báo cáo quá trình hấp phụ

Các khái niệm Hấp phụ: là sự chất chứa, tập trung vật chất trên bề mặt phân chia pha.. Chất bị hấp phụ: là chất bị hút lên bề mặt phân chia pha Chất hấp phụ: là chất trên bề mặt xảy sự

Nhóm I : Lớp Phòng hóa Hấp phụ

Khái niệm hấp phụ

phụ ( adsorbent).”

( “Giáo trình Hóa Lí – tập II” - Trần Văn Nhân, ĐH QGHN)

2 Các khái niệm

Hấp phụ: là sự chất chứa, tập trung vật chất trên bề mặt phân chia pha

Chất bị hấp phụ: là chất bị hút lên bề mặt phân chia pha

Chất hấp phụ: là chất trên bề mặt xảy sự hấp phụ

Độ hấp phụ: là lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt một đơn vị chất hấp phụ

- a (mol/g): lượng chất bị hấp phụ trên 1 đơn vị khối lượng chất hấp phụ

- α (mol/m2) lượng chất bị hấp phụ trên 1 đơn vị bề mặt chất hấp phu

- Γ (mol/m2): lượng dư chất bị hấp phụ trong lớp hấp phụ thể tích h cm3 có diện tích 1 cm2

3 Bản chất của quá trình hấp phụ

HẤP PHỤ VẬT LÝ

- Nhờ các liên kết vật lý, chủ yếu là liên kết

Vander Waals

- Hấp phụ đơn lớp, đa lớp, thuận nghịch

- Cấu trúc chất hấp phụ không thay đổi

- Tốc độ hấp phụ nhanh

- Tính chọn lọc thấp

- Hấp phụ ở nhiệt độ thấp

VD: Silicagel hấp phụ H2O trong bình hút ẩm

HẤP PHỤ VẬT LÝ

- Nhờ các liên kết vật lý, chủ yếu là liên kết

Vander Waals

- Hấp phụ đơn lớp, đa lớp, thuận nghịch

- Cấu trúc chất hấp phụ không thay đổi

- Tính chọn lọc thấp

- Hấp phụ ở nhiệt độ thấp

VD: Silicagel hấp phụ H2O trong bình hút ẩm

HẤP PHỤ HÓA HỌC

- Nhờ các liên kết hóa học, tạo ra các hợp chất bề mặt giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ

- Hấp phụ đơn lớp

- Cấu trúc chất hấp phụ thay đổi

- Tốc độ hấp phụ chậm

- Tính chọn lọc cao

- Nhiệt độ càng cao, khả năng hấp phụ càng lớn

VD: Than hấp phụ Oxi

HẤP PHỤ HÓA HỌC

- Nhờ các liên kết hóa học, tạo ra các hợp chất bề mặt giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ

- Cấu trúc chất hấp phụ thay đổi

- Tính chọn lọc cao

- Nhiệt độ càng cao, khả năng hấp phụ càng lớn

VD: Than hấp phụ Oxi

LOGO

Phương trình hấp phụ Gibbs

Xác định mối quan hệ giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt với nồng độ trong dd và sức căng bề mặt

Với: - μi : thế hóa học của cấu tử i: (1) là dung môi;

(2) là chất tan

- σ : Sức căng bề mặt

- từ phương trình:

- Ở điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp:

Các đường đẳng nhiệt hấp phụ

I- chất hấp phụ chỉ chứa các mao quản nhỏ

II ; III hấp phụ lên các vật rắn không xốp

V trường hợp tương tác giữa các phân tử

mạnh hơn tác dụng của lực hấp phụ ,cho

các chất rắn xốp

IV đoạn lồi dưới tương ứng với hấp thụ một lớp ,đoạn lồi lên ứng với hiện tượng ngưng tụ trong các mao quản trung bình ,đoạn lõm biểu thị vùng hấp thụ nhiều lớp

Tổng kết từ thực nghiệm ,phân ra làm 5 loại đường hấp phụ đẳng nhiệt

Thuyết hấp phụ Langmuir

-Quan niệm rằng trên bề mặt chất hấp phụ chứa các tâm hấp phụ

-Lực háp phụ là do các ion hóa trị dư ở các tâm đó tác động trong khoảng cách của kích thước phân tử

và sự hấp phụ chỉ tạp ra một lớp

-Trên bề mặt các phân tử đã bị hấp phụ không tương tác với nhau

(Hấp phụ đơn lớp)

-Xảy ra đồng thời hai quá trình

+Quá trình hút ở bề mặt

+Quá trình khử hấp phụ đối với các phân tử có năng lượng lớn hơn nhiệt hấp phụ và tỉ lệ với phần bề mặt đã bị chiếm

* Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Đặt:

* Phương trình trở thành:

Phương trình hấp phụ đơn lớp LANGMUIR

Ta có:

Gọi : p là áp suất chất bị hấp phụ ở pha khí

θ: là phần bề mặt bị che phủ bởi chất hấp phu

Và 1 – : θ là phần bề mặt tự do còn lại

Khi hấp phụ đạt cân bằng, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp

vHP = vGH k.p.(1 - ⇔ θ ) = k’ θ

Từ đó:

Từ đó:

Thay :

Nếu phân tử hấp phụ bị phân li thành n tiểu phân, mỗi tiểu phân hấp thