Thuyet Hap Phu

5/14/2018 Thuyet Hap Phu - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/thuyet-hap-phu 1/51

1Designed by: Tran Hoang Thai



KHÁI QUÁT CHUNG




1.1.1 Định nghĩa hấp phụ.

Hấp phụ là quá trình tụ tập(chất chứa, thu hút…) các phân

tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của chất tan lên bề mặt

phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, Khí – lỏng, khí – rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự

hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ, còn chất mà được tụ

tập trên bề mặt phân chia pha được gọi là chất bị hấp phụ.

Bề mặt tính đối với một gam vật hấp phụ gọi là bề mặt riêng của nó. Những vật không có lỗ xốp có bề mặt riêng

từ vài m2 /gam đến vài trăm m2 /gam




1.1.1 Định nghĩa hấp phụ. Trong qu| trình hấp phụ, năng lượng tự do bề mặt của hệ

giảm, nghĩa l{ G < 0. Đồng thời độ hỗn độn của hệgiảm(do c|c tiểu ph}n của c|c chất bị hấp phụ trên bề mặt

chất hấp phụ được sắp xếp một c|ch có trật tự) nghĩa l{ S< 0. Do đó từ phương trình năng lượng của công thứcGIBBS(Thế đẳng |p đẳng tích).

G = H – T.S < 0. Từ đó suy ra: H < 0. Nghĩa l{ qu| trình hấp phụ l{ qu| trình tỏa nhiệt. Điều n{y

ho{n to{n phù hợp với thực nghiệm. Hiệu ứng nhiệt củaqu| trình hấp phụ được gọi l{ nhiệt hấp phụ.




1.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hấp phụ. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học đều tỏa nhiệt. Tuy

nhiên, ở Hấp phụ vật lý tỏa nhiệt yếu, khoảng vài chục kJ/mol. Còn ở hấp phụ hóa học tỏa nhiệt mạnh có thể đạt tới hàng trăm kJ/mol vào cỡ hiệu ứng nhiệt của phản ứng

hóa học. Vì sự hấp phụ hóa học tỏa nhiệt, nên theo nguyên lý

chuyển dịch cân bằng, lượng chất bị hấp phụ phải giảm khi nhiệt độ tăng. Tuy vậy, ở nhiệt độ thấp hấp phụ hóa học thường diễn ra chậm và khi nhiệt độ tăng thì tốc độ hấp

phụ có thể tăng theo. Điều này có thể liên quan đến hàngrào hoạt hóa đặc trưng cho tương tác hóa học giữa cácphân tử bị hấp phụ và các tiểu phân của lớp bề mặt. Hấp phụ hóa học mà tốc độ phụ thuộc vào hàng rào hoạt hóagọi là hấp phụ hoạt hóa




1.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hấp phụ. Trong hấp phụ vật lý, lượng chất bị hấp phụ ở áp suất

không đổi sẽ giảm đi khi tăng nhiệt độ. Tốc độ của quátrình hấp phụ vật lý ít bị phụ thuộc vào nhiệt độ, vì trong

toàn cục tốc độ này được xác định bởi tốc độ của sự khuyếch tán. Trong hấp phụ hóa học thường lượng chất bị hấp phụ

cũng giảm đi khi nhiệt độ tăng nhưng tỉ lệ này là một tỉ lệ dễ thay đổi và thường thường thì lượng chất bị hấp phụ

hóa học lớn hơn lượng chất bị hấp phụ vật lý, còn tốc độ quá trình lại phụ thuộc hẳn vào nhiệt độ(phụ thuộc kiểu hàm số mũ với sự tăng nhiệt độ) và được đặc trưng bằng năng lượng hoạt hóa xác định và tương đối lớn(khoảng vàichục ngàn kJ/mol).




1.2.1 Hấp phụ vật lý. Hấp phụ vật lý: Các nguyên tử bị Hấp phụ liên kết với

những tiểu phân(nguyên tử, phân tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết vander walls yếu.

Nói một cách khác, trong hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và chất Hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học(không hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề

mặt bằng lực liên kết phân tử yếu(lực vander walls) và liênkết hiđro. sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ không lớn.




