1. GİRİŞ
Filtrasyon, bir akışkanda var olan belirli boyutlara sahip parçacıkların bir filtre kullanılarak bu akışkandan
ayrılması ve böylece akışkanın saflığının artırılmasıdır. Bu temel amacın yanı sıra filtrasyon ile akışkanda
bulunan katma değeri yüksek parçacıkların geri kazanımı ve endüstriyel atıkların doğaya salınmadan önce
temizlenmesi mümkün olmaktadır. Filtreler endüstriyel baca gazlarının ve atık suların arıtılması,
otomobillerde hava, yakıt ve yağların temizlenmesi, havalandırma ve klima sistemleri, vakumlu
temizleyiciler, tıbbi uygulamalar gibi pek çok alanda kullanılmaktadır [1]. Ayrıca günlük hayatta
tüketilen (gıda, kozmetik, hijyen) birçok ürün de üretim aşamalarında filtrasyona tabi tutulmaktadır [2].
Filtrasyonu filtre edilen akışkanın tipi ve filtrasyon mekanizması olmak üzere iki farklı parametreye göre
sınıflandırmak mümkündür. Filtre edilen akışkanın tipine göre gaz ve sıvı filtrasyonu olmak üzere iki tür
filtrasyon vardır.
Gaz filtrasyonu, endüstriyel baca gazlarının temizlenmesi, vakumlu toz toplayıcılar, havalandırma ve
klima sistemleri, tıbbi maskeler, gaz maskeleri vb. gibi uygulama alanlarında geçerlidir.
Sıvı filtrasyonu ise başlıca atık su arıtımı, içme sularının temizlenmesi, petrol ve türevi maddeler içeren
sıvıların saflığının sağlanması, gıda sanayinde süt, meyve suyu, yağ gibi sıvıların filtre edilmesi, tıbbi
alanda ilaç üretimi, kan temizlenmesi, otomotivde yakıt ve yağların arıtılması amaçlı uygulanır.
Filtrasyon mekanizmasına göre yüzey ve derinlik filtrasyonu olmak üzere iki tip filtrasyon uygulanabilir.
Yüzey filtrasyonunda ayırma işlemi mekanik olarak filtrenin yüzeyinde gerçekleşir. Parçacıkların boyutu
filtre yapısındaki gözeneklerin boyutundan daha büyüktür. Filtreden geçemeyen parçacıklar filtrenin üst
akış alanında kalan yüzeyinde kek tabakası oluştururlar. Bu tabaka da filtrasyon işlemine dahil olur. Bu
tip filtrasyonda gözenekler kısa sürede tıkanır ve filtrasyon hızı düşer, genellikle filtre edilen
parçacıkların daha sonra kullanılmak istendiği zamanlarda bu tip filtrasyon uygundur [3]. Sıvı
filtrasyonunda yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir.
Resim 1.1 Yüzey filtrasyonu [4]
Katı parçacıklar filtrenin iç kısmında tutuluyorsa burada derinlik filtrasyonu söz konusudur. Parçacıklar
filtrenin içindeki boşluklara girer, bulunduğu boşluktaki yüzey kuvvetlerince ve mekanik olarak tutulur.
Alan, G., Tercan, M. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2012 (1) 47-53
49
Filtrenin üst akış alanında kalan yüzeyinde kek tabakası oluşumu istenmez. Orta hızda ve orta basınçtaki
işlemlerde geçerlidir. Genellikle gaz filtrasyonu uygulamalarında bu yöntem kullanılır.
Resim 1.2 Derinlik filtrasyonu [4]
2. FİLTRELERİN ÜRETİMİNDE KULLANILAN LİF ÇEŞİTLERİ
Filtrasyon işleminin gerçekleştirildiği kullanım alanı, sıcaklık, basınç, kimyasal ortam gibi işlem
koşulları, filtrelerin üretiminde kullanılacak hammadde tipini belirleyici etkenlerdir. Doğal liflerden
pamuk linterleri ve yün iğneleme yoluyla elde edilen, genellikle hava filtrasyonu uygulamalarında, gaz
maskesi, vakumlu temizleyici torbası olarak kullanılan filtrelerin üretiminde hammadde olarak tercih
edilmektedir. Manila keneviri olarak da bilinen Abaka lifi çay poşetleri, kahve filtreleri gibi sıvı filtrasyon
uygulamalarındaki filtrelerde kullanılmaktadır [5].
