Der Hauptunterschied zwischen Mikrofiltration, Ultrafiltration und Nanofiltration ist die Größe der Poren in ihren Membranen. Bei der Mikrofiltration werden Membranen mit Mikroporen verwendet, während bei der Ultrafiltration Membranen mit Mikroporen verwendet werden, aber die Porengröße ist so ausgelegt, dass eine Pore etwa ein Zehntel der Partikelgröße beträgt. Die Nanofiltration hingegen verwendet Membranen mit nanoskaligen Poren.
Alle Mikrofiltrationen, Ultrafiltrationen und Nanofiltrationen sind Arten von Membranfiltrationsanalysetechniken, die in Trennprozessen nützlich sind. Diese Methoden sind hauptsächlich als Reinigungsschritte im Prozess nützlich.
Was ist Mikrofiltration?
Mikrofiltration ist eine Analysetechnik, die für die Filtration nützlich ist. Eine kontaminierte Flüssigkeit kann durch eine Membran mit Mikroporen geleitet werden, um die Mikroorganismen und Schwebeteilchen von dieser Flüssigkeit abzutrennen. Diese Analysetechnik wird üblicherweise in Verbindung mit verschiedenen anderen Trennverfahren verwendet, einschließlich Ultrafiltration und Umkehrosmose. Dadurch entsteht ein Produktstrom, der keine unerwünschten Verunreinigungen enthält.
Abbildung 01: Ein Mikrofiltrationssystem
In der Regel dient die Mikrofiltration als Vorbehandlungsmethode, die bei Trenntechniken wie der Ultrafiltration wichtig ist. Darüber hinaus können wir es als Nachbehandlungsschritt für granulare Medienfiltrationsprozesse verwenden. Typischerweise liegt die Porengröße für die Mikrofiltration im Bereich von 0,1 bis 10 Mikrometer. Die für diese Filtration verwendeten Membranen wurden speziell entwickelt, um das Passieren von Sedimenten, Algen, Protozoen und großen Bakterien zu verhindern. Darüber hinaus neigen diese Filter dazu, ionische Materialien wie Wassermoleküle, monovalente Spezies wie Natrium- und Chloridionen, natürliche organische Stoffe, die in der Flüssigkeit gelöst sind, kleine Kolloide und Viren passieren zu lassen.
Bei dieser Methode des Mikrofiltrationsprozesses müssen wir die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit (ca. 1-3m/s) durch die Membran leiten. Hier können wir einen niedrigen bis mäßigen Druck verwenden, der parallel oder tangential zur semipermeablen Membran ist. Die Membran liegt typischerweise in Blattform oder in Tabellenform vor. Wir können eine Pumpe verwenden, um die Flüssigkeit durch den Membranfilter passieren zu lassen. Diese Pumpe kann entweder druck- oder vakuumbetrieben sein.
Es gibt mehrere Anwendungen der Mikrofiltration, einschließlich Wasseraufbereitung zur Entfernung von Krankheitserregern wie Protozoen, Entfernung von Trübungen usw. Sterilisation, Erdölraffination, Milchverarbeitung, Klärung und Reinigung von Zellbrühe, Klärung von Dextrose usw.
Was ist Ultrafiltration?
Ultrafiltration ist ein Analyseverfahren, bei dem eine Kraft wie Druck- oder Konzentrationsgradient zur Trennung durch eine semipermeable Membran genutzt wird. Bei diesem Verfahren können die suspendierten Feststoffe mit hohem Molekulargewicht die Membran nicht passieren, während Wasser und niedermolekulare gelöste Stoffe passieren können. Der Rückstand, der die Membran nicht passieren kann, wird als Retentat bezeichnet, während der Teil, der den Filter passieren kann, als Permeat oder Filtrat bezeichnet wird. Diese Methode ist nützlich bei Reinigungs- und Konzentrationsschritten.
Abbildung 02: Eine Cross-Flow-Technik
Grundsätzlich ähnelt die Ultrafiltration der Mikrofiltration, da beide Techniken eine Trennung nach der Größenausschluss- oder Partikelerfassungsmethode durchführen. Es unterscheidet sich jedoch grundlegend von der Membrangastrennung, da letztere eine Trennung mit Absorptionstechniken und Diffusion beinh altet.
Im Allgemeinen muss die Porengröße der in der Ultrafiltration verwendeten Membran ein Zehntel der abzutrennenden Partikelgröße betragen. Daher begrenzt es das Eindringen von großen Partikeln durch die Membran. Es begrenzt jedoch auch das Eindringen kleiner Partikel durch die Poren und deren Adsorption an der Porenoberfläche. Sie können den Eingang blockieren, daher brauchen wir einfache Anpassungen der Querstromgeschwindigkeit, um die Partikel zu entfernen.
Was ist Nanofiltration?
Nanofiltration ist eine Analysetechnik, bei der die Membranfiltration hauptsächlich zum Enthärten und Desinfizieren von Wasser verwendet wird. Es ist eine Art Membranfiltrationsverfahren mit Porengröße im Nanomaßstab. Die Porengröße reicht von 1–10 nm. Diese Porengröße ist kleiner als Porengrößen bei der Mikrofiltration und Ultrafiltration. Aber die Porengröße ist vergleichsweise größer als die Porengröße bei der Umkehrosmose.
Abbildung 03: Nanofiltration zur Entsalzung
Typischerweise sind die Membranen, die wir zur Herstellung der in der Nanofiltration verwendeten Membranen verwenden können, dünne Polymerfilme. Wir können Materialien wie Polyethylenterephthalat oder Metalle wie Aluminium verwenden, um diese Art von Membranfolie herzustellen. Wir können auch die Porenabmessungen dieser Membranen steuern, indem wir den pH-Wert, die Temperatur und die Zeit steuern, die für die Porenentwicklung benötigt werden.
Es gibt viele verschiedene Anwendungen von Nanofiltrationstechniken, darunter Feinchemie und Pharmazie, Öl- und Petroleumchemie, Massenchemie, Medizin, Herstellung natürlicher ätherischer Öle und ähnlicher Produkte usw.
Was ist der Unterschied zwischen Mikrofiltration, Ultrafiltration und Nanofiltration?
Der Hauptunterschied zwischen Mikrofiltration, Ultrafiltration und Nanofiltration ist die Größe der Poren in ihren Membranen. Bei der Mikrofiltration werden Membranen mit Mikroporen verwendet, während bei der Ultrafiltration Membranen mit Mikroporen verwendet werden, aber die Porengröße ist so ausgelegt, dass eine Pore etwa ein Zehntel der Partikelgröße beträgt. Die Nanofiltration hingegen verwendet Membranen mit nanoskaligen Poren.
Die folgende Infografik listet die Unterschiede zwischen Mikrofiltration, Ultrafiltration und Nanofiltration in tabellarischer Form zum direkten Vergleich auf.
Zusammenfassung – Mikrofiltration vs. Ultrafiltration vs. Nanofiltration
Der Hauptunterschied zwischen Mikrofiltration, Ultrafiltration und Nanofiltration ist die Größe der Poren in ihren Membranen. Bei der Mikrofiltration werden Membranen mit Mikroporen verwendet, während bei der Ultrafiltration Membranen mit Mikroporen verwendet werden, aber die Porengröße ist so ausgelegt, dass eine Pore etwa ein Zehntel der Partikelgröße beträgt. Die Nanofiltration hingegen verwendet Membranen mit nanoskaligen Poren.