1.2.2 Hấp phụ hóa học. Hấp phụ hóa học: Có những lực hóa trị mạnh(do c|c liên

kết bền của liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phốitrí…) liên kết những ph}n tử hấp phụ v{ những ph}n tử bị

hấp phụ tạo th{nh những hợp chất hóa học trên bề mặtphân chia pha. Nói một c|ch kh|c hấp phụ hóa học xảy ra khi c|c ph}n tử

hấp phụ tạo hợp chất hóa học với c|c ph}n tử bị hấp phụ v{ hình th{nh trên bề mặt ph}n chia pha(bề mặt pha hấp

phụ). Lực hấp phụ hóa học khi đó l{ lực liên kết hóa họcthông thường(liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kếtphối trí…) sự hấp phụ hóa học luôn luôn bất thuận nghịch.Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới gi| trị800kJ/mol.




1.3 Hấp phụ đẳng nhiệt của langmuir. Trong quá trình hấp phụ những phân tử khí bị hấp phụ sẽ

ở lại trên bề mặt hạt xúc tác trong một thời gian nhất định để tiếp nhận năng lượng và thực hiện quá trình nhả hấp phụ. Quá trình hấp phụ và quá trình nhả hấp phụ xảy ra

đồng thời cho đến khi hạt phản ứng đạt được trạng tháicân bằng. Để thiết lập được phương trình động học cho quá trình

hấp phụ, Langmuir đ~ đưa ra một số điều kiện sau(thuyết hấp phụ đẳng nhiệt của langmuir).

Tất cả các tâm hoạt hóa đều có tính chất như nhau.Số tâm hoạt hóa không thay đổi theo thời gian.Mỗi tâm hoạt hóa chỉ có thể hấp phụ một phân tử bị

hấp phụ.Giữa các phân tử bị hấp phụ không có tác động qua lại.




PHAÛN ÖÙNG

XUÙC TAÙC DÒ THEÅ




ÑOÄNG HOÏC PHAÛN ÖÙNG VÔÙISÖÏ COÙ MAËT CUÛA CHAÁT XUÙC

TAÙC RAÉNToác ñoä cuûa söï haáp phuï

AÙp duïng thuyeát haáp phuï Langmuir – Hinshelwood (söû duïng

cho beà maët ñoàng nhaát) Phöông trình BET: ño beà maët caùc chaát xuùc taùc, chaát haáp

phuï raén.

Phöông trình Temkin-Pijov: söû duïng cho beà maët khoâng ñoàng

nhaát. Nhieät haáp phuï giaûm khi ñoä che phuû beà maët taêng(trong toång hôïp amoniac)ø




AÙp duïng thuyeát Langmuir cho phaûn öùng khí.

Quaù trình haáp phuï: phaûn öùng giöõa chaát bò haáp phuï G vaø

phaàn hoaït ñoäng treân beà maët :

Haáp phuï thuaän nghòch vaø ñaït caân baèng.

Theo Langmuir khi caân baèng:

K = k1/k'

tæ soá beà maët bò che phuû




Toác ñoä haáp phuï : r1 = k1P(1–) Toác ñoä giaûi haáp phuï : r' = k'

Khi caân baèng r1 = r'

k1P(1–) = k'




Neáu haáp phuï phaân töû nhieàu nguyeân töû nhôø phaân ly:




Hai khí khaùc loaïi cuøng haáp phuï treân beà maët:

a , b : m öùc ñoä che phuû cuûa khí A vaø B

1–

âa –

b : phaàn beà maët coøn troáng




Khi ñaït caân baèng: r 1,a = r' a




Neáu B laø phaân töû löôõng nguyeân töû vaø coù theå phaân ly cho 2

nguyeân töû

Toác ñoä haáp phuï B Toác ñoä giaûi haáp phuï B







Tröôøng hôïp phöùc taïp: coù maët chaát trô I, caû 5 caáu töû ñeàu bò

haáp phuï

A + B R + S

ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình




Töông töï coù theå tìm r, s, i. Neáu B phaân ly thì K b P b ñöôïc thay baèng

Neáu thay ñaïi löôïng beà maët baèng noàng ñoä C cuûa phaàn hoaït ñoäng

treân beà maët, phöông trình vieát töø (1), (2) laø

r 1 = k 1 P C vaø r' = k' (C t – C )

trong ñoù C t laø toång soá phaàn hoaït ñoäng naèm treân beà maët xuùc taùc

(thöôøng bieåu dieãn baèng ñôn vò khoái löôïng xuùc taùc).

Phöông phaùp naøy ít ñöôïc duøng vì caùc thoâng soá khoù xaùc ñònh baèng

phöông phaùp tröïc tieáp.

b bK p




Möùc ñoä beà maët bò che phuû laø ñaïi löôïng quan troïng, vì toác ñoä phaûnöùng xuùc taùc dò theå phuï thuoäc nhieàu vaøo toác ñoä haáp phuï vaø cuï

theå laø phuï thuoäc vaøo ñaïi löôïng beà maët. Coù nhieàu tröôøng hôïp toác

ñoä haáp phuï khoáng cheá toác ñoä toaøn quaù trình.




1 aa

c

dnr W dt

(kmol/giôø.kg xuùc taùc)

Toác ñoä phaûn öùng xuùc taùc dò theå quan heä vôùi

moät ñôn vò khoái löôïng chaát xuùc taùc:




Khueách taùn: Xem nhö khoâng aûnh höôûng ñeán quaù trình

Neáu aùp suaát rieâng trong pha khí laø Pa thì xem aùp suaát rieâng treân beà

maët laø Pa,I

Coù hai tröôøng hôïp:

◦ Phaûn öùng treân beà maët khoáng cheá: Caân baèng haáp phuï khoâng bò

phaù vôõ trong quaù trình vaø toác ñoä toång coäng phuï thuoäc bôûi toác ñoä phaûn öùng

treân beà maët

◦ Haáp phuï khoáng cheá: Toác ñoä phaûn öùng cao ñeán möùc haáp phuï khoâng ñaït

ñöôïc caân baèng vaø ôû traïng thaùi oån ñònh löôïng chaát bò haáp phuï thaáp hôn caân

baèng. Thöôøng thì toác ñoä haáp phuï cuûa moät trong soá chaát phaûn öùng laø chaäm hôn

vaø toác ñoä quaù trình phuï thuoäc vaøo giai ñoaïn naøy, noù khoáng cheá toác ñoä toaøn

quaù trình.




Toác ñoä cuûa quaù trình bò phaûn öùng treân beà maët phaân chia pha

khoáng cheá

Phaûn öùng moät chieàu, toác ñoä phaûn öùng xaûy ra treân beà maët tæ leä

thuaän vôùi löôïng chaát phaûn öùng bò haáp phuï treân beà maët (löôïng naøy

ñöôïc ño baèng tæ soá beà maët bò che phuû).

Phaûn öùng treân beà maët chaäm







Trong ñoù Kr laø haèng soá caân baèng

Kr = k1/k'.







Cô cheá :- A bò haáp phuï treân moät trung

taâm hoaït ñoäng phaûn öùng vôùi

trung taâm hoaït ñoäng coøn töï do

beân caïnh hôïp chaát trung gian

- hôïp chaát trung gian cho caùc

phaân töû M , N vaãn bò haáp phuï

treân trung taâm hoaït ñoäng

- sau cuøng phaân huûy cho ra M , N

vaø traû laïi trung taâm haáp phuï




1 2

[ ( / )]

(1 )

m naa v m n

a a m m n n

k P P P K r k k

K P K P K P




Neáu coù moät trong soá phaân töû chaát bò haáp

phuï phaân ly thì phaûi bieán ñoåi phöông trình

treân, ví duï phaûn öùng:

21 1 a br k

Toác ñoä phaûn öùng thuaän:




Phaân töû A caàn hai trung taâm hoaït ñoäng,

B caàn moät trung taâm hoaït ñoäng thöù 3

M, N haáp phuï treân hai trung taâm hoaït ñoäng vaø caàn phaûn öùng vôùi

trung taâm hoaït ñoäng coøn töï do ñeå xaûy ra phaûn öùng nghòch r' = k' n n v .




a a

a

a a b b m m n n

K P

1 K P K P K P K P

Toác ñoä toång coäng

[ ( / )]

( )

2 a b m n 1 a b m n v 3

a a b b m m n n

k P P P P K r k k

1 K P K P K P K P




Phaûn öùng giöõa hai chaát bò haáp phuï treân hai trung taâm

hoaït ñoäng khaùc nhau treân beà maët, caùc chaát naøy

khoâng taùc duïng vôùi nhau, vaäy i cho töøng chaát coù theå

vieát

1

i ii

i i

K P

K P




Tröôøng hôïp phaûn öùng

A + B Saûn phaåm (khoâng haáp phuï treân beà maët)

Trong ñoù A vaø B bò haáp phuï treân trung taâm rieâng bieät nhau

1

(1 )(1 ) (1 )(1 )

a b a b a b

a a b b a a b b

k K K P P kP Pr

K P K P K P K P




Töông töï coù moät soá phaûn öùng khaùc.

