gravitația nu este sursa diferenței de presiune de pe laturile filtrului.
• Filtrare la rece: Filtrarea la rece este utilizată pentru răcirea rapidă a unei soluții, determinând formarea de cristale mici. Aceasta este o metodă folosită atunci când solidul este inițial dizolvat. O metodă obișnuită este de a plasa recipientul cu soluția într-o baie de gheață înainte de filtrare.
• Filtrare la cald: În filtrarea la cald, soluția, filtrul și pâlnia sunt încălzite pentru a minimiza formarea cristalelor în timpul filtrării. Pâlnii fără tulpini sunt utile, deoarece există o suprafață mai mică pentru creșterea cristalelor. Această metodă este folosită atunci când cristalele ar înfunda pâlnia sau ar împiedica cristalizarea celei de-a doua componente într-un amestec.

Uneori se folosesc ajutoare de filtrare pentru a îmbunătăți debitul printr-un filtru. Exemple de auxiliare de filtrare sunt silice, pământ diatomac, perlită și celuloză. Aparatele de filtrare pot fi plasate pe filtru înainte de filtrare sau amestecate cu lichidul. Ajutoarele pot ajuta la prevenirea colmatării filtrului și pot crește porozitatea „tortului” sau se introduc în filtru.

Filtrare vs. Sieve

O tehnică de separare aferentă este cernerea. Sieve se referă la utilizarea unei singure ochiuri sau a unui strat perforat pentru a reține particule mari, permițând totodată trecerea celor mai mici. În schimb, în ​​timpul filtrării, filtrul este o rețea sau are mai multe straturi. Lichidele urmează canalele din mediu pentru a trece printr-un filtru.

Alternative la filtrare

Există metode de separare mai eficiente decât filtrarea pentru unele aplicații. De exemplu, pentru eșantioane foarte mici în care este important să colectați filtratul, mediul de filtrare poate înmuia prea mult lichid. În alte cazuri, o cantitate prea mare de solid poate fi blocată în mediul filtrant.

Alte două procese care pot fi utilizate pentru a separa solidele de fluide sunt decantarea și centrifugarea. Centrifugarea implică rotirea unei probe, care forțează solidul mai greu până la fundul unui recipient. În decantare, lichidul este sifonat sau turnat din solid după ce a căzut din soluție. Decantarea poate fi utilizată după centrifugare sau pe cont propriu.