Filtrieren

Bei der Filtration können Feststoffe aus einer Suspension von einer Flüssigkeit abgetrennt werden. Ist zum Beispiel Wasser mit Erde verunreinigt, können die unlöslichen Anteile herausfiltriert werden. Im Filter bleibt der feste Rückstand zurück, der auch als Filterkuchen bezeichnet wird. Die durch den Filter durchfließende Flüssigkeit mit den gelösten Stoffen bildet das Filtrat.

Ein bekanntes Beispiel aus dem Haushalt ist das Zubereiten von Kaffee in einer Kaffeemaschine. Genaugenommen handelt es sich dabei aber um eine Extraktion der Inhaltsstoffe wie Coffein und Aromastoffe mit einer gleichzeitigen Filtration des unlöslichen Kaffeesatzes. Im Labor verwendet man Filterpapier, das in verschiedenen Formen und Porengrößen erhältlich ist. Je feiner die Poren, umso langsamer verläuft die Filtration, aber umso feinere Niederschläge werden herausgefiltert. Zum Einsatz eines Rundfilters in einem Trichter wird der Filter zweimal in der Mitte gefaltet und dann zu einem Kegel erweitert (siehe Bild rechts). Faltenfilter besitzen eine größere Filterfläche und beschleunigen daher den Filtrationsvorgang. Sie sind fertig gefaltet erhältlich.

Es wird empfohlen, das zu filtrierende Stoffgemisch an einem Glasstab entlang in den Filter laufen zu lassen. Der Trichter sollte die Glaswand des Gefäßes mit dem Filtrat berühren. Der Filterkuchen wird nach dem Filtrieren vom Filter mit einem Spatel abgekratzt. Oft ist es auch notwendig, den Filterkuchen an der Luft oder durch Aufdrücken weiterer Filterpapierlagen zu trocknen. Filtriergestelle erleichtern den schnellen Aufbau einer Filtrierstation.

Besonders nützlich sind auch Nutschen (Büchner-Trichter) aus Porzellan, die einen Einsatz besitzen, auf den ein Rundfilterpapier gelegt wird. Die Nutsche wird auf eine Saugflasche mit Gummiring aufgelegt und mit Hilfe eines dicken Vakuumschlauchs an eine Vakuumpumpe oder eine Wasserstrahlpumpe angeschlossen. Nach Zugabe von wenig destilliertem Wasser auf den Rundfilter wird dieser durch den entstehenden Unterdruck angesaugt. Danach kann eine Filtration mit Unterdruck durchgeführt werden. Dieses Verfahren ermöglicht sehr schnelle Filtrationen mit wenig Zeitaufwand, wenn zum Beispiel größere Mengen an Kalkwasser aus Calciumhydroxid hergestellt werden sollen. Zur Sicherheit sollte zwischen die Pumpe und der Saugflasche eine Woulfesche Flasche eingesetzt werden. Saugflaschen und Woulfesche Flaschen sind besonders dick und haben einen gewölbten Boden.

Fritten aus Glas oder Porzellan (Filtertiegel) sind Tiegel mit eingearbeiteten, porösen und durchgängigen Scheiben als Boden, die in der analytischen Chemie zum Absaugen von Fällungen dienen. Der Rückstand kann dann direkt zusammen mit der Fritte gewogen werden. Auch sie werden auf eine Saugflasche aufgesetzt. Porzellanfritten kann man mit einem Brenner erhitzen. Glasfritten werden nur im Trockenschrank erhitzt. Ihre Reinigung erfolgt stets mit Chemikalien und niemals mechanisch, also keinesfalls durch Kratzen mit dem Spatel.

In der Schule eignen sich auch Geschirrtücher aus Leinen oder Baumwolle zum schnellen und groben Filtrieren von großen und nicht toxischen Flüssigkeitsmengen. Diese Technik kann zum Beispiel beim Filtrieren eines Farbstoffextrakts angewendet werden. Die Geschirrtücher können gewaschen und für den gleichen Zweck mehrfach verwendet werden.

Filterpressen werden in der chemischen Industrie eingesetzt, wenn größere Mengen filtriert werden sollen. Die Apparatur besteht aus langen Reihen von Filterzellen, in denen die zu filtrierende Flüssigkeit durch die Filterplatten gepresst wird. Diese bestehen aus Papier, Gewebe oder Druckmembranen. Mit Hilfe einer Pumpe wird die zu filtrierende Suspension mit bis zu 20 bar Druck durch die Filterzellen gepresst. Das Verfahren ist nicht kontinierlich. Wenn die Filterpresse voll ist, muss der Filterkuchen aus der Apparatur manuell entfernt werden.