Veà yù nghóa vaät lyù cuûa caùc thöøa soá trong caùc phöông

trình Yang vaø Hougen ñeà nghò goïi nhö sau

(thöøa soá ñoäng hoïc).(ñoäng löïc)

(thöøa soá haáp phuï)r

Baûng 2.4: Ñoäng hoïc phaûn öùng, toác ñoä phaûn öùng treân beà

maët khoáng cheá

1

(1 )(1 ) (1 )(1 )

a b a b a b

a a b b a a b b

k K K P P kP Pr

K P K P K P K P




Phaûn öùng treân beà maët nhanh, haáp phuï khoáng

cheá

Giaû söû söï haáp phuï chaát A chaäm

1. Phaûn öùng ñaït caân baèng hoùa hoïc

2. Haáp phuï tieáp tuïc caáu töû A

3. Caân baèng phaûn öùng nhanh choùng ñaït ñöôïc

4. Caân baèng haáp phuï khoâng ñaït ñöôïc - töông öùng vôùi traïng thaùi

oån ñònh




Tæ soá beà maët bò che phuû bôûi A laø

P*a - aùp suaát rieâng phaàn töông öùng caân baèng hoùa hoïc treân beà maët.

Khi caân baèng hoùa hoïc, toác ñoä phaûn öùng treân beà maët:

K' laø haèng soá caân baèng cuûa phaûn öùng




Toác ñoä haáp phuï

Toác ñoä giaûi haáp phuï:

Toác ñoä haáp phuï tuyeät ñoái
















3.1 Than hoạt tính. Than hoạt tính – là một chất gồm chủ yếu là nguyên tố

carbon ở dạng vô định hình ( bột), một phần nữa có dạng

tinh thể vụn grafit(ngoài carbon thì phần còn lại thường là

tàn tro, mà chủ yếu là các kim loại kiềm và vụn cát). Than hoạt tính có diện tích bề mặt ngoài rất lớn, nếu tính

ra đơn vị khối lượng thì là từ 500 đến 2500 m2 / g (lấy mộtví dụ cụ thể để so sánh thì: Một sân quần vợt có diện tíchrộng khoảng chừng 260 m2), do vậy mà nó là một chất lýtưởng dùng để lọc hút nhiều loại hóa chất.


http://vi.wikipedia.org/wiki/Carbon

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=B%E1%BB%99t&action=edit

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Grafit&action=edit

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=T%C3%A0n_tro&action=edit

http://vi.wikipedia.org/wiki/Kim_lo%E1%BA%A1i_ki%E1%BB%81m




http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%94x%C3%ADt_silic&action=edit


http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Metr&action=edit

http://vi.wikipedia.org/wiki/Gram

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=L%E1%BB%8Dc_h%C3%BAt&action=edit

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=H%C3%B3a_ch%E1%BA%A5t&action=edit

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=H%C3%B3a_ch%E1%BA%A5t&action=edit

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=L%E1%BB%8Dc_h%C3%BAt&action=edit

http://vi.wikipedia.org/wiki/Gram

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Metr&action=edit












http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Grafit&action=edit

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=B%E1%BB%99t&action=edit

http://vi.wikipedia.org/wiki/Carbon



3.1 Than hoạt tính. Than hoạt tính có thể được sản xuất bằng cách dùng

hóa chất vô cơ, như kẽm clorua hoặc axit photphoricđể xúc tiến quá trình nhiệt phân của cacbonhyđrat, nhờ đó quá trình cacbon hóa có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn. Muối vô cơ được rửa sạch khỏi sản phẩm vàsẽ tạo ra loại than hoạt tính có cấu trúc vi xốp thíchhợp để hấp phụ các phân tử lớn.

Qu| trình sản xuất than hoạt tính gồm hai bước cơbản: cacbon hóa nguyên liệu để tạo than, sau đó hoạthóa than để thu than hoạt tính.




3.1 Than hoạt tính. Than hoạt tính được dùng rộng rãi trong nhiều bộ lọc

không khí, từ loại nhỏ lọc vài chục lít/phút đến loại lớn,

lọc được vài trăm m

3

/giờ. Trong công nghiệp hóa học: làm chất xúc tác và chất tải cho

các chất xúc tác khác,

Trong kỹ thuật thì làm một thành phần của cái lọc khí (trong

đầu lọc thuốc lá, cũng như Trong tủ mát và máy điều hòanhiệt độ),

Trong xử lý nước (hoặc lọc nước trong gia đình

Tác dụng cực tốt trong phòng tránh tác hại của Tia đất.45

Designed by: Tran Hoang Thai

http://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%E1%BA%A5t_x%C3%BAc_t%C3%A1c


http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Ch%E1%BA%A5t_t%E1%BA%A3i&action=edit