Sentetik liflerin istenilen mekanik, ısıl ve kimyasal dayanım özelliklerinde üretilebilmeleri özellikle
dokusuz yüzey yapısındaki filtrelerin eldesinde sıklıkla tercih edilmelerini sağlamaktadır. Poliester lifleri
tek başına veya diğer liflerle karışım halinde kullanılarak iğneleme yoluyla keçe haline getirilip hava
filtrasyonunda kullanılmaktadır. Sentetik liflerden poliamid de torba filtrelerin üretiminde ve elektrospun
nanolif filtre üretiminde kullanılmaktadır [5]. Poliaramid liflerinden olan para-aramid ve metaaramidlerden
meta-aramidler, yüksek sıcaklığa dayanım gerektiren hava filtrasyonu uygulamalarında,
para-aramidler ise özellikle yüksek mukavemet gereksinimi olan filtre yapılarında kullanılır. Filtrasyon ve
ayrıştırma uygulamalarında karbon takviyeli kompozit yapıların, yüksek kimyasal ve ısıl dayanımları ve
absorbsiyon özellikleri sayesinde kullanılmaları dikkat çekmektedir [5].
3. YAPILARINA GÖRE FİLTRELER
3.1 Dokuma Filtreler
Dokuma filtreler, mikron boyutunda paslanmaz çelik tellerin yanında doğal ve/veya sentetik lifler
kullanılarak elde edilmiş ipliklerden de üretilebilirler. Kesikli liflerden üretilmiş iplikler kullanılarak elde
edilen dokuma filtrelerin tüylü iplik yüzeyleri nedeniyle parçacık tutma özellikleri oldukça iyidir [6].
Monofilamentlerden üretilmiş filtrelerde ise tıkanma sorunu minimuma inmiştir. Monofilamentlerin
birlikte eğrilmesiyle üretilen multifilament ipliklerden yapılmış filtrelerde de çekme dayanımı oldukça
yüksektir. Üretildikleri hammaddeye ve dokumada kullanılan örgü tipine bağlı olarak dokuma filtrelerin
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2012 (1) 47-53 Sıvı Filtrasyonunda Kullanılan Tekstiller …
50
termal ve kimyasal dayanımları farklılık gösterecektir. [7]. Hacimli yapı elde edilmesinin nispeten zor
olması ve yüksek üretim maliyeti gibi nedenlerden dolayı dokuma filtrelerin kullanımı dokusuz yüzey
filtrelerin kullanımına oranla daha az tercih edilmektedir. Kimi kullanımlarda dokuma filtreler tek başına
yeterli olmamakta ve bu durumlarda dokusuz yüzeylerle beraber kullanılmaları uygun olmaktadır [8].
3.2 Dokusuz Yüzey Filtreler
Dokusuz yüzey yapısındaki filtreler dokuma filtrelere göre daha yüksek filtrasyon verimliliği, daha düşük
bükülme eğilimi ve dokuma kumaşlarda görülen iplik kaymasının olmaması gibi avantajları sayesinde
daha geniş kullanım alanı bulmaktadırlar [9]. Dokusuz yüzey yapısındaki bir filtrenin gaz ya da sıvı
filtrasyonunda kullanılacağını belirlemekte etkili olan parametreler filtrenin hammaddesi ve elde ediliş
şeklidir. Bazı özel kullanım alanları için elde edilen yapıya istenilen özelliği kazandırmak amacıyla farklı
bitim işlemleri de uygulanabilir.
Dokusuz yüzey esaslı filtre kumaşları kuru ve yaş yöntemler olarak adlandırılan iki temel prensiple
üretilirler. Kuru yöntemde yüzey, hava ortamında, yaş yöntemde ise su yardımıyla biçimlendirilir.
