- ارسال ها
- 690
- لایک ها
- 2,054
- امتیاز
- 0
1. فيلتر چيست؟
فيلترها موادي متخلخلي هستند که در فرايند جداسازي يا تغليظ مورد استفاده قرار مي‌گيرند. مهم‌ترين ويژگي فيلترها، داشتن خلل و فُرج‌هایی با اندازه و ابعاد مشخص است، به همين دليل، فيلتر را يک محيط متخلخل مي‌نامند. سوراخها درصد بسيار زيادي از حجم فيلتر را دربرمي‌گيرند و شبکه پيچيده‌اي از حفره‌ها را مي‌سازند. فيلترها مي‌توانند از جنس پليمـر و يا سراميک باشند.
2. تعريف فيلترکردن يا فيلتراسيون
فيلترکردن يا فيلتراسيون، فرايندي است که در آن يک مايع و يا گاز (سيال) به دليل اختلاف فشار يا اختلاف پتانسيل الکتريکي و يا اختلاف غلظت از فيلتر عبور مي‌کند. با انجام عمل فيلتراسيون ذراتي که از اندازه حفره‌هاي فيلتر کوچکتر هستند از آن عبور کرده و ذرات با اندازه بزرگتر، از سيال جدا شده و در پشت فيلتر مي‌مانند (شکل1).
شکل (1). نحوه عمل فيلتراسيون. تنها ذراتي که اندازه آنها از اندازه حفرات فيلتر کوچکتر است عبور مي‌کنند.
3. عوامل مؤثر در فيلتراسيون
دو عامل که در انتخاب نوع فیلتر و کارکرد آن مؤثر می‌باشد عبارت است از:
3-1- اندازه حفرات فيلتر
همان‌طور که گفته شد موادي با اندازه بزرگتر از حفرات فيلتر، در پشت آن باقي مي‌مانند و عبور نمي‌کنند، در نتيجه، براي جداسازي ذرات با اندازه مشخص بايد از فيلترهاي مناسب استفاده کرد.
3-2- مقدار ذراتي که در پشت فيلتر باقي مي‌مانند.
ذراتي که در پشت فيلتر باقي مي‌مانند به مرور زمان و با استفاده مداوم از فيلتر بيش‌تر ميشوند. اين مسئله مي‌تواند باعث مسدود شدن روزنه‌هاي فيلتر شود. به اين دليل، بايد بعد از مدت زمان مشخصی، فيلتر را تعويض، و يا آن را پاک‌سازي نمود. اين مسئله که به گرفتگي فيلتر معروف مي‌باشد از اهميت زيادی برخوردار است. زيرا تعويض و يا حتي تميزکردن فيلتر هزينه‌بر است.
4. انواع فيلتراسيون
4-1- ميکروفيلتراسيون
ميکروفيلتراسيون فرايندي است که براي جداسازي ذرات، جامدات معلق کوچک و موادي ديگر مثل باکتري‌ها و کيست‌ها و مولکول‌هـا و ذراتي بزرگتر از 0/2 ميکرون استفاده مي‌شود.
4-2- آلترافيلتراسيون
در آلترافيلتراسيون مولکول‌هايي بزرگتر از 0/005 ميکرون جدا ميشوند. ابعاد حفره‌هاي فيلتر بين 2 تا 50 نانومتر است. اين فرايند براي جداسازي و تغليظ مواد کلوئيدي و سوسپانسيوني به کار مي‌رود.
4-3- اسمز معکوس
اسمز معکوس فرايندي است که آب در اثر اختلاف فشار از يک غشاي نازک عبور مي‌کند تا محتويات و مواد معدني شامل نمک، ويروس‌ها، سموم و ساير ترکيبات آلوده غير آلي را جدا کند و اتم ها و مولکول‌هايي در مقياس کوچکتر از 0/001 ميکرون را در محدوده يوني جدا مي‌کند (شکل 2).
شکل (2). نحوه عمل اسمز معکوس.
اسمز معکوس تکنيکي است که در دياليز طبي هم از آن استفاده مي‌شود. دياليز مورد استفاده‌ی افرادي است که مشکل کليوي دارند. کليه‌ها باعث تصفيه خون شده، مواد زائد مثل اوره و آب را از خون جدا، و به شکل ادرار از بدن خارج مي‌کنند. يک دستگاه دياليز به تقليد از عملکرد کليه‌ها، کار مي‌کند. خون از بدن عبور کرده، وارد دستگاه دياليز شده و از فيلتر اسمزي عبور مي‌کند تا مواد زائد از آن جدا شود و خون تصفيه شده دوباره به بدن برگردد (شکل 3).
شکل (3). شماي کلي از فرايند دياليز خون.
