Wat is filtratie? Definitie en processen

Filtratie is een proces dat vaste deeltjes van vloeistoffen of gassen scheidt met behulp van een medium dat een filter wordt genoemd.

Hoe filtratie werkt

De vereisten voor filtratie zijn:

• Feed – De “feed” is een suspensie van deeltjes in een vloeistof, die zowel een vloeistof als een gas kan zijn.
• Filter – Een filter is een rooster dat grote deeltjes niet doorlaat. De poriegrootte en dikte van het filter bepalen de grootte van de deeltjes die zijn toegestaan. Een oppervlaktefilter vangt deeltjes op, terwijl een dieptefilter deeltjes in het filter. Filterpapier is een voorbeeld van een oppervlaktefilter, terwijl zand een voorbeeld is van een dieptefilter. De vaste stof die op een oppervlaktefilter wordt verzameld, wordt de “cake” genoemd. Opgesloten deeltjes kunnen een filter verstoppen. Dit heet verblinding. Soms worden filterhulpmiddelen gemengd met de vloeistof of op het filter geplaatst om verblinding te minimaliseren. Voorbeelden van filterhulpmiddelen zijn silica, cellulose, perliet en diatomeeënaarde.
• Filtraat – Het filtraat is de vloeistof die door het filter gaat. Filtratie is vaak niet perfect, dus het is normaal dat een paar deeltjes in het filtraat ontsnappen.
• Kracht – Filtratie is afhankelijk van een soort kracht om de voeding door het filter te bewegen. Dit kan de zwaartekracht zijn die een vloeistof naar beneden zuigt, het mengsel onder druk door het filter duwt, of het vacuüm zuigen van de vloeistof door het filter.

Dagelijkse voorbeelden van filtratie

Filtratie is belangrijk in het laboratorium om scheiden en zuiveren van materialen, maar het is ook gebruikelijk in het dagelijks leven. Hier zijn enkele voorbeelden van filtratie:

• Koffiezetten – Tijdens het koffiezetten stroomt heet water over gemalen koffie. Een koffiefilter scheidt het koffiedik van de koffie, het filtraat. Thee zetten werkt ongeveer hetzelfde, waarbij het filter een theezakje is (een soort papieren filter) of een theebol (een metalen filter).
• Gezichtsmaskers – Maskeert filterdeeltjes, waardoor het ontsnappen van ziekteverwekkers van een geïnfecteerde persoon en het inademen van deeltjes van buitenaf. De grootte en dikte van de poriën zijn belangrijke factoren voor de effectiviteit van het masker.
• Nieren – De nieren zijn een biologisch filter. De glomerulus filtert deeltjes uit het bloed. Water en essentiële moleculen worden opnieuw geabsorbeerd, terwijl ongewenste deeltjes worden afgebroken of ingekapseld en verwijderd.
• Luchtfilters – Airconditioners gebruiken vaak HEPA-filters om deeltjes uit de lucht te verwijderen, terwijl ovens filters gebruiken om te voorkomen dat ze warm worden elementen.
• Waterfilters – Waterfilters filteren grote deeltjes, waaronder mogelijk ziekteverwekkers. Meestal gebruiken deze filters ook ionenwisseling om verontreinigingen te verwijderen. Een aquifer is een natuurlijk waterfilter dat water reinigt terwijl het door zand en doorlatend gesteente stroomt.
• Oliefilters – Oliefilters voorkomen dat vuil de motoren beschadigt.
• Riemfilters – Riemfilters herstellen edelmetalen in de mijnbouw.
• Aquariumfilters – Aquariums gebruiken vezelfilters om deeltjes op te vangen.

Soorten filtratie

Er zijn verschillende soorten filtratie . De beste methode voor een taak hangt af van of de vaste stof in de vloeistof is gesuspendeerd of erin is opgelost.

• Algemene filtratie: algemene filtratie is een basistype van filtratie waarbij de zwaartekracht wordt gebruikt om het voer het filter. Koffiezetapparaten vertrouwen op algemene filtratie.
• Vacuüm- of drukfiltratie: bij één type vacuümfiltratie genereren een Büchner-kolf en -slang een vacuüm om de voeding door het filter te zuigen. Meestal krijgt deze vacuümfiltratie-opstelling hulp van de zwaartekracht. Een ander type vacuümfiltratie maakt gebruik van een pomp om een drukverschil tussen de zijkanten van het filter te genereren. Pompfilters hoeven niet verticaal te staan.
• Koude filtratie: koude filtratie maakt het verzamelen van opgeloste deeltjes mogelijk. Bij deze methode kristalliseert snelle afkoeling de vaste stof zodat deze op het filter kan worden verzameld. In het laboratorium is het vaak voldoende om de oplossing in een ijsbad te koelen voor filtratie.
• Hete filtratie: hete filtratie probeert daarentegen kristalvorming te minimaliseren. Door de toevoer, het filter en de trechter te verwarmen, wordt de groei van kristallen die het filter zouden kunnen verstoppen of ongewenste kristalvorming in het filtraat voorkomen. Stemloze trechters worden gebruikt bij hete filtratie omdat een lange steel meer oppervlak biedt voor kristalgroei.

Verschil tussen een filter en een zeef

Een zeef is een apparaat dat materialen op grootte scheidt met behulp van een zeef of gaas. Zeven worden ook wel zeven of zeven genoemd.Filtratie en zeven werken volgens hetzelfde principe, maar een zeef heeft maar één laag “gaten”. Goede voorbeelden van zeven zijn keukenzeefjes en meelzeven. Sommige mensen beschouwen een zeef als een soort oppervlaktefilter, terwijl anderen ze als aparte scheidingsmethoden beschouwen.

Alternatieven voor filtratie

Filtratie is niet de enige methode die wordt gebruikt om mengsels te scheiden. Twee alternatieven zijn decanteren en centrifugeren.

Bij decanteren scheidt een mengsel zich op basis van verschillen in dichtheid en mengbaarheid. De vloeistof wordt uitgegoten of afgezogen, waardoor de vaste stof . Een voordeel van decanteren is dat er geen materiaal verloren gaat op het filtermedium. Maar decanteren werkt niet voor alle mengsels.

Centrifugeren maakt gebruik van centrifugale kracht om mengselcomponenten te scheiden op basis van grootte, dichtheid en viscositeit . Na centrifugeren vormen vaste stoffen een stevige koek. Door de vloeistof te decanteren is er minder verlies van vloeistof of vaste stof na centrifugeren.