http://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%C3%AD

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=%C4%90%E1%BA%A7u_l%E1%BB%8Dc&action=edit



http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=X%E1%BB%AD_l%C3%BD_n%C6%B0%E1%BB%9Bc&action=edit



http://www.courant.com.vn/Suc_khoe/2.html













http://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%C3%AD











3.2 Silicagel.

Silicagel là dạng hạt, có cấu trúc rỗng của Silica được tổng hợp từ oxyt silic. Được phát minh tại đại học John Hopkins, Baltimore, Bang Maryland, Hoa kỳ trong những năm 1920. Nó có độ rỗng cao khoảng 800m2/gam, cho phép nó hút nước mạnh, và được dùng rộng rãi như chất hút ẩm.

Xét về bản chất hóa học, là oxit silic hiđrat hoá ở trạng thái rắn vô định hình, có thành phần biến đổi, có thể biểu diễn bởi công thức SiO2.nH2O; là sản phẩm của phản ứng đa ngưng tụ axit silisic:

nSi(OH)4 SinO2n + 2nH2O 46Designed by: Tran Hoang Thai



3.2 Silicagel.

Trong công nghiệp, điều chế bằng cách cho natrisilicat tác dụng với axit sunfuric:

Na2O.3SiO2 + H2SO4 3SiO2 + H2O + Na2SO4 kết quả tạo thành xon, rồi xon đông tụ lại thành gen,

sau khi rửa, sấy khô và nung ta thu được silicagen. Đó là chất rắn có lỗ xốp nhỏ, dạng cục hoặc viên hình cầu

tuỳ thuộc phương pháp tạo hạt khi điều chế, có loại trong suốt như thuỷ tinh, có loại đục. Độ xốp thay đổi trong giới hạn 20 - 60%, đường kính lỗ xốp khoảng 3 -10 nm, bề mặt riêng 200 - 800 m2/g. Hút nước mạnh

và có khả năng hấp phụ chất khí 47Designed by: Tran Hoang Thai



3.2 Silicagel.

Được dùng làm chất hấp phụ để làm sạch dầu khoáng và nước, tách các rượu, axit amin, vitamin, chất khángsinh, freon, vv.

Cũng dùng làm chất mang xúc tác; chất hút ẩm, làmkhô và chất hấp phụ (pha tĩnh) trong phân tích sắc kí.




3.3 Zeolite Zeolite l{ c|c aluminosilicat tinh thể có hệ thống mao

quản đồng đều chứa c|c cation nhóm-I-và-II.

Công thức ho| học có thể biểu diễn như sauMx/n[(Al2O3)x(SiO2)y].zH2O

Về cấu trúc, zeolite được hình thành từ mạng lưới bachiều của các tứ diện SiO4 liên kết trong không gian 3

chiều tạo thành các khối đa diện, trong đó một số nguyên-tố-Si-được-thay-thế-bằng-nguyên-tử-Al-tạo-thành-khối-tứ-diệnAlO4.




3.3 Zeolite Phân-loại-zeolite-theo-nhiều-tiêu-chí-khác-nhau:

Theo-nguồn-gốc:-Gồm-zeolite-tự-nhiên-và-zeolite-tổng-hợp

Theo chiều hướng không gian của c|c kênh hình th{nhcấu trúc mao quản: Zeolite có-hệ-thống-mao-quản-1chiều,-2chiều,-3chiều.

Theo đường kính mao quản: Gồm zeolite mao quản

nhỏ(đường kính 3-4A 0), zeolite-mao-quản-trung-bình(4.5-6A),zeolite-mao-quản-rộng(7->15A 0)

Theo tỉ lệ Si/Al




3.3 Zeolite

Vật liệu Zeolite được sản xuất dưới dạng bột hoặc dạng viên xốp từ cao lanh tự nhiên sẵn có ở Việt Nam,có khả năng hấp phụ các ion kim loại, amoni, chất hữu cơ độc hại lơ lửng trong nước rồi tự chìm xuống

đ|y, làm sạch môi trường nuôi trồng thủy sản. Dùng làm phân bón cho canh tác nông nghiệp, các

loại cây hoa màu, cây công nghiệp như lúa, ngô, chè,cà phê, cao su…

Chế phẩm zeolite làm phụ gia thức ăn cho lợn và gà vìkhi được trộn vào thức ăn, chế phẩm zeolite sẽ hấp phụ các chất độc trong cơ thể vật nuôi, tăng khả năng kháng bệnh, kích thích tiêu hóa và tăng trưởng.

Designed by: Tran Hoang Thai

Documents

Thuyet Hap Phu