Het belangrijkste verschil tussen microfiltratie-ultrafiltratie en nanofiltratie is de grootte van de poriën in hun membranen. Microfiltratie gebruikt membranen met poriën op microschaal, terwijl ultrafiltratie membranen gebruikt met poriëngrootte op microschaal, maar de poriegrootte is zo ontworpen dat een porie ongeveer een tiende van de deeltjesgrootte is. Nanofiltratie daarentegen maakt gebruik van membranen met poriën op nanoschaal.
Alle microfiltratie, ultrafiltratie en nanofiltratie zijn soorten analytische membraanfiltratietechnieken die nuttig zijn bij scheidingsprocessen. Deze methoden zijn vooral nuttig als zuiverende stappen in het proces.
Wat is microfiltratie?
Microfiltratie is een analytische techniek die nuttig is voor filtratie. Een verontreinigde vloeistof kan door een membraan met poriën op microschaal worden geleid om de micro-organismen en zwevende deeltjes van deze vloeistof te scheiden. Deze analytische techniek wordt vaak gebruikt in combinatie met verschillende andere scheidingsprocessen, waaronder ultrafiltratie en omgekeerde osmose. Dit zorgt voor een productstroom die geen ongewenste verontreinigingen bevat.
Figuur 01: Een microfiltratiesysteem
Meestal dient microfiltratie als voorbehandelingsmethode die belangrijk is bij scheidingstechnieken zoals ultrafiltratie. Bovendien kunnen we het gebruiken als een nabehandelingsstap voor granulaire mediafiltratieprocessen. Typisch varieert de poriegrootte voor microfiltratie van 0,1 tot 10 micrometer. De membranen die voor deze filtratie worden gebruikt, zijn speciaal ontworpen om het passeren van sedimenten, algen, protozoa en grote bacteriën te voorkomen. Bovendien laten deze filters ionische materialen zoals watermoleculen, eenwaardige soorten zoals natrium- en chloride-ionen, natuurlijk organisch materiaal dat in de vloeistof is opgelost, kleine colloïden en virussen door.
Bij deze methode van het microfiltratieproces moeten we de vloeistof met een hoge snelheid (ongeveer 1-3 m/s) door het membraan voeren. Hier kunnen we een lage tot matige druk gebruiken die evenwijdig of tangentieel is aan het semi-permeabele membraan. Het membraan heeft typisch de vorm van een vel of een tabel. We kunnen een pomp gebruiken om de vloeistof door het membraanfilter te laten gaan. Deze pomp kan zowel door druk of vacuüm worden aangedreven.
Er zijn verschillende toepassingen van microfiltratie, waaronder waterbehandeling om ziekteverwekkers zoals protozoa te verwijderen, troebelheid te verwijderen, enz. sterilisatie, aardolieraffinage, zuivelverwerking, opheldering en zuivering van celbouillon, opheldering van dextrose, enz.
Wat is ultrafiltratie?
Ultrafiltratie is een analytische techniek waarbij een kracht zoals druk- of concentratiegradiënt wordt gebruikt voor de scheiding door een semi-permeabel membraan. Bij deze methode kunnen de gesuspendeerde vaste stoffen met een hoog molecuulgewicht niet door het membraan gaan, terwijl water en laagmoleculaire opgeloste stoffen er wel doorheen kunnen. Het residu dat niet door het membraan kan, staat bekend als het retentaat, terwijl het gedeelte dat door het filter kan gaan bekend staat als het permeaat of filtraat. Deze methode is handig bij het zuiveren en concentreren van stappen.
Figuur 02: Een Cross-Flow-techniek
In wezen is ultrafiltratie vergelijkbaar met microfiltratie, omdat beide technieken scheiding uitvoeren volgens de methode voor grootte-uitsluiting of deeltjesvangst. Het verschilt echter fundamenteel van membraangasscheiding, omdat de laatste scheiding door middel van absorptietechnieken en diffusie omvat.
Over het algemeen moet de poriegrootte van het membraan dat bij de ultrafiltratie wordt gebruikt, een tiende zijn van de te scheiden deeltjesgrootte. Daarom beperkt het het binnendringen van grote deeltjes door het membraan. Het beperkt echter ook het binnendringen van kleine deeltjes door de poriën en het adsorberen ervan aan het porieoppervlak. Ze kunnen de ingang blokkeren, dus we hebben eenvoudige aanpassingen van de dwarsstroomsnelheid nodig om de deeltjes los te maken.
Wat is nanofiltratie?
Nanofiltratie is een analytische techniek die membraanfiltratie voornamelijk gebruikt om water te verzachten en te desinfecteren. Het is een soort membraanfiltratiemethode waarbij de poriegrootte op nanoschaal wordt gebruikt. De poriegrootte varieert van 1-10nm. Deze poriegrootte is kleiner dan de poriegrootte bij microfiltratie en ultrafiltratie. Maar de poriegrootte is relatief groter dan de poriegrootte bij omgekeerde osmose.
Figuur 03: Nanofiltratie voor ontzilting
Normaal gesproken zijn de membranen die we kunnen gebruiken voor de bereiding van de membranen die bij nanofiltratie worden gebruikt, dunne polymeerfilms. We kunnen materialen zoals polyethyleentereftalaat of metalen zoals aluminium gebruiken om dit soort membraanfilm te maken. We kunnen ook de porieafmetingen van deze membranen regelen door de pH, temperatuur en tijd die nodig is voor porieontwikkeling te regelen.
Er zijn veel verschillende toepassingen van nanofiltratietechnieken, waaronder fijne chemie en farmaceutica, olie- en petroleumchemie, bulkchemie, medicijnen, productie van natuurlijke essentiële oliën en soortgelijke producten, enz.
Wat is het verschil tussen microfiltratie, ultrafiltratie en nanofiltratie?
Het belangrijkste verschil tussen microfiltratie-ultrafiltratie en nanofiltratie is de grootte van de poriën in hun membranen. Microfiltratie gebruikt membranen met poriën op microschaal, terwijl ultrafiltratie membranen gebruikt met poriëngrootte op microschaal, maar de poriegrootte is zo ontworpen dat een porie ongeveer een tiende van de deeltjesgrootte is. Nanofiltratie daarentegen maakt gebruik van membranen met poriën op nanoschaal.
De onderstaande infographic geeft een overzicht van de verschillen tussen microfiltratie-ultrafiltratie en nanofiltratie in tabelvorm voor vergelijking naast elkaar.
Samenvatting – Microfiltratie versus ultrafiltratie versus nanofiltratie
Het belangrijkste verschil tussen microfiltratie-ultrafiltratie en nanofiltratie is de grootte van de poriën in hun membranen. Microfiltratie gebruikt membranen met poriën op microschaal, terwijl ultrafiltratie membranen gebruikt met poriëngrootte op microschaal, maar de poriegrootte is zo ontworpen dat een porie ongeveer een tiende van de deeltjesgrootte is. Nanofiltratie daarentegen maakt gebruik van membranen met poriën op nanoschaal.
