Filtrering är en process som används för att separera fasta ämnen från vätskor eller gaser med ett filtermedium som låter vätskan passera men inte det fasta ämnet. Termen ”filtrering” gäller om filtret är mekaniskt, biologiskt eller fysiskt. Vätskan som passerar genom filtret kallas filtratet. Filtermediet kan vara ett ytfilter, som är ett fast ämne som fångar fasta partiklar, eller ett djupfilter, som är en bädd av material som fångar fast det fasta ämnet.
Filtrering är vanligtvis en ofullständig process. En del vätska finns kvar på filtrets matningssida eller inbäddad i filtermediet och vissa små fasta partiklar hittar sina väg genom filtret. Som en kemi- och ingenjörsteknik finns det alltid någon förlorad produkt, oavsett om det är vätskan eller fasta ämnen som samlas upp.
Exempel på filtrering
Även om filtrering är en viktig separationsteknik i ett laboratorium, är det också vanligt i vardagen.
Bryggning av kaffe innebär att hett vatten passerar genom det malda kaffet och ett filter. Det flytande kaffet är filtratet. Att blötlägga te är ungefär detsamma, oavsett om du använder en tepåse (pappersfilter) eller teboll (vanligtvis ett metallfilter).
Njurarna är ett exempel på ett biologiskt filter. Blodet filtreras av glomerulus. Viktiga molekyler återabsorberas tillbaka in i blodet.
Luftkonditioneringsapparater och många dammsugare använder HEPA-filter för att ta bort damm och pollen från luften.
Många akvarier använder filter som innehåller fibrer som fångar upp partiklar.
Bältfilter återvinner ädelmetaller under gruvdrift.
Vattnet i en akvifär är relativt rent eftersom det har filtrerats genom sand och permeabel sten i marken.
Filtreringsmetoder
Det finns olika typer av filtrering. Vilken metod som används beror till stor del på om det fasta ämnet är partikelformigt (suspenderat) eller löst i vätskan.
Allmän filtrering: Den mest grundläggande formen av filtrering är att använda gravitation för att filtrera en blandning. Blandningen hälls uppifrån på ett filtermedium (t.ex. filterpapper) och gravitationen drar ner vätskan. Det fasta materialet lämnas kvar på filtret medan vätskan rinner under det.
Vakuumfiltrering: En Büchner-kolv och slang används för att skapa ett vakuum för att sug vätskan genom filtret (vanligtvis med hjälp av tyngdkraften). Detta påskyndar separationen avsevärt och kan användas för att torka det fasta ämnet. En relaterad teknik använder en pump för att bilda en tryckskillnad på båda sidor av filtret. Pumpfilter behöver inte vara vertikala eftersom gravitationen inte är källan till tryckskillnaden på sidorna av filtret.
Kallfiltrering: Kallfiltrering används för att snabbt kyla en lösning, vilket leder till bildandet av små kristaller. Detta är en metod som används när den fasta substansen initialt löses upp. En vanlig metod är att placera behållaren med lösningen i ett isbad före filtrering.
Varmfiltrering: I varmfiltrering, lösningen, filtrera och tratt upphettas för att minimera kristallbildning under filtrering. Stamlösa trattar är användbara eftersom det finns mindre yta för kristalltillväxt. Denna metod används när kristaller skulle täppa till tratten eller förhindra kristallisering av den andra komponenten i en blandning.
Ibland används filterhjälpmedel för att förbättra strömma genom ett filter. Exempel på filterhjälpmedel är kiseldioxid, kiselgur, perlit och cellulosa. Filterhjälpmedel kan placeras på filtret före filtrering eller blandas med vätskan. Hjälpmedlen kan hjälpa till att förhindra att filtret sätts igen och kan öka porositeten på ”kakan” eller matas in i filtret.
Filtrering kontra siktning
En relaterad separationsteknik är siktning. Siktning avser användning av ett enda nät eller perforerat lager för att hålla kvar stora partiklar samtidigt som mindre partiklar kan passera. Däremot är filtret under filtrering ett gitter eller har flera lager. Vätskor följer kanaler i mediet för att passera genom ett filter.
Alternativ till filtrering
Det finns mer effektiva separationsmetoder än filtrering för vissa applikationer. Till exempel, för mycket små prover där det är viktigt att samla upp filtratet, kan filtermediet suga upp för mycket av vätskan. I andra fall kan för mycket av det fasta materialet fastna i filtermediet.
Två andra processer som kan användas för att separera fasta ämnen från vätskor är dekantering och centrifugering. Centrifugering innebär att ett prov snurras, vilket tvingar det tyngre fasta ämnet till botten av en behållare. Vid dekantering sugs eller hälls vätskan av det fasta materialet efter att det har fallit ur lösningen. Dekantering kan användas efter centrifugering eller på egen hand.