4-4- نانوفيلتراسيون
ابعاد حفره‌هاي نانوفيلتر بين 0/5 تا 2 نانومتر است. روش نانوفيلتراسيون طي چند سال گذشته رونق گرفته است. در نانوفيلتراسيون جداسازي بر اساس اندازه مولکول صورت مي‌گيرد. اساساً اين روش، جهت حذف اجزاي آلي نظير آلوده‌کننده‌هایي در اندازه ميکروني و يون‌هاي چند ظرفيتي مي‌باشد. از ديگر کاربردهاي نانوفيلتراسيون مي‌توان به حذف مواد شيميايي که به منظور کشتن موجودات مضر به آب اضافه شده‌اند، حذف فلزات سنگين مانند جيوه، تصفيه‌ی آبهاي مصرفي، رنگ‌زدايي و حذف آلوده‌کننده‌ها اشاره کرد. نانوفيلتراسيون مي‌تواند تقريباً از هر منبع آبي، آب پاک به وجود آورد و تمام باکتري‌هاي موجود در آب را حذف کند.
شکل (4) انواع مختلف فیلتراسیون را با توجه به نوع و اندازه ترکیبات قابل‌جداسازی نشان می‌دهد.
شکل (4). انواع مختلف فیلتراسیون
5. كاربرد فيلترها
5-1- صنعت آب و فاضلاب
آب يکي از ضروري‌ترين عناصر حيات بر روي زمين است و اگر چه بيش از 70 صد از سطح کرة زمين با آب پوشيده شده است اما، کمتر از 3 درصد آن آب شيرين مي‌باشد. از اين مقدار 79 درصد به قله‌هاي يخي تعلق دارد، 20 درصد آن آبهاي زير زميني است که به راحتي قابل دسترسي نمي‌باشند و فقط 1 درصد آن شامل درياچه‌ها و رودخانه‌ها و چاه‌ها مي‌باشد که به راحتي به دست مي‌آيد. فرايند پاک‌سازي و تصفيه آب بسيار طولاني و زمان‌بر است. يکي از مراحل تصفيه آب جداکردن آلاينده‌ها از آب مي‌باشد که در اين مرحله از فيلتراسيون استفاده مي‌شود.
5-2- صنايع غذايي
صنعت لبنيات، آب‌ميوه و صنايع ديگري كه در حوزه‌ی صنايع غذايي قرار مي‌گيرند، يكي ديگر از مصرف‌كنندگان اصلي فرايند فيلتراسيون محسوب ميشوند. به طور مثال، سيستم‌هاي آلترافيلتراسيون در توليد پنير استفاده ميشوند، هم‌چنين از سيستم‌هاي فيلتراسيون در پاستوريزاسيون و هموژنيزاسيون نيز استفاده مي‌شود.
امروزه بوسيله آلترافيلتراسيون توانسته‌اند اجزاي شير را تغليظ نموده و به طور جزء به جز ء جداسازي نمايند. اين امر موجب شده است تا بتوان محصولات جديدي مطابق با نياز هاي مصرف کننده به بازار عرضه نمود.
5-3- صنايع داروسازی
توليد دارو با سيستم‌هاي مختلفي انجام مي‌شود. داروی تولید شده، نياز به خالص‌كردن دارد و اهميت خالص‌سازي دارو كمتر از توليد دارو نيست. به طوري كه توليد دارو 30 درصد از هزينه‌هاي دارو را دربرمي‌گيرد، در حالي كه 70 درصد هزينه‌ها، صرف خالص‌سازي دارو مي‌شود. مهم‌ترين مرحله خالص‌سازي، فرايند فيلتراسيون مي‌باشد. در خالص‌سازي ِ داروها از فرايندهايي مانند دياليز، ميكروفيلتراسيون و نانوفيلتراسيون استفاده مي‌شود.
5-4- تصفية هوا و خالص‌سازي گازها
يكي از کاربردهاي اصلي فرايند فيلتراسيون تصفيه هوا و يا توليد گازهاي خالص، مانند اكسيژن خالص و نيثروژن خالص مي‌باشد كه اين گازها كاربردهاي صنعتي زيادي دارند. در فرايندهايی كه برای توليد اكسيژن و نيتروژن خالص به كار برده مي‌شود، از فيلتر استفاده مي‌شود.
يک مثال آشنا از کاربرد فيلترها براي تصفيه هوا، ماسکهاي صورت ميباشند. ماسکهاي معمولي که بيش‌تر در روزهاي آلوده از آنها استفاده مي‌کنيم، نوعي فيلتر دارند که به ذرات معلق هوا اجازه عبور نمي‌دهند و به اين ترتيب مانع رسيدن آلودگيها به مجاري تنفسي ما ميشوند .
