Как известно, любая бумага представляет собой растительные волокна, связанные между собой в виде паутины. По сути, любая бумага - это очень мелкое сито с ячейками различных размеров. Вот как выглядит бумага под микроскопом:
Красиво, да?
Именно из-за такой структуры бумажного полотна, бумагу можно использовать (и используют!) для отделения жидкостей от взвешенных в ней частиц. Чем плотнее бумага, тем более мелкие частицы она задержит.
Бумага, которая используется в настоящих лабораториях настоящими химиками, имеет совсем крошечные поры, размер которых, к тому же, тщательно контроллируются на этапе производства. Такая бумага называется фильтровальной и позволяет задерживать даже самые мелкие примеси (вплоть до 1 нм).
Фильтровальная бумага - что это такое?
Фильтровальная бумага - это полупроницаемый барьер из растительных и/или синтетических волокон, предназначенный для разделения дисперсионной среды (жидкости, газа) и твердой дисперсной фазы (пыли, аэрозоли, суспензии). Сам процесс разделения называется фильтрованием.
Проще говоря, если сквозь такую бумагу пропустить жидкость с различными нерастворимыми примесями, то все эти примеси останутся на бумаге, а жидкость станет чистой и прозрачной. Иногда целью является сама жидкость, а иногда интерес представляет именно осадок.
При изготовлении фильтровальной бумаги, производитель старается придать ей определенные свойства:
- Эффективность. Размер пор определяет насколько мелкие частицы сможет задержать фильтр (см. таблицу 1). Из сортовой бумаги нарезают готовые фильтры и обозначают их особой цветовой маркировкой (см. таблицу 2).
- Прочность. Эта характеристика говорит о том, какое давление раствора сможет выдержать бумага, прежде чем порвется. Как можно повысить прочность бумаги см. тут.
- Cовместимость. Устойчивость фильтров к воздействиям повышенной температуры, определенным химическим реактивам, а также к химическим реакциям.
- Вместимость. Какое количество частиц способна удерживать фильтровальная бумага в процессе фильтрования.
Чаще всего фильтровальная бумага состоит из чистой клетчатки, хотя иногда в ее состав вводят синтетические волокна. В ней не должно быть темных или просвечивающих мест, примесей древесины, амилоидов, хлоридов, солей железа и т. п.
При производстве фильтр. бумаги используют тщательно подобранные полимерные связующие добавки, не вступающие в реакцию с большинством химических соединений. Для поддержания заданного и равномерного распределения пор используют специальные технологии.
Таким образом, настоящая фильтровальная бумага - это сложный композитный материал с жестко заданными свойствами.
Таблица 1. Характеристики фильтровальной бумаги
| Сорт | Характеристики | Плотность, г/м2 | Толщина, мм | Размер пор, мкм | Скорость фильтрации, с/10 мл | Типовое применение |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 3 w | средняя скорость фильтрации, гладкая | 65 | 0,15 | 10 | 15 | Защита, вентилирование |
| 51 | быстрая скорость фильтрации, гладкая | 65 | 0,14 | 12,0 | 13 | Анализ воды, красителей, спиртов |
| 3m/N | средняя скорость фильтрации, гладкая | 65 | 0,12 | 4 | 30 | Вакуумная и напорная фильтрации, экстрактов и красителей высокой мутности, для использования в больших осветляющих фильтрах |
| 4 b | средняя скорость фильтрации, гладкая | 75 | 0,15 | 8,0 | 22 | Быстрая фильтрация большого количества жидкости с крупнодисперсными осадками, эмульсий, спиртов, красителей, растворов |
| 53 | средняя скорость фильтрации, тисненая | 70 | 0,15 | 7-10 | 18 | Тесненная бумага, средняя скорость фильтрации, для общелабораторного применения. |
| 49 | быстрая скорость фильтрации, тисненая | 78 | 0,17 | 10-15 | 11 | Тесненная фильтровальная бумага, идеально подходит для растворов солей и сахарного сока |
