Funktionsprinzip des Diatomit-Filterhilfsmittels
Die Funktion von Filterhilfsmitteln besteht darin, den Aggregatzustand von Partikeln zu verändern und dadurch die Partikelgrößenverteilung im Filtrat anzupassen. Kieselgur-Filterhilfsmittel bestehen hauptsächlich aus chemisch stabilem SiO₂ und weisen zahlreiche innere Mikroporen auf, die verschiedene feste Strukturen bilden. Während der Filtration bildet Kieselgur zunächst ein poröses Filterhilfsmittel (Vorbeschichtung) auf der Filterplatte. Beim Durchfließen des Filterhilfsmittels durch das Filtrat aggregieren die Feststoffpartikel in der Suspension, und ihre Größenverteilung ändert sich. Große Partikel werden an der Oberfläche des Mediums gebunden und bilden eine Schicht mit enger Größenverteilung. Sie blockieren und binden weiterhin Partikel ähnlicher Größe und bilden so nach und nach einen Filterkuchen mit bestimmten Poren. Mit fortschreitender Filtration gelangen kleinere Partikel allmählich in das poröse Kieselgur-Filterhilfsmittel und werden zurückgehalten. Da Kieselgur eine Porosität von ca. 90 % und eine große spezifische Oberfläche aufweist, werden kleine Partikel und Bakterien, die in die inneren und äußeren Poren des Filterhilfsmittels gelangen, häufig durch Adsorption und andere Mechanismen zurückgehalten. Dadurch kann die Entfernung von Feinstpartikeln und Bakterien aus 0,1 μm³ reduziert und ein guter Filtereffekt erzielt werden. Die Dosierung des Filterhilfsmittels beträgt üblicherweise 1–10 % der zurückgehaltenen Feststoffmasse. Eine zu hohe Dosierung kann die Filtrationsgeschwindigkeit beeinträchtigen.
Filtereffekt
Die Filtrationswirkung des Diatomit-Filterhilfsmittels wird hauptsächlich durch die folgenden drei Wirkungen erzielt:
1. Abschirmungseffekt
Dies ist ein Oberflächenfiltrationseffekt: Wenn die Flüssigkeit durch Kieselgur fließt, sind die Poren der Kieselgur kleiner als die Partikelgröße der Verunreinigungspartikel. Dadurch können die Verunreinigungspartikel nicht hindurchtreten und werden zurückgehalten. Dieser Effekt wird als Siebwirkung bezeichnet. Tatsächlich kann die Oberfläche des Filterkuchens als Siebfläche mit einer äquivalenten mittleren Porengröße betrachtet werden. Wenn der Durchmesser der Feststoffpartikel nicht kleiner (oder nur geringfügig kleiner) als der Porendurchmesser der Kieselgur ist, werden die Feststoffpartikel aus der Suspension herausgefiltert, wodurch die Oberflächenfiltration wirkt.
2. Tiefeneffekt
Der Tiefeneffekt ist der Rückhalteeffekt der Tiefenfiltration. Bei der Tiefenfiltration findet der Trennprozess ausschließlich innerhalb des Mediums statt. Kleinere Verunreinigungspartikel, die die Oberfläche des Filterkuchens passieren, werden durch die gewundenen mikroporösen Kanäle im Kieselgur und die kleineren Poren im Filterkuchen zurückgehalten. Diese Partikel sind oft kleiner als die Mikroporen des Kieselgurs. Beim Aufprall auf die Kanalwand können sich die Partikel vom Flüssigkeitsstrom lösen. Ob dies gelingt, hängt jedoch vom Gleichgewicht zwischen Trägheitskraft und Widerstand der Partikel ab. Diese Abfang- und Siebwirkung ist mechanischer Natur. Die Fähigkeit, Feststoffpartikel herauszufiltern, hängt im Wesentlichen nur von der relativen Größe und Form der Feststoffpartikel und der Poren ab.
3. Adsorptionseffekt
Der Adsorptionseffekt unterscheidet sich grundlegend von den beiden oben genannten Filtermechanismen. Er kann als elektrokinetische Anziehung betrachtet werden und hängt hauptsächlich von den Oberflächeneigenschaften der Feststoffpartikel und der Kieselgur selbst ab. Wenn Partikel mit kleinen inneren Poren auf die Oberfläche poröser Kieselgur treffen, werden sie durch entgegengesetzte Ladungen angezogen oder bilden durch gegenseitige Anziehung Kettencluster und haften an der Kieselgur – all dies zählt zur Adsorption. Der Adsorptionseffekt ist komplexer als die beiden erstgenannten Mechanismen. Man geht allgemein davon aus, dass die Abfangung von Feststoffpartikeln mit kleineren Porendurchmessern hauptsächlich auf Folgendes zurückzuführen ist:
(1) Intermolekulare Kräfte (auch bekannt als Van-der-Waals-Anziehung), einschließlich permanenter Dipolwechselwirkungen, induzierter Dipolwechselwirkungen und momentaner Dipolwechselwirkungen;
(2) Die Existenz des Zeta-Potentials;
(3) Ionenaustauschprozess.
Veröffentlichungsdatum: 01.04.2024