شکل (5). استفاده از فيلتر در ماسک‌ها.
6. نتيجه‌گيری
با توجه به مطالب گفته شده، اهميت فيلترها و فرايند فيلتراسيون مشخص می‌شود. در اين زمينه استفاده از فناوری‌نانو و ساخت نانوفيلترها برای جداسازی ذرات بسيار زير از اهميت ويژه‌ای برخوردار است که درمقاله‌های بعدی به آن خواهیم پرداخت.
فيلترها موادي متخلخلي هستند که در فرايند جداسازي يا تغليظ مورد استفاده قرار مي‌گيرند. مهم‌ترين ويژگي فيلترها، داشتن خلل و فُرج‌هایی با اندازه و ابعاد مشخص است، به همين دليل، فيلتر را يک محيط متخلخل مي‌نامند. سوراخها درصد بسيار زيادي از حجم فيلتر را دربرمي‌گيرند و شبکه پيچيده‌اي از حفره‌ها را مي‌سازند. فيلترها مي‌توانند از جنس پليمـر و يا سراميک باشند.
2. تعريف فيلترکردن يا فيلتراسيون
فيلترکردن يا فيلتراسيون، فرايندي است که در آن يک مايع و يا گاز (سيال) به دليل اختلاف فشار يا اختلاف پتانسيل الکتريکي و يا اختلاف غلظت از فيلتر عبور مي‌کند. با انجام عمل فيلتراسيون ذراتي که از اندازه حفره‌هاي فيلتر کوچکتر هستند از آن عبور کرده و ذرات با اندازه بزرگتر، از سيال جدا شده و در پشت فيلتر مي‌مانند (شکل1).
شکل (1). نحوه عمل فيلتراسيون. تنها ذراتي که اندازه آنها از اندازه حفرات فيلتر کوچکتر است عبور مي‌کنند.
3. عوامل مؤثر در فيلتراسيون
دو عامل که در انتخاب نوع فیلتر و کارکرد آن مؤثر می‌باشد عبارت است از:
3-1- اندازه حفرات فيلتر
همان‌طور که گفته شد موادي با اندازه بزرگتر از حفرات فيلتر، در پشت آن باقي مي‌مانند و عبور نمي‌کنند، در نتيجه، براي جداسازي ذرات با اندازه مشخص بايد از فيلترهاي مناسب استفاده کرد.
3-2- مقدار ذراتي که در پشت فيلتر باقي مي‌مانند.
ذراتي که در پشت فيلتر باقي مي‌مانند به مرور زمان و با استفاده مداوم از فيلتر بيش‌تر ميشوند. اين مسئله مي‌تواند باعث مسدود شدن روزنه‌هاي فيلتر شود. به اين دليل، بايد بعد از مدت زمان مشخصی، فيلتر را تعويض، و يا آن را پاک‌سازي نمود. اين مسئله که به گرفتگي فيلتر معروف مي‌باشد از اهميت زيادی برخوردار است. زيرا تعويض و يا حتي تميزکردن فيلتر هزينه‌بر است.
4. انواع فيلتراسيون
4-1- ميکروفيلتراسيون
ميکروفيلتراسيون فرايندي است که براي جداسازي ذرات، جامدات معلق کوچک و موادي ديگر مثل باکتري‌ها و کيست‌ها و مولکول‌هـا و ذراتي بزرگتر از 0/2 ميکرون استفاده مي‌شود.
4-2- آلترافيلتراسيون
در آلترافيلتراسيون مولکول‌هايي بزرگتر از 0/005 ميکرون جدا ميشوند. ابعاد حفره‌هاي فيلتر بين 2 تا 50 نانومتر است. اين فرايند براي جداسازي و تغليظ مواد کلوئيدي و سوسپانسيوني به کار مي‌رود.
4-3- اسمز معکوس
اسمز معکوس فرايندي است که آب در اثر اختلاف فشار از يک غشاي نازک عبور مي‌کند تا محتويات و مواد معدني شامل نمک، ويروس‌ها، سموم و ساير ترکيبات آلوده غير آلي را جدا کند و اتم ها و مولکول‌هايي در مقياس کوچکتر از 0/001 ميکرون را در محدوده يوني جدا مي‌کند (شکل 2).
شکل (2). نحوه عمل اسمز معکوس.
شکل (3). شماي کلي از فرايند دياليز خون.
ابعاد حفره‌هاي نانوفيلتر بين 0/5 تا 2 نانومتر است. روش نانوفيلتراسيون طي چند سال گذشته رونق گرفته است. در نانوفيلتراسيون جداسازي بر اساس اندازه مولکول صورت مي‌گيرد. اساساً اين روش، جهت حذف اجزاي آلي نظير آلوده‌کننده‌هایي در اندازه ميکروني و يون‌هاي چند ظرفيتي مي‌باشد. از ديگر کاربردهاي نانوفيلتراسيون مي‌توان به حذف مواد شيميايي که به منظور کشتن موجودات مضر به آب اضافه شده‌اند، حذف فلزات سنگين مانند جيوه، تصفيه‌ی آبهاي مصرفي، رنگ‌زدايي و حذف آلوده‌کننده‌ها اشاره کرد. نانوفيلتراسيون مي‌تواند تقريباً از هر منبع آبي، آب پاک به وجود آورد و تمام باکتري‌هاي موجود در آب را حذف کند.
شکل (4) انواع مختلف فیلتراسیون را با توجه به نوع و اندازه ترکیبات قابل‌جداسازی نشان می‌دهد.
شکل (4). انواع مختلف فیلتراسیون
5-1- صنعت آب و فاضلاب
آب يکي از ضروري‌ترين عناصر حيات بر روي زمين است و اگر چه بيش از 70 صد از سطح کرة زمين با آب پوشيده شده است اما، کمتر از 3 درصد آن آب شيرين مي‌باشد. از اين مقدار 79 درصد به قله‌هاي يخي تعلق دارد، 20 درصد آن آبهاي زير زميني است که به راحتي قابل دسترسي نمي‌باشند و فقط 1 درصد آن شامل درياچه‌ها و رودخانه‌ها و چاه‌ها مي‌باشد که به راحتي به دست مي‌آيد. فرايند پاک‌سازي و تصفيه آب بسيار طولاني و زمان‌بر است. يکي از مراحل تصفيه آب جداکردن آلاينده‌ها از آب مي‌باشد که در اين مرحله از فيلتراسيون استفاده مي‌شود.
5-2- صنايع غذايي
صنعت لبنيات، آب‌ميوه و صنايع ديگري كه در حوزه‌ی صنايع غذايي قرار مي‌گيرند، يكي ديگر از مصرف‌كنندگان اصلي فرايند فيلتراسيون محسوب ميشوند. به طور مثال، سيستم‌هاي آلترافيلتراسيون در توليد پنير استفاده ميشوند، هم‌چنين از سيستم‌هاي فيلتراسيون در پاستوريزاسيون و هموژنيزاسيون نيز استفاده مي‌شود.
امروزه بوسيله آلترافيلتراسيون توانسته‌اند اجزاي شير را تغليظ نموده و به طور جزء به جز ء جداسازي نمايند. اين امر موجب شده است تا بتوان محصولات جديدي مطابق با نياز هاي مصرف کننده به بازار عرضه نمود.
5-3- صنايع داروسازی
توليد دارو با سيستم‌هاي مختلفي انجام مي‌شود. داروی تولید شده، نياز به خالص‌كردن دارد و اهميت خالص‌سازي دارو كمتر از توليد دارو نيست. به طوري كه توليد دارو 30 درصد از هزينه‌هاي دارو را دربرمي‌گيرد، در حالي كه 70 درصد هزينه‌ها، صرف خالص‌سازي دارو مي‌شود. مهم‌ترين مرحله خالص‌سازي، فرايند فيلتراسيون مي‌باشد. در خالص‌سازي ِ داروها از فرايندهايي مانند دياليز، ميكروفيلتراسيون و نانوفيلتراسيون استفاده مي‌شود.
5-4- تصفية هوا و خالص‌سازي گازها
يكي از کاربردهاي اصلي فرايند فيلتراسيون تصفيه هوا و يا توليد گازهاي خالص، مانند اكسيژن خالص و نيثروژن خالص مي‌باشد كه اين گازها كاربردهاي صنعتي زيادي دارند. در فرايندهايی كه برای توليد اكسيژن و نيتروژن خالص به كار برده مي‌شود، از فيلتر استفاده مي‌شود.
يک مثال آشنا از کاربرد فيلترها براي تصفيه هوا، ماسکهاي صورت ميباشند. ماسکهاي معمولي که بيش‌تر در روزهاي آلوده از آنها استفاده مي‌کنيم، نوعي فيلتر دارند که به ذرات معلق هوا اجازه عبور نمي‌دهند و به اين ترتيب مانع رسيدن آلودگيها به مجاري تنفسي ما ميشوند .
شکل (5). استفاده از فيلتر در ماسک‌ها.
با توجه به مطالب گفته شده، اهميت فيلترها و فرايند فيلتراسيون مشخص می‌شود. در اين زمينه استفاده از فناوری‌نانو و ساخت نانوفيلترها برای جداسازی ذرات بسيار زير از اهميت ويژه‌ای برخوردار است که درمقاله‌های بعدی به آن خواهیم پرداخت.
آخرین ویرایش توسط مدیر