| 1300 | средняя скорость фильтрации, гладкая | 90 | 0,19 | 7-10 | 30 | Адсорбция, защита, фильтрация масел |
| 1350 | средняя скорость фильтрации, тисненая | 90 | 0,25 | 7-10 | 30 | Адсорбция, защита |
| 62 | средняя скорость фильтрации, гладкая | 95 | 0,20 | 7,0 | 17 | Эфирные масла, эмульсии, эссенции, красители |
| 94/N | средняя скорость фильтрации, гладкая | 100 | 0,22 | 7,0 | 25 | Соки, эссенции, тоники, сусло, вино, растительные экстракты |
| 100/N | средняя скорость фильтрации, гладкая | 85 | 0,18 | 6,0 | 30 | Специально разработана как ленточный фильтр для сахарной промышленности |
| 1310 | средняя скорость фильтрации, гладкая | 135 | 0,26 | 7-10 | 30 | Адсорбция, защита, фильтрация масел |
| 1360 | средняя скорость фильтрации, гладкая | 135 | 0,31 | 7-10 | 30 | Адсорбция, защита |
| C 160 | средняя скорость фильтрации, гладкая | 160 | 0,30 | 5,0 | 40 | Фильтрация большого количества жидкости с осадками в виде мелких хлопьев; тоников, спиртов |
| 57/N | средняя скорость фильтрации, гладкая | 190 | 0,40 | 7,0 | 32 | Фильтрация большого количества жидкости, специально для слабых кислот и горячих щелочных растворов |
| 69/K | бумага, содержащая активированный уголь | 160 | 0,42 | 5,0 | 65 | Бумага, содержащая активированный уголь с 30% содержанием картона, для фильтрации гальванических ванн и для очистки окрашенных жидкостей |
Бумагу выпускают в различных формах: в рулонах, в листах или в виде готовых фильтров, круглой формы различных диаметров.
Таблица 2. Классификация бумажных фильтров (цветовая маркировка)
| Сорт | Уд. вес г/м2 | Время фильтр., сек | Свойства | Основные применения |
|---|---|---|---|---|
| Черная лента | 80 | 10 | Крупнопористая, мягкая бумага с рыхлой структурой, очень высокая скорость фильтрации | Хпопьеподобные и грубые осадки, коллоиды: гидроксиды железа, алюминия, хрома, сульфиды меди, висмута, кобальта, железа, различные металлорганические осадки; определение кремния при анализе сталей. Сорт, наиболее широко используемый для аналитических работ. |
| Белая лента | 80 | 20 | Средний размер пор, высокая скорость фильтрации | Крупнодисперсные осадки: сульфиды серебра, мышьяка, аммония, кадмия, свинца, железа и марганца, хромат свинца, карбонаты щелочноземельных металлов и т.д. |
| Желтая лента | 80 | 20 | Средний размер пор, высокая скорость фильтрации, низкое содержание жира | Крупнодисперсные осадки. Особенно подходит для определения жира в природном сырье |
| 3еленая лента | 80 | 100 | Узкие поры, плотная, низкая скорость фильтрации | Фильтрация тонких осадков: сульфат бария, молибдат свинца, диоксид свинца, гидроксид кальция, фторид кальция, сульфид никеля, сульфид олова и т.д. |
| Синяя лента | 80 | 180 | Мелкопористая, очень плотная, очень низкая скорость фильтрации | Мелкозернистые осадки: холодно-осажденный сульфат бария, оксид меди и т.д. |
| Красная лента |
80 | 50 | Средняя плотность, умеренная скорость фильтрации | Быстрая фильтрация тонких осадков: магний-аммонияфосфат, магний-аммония арсенат и т.д. |
| Фиолетовая лента |
100 | 250 | Самая низкая скорость фильтрации, особомелкие поры и высокая плотность, наиболее эффективная фильтрация наиболее мелкихосадков | Особенно трудные условия фильтрации, мелкозернистые осадки: сульфат бария, оксид меди и т.д. |
Где купить?
Говорят, что она продается в некоторых аптеках. Но когда мне захотелось отфильтровать вино от осадка с помощью фильтровальной бумаги, где ее купить в аптеке я так и не понял. Я объездил, наверное, с десяток аптек моего города, но безрезультатно.
Наверное, можно достать фильтр. бумагу в какой-нибудь лаборатории или на каком-нибудь химическом производстве, но для этого нужны определенные знакомства, которыми я похвастать не могу.
В итоге, полез в интернет и тут же нагуглил сотни магазинов, где купить фильтровальную бумагу. Она продается на вес, листами и рулонами, или упаковками с нарезанными дисками любых диаметров. Также в продаже имеются обеззоленые фильтры, которые могут понадобиться для фильтрации особо требовательных к чистоте растворов.
Стоимость фильтровальной бумаги копеечная. Например, упаковка из 100 дисков обойдется вам рублей в 40. Это если в розницу.
Вот тут, например, продают диски диаметром от 55 до 180 мм из обеззоленой бумаги "Белая лента" с доставкой куда угодно.
Я считаю, что лучше все-таки покупать большими листами, а потом уже резать как угодно. Цена 1 кг лежит в пределах 150 - 300 рублей в зависимости от сорта бумаги и наглости продавцов. Вот, например, бумага марки "Ф" за 208 руб/кг.
Как повысить прочность?
Настоящая фильтровальная бумага, конечно, гораздо прочнее обыкновенной промокашки, но все же иногда рвется. Особенно, когда требуется отфильтровать большой объем жидкости. Предлагаемый ниже способ обработки бумаги увеличивает ее прочность на разрыв в 10 раз! При этом фильтрующие качества не ухудшаются.
Итак, все что нужно сделать - это намочить бумагу 70%-ной азотной кислотой (плотность 1.42 г/см3) и сразу же промыть большим количеством дистиллированной воды.
После тщательной промывки бумагу нужно высушить и использовать по мере необходимости. Такая бумага не вносит в фильтруемый раствор никаких загрязнений и подходит для приготовления лекарств или использования в аналитической химии.
Обработанная таким образом бумага становится настолько прочной, что ее полоска шириной 5 см спокойно выдерживает вес 1.5-килограммовой гири. В то время как обычная фильтровальная бумага рвется уже при весе в 150 граммов.
Фильтровальная бумага разных производителей имеет диаметр пор от 1.5 до 35 мкм. При этом практически достижима очистка жидкостей от примесей с размером частиц от 1-2 нм (забиваются крупные поры в бумаге, и фильтрация становится более тонкой).
Чем меньше размер пор бумаги и чем большее количество осадка в очищаемой жидкости, тем медленнее идет процесс фильтрации. В некоторых случаях окончания процесса приходится ждать часами. Особенно медленно продвигается дело, если жидкость имеет повышенную вязкость (что-то вроде сиропа).
Чем можно заменить?
Если вы не знаете где взять фильтровальную бумагу, в аптеках ее нет, а ждать пока пришлют из какой-нибудь интернет-магаза нет сил, то можно попробовать обойтись без нее. Давайте посмотрим, чем можно заменить фильтровальную бумагу.
1. Промокашка
Если кто не знает, раньше в каждую школьную тетрадь был вложен листик из очень тонкой и пористой бумаги. Его главным предназначением было промакивать чернильные кляксы (отсюда и название).
На самом деле, промокашку использовали как угодно, но только не по прямому назначению: пережевывали кусок бумаги во рту и полученным мякишем плевались из трубочек (или отправляли в цель при помощи линейки), в бумаге проращивали семена, на ней писали шпаргалки и записки, мокрую промокашку подкладывали под цоколь лампочки, чтобы сорвать урок, сворачивали маленькие самолетики, ставили физические опыты (рюмка, промокашка и зеркало), пропитывали калиевой селитрой и использовали в качестве ракетного топлива или бикфордового шнура и т.д. и т.п.
Иногда этот листок имел зубчатый край с одной стороны, иногда - нет.
По своим свойствам промокашка - это та же самая фильтровальная бумага, только тоньше и с более крупными (не нормируемыми) порами. Но будучи свернутой в два-три слоя, промокашка очень даже хорошо справлялась с фильтрацией растворов. И не рвалась под тяжестью осадка, даже в обычных стеклянных воронках (не говоря уже о воронках Бюхнера).
К сожалению, где-то в начале 90-х, промокашки полностью исчезли из школьных тетрадок и теперь живут только в нашей памяти.
2. Фильтровальная замша
В случаях фильтрации неагрессивных сред от крупных механических примесей (более 30 мкм), можно значительно ускорить процесс фильтрации, если заменить фильтровальную бумагу замшей.
Для этого замшу необходимо определенным образом подготовить.
Берут кусок замши необходимого размера и тщательно вымачивают его в слабом растворе бикарбоната натрия (пищевой соды) для удаления содержащихся в ней жиров. Затем промывают в холодной проточной воде из-под крана, после чего полоскают в дистиллированной воде и высушивают.
Приготовленную таким образом замшу употребляют как фильтровальную бумагу. Через нее очень чисто и вместе с тем быстро фильтруются не только всевозможные тинктуры, но и очень густые сиропы, а также тягучие, слизистые растительные соки.
Фильтровальная замша хороша еще и тем, что ее можно использовать неоднократно. Надо только как следует промывать ее после каждого применения.
3. Воронка с пористым стеклом
Для фильтрования различных химически агрессивных сред (сильных кислот, щелочей) применяется специальная воронка со стеклянным фильтром - воронка Шотта.
Такой фильтр изготавливают из стеклянного порошка заданной зернистости, который спекают между собой в сплошную пористую пластину. Сами стеклянные порошки получают распылением расплавленного стекла, поэтому имеют вид очень мелких шариков.
После охлаждения порошки сортируют по размеру и запекают в пластины. Затем, пористые стеклянные пластинки впаивают в стеклянные воронки или другие держатели.
Сразу же после использования такую воронку необходимо промыть водой в направлении, обратном фильтрации. Если полностью вымыть осадок не удается, тогда прибегают к промывке с помощью химических веществ, разрушающих или растворяющих осадок, например:
| Загрязнение | Растворитель |
|---|---|
| Окислы меди и железа | Горячая соляная кислота с добавкой KCl. |
| Хлористое серебро | Растворы аммиака или тиосульфата натрия. |
| Сульфат бария | Горячая концентрированная H2SO4. |
| Сульфид ртути | Горячая царская водка. |
| Остатки после фильтрования ртути | Горячая концентированная HNO3. |
| Остатки, содержащие кремнезем и окись алюминия | 2% фтористоводородная кислота, после нее концентрированная H2SO4, затем дистиллированная вода и, наконец, ацетон. Промывать до тех пор, пока обнаруживаются следы кислоты. |
| Жиры | Четыреххлористый углерод. |
| Белки, вискоза, глюкоза | Горячий раствор аммиака, 5-10% раствор NaOH. Смесь горячих и концентрированных серной и азотной кислот. |
| Другие органические вещества | Хромовая смесь или лучше горячая H2SO4 с добавкой NaNO3, KNO3 или HNO3. |
4. Бумажные полотенца, салфетки и т.п.
Да, все это можно использовать вместо фильтровальной бумаги. Уверен, что у каждого под рукой найдется что-нибудь из этого списка:
- бумажное полотенце;
- салфетки;
- туалетная бумага (лучше всего белая, многослойная и без ароматизаторов);
- кофейные или чайные фильтры;
- вата, ватные диски;
- многократно сложенная марля или другая ткань;
- на худой конец - сменные фильтр для воды (из кувшинов) или бачок с активированным углем от противогаза. Но в этом случае большое количество фильтрата останется внутри фильтра и будет безвозвратно потеряно.
Все зависит только от вашей находчивости. Единственное ограничение - сам фильтрующий материал не должен загрязнять фильтрат, не должен вступать с ним в реакцию и должен обладать достаточно мелкими порами, чтобы задерживать осадок.
Туалетная бумага и салфетки весьма непрочны, поэтому под них лучше подложить какое-либо сито или дуршлаг. Самый идеальный вариант - специальная химическая воронка для вакуумной фильтрации - воронка Бюхнера.
Также не стоит забывать про чрезвычайно эффективный способ отделения жидкостей от различных взвесей - отстаивание и декантацию. Но этот способ требует много времени.
А можно просто купить бумажное полотенце и заюзать его в качестве фильтровальной бумаги.
Конечно нет! Туалетная бумага, салфетки и так далее это совершенно другое!
тщательно контроллируются на этапе производства
после чего полоскают в дистиллированной воде
Уважаю грамотных людей.
А ватой можно воспользоваться?