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Filtrieren, Dekantieren, Zentrifugieren

 
 

INFO: Die Filtration ist ein Trennverfahren zur Abtrennung von Feststoffen aus Flüssigkeiten (Suspensionen) oder Gasen (z.B. Staub in Luft). Hier wird nur die Trennung von Fest/Flüssig-Gemischen behandelt. Das Ziel einer Filtration ist die Gewinnung des Feststoffes (Kuchenfiltration) oder des klaren Filtrats (Klärfiltration).

 
 
Filtermittel:

Die Filtermittel sind poröse Stoffe, welche die in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen zurückhalten und die Flüssigkeit passieren lassen. Neben den im chemischen Laboratorium hauptsächlich verwendeten Filterpapieren, Glas- und Porzellanfiltern setzt man vor allem in der Betriebstechnik Aktivkohle, Kies, Sand, Stoff-, Metall- und Kunststoffgewebe, sowie Tierhäute als Filtermittel ein.

Papierfilter:
Die für Papierfilter benötigten Filterpapiere sind aus veredelten Zellstoffen oder kurzfaseriger Baumwolle hergestellt. Für besondere Anwendungsbereiche können sie mit Glas- oder Kunststoffasern verstärkt oder mit Tierkohle als Adsorptionsmittel (Kohlefilter) durchsetzt sein. In der Gravimetrie benötigt man Spezialpapiere, die beim Veraschen keine nennenswerten Rückstände hinterlassen (quantitative oder aschefreie Filterpapiere).

Nach ihrer Form unterscheidet man bei Papierfiltern hauptsächlich die Kegelfilter von den Faltenfiltern. Die Faltenfilter haben eine größere Filterfläche, wodurch sich die Filtrationsgeschwindigkeit erhöht. Sie sind fertig gefaltet im Handel erhältlich. Die Kegelfilter muß man aus den runden Filterpapieren selbst anfertigen. Dazu knickt man sie zweimal, so daß man einen Viertelkreissektor erhält, in dem das Filterpapier vierfach liegt. Die Papierschichten werden zu einem Kegel gespreizt, dessen eine Hälfte aus drei Schichten besteht, die andere aus einer. Der Kegel wird in einen Analysentrichter eingelegt und befeuchtet, damit er an dessen Wand fest anliegt und das Ablaufen des Filtrats ermöglicht.

Den Filterkuchen trennt man dadurch vom Filter, daß man das Papier auseinanderfaltet und ihn mit einem Spatel abkratzt. Man kann ihn auch abklatschen, indem man das Filter öffnet und den Feststoff z.B. auf eine Glasscheibe preßt. Das oben liegende Filter wird mit Filterpapier abgetupft, um ihm Flüssigkeit zu entziehen. Wenn der Hauptteil der Flüssigkeit auf diese Weise entfernt ist, kann das Filter von dem auf der Glasscheibe verbleibenden Feststoff abgezogen werden.

Glas- und Porzellanfritten:
Glas- und Porzellanfritten sind poröse Scheiben, die durch Zusammenschmelzen (Sintern) von Glas- oder Porzellankugeln hergestellt werden. Sie werden dann in Nutschen, Trichter, Röhren u.ä. eingebaut.
Die Porenweiten sind genormt. Die Folgende Tabelle gibt einen Überblick über die gebräuchlichen Porenweiten bei Glasfritten, ihre Kennzeichnung und Anwendungsbereiche.

Porosität
Porenweite (in Mikrometer)
Anwendung
0
150-200
Gröbste Niederschläge
1
90-150
Grobfiltration
2
40-90
Praparative Feinfiltration, Kristalline Niederschläge
3
15-40
Analytische Filtration mittelfeiner Niederschläge
4
9-15
Analytische Filtration sehr feiner Niederschläge, z.B. BaSO4
5
1,0-1,7
Bakterienfiltration, Sterilfiltration

Bei der Handhabung der Glasfritten in den Glasfiltertiegeln (Glasfrittentiegeln) muß man beachten:
- daß sie nur im Trockenschrank erhitzt werden, nie über der offenen Flamme oder im Tiegelglühofen,
- daß keine alkalischen Substanzen in ihnen erhitzt werden, - daß die Sinterglasplatte nicht zerkratzt wird,
- daß man sie nur mit Chemikalien reinigt und anschließend gründlich mit Wasser spült,
- daß Chronischwefelsäure sich zur Reinigung nicht eignet, da die Sinterglasplatte Chromationen adsorbiert

Filtrationsmethoden:

Die Filtration kann bei Normaldruck, mit Unterdruck und mit Überdruck vorgenommen werden. Die Filtration bei Normaldruck erfolgt normalerweise an einem Filtriergestell. Bei analytischen Arbeiten verwendet man Analysentrichter, deren Abflußrohr eine Kapillare ist. Dadurch wird die Saugwirkung auf die über dem Filter stehende Flüssigkeit erhöht und die Filtration beschleunigt.

Mit Unterdruck arbeitet man beim Absaugen über Glas- oder Porzellannutschen, Glasfilternutschen und Glas- oder Porzellanfiltertiegel. Das Filtergerät wird auf eine Saugflasche mit Saugring aufgesetzt und die Saugflasche an die Vakuumleitung angeschlossen. Während die Filternutschen und -tiegel kein Filtermaterial benötigen, da die in sie eingeschmolzenen Glas- bzw. Porzellanfritten als Filter dienen, wird der Siebboden der Glas- und Porzellannutschen mit Filterpapier und eventuell mit einem Filterhilfsmittel bedeckt. Nach Zugabe der zu filtrierenden Lösung fließt das Lösemittel wegen des erzeugten Unterdrucks schnell ab. Filterpapier und Filterkuchen werden vorsichtig vom Nutschenboden gelöst. Bei Filternutschen und -tiegeln muß der Filterkuchen mit einem Spatel herausgekratzt werden.

 

Filtrationen unter Überdruck werden hauptsächlich im Betrieb mit Drucknutschen und Fillerpressen durchgeführt. Ziel ist dabei jeweils die Filtration großer Flüssigkeitsmengen. Eine Filterpresse besteht aus Filterzellen, die aus Filterrahmen und Filterplatte gebildet und durch Filtertücher abgeschlossen werden. Die zu filtrierende Flüssigkeit wird in den Hohlraum des Filterrahmens gefüllt und dann durch die Filtertücher in das Innere der Filterplatten gepreßt, durch deren Bodenöffnung sie abläuft. Nach Offnen der Filterpresse wird der Filterkuchen aus dem Filterrahmen gelöst.

 
 
     

 

INFO:  Das Dekantieren ist das Abgießen einer Flüssigkeit von einem Feststoff, nachdem dieser sich abgesetzt hat. Dieses Trennverfahren wird häufig mit dem Digerieren verbunden, z. B. beim Waschen von Niederschlägen. Beide Verfahren werden oft auch der Filtration vorgeschaltet: man wäscht einen Niederschlag mehrmals und dekantiert die überstehende Waschflüssigkeit auf ein Filter. Erst mit der letzten Portion Waschflüssigkeit wird auch der Niederschlag auf das Filter gebracht, um ein vorzeitiges Verstopfen der Poren zu verhindern.  
     
  INFO:  Beim Zentrifugieren trennt man Feststoff und Flüssigkeit mittels der Fliehkraft, die auf beide Bestandteile einer Mischung unterschiedlich wirkt. Das Gemisch wird in einem starkwandigen Reagenzglas in die Zentrifuge gehängt. Durch deren Rotation wird die Fliehkraft erzeugt. Der Feststoff setzt sich am Boden des Reagenzglases ab, die Flüssigkeit wird dekantiert. In der Betriebstechnik haben die Zentrifugen Siebwände, durch die die Flüssigkeit abgeschleudert wird, während der Feststoff in der Trommel zurückbleibt.  
     
 


 
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