3.2.1 Kuru Yöntem
3.2.1.1 Havayla Serme (Airlaid): Havayla serme yöntemiyle üretilmiş dokusuz yüzey yapıların
hammaddesi genellikle selüloz hamurudur. Hacimli hamur, dövülerek tek life ayrılır, hava akışı ile
hareketli bir sonsuz bant üzerine gönderilir veya kumaş oluşturmak üzere tel formuna getirilir [5].
Bununla beraber bu yöntemle elde edilen filtrelerin üretiminde kesikli haldeki poliester, polipropilen,
naylon, rayon gibi sentetik lifler kullanılabilmektedir.
Endüstriyel hava filtreleri, vakumlu temizleyici filtreleri, bebek bezi ve bayan pedi gibi malzemelerin
üretimi havayla serme yöntemiyle gerçekleştirilir.
3.2.1.2 Kuru Serme (Drylaid): Filtrasyonda kullanılan keçe ve tülbent yapılarının üretiminde kuru serme
yöntemi kullanılır. Kuru sermeyle elde edilen tülbentler havayla serilmiş yüzeylere göre daha uzun
liflerden üretilir [5].
3.2.1.2.1 Spunbond Yöntemi: Spunbond yönteminde, eriyik haldeki polimer bir hazneden çekilerek
filament hale getirilir ve hızlı bir şekilde soğutulur. Venturi tüp içerisindeki akış, filamentlerin dağıtıcı
çember içerisinden geçerek havalanmasına ve rastgele dağılımına sebep olur. Spunbond filtreler hemen
hemen tüm sıvı filtrasyonu uygulamalarında kullanılırlar. Motor aksamlarındaki soğutma sıvılarında ve
yağların filtrasyonunda önemli bir yer tutar. İçme suları, atıksular ve kaplama çözeltilerinin
temizlenmesinde de kullanılırlar [5].
3.2.1.2.2 Meltblown Yöntemi: Melt-blown yönteminde de spunbond işlemiyle benzer olarak doğrudan
termoplastik yapılı polimer eriyiğinden lif eldesi söz konusudur. Bu yöntem yüksek hız, sıcak hava ve
daha ince lifler üretilebilmesi gibi özellikleriyle spunbond yönteminden ayrılır. İnceltilmiş lifler
genellikle 1-4 μm çap aralığında ve düşük gramajlı çok düzgün tülbent yapısına sahip olurlar. Meltblown
tülbentin üretimi için polipropilen ve polibütil tereftalat en sık kullanılan polimerlerdir. Meltblown
filtreler gıda sanayinde kahve, süt, değiştirilebilir yağlar gibi uygulama alanlarında kullanılırlar.
Çoğunlukla spunbond filtrelerle SMS (spunbond/meltblown/spunbond) yapısında kullanılırlar [5].
3.2.1.2.3 Elektrospinning Yöntemi: Elektrospinning yöntemi, polimer çözeltisi veya eriyik haldeki
polimere kilo-volt büyüklüğünde gerilim ve mili-amper seviyesinde akım uygulanarak bunlardan nano
ölçekte lif üretilmesi esasına dayanır. Hareketli bir toplayıcı üzerinde kısa liflerden oluşmuş fakat iyi
oryante olmuş bir tülbent oluşumu sağlanır. Oluşan tülbent incelik açısından oldukça iyi olmakla beraber
(1 μm’den daha düşük) mekanik özellikleri beklendiği kadar iyi olmadığından farklı yöntemlerle elde
edilmiş yapılarla birleştirilerek kullanılırlar. Elektrospun filtreler hava filtrasyonunda oldukça etkindirler,
Alan, G., Tercan, M. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2012 (1) 47-53
51
yapılarında var olan elektrostatik yüklenme sıvı ortamda ortadan kalktığı için sıvı filtrasyonu
uygulamalarında o kadar etkin değildirler.
3.2.2 Yaş Yöntem: Yaş yöntemle üretilen bütün filtre yapıları esas olarak kağıt filtre yapıları olarak
tanımlanır. Aynı zamanda yaş yöntemde odun hamuru ve doğal liflere ek olarak, poliester, rayon, naylon,
cam, kevlar, nomeks, grafit ve yaş yöntemle uyumlu her türlü elyaf işlenebilir. Üretilen yapılar genellikle
reçine katmanı ilavesi ile kullanılır. Yaş yöntemle tülbent eldesi; tülbendin oluşumu, bir kimyasal
eklenmesi veya tülbentin bir reçine besleyici içerisinden geçirilmesi ve filtrenin son kullanım amacına
uygun olarak mekanik ve geometrik özelliklerini değiştirmek amacıyla farklı form verme yöntemleriyle
(kırıştırma, buruşturma, geri sarma, yarık açma, tabaka kesme, pileleme, torba oluşturma vb.)
