Filtrace je proces používaný k oddělení pevné látky z kapaliny nebo plyny za použití filtračního média, které umožňuje tekutině projít, ale ne pevnou látkou. Pojem „filtrace“ se vztahuje na to, zda je filtr mechanický, biologický nebo fyzický. Kapalina, která prochází filtrem, se nazývá filtrát. Filtračním médiem může být povrchový filtr, což je pevná látka, která zachycuje pevné částice, nebo hloubkový filtr, což je lože materiálu, které zachycuje tuhou látku.
Filtrace je obvykle nedokonalý proces. Nějaká tekutina zůstává na přívodní straně filtru nebo je zapuštěna do filtračního média a některé malé pevné částice si prochází filtrem. Jako chemická a inženýrská technika existuje vždy nějaký ztracený produkt, ať už je to kapalina nebo pevná látka, která je shromažďována.
Příklady filtrace
Zatímco filtrace je důležitou separační technikou v laboratoři, je běžná i v každodenním životě.
- Vaření kávy zahrnuje průchod horké vody mletou kávou a filtrem. Kapalná káva je filtrát. Máčení čaje je téměř stejné, ať už používáte čajový sáček (papírový filtr) nebo čajovou kouli (obvykle kovový filtr).
- ledviny jsou příkladem biologického filtru. Krev je filtrována glomerulem. Esenciální molekuly jsou zpětně absorbovány zpět do krve.
- Klimatizace a mnoho vysavačů používá HEPA filtry k odstranění prachu a pylu ze vzduchu.
- Mnoho akvárií používá filtry obsahující vlákna, která zachycují částice.
- Pásové filtry získávají drahé kovy během těžby.
- Voda v kolektoru je relativně čistá, protože byla filtrována pískem a propustnou horninou v zemi.
Metody filtrace
Existují různé typy filtrace. Která metoda se používá, závisí do značné míry na tom, zda je pevná látka částice (pozastaveno) nebo rozpuštěný v tekutině.
- Obecná filtrace: Nejzákladnější formou filtrace je použití gravitace k filtrování směsi. Směs se nalije shora na filtrační médium (např. Filtrační papír) a gravitace táhne tekutinu dolů. Pevná látka je ponechána na filtru, zatímco kapalina proudí pod ní.
- Vakuová filtrace: A Büchnerova baňka a hadice se používají k vytvoření vakua pro sání tekutiny filtrem (obvykle pomocí gravitace). Toto velmi urychluje separaci a může být použito k sušení pevné látky. Související technika používá čerpadlo k vytvoření tlakového rozdílu na obou stranách filtru. Filtry čerpadla nemusí být svislé, protože gravitace není zdrojem tlakového rozdílu na stranách filtru.
- Filtrace za studena: Filtrace za studena se používá k rychlému ochlazení roztoku, což vyvolá tvorba malých krystalů. Toto je metoda použitá, když je pevná látka zpočátku rozpuštěno. Běžnou metodou je umístit nádobu s roztokem do ledové lázně před filtrací.
- Horká filtrace: Při horké filtraci se roztok, filtr a nálevka zahřívají, aby se minimalizovala tvorba krystalů během filtrace. Nálevky bez stonků jsou užitečné, protože pro růst krystalů je menší plocha povrchu. Tato metoda se používá, když krystaly ucpají nálevku nebo zabrání krystalizaci druhé složky ve směsi.
Někdy se pro zlepšení toku filtrem používají pomocné filtrační prostředky. Příklady pomocných filtrů jsou silika, křemelina, perlit a celulóza. Pomocné látky pro filtr mohou být umístěny na filtr před filtrací nebo smíchány s kapalinou. Pomůcky mohou pomoci zabránit ucpání filtru a mohou zvýšit poréznost "koláče" nebo přívodu do filtru.
Filtrace vs. Prosévání
Související separační technika je prosévání. Prosévání se týká použití jediné sítě nebo děrované vrstvy k zadržování velkých částic, zatímco umožňuje průchod menších. Naproti tomu během filtrace je filtr mřížkou nebo má více vrstev. Tekutiny sledují kanály v médiu a procházejí filtrem.
Alternativy k filtraci
Pro některé aplikace existují účinnější metody separace než filtrace. Například pro velmi malé vzorky, ve kterých je důležité zachytit filtrát, může filtrační médium nasáknout příliš mnoho tekutiny. V jiných případech se může příliš velké množství pevné látky zachytit ve filtračním médiu.
Dva další procesy, které lze použít k oddělení pevných látek od tekutin, jsou dekantace a odstředění. Centrifugace zahrnuje odstřeďování vzorku, který tlačí těžší pevnou látku na dno nádoby. v dekantace, tekutina je sifonována nebo nalita z pevné látky poté, co vypadla z roztoku. Dekantaci lze použít po odstředění nebo samostatně.