1.5. Материалы для фильтрования. Часть 1
Ассортимент материалов для фильтрования достаточно широк: бумага, мелкопористое стекло, волокнистые полимерные вещества, керамика, асбест, стекловолокно, пористый графит и 1 др. Выбор материала фильтра определяется состоянием осадка и составом раствора и их взаимодействия с материалом фильтра. Фильтровальная бумага - продукт щелочной или кислотной, переработки коротковолокнистой целлюлозы. Она гигроскопична и в воздушно-сухом состоянии содержит 5-6% воды. Фильтровальная бумага поступает в продажу в виде листов и кружков различного диаметра. Качество бумаги определяют количеством золы, остающейся после ее сжигания, и пористостью. На каждой пачке круглых фильтров указывают массу золы. Фильтр считают беззольным, если после его сжигания масса золы не превышает 7*10-5 г.
Плотность (пористость) фильтровальной бумаги каждая фирма обозначает своими знаками. В частности, черной или розовой лентой на пачке круглых фильтров большинство фирм отмечает крупную пористость бумаги со средним размером пор порядка 3,5 - 4,0 мкм. Белой лентой обозначают бумагу средней пористости (3,0 - 3,5 мкм), а синей - мелкопористую (1,0 - 1,1 мкм), предназначенную для фильтрации мелкозернистых осадков. Проницаемость такого фильтра для воды составляет 0,001 мл/(см2с) при давлении 10 мм вод. ст.
Фильтровальную бумагу нельзя использовать для фильтрации горячих водных растворов сильных кислот и щелочей. Она в их среде превращается в студенистую массу, хотя химический состав ее заметно не изменяется. Бумага разрушается и водными растворами пероксида водорода, и азотной кислоты даже невысокой концентрации.
Выпускают также бумажные фильтры, пропитанные кремнийорганическими соединениями для быстрого и полного отделения водных растворов от органических растворителей в случае их несмешиваемости. Производится и черная фильтровальная бумага, содержащая активированный уголь между волокнами Целлюлозы. Такой фильтр позволяет совмещать процессы фильтрации и сорбции.
Бумажная масса. Бумажную массу применяют для фильтрования студенистых и слизистых осадков.
Она помогает превращению таких осадков после прокаливания в тонко разрыхленное состояние, а не в сплошной комок. Массу прибавляют к осадку после его образования и тщательно с ним перемешивают, а затем отфильтровывают, используя необходимые фильтры. Ее не прибавляют в тех случаях, когда осадок переводят в раствор для последующего переосаждения.
Массу готовят, сильно встряхивая мелкие кусочки беззольной фильтровальной бумаги с горячей чистой водой в конической колбе, закрытой притертой стеклянной пробкой, до получения однородной сметаноподобной массы. Для удаления из нее различных примесей массу нагревают 15-20 мин со смесью концентрированной хлороводородной кислоты, насыщенной бромом, и воды в соотношении 1:7 по объему. Затем массу отфильтровывают на стеклянном фильтре (см. ниже) и тщательно промывают особо чистой водой.
Стеклянные фильтры - это пластинки из размельченного и затем спеченного стекла разного состава. Они могут быть плоскими, круглыми, выпуклыми, отшлифованными со всех сторон или только с боков, цилиндрическими и коническими, патронными, прямоугольными, в зависимости от места расположения в приборе и условий разделения твердой и жидкой фаз. Стеклянные фильтры различаются по пористости и толщине (табл. 2).
Еще неиспользованные стеклянные фильтры перед применением следует для удаления поверхностных загрязнений и частичек пыли промыть с отсасыванием нагретой хлороводородной кислотой, а затем чистой водой.
Через стеклянные фильтры можно фильтровать концентрированные кислоты, кроме фтороводородной, и разбавленные водные растворы щелочей. Нагретые концентрированные растворы последних разрушают стеклянные фильтры.
Таблица 2. Проницаемость стеклянных фильтров
|
№ фильтра |
Класс по ГОСТ 9775-69 |
Средний размер пор, мкм |
Толщина пластинки, мм |
Проницаемость для Н2О,мл/(см2с*Па) |
|
00 |
500 |
250-500 |
3,9 |
3*10-4 |
|
0 |
250 |
160-250 |
3,5 |
-- |
|
1 |
160 |
100-160 |
3,3 |
2*10-4 |
|
2 |
100 |
40-100 |
3,0 |
- |
|
3 |
40 |
16-40 |
2,8 |
2*10-4 |
|
4 |
10 |
10-16 |
2,3 |
3*10-5 |
|
5 |
3 |
3-6 |
2,2 |
2*10-6 |
Примечание. Данные табл. 2 имеют ориентировочное значение. Фильтры с номером 00 применяют для механической очистки газов, фильтры с номерами 0 и 1 - для удаления из жидкостей крупнозернистых осадков, а фильтры с номерами 2-5 - в аналитической практике и физико-химических исследованиях.
Достоинством стеклянных фильтров являются сравнительная легкость их очистки, промывки и высушивания осадка, возможность быстрого фильтрования под вакуумом и взвешивания вместе с фильтром.
Стеклянные фильтры можно нагревать до 350 °С при медленном повышении температуры с последующим постепенным охлаждением. Их нельзя нагревать на открытом пламени и подвергать резким изменениям температуры.
Фильтры из пористого фарфора применяют в тех случаях, когда отфильтрованные осадки нужно прокалить, не снимая с фильтра. Они, как и стеклянные фильтры, непригодны для фильтрации нагретых концентрированных водных растворов щелочей. В частности, 60%-й водный раствор КОН при 160 °С разрушает пористый фарфор в течение 1 ч.
Ткань из стекловолокна и стеклянная вата менее химически устойчивы, чем стеклянные или фарфоровые фильтры, так как их готовят из боросиликатного стекла. Ткань и вату из стекла применяют только для технических работ.
Асбестовое волокно используют преимущественно в тиглях Гуччи. Предварительно асбест прокаливают в фарфоровых чашках и после охлаждения нагревают с концентрированной хлороводородной кислотой на водяной бане. Затем асбестовое волокно промывают нагретой чистой водой на фильтре в воронке Бюхнера под вакуумом до полного удаления из асбеста ионов СГ (проба с AgNO3). Подготовленный асбест хранят в склянке с притертой пробкой. Для аналитических целей применяют ам-фиболовый асбест, который после обработки хлороводородной кислотой нагревают 1-2 ч с разбавленной (1:2) азотной кислотой и промывают затем чистой водой.
Тканевые фильтры. Ассортимент тканевых фильтров из полимерных веществ достаточно большой. Нужный фильтр следует выбирать, исходя из состава суспензии, вида растворителя и температуры разделяемых фаз.
Полиакрилонитриловые ткани (нитрон, орлон, плутон) отличаются высокой прочностью в сухом и влажном состоянии. Они пригодны для фильтрования концентрированных серной и хлороводородной кислот, концентрированных водных растворов щелочей даже при 100 °С.
Полиамидные ткани (капрон, найлон, анид) также устойчивы к действию водных растворов щелочей при температурах, близких к 100 °С, и выдерживают воздействие разбавленных кислот при обычных температурах.
Бумага из найлона-44 (поли-м-фениленизофталамида) выдерживает нагревание до 250 °С без изменения прочности и не растворяется в органических растворителях.
Поливинилхлоридные ткани (хлорин) обладают высокой устойчивостью в кислых средах и минеральных маслах, такие ткани избегают микроорганизмы. Окислители и концентрированные водные растворы щелочей разрушают полимер. Нагревание ткани выдерживают только до 60 °С.
Полипропиленовые ткани достаточно устойчивы к действию кислот, оснований и сильных окислителей, а по механической прочности близки к лавсановым тканям (см. ниже). Они растворяются в бензине, ксилоле и тетрахлорэтане, а выше 110 °С быстро теряют свою прочность.
Полиэтиленовые ткани можно применять в среде органических и неорганических кислот, в водных растворах щелочей при температурах до 110 °С.
Полиэфирные ткани (лавсан, терилен, дакрон) отличаются большой термостойкостью (до 150 °С). Ткани не разрушаются в среде окислителей и кислот, но быстро теряют свою прочность в нагретых водных растворах щелочей.
Совиденовые (сарановые) ткани устойчивы к действию кислот и оснований, но выдерживают нагревание только до 75 °С. Со-виден - сополимер винилхлорида и винилиденхлорида.
Фильтры Петрянова. Для удаления из воздуха и газов высокодисперсных аэрозолей с размером частиц менее 1 мкм применяют волокнистые фильтры с очень тонкими волокнами диаметром от 1,5 до 7,0 мкм, получившие название фильтров Петрянова (тип ФП).
Петрянов-Соколов Игорь Васильевич (р. 1907) - русский физикохимик, академик РАН, занимающийся исследованием аэродинамических систем.
Фильтр Петрянова представляет собой равномерные слои тонких полимерных волокон, наложенные на марлю, бязь или на основу из более толстых полимерных волокон. Из перхлорвинила и фторполимеров получают фильтры, стойкие в среде сильных кислот и водных растворах щелочей. Фильтры из по-лиакрилонитрила противостоят действию многих органических растворителей, а фильтры из полиакрилата марки ФПАР-15-1,5 выдерживают температуры до 270 °С.
Другие части:
1.5. Материалы для фильтрования. Часть 1
1.5. Материалы для фильтрования. Часть 2
1.5. Материалы для фильтрования. Часть 3