şekillendirilmesi aşamalarından oluşur [5].
4. SIVI FİLTRASYON UYGULAMALARI
Sıvı filtrasyonu dendiğinde akla sulu çözeltilerin (sıvı-sıvı, katı-sıvı) ya da hidrokarbon içeren (metal
işlemede kullanılan soğutma sıvıları, petrol ve türevleri, vb.) sıvıların filtrasyonu gelmektedir. Sulu
çözeltilerin filtrasyonu, içme suyu filtrasyonu, kimya endüstrisinde boyalar, elektro kaplama çözeltileri,
baskı mürekkepleri, kahve-alkollü alkolsüz içecek filtrasyonu, tıbbi alanda kan filtreleri, yüzme havuzu
ve akvaryum filtreleri gibi uygulama alanlarını içermektedir. Hidrokarbon içeren sıvıların filtrasyonu ise
petrokimyasallar, çözücü bazlı reçineler, hidrolik sıvılar, fast-food restoranlaraki yağların filtrasyonu gibi
alanlarda geçerlidir.
Motorlardaki filtrasyon uygulamalarında ise nonwoven ya da kağıt filtreler kullanılır. Genel olarak
iğneleme yoluyla elde edilmiş filtreler, kuru yatırımla elde edilmiş ve spunbond yöntemi ile elde edilmiş
dokusuz yüzey yapısındaki filtreler yaygın şekilde tercih edilir. Sıvı filtrasyonunda kek yapısı filtrayon
için oldukça önemlidir. Oluşan kek yüzeyini desteklemek için dokuma filtre kumaşlar kullanılır ancak
esas filtre ekipmanı bir dokusuz yüzeydir [5].
Sıvı filtrasyonunda değiştirilebilir dokusuz yüzey filtrelerin en geniş kullanımı kartuş ve torba filtre
şeklindedir. Kartuş filtreler silindirik bir iskeletle entegre yapıdadırlar. Pamuk, rayon, polipropilen,
poliamid gibi çeşitli liflerden üretilebilirler [5]. Endüstride boyama alanında yüksek derecede saflığın ve
filtrasyon etkinliğinin istendiği durumlarda kullanılırlar. Ayrıca medikal uygulamalar ve havuz suyu
filtrasyonunda kullanımları yaygındır [5].
Torba filtreler genelde dokuma yapılardan üretilir fakat dokusuz yüzey olarak ya da dokusuz yüzey ve
dokumanın bir arada kullanıldığı kompozit yapı şeklinde de kullanılırlar. Torba filtrelere en belirgin
örnek yaş serim yöntemiyle elde edilmiş çay poşetleridir. Kimyasal madde içeren birçok sıvı filtre
uygulamalarında; bitkisel yağ gibi gıda endüstrisi uygulamalarında, temizlik madde üretiminde, soğutma
sıvılarının filtrasyonunda, boya ve vernik üretiminde kullanılırlar [5].
Mikron ve mikronaltı boyuttaki parçacıkların sıvı akışkanlarından ayrıştırılması mikrofiltrasyon,
ultrafiltrasyon, nanofiltrasyon ve ters osmoz işlemleriyle gerçekleştirilir. Bu prosesler membran filtrasyon
prosesleri olarak da bilinir. Üretim yöntemi ve yapısı itibariyle membran yapılı filtreler tam bir tekstil
yapılı filtrasyon malzemesi olarak düşünülmemekle beraber sıvı filtrasyon uygulamalarında sıklıkla
kullanıldıkları için burada kısaca değinilmiştir.
Selüloz asetat membranların üretiminde doğal polimer selülozun bir türevi olan selüloz asetat (SA) ana
membran malzemesi olarak kullanılmaktadır. Bu membranların elde edilmesi kolay olup kimyasal
stabilitesi düşük bir malzeme olduğundan dolayı dar bir pH aralığına toleranslıdır ve biyo bozunurluğu
yüksektir. 30ºC’nin üzerindeki sıcaklıklarda selüloz asetat membranların kullanılmaları mümkün değildir.
Bu nedenlerle yeni membran malzemeleri ortaya çıkmıştır. Bu amaçla polisülfon (PSF) ve polietersülfon
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2012 (1) 47-53 Sıvı Filtrasyonunda Kullanılan Tekstiller …
52
(PES) başarıyla kullanılmış polimerlerdir. Bu materyallerle hazırlanmış membranlar geniş bir pH
aralığında çalışabilme kolaylığı sağlarken, ısıya ve süt endüstrisinde sıkça kullanılan sterilizasyon ve
temizlik malzemesi olan klora karşı direnç gösterir. Rejenere selüloz, poliakrilonitril, poliamid, gibi yeni
polimerlerin membran malzemesi olarak kullanılabilirlikleri ile ilgili araştırmalar sürmektedir [10].
Membran yapı eldesinde temel olarak kalıp tekniği kullanılır. Farklı geçirgenliklere sahip membranların
üretiminde ısıl işlem ile aliminyum bir blok üzerinde kalıp hazırlanır. Blok, membran malzemesini teşkil
edecek sonsuz bir film üzerine yerleştirilir. Böylece kalıbın tersi olacak şekilde gözeneklere sahip bir
membran elde edilir.
4.1 Mikrofiltrasyon
Mikrofiltrasyon, inceliği 0,1 μm’den daha az olan parçacıkların filtrasyonu söz konusu olduğunda
geçerlidir. Sıvı arıtma ve steril filtrasyon mikrofiltrasyonun iki ayrı uygulamasıdır [4]. Ayrıca
mikrofiltrasyon kolloidler, yağ parçacıkları, ve hücreler gibi parçacıkların filtrasyonunda da kullanılır [5].
4.2 Ultrafiltrasyon
Ultrafiltrasyon terimi 1907 yılında Bechhold tarafindan boyutları 0,004-0,1 μm arasında değişen
parçacıkların filtrasyonunu ifade etmek amacıyla kullanılmıştır. Ultrafiltrasyon işlemi suda çözünmeyen
yüksek moleküler ağırlığa sahip boyarmadde (indigo, dispers, vb.) ve yardımcı kimyasalların (polivinil
alkol) atık sulardan ayrıştırılması, uygun şartlarda da geri kazanılması için kullanılabilir. Ayrica UF gıda
proses ve fermantasyon atıklarındaki yararlı bileşenleri geri kazanmak amacıyla da kullanılır. Bu amaçla
en çok süt endüstrisinde yararlanılır.
Fakat düşük molekül ağırlığındaki ve suda çözünebilen boyarmaddelerin uzaklaştırılması ve atık suyun
renginin arıtılması için yeterli olmayan bu prosesin yerine nanofiltrasyon veya ters ozmoz prosesleri
kullanılır [11].
4.3 Nanofiltrasyon
Nanofiltrasyon amaçlı kullanılan membranlar ilk olarak 1970’li yılların başlarında üretilmeye
başlanmıştır. NF, genelde sulardan çok değerlikli iyonları ve düşük molekül ağırlıklı organik maddeleri
gidermek amacıyla kullanılmaktadır. Bununla beraber tekstil ve kağıt endüstrisi atıksularından renk
giderimi, içme suyu arıtımı gibi uygulama alanlarında geçerlidir. Nanofiltrasyonda nispeten daha az
geçirgen olan membran tabakasının göstermiş olduğu dirençten dolayı, mikrofiltrasyon ve
ultrafiltrasyondan daha yüksek basınçlarda çalışılır. Nanofiltrasyon amaçlı kullanılan membranların
üretiminde selüloz, selüloz triasetat asetat ve poliamid kullanılmaktadır [12].
4.4 Ters Ozmoz
Farklı tuz konsantrasyonlarındaki iki çözeltinin, ideal durumda sadece çözücüyü (su) geçiren fakat
çözünmüş maddeleri geçirmeyen “yarı geçirgen” bir membran ile ayrılması durumunda, çözücü (su) her
iki çözeltinin konsantrasyonunu eşitlemek için membrandan geçmeye başlar. Membrandan geçen su,
konsantrasyonu yüksek tarafın seyrelmesine ve konsantrasyonu düşük tarafın derişik hale gelmesine
neden olur. Aynı zamanda su seviyeleri değişir ve seyrelen tarafta su yüksekliği artarken, konsantrasyonu
artan tarafta düşer. Suların ve atıksuların arıtımında amaç, içinde sayısız istenmeyen iyon ve molekül
bulunan konsantre ham suların seyrelmesi değildir. Bunun için konsantre çözelti tarafına ozmotik basıncı
aşacak miktarda bir basınç uygulanarak su membrandan filtrelenebilir. Bu prensip, konsantre çözeltiye
çözeltinin ozmotik basıncından daha yüksek basınç uygulanmasıyla ortaya çıkan kütle transfer olayıdır.
Ters ozmoz prosesi, deniz suyundan tatlı su üretimi ve tarımsal drenaj sularının arıtılmasında
kullanılmaktadır [12].
Alan, G., Tercan, M. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2012 (1) 47-53
53
5.SONUÇ
Tekstil üretim aşamalarından geçerek elde edilen filtreler endüstrinin hemen hemen her alanında oldukça
geniş bir kullanıma sahiptirler. Tekstil yapılı filtreler genel olarak sentetik liflerden dokusuz yüzey
formunda üretilmekle beraber sıvı filtrasyon uygulamalarında dokusuz yüzeyle birlikte dokuma filtre
kumaşları kullanılmaktadır. Bundan başka sıvı filtrasyonunda membran proseslerinin de yaygın olarak
kullanıldığı görülmektedir. Genel filtrasyon uygulamaları içinde geniş bir yer tutan ve günlük hayatta
önemli etkileri olan sıvı filtrasyonunda kullanılan tekstillerin geliştirilmesi ve etkinliğinin artırılmasına
yönelik çalışmalar bu alandaki bilgi birikimine ve günlük yaşam kalitesinin yükseltilmesine katkı
sağlayacaktır. Sunulan çalışmada bu doğrultuda sıvı filtrasyonunda kullanılan tekstil yapılı filtrelerin
üretim yöntemleri ve kullanım alanlarından bahsedilmiştir.
6. KAYNAKLAR
1. www.tekstilteknik.com, Erişim tarihi: 18.10.2011
2. Mecit, D., Ilgaz, S.,Duran, D.,Başal, D., Gülümser, T., Tarakçıoğlu, I., ‘‘Teknik Tekstiller ve
Kullanım Alanları (Bölüm 2) ’’, Tekstil ve Konfeksiyon Dergisi, 2007/2.
3. Cheremisinoff, N.,P., ‘‘Liquid Filtration’’, 1998
4. www.nanofmg.com/pdfs/Hava%20Filtrasyonu.pdf, Erişim tarihi: 27.10.2011
5. Hutten, I., ‘‘Handbook of Non-Woven Fitler Media’’,2007
6. Svarovsky, L., ‘‘Solid-Liquid Seperation’’, 2000
7. Sutherland, K., ‘‘Filters and Filtration Handbook’’, 2008
8. Aslan, S., Kaplan, S., ‘‘Filtrasyon Tekstilleri: Kullanılan Hammaddeler, Üretim Yöntemleri ve
Kullanım Alanları’’, Tekstil ve Mühendis, Yıl 17, Sayı 79
9. Kaynak, K.H., Değirmenci, Z., ‘‘Teknik Tekstil Uygulamalarında Kullanılan Nonwoven
Filtreler’’, Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 4, No: 2, 2010 (78-84)
10. http://www.msxlabs.org, Erişim tarihi: 02.11.2011
11. www.kimyaevi.org, Erişim Tarihi: 14.11.2011
12. Kaya, Y., 2007, ‘‘Nanofiltrasyon ile Proses Sularından Organik Maddelerin Geri Kazanımının
Araştırılması’’, Doktora Tezi, İstanbul Üniverstesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul
