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Définition et procédés de filtration (chimie)

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La filtration est un processus utilisé pour séparer les solides des liquides ou des gaz en utilisant un média filtrant qui permet au fluide de passer à travers, mais pas au solide. Le terme "filtration" s'applique que le filtre soit mécanique, biologique ou physique. Le fluide qui traverse le filtre s'appelle le filtrat. Le média filtrant peut être un filtre de surface, qui est un solide qui piège les particules solides, ou un filtre de profondeur, qui est un lit de matériau qui piège le solide.

La filtration est généralement un processus imparfait. Un peu de liquide reste du côté alimentation du filtre ou est incorporé dans le média filtrant et quelques petites particules solides pénètrent dans le filtre. En tant que technique de chimie et d'ingénierie, il y a toujours un peu de produit perdu, que ce soit le liquide ou le solide en cours de collecte.

Exemples de filtration

Bien que la filtration soit une technique de séparation importante dans un laboratoire, elle est également courante dans la vie quotidienne.

  • L'infusion de café consiste à faire passer de l'eau chaude dans le café moulu et dans un filtre. Le café liquide est le filtrat. L'infusion de thé est à peu près la même chose, que vous utilisiez un sachet de thé (filtre en papier) ou une boule à thé (généralement un filtre en métal).
  • Les reins sont un exemple de filtre biologique. Le sang est filtré par le glomérule. Les molécules essentielles sont réabsorbées dans le sang.
  • Les climatiseurs et de nombreux aspirateurs utilisent des filtres HEPA pour éliminer la poussière et le pollen de l'air.
  • De nombreux aquariums utilisent des filtres contenant des fibres qui capturent les particules.
  • Les filtres à bande récupèrent les métaux précieux lors de l'exploitation minière.
  • L'eau dans un aquifère est relativement pure car elle a été filtrée à travers le sable et les roches perméables du sol.

Méthodes de filtration

Il existe différents types de filtration. La méthode utilisée dépend en grande partie du fait que le solide est une matière particulaire (en suspension) ou dissoute dans le fluide.

  • Filtration générale: La forme de filtration la plus élémentaire consiste à utiliser la gravité pour filtrer un mélange. Le mélange est versé par le haut sur un milieu filtrant (par exemple, du papier filtre) et la gravité tire le liquide vers le bas. Le solide est laissé sur le filtre, tandis que le liquide s'écoule en dessous.
  • Filtration sous vide: Un ballon et un tuyau Büchner sont utilisés pour créer un vide qui aspire le liquide à travers le filtre (généralement à l’aide de la gravité). Cela accélère considérablement la séparation et peut être utilisé pour sécher le solide. Une technique similaire utilise une pompe pour former une différence de pression des deux côtés du filtre. Les filtres de pompe ne doivent pas nécessairement être verticaux car la gravité n'est pas la source de la différence de pression sur les côtés du filtre.
  • Filtration à froid: La filtration à froid est utilisée pour refroidir rapidement une solution, entraînant la formation de petits cristaux. C'est une méthode utilisée lorsque le solide est initialement dissous. Une méthode courante consiste à placer le récipient avec la solution dans un bain de glace avant la filtration.
  • Filtration à chaud: Lors d'une filtration à chaud, la solution, le filtre et l'entonnoir sont chauffés afin de minimiser la formation de cristaux pendant la filtration. Les entonnoirs sans tige sont utiles car il y a moins de surface pour la croissance des cristaux. Cette méthode est utilisée lorsque des cristaux obstruent l'entonnoir ou empêchent la cristallisation du second composant dans un mélange.

Parfois, des aides à la filtration sont utilisées pour améliorer le débit à travers un filtre. La silice, la terre de diatomée, la perlite et la cellulose sont des exemples d’aides au filtre. Les auxiliaires de filtrage peuvent être placés sur le filtre avant la filtration ou mélangés avec le liquide. Les aides peuvent aider à empêcher le filtre de se boucher et peuvent augmenter la porosité du "gâteau" ou s’alimenter dans le filtre.

Filtration contre Tamisage

Une technique de séparation associée est le tamisage. Le tamisage consiste à utiliser un seul maillage ou une couche perforée pour retenir les grosses particules tout en permettant le passage des plus petites. En revanche, lors de la filtration, le filtre est un réseau ou comporte plusieurs couches. Les fluides suivent les canaux dans le milieu pour passer à travers un filtre.

Alternatives à la filtration

Il existe des méthodes de séparation plus efficaces que la filtration pour certaines applications. Par exemple, pour les très petits échantillons dans lesquels il est important de collecter le filtrat, le média filtrant peut absorber une trop grande quantité de fluide. Dans d'autres cas, une trop grande quantité de solide peut être piégée dans le média filtrant.

La décantation et la centrifugation sont deux autres procédés pouvant être utilisés pour séparer les solides des fluides. La centrifugation consiste à faire tourner un échantillon, ce qui force le solide le plus lourd au fond d'un récipient. En décantation, le fluide est siphonné ou versé sur le solide après sa dissolution. La décantation peut être utilisée après centrifugation ou seule.


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