Hvad er filtrering? Definition og processer

Filtrering er en proces, der adskiller faste partikler fra væsker eller gasser ved hjælp af et medium kaldet filter.

Sådan fungerer filtrering

Kravene til filtrering er:

• Foder – “Foderet” er en suspension af partikler i en væske, som enten kan være en væske eller en gas.
• Filter – Et filter er et gitter, der ikke tillader store partikler at passere. Porestørrelsen og tykkelsen af filteret bestemmer størrelsen på partikler, der er tilladt. Et overfladefilter fanger partikler ovenpå, mens et dybdefilter fanges partikler i filteret. Filterpapir er et eksempel på et overfladefilter, mens sand er et eksempel på et dybdefilter. Det faste stof, der opsamles på et overfladefilter, kaldes “kagen”. Fangede partikler kan tilstoppe et filter. Dette kaldes blinding. Undertiden blandes filterhjælpemidler med væsken eller placeres på filteret for at minimere blinding. Eksempler på filterhjælpemidler inkluderer silica, cellulose, perlit og diatoméjord.
• Filtrat – Filtratet er den væske, der passerer gennem filteret. Filtrering er ofte ufuldkommen, så det er almindeligt, at nogle få partikler slipper ud i filtratet.
• Kraft – Filtrering er afhængig af en eller anden form for kraft til at flytte føden gennem filteret. Dette kan være tyngdekraften, der trækker en væske ned, trykket skubber blandingen gennem filteret eller suger væsken gennem filteret.

Hverdagseksempler på filtrering

Filtrering er vigtig i laboratoriet for at adskille og rense materialer, men det er også almindeligt i det daglige liv. Her er nogle eksempler på filtrering:

• Brygning af kaffe – Under brygningsprocessen passerer varmt vand over malet kaffe. Et kaffefilter adskiller grunden fra kaffen, som er filtratet. Steeping tea fungerer på samme måde, hvor filteret er en tepose (en type papirfilter) eller en tebold (et metalfilter).
• Ansigtsmasker – Masker filtrerer partikler, hvilket minimerer udslip af patogener fra en inficeret person og indånding af partikler udefra. Porestørrelse og tykkelse er væsentlige faktorer i maskeeffektivitet.
• Nyrer – Nyrerne er et biologisk filter. Glomerulus filtrerer partikler ud af blod. Vand og essentielle molekyler genabsorberes, mens uønskede partikler nedbrydes eller indkapsles og fjernes.
• Luftfiltre – Klimaanlæg bruger ofte HEPA-filtre til at fjerne partikler fra luften, mens ovnen bruger filtre for at forhindre dem i at nå opvarmning elementer.
• Vandfiltre – Vandfiltre filtrerer store partikler ud, som kan omfatte patogener. Normalt bruger disse filtre også ionbytning til at fjerne forurenende stoffer. En akvifer er et naturligt vandfilter, der renser vand, når det passerer gennem sand og gennemtrængelig sten.
• Oliefiltre – Oliefiltre forhindrer snavs i at skade motorer.
• Bæltefiltre – Bæltefiltre genvinder ædle metaller i minedrift.
• Akvariefiltre – Akvarier bruger fibrøse filtre til at fange partikler.

Filtreringstyper

Der er flere typer filtrering . Den bedste metode til en opgave afhænger af, om det faste stof er suspenderet i væsken eller opløst i det.

• Generel filtrering: Generel filtrering er en grundlæggende type filtrering, der bruger tyngdekraften til at trække foder gennem filteret. Kaffemaskiner er afhængige af generel filtrering.
• Vakuum- eller trykfiltrering: I en type vakuumfiltrering genererer en Büchner-kolbe og slange et vakuum, der suger foder gennem filteret. Normalt får denne vakuumfiltreringsopsætning hjælp fra tyngdekraften. En anden type vakuumfiltrering bruger en pumpe til at generere en trykforskel mellem siderne på filteret. Pumpefiltre behøver ikke at være lodrette.
• Koldfiltrering: Koldfiltrering tillader opsamling af opløste partikler. I denne metode krystalliserer hurtig afkøling det faste stof, så det kan opsamles på filteret. I laboratoriet gør det ofte tricket at køle opløsningen i et isbad før filtrering.
• Varm filtrering: I modsætning hertil søger varm filtrering at minimere krystaldannelse. Opvarmning af foder, filter og tragt hjælper med at forhindre vækst af krystaller, der kan tilstoppe filteret eller uønsket krystaldannelse i filtratet. Stamløse tragte finder anvendelse i varm filtrering, fordi en lang stilk giver mere overfladeareal til krystalvækst.

Forskel mellem et filter og en sigte

En sigte er en enhed, der adskiller materialer baseret på størrelse ved hjælp af en skærm eller et net. Sigter kaldes også sigt eller siler.Filtrering og sigtning fungerer på samme princip, men en sigte har kun et enkelt lag af “huller”. Gode eksempler på sigter er køkkenfilter og melsifter. Nogle mennesker betragter en sigte som en type overfladefilter, mens andre betragter dem som adskilte separationsmetoder.

Alternativer til filtrering

Filtrering er ikke den eneste metode, der bruges til at adskille blandinger. To alternativer er dekantering og centrifugering.

Ved dekantering adskiller en blanding sig på baggrund af forskelle i tæthed og blandbarhed. Væsken hældes eller sippes af og efterlader det faste stof En fordel ved dekantering er, at intet materiale går tabt på filtermediet. Men dekantering fungerer ikke for alle blandinger.

Centrifugering bruger centrifugalkraft til at adskille blandingskomponenter baseret på størrelse, tæthed og viskositet Efter centrifugering danner faste stoffer en fast kage. Dekantering af væsken resulterer i mindre tab af enten væske eller faststof efter centrifugering.