Werkingsprincipe van diatomeeënfilterhulpstof
De functie van filterhulpmiddelen is het veranderen van de aggregatietoestand van de deeltjes, waardoor de deeltjesgrootteverdeling in het filtraat verandert. Diatomeeënaarde filterhulpmiddelen bestaan voornamelijk uit chemisch stabiel SiO2, met een overvloed aan interne microporiën, die verschillende harde structuren vormen. Tijdens het filtratieproces vormt diatomeeënaarde eerst een poreus filterhulpmiddelmedium (voorlaag) op de filterplaat. Wanneer het filtraat door het filterhulpmiddel stroomt, vormen de vaste deeltjes in de suspensie een geaggregeerde toestand en verandert de deeltjesgrootteverdeling. De onzuiverheden met grote deeltjes worden opgevangen en vastgehouden aan het oppervlak van het medium, waardoor een smalle deeltjesgrootteverdelingslaag ontstaat. Deze laag blokkeert en blokkeert deeltjes van vergelijkbare grootte, waardoor geleidelijk een filterkoek met poriën ontstaat. Naarmate de filtratie vordert, dringen onzuiverheden met kleinere deeltjesgrootte geleidelijk door in het poreuze diatomeeënaarde filterhulpmiddelmedium en worden ze tegengehouden. Omdat diatomeeënaarde een porositeit van ongeveer 90% en een groot specifiek oppervlak heeft, worden kleine deeltjes en bacteriën die de binnen- en buitenporiën van het filterhulpmiddel binnendringen, vaak onderschept door adsorptie en andere oorzaken. Dit kan de verwijdering van fijne deeltjes en bacteriën tot 0,1 µm verminderen, wat een goed filtereffect oplevert. De dosering van het filterhulpmiddel bedraagt doorgaans 1-10% van de afgevangen vaste stofmassa. Een te hoge dosering kan de verbetering van de filtratiesnelheid juist belemmeren.
Filtereffect
Het filtereffect van diatomeeënaarde wordt hoofdzakelijk bereikt door de volgende drie mechanismen:
1. Screeningeffect
Dit is een oppervlaktefiltratie-effect, waarbij, wanneer de vloeistof door diatomeeënaarde stroomt, de poriën van de diatomeeënaarde kleiner zijn dan de deeltjesgrootte van de onzuiverheden, waardoor de onzuiverheden er niet doorheen kunnen en worden tegengehouden. Dit effect wordt zeven genoemd. In feite kan het oppervlak van de filterkoek worden beschouwd als een zeefoppervlak met een equivalente gemiddelde poriegrootte. Wanneer de diameter van de vaste deeltjes niet kleiner is dan (of iets kleiner dan) de poriediameter van de diatomeeënaarde, worden de vaste deeltjes uit de suspensie "gezeefd", wat een rol speelt bij oppervlaktefiltratie.
2. Diepte-effect
Het diepte-effect is het retentie-effect van diepe filtratie. Bij diepe filtratie vindt het scheidingsproces alleen plaats in het medium. Sommige kleinere onzuiverheden die door het oppervlak van de filterkoek heen gaan, worden tegengehouden door de kronkelende microporeuze kanaaltjes in de diatomeeën en de kleinere poriën in de filterkoek. Deze deeltjes zijn vaak kleiner dan de microporiën in de diatomeeën. Wanneer de deeltjes tegen de wand van het kanaal botsen, kunnen ze loskomen van de vloeistofstroom. Of ze dit daadwerkelijk kunnen bereiken, hangt echter af van de balans tussen de traagheidskracht en de weerstand van de deeltjes. Deze onderschepping en zeving zijn qua aard vergelijkbaar en vallen onder mechanische processen. Het vermogen om vaste deeltjes uit te filteren is in principe alleen afhankelijk van de relatieve grootte en vorm van de vaste deeltjes en de poriën.
3. Adsorptie-effect
Het adsorptie-effect is compleet anders dan de twee hierboven genoemde filtermechanismen. Dit effect kan in feite worden gezien als elektrokinetische aantrekking, die voornamelijk afhangt van de oppervlakte-eigenschappen van de vaste deeltjes en de diatomeeënaarde zelf. Wanneer deeltjes met kleine interne poriën botsen met het oppervlak van poreuze diatomeeënaarde, worden ze aangetrokken door tegengestelde ladingen of vormen ze ketenclusters door onderlinge aantrekking tussen de deeltjes en hechten ze zich aan de diatomeeënaarde. Dit alles valt onder adsorptie. Het adsorptie-effect is complexer dan de eerste twee, en men neemt over het algemeen aan dat de reden waarom vaste deeltjes met kleinere poriediameters worden onderschept, voornamelijk te wijten is aan:
(1) Intermoleculaire krachten (ook bekend als van der Waals-aantrekking), waaronder permanente dipoolinteracties, geïnduceerde dipoolinteracties en momentane dipoolinteracties;
(2) Het bestaan van de zeta-potentiaal;
(3) Ionenuitwisselingsproces.
Geplaatst op: 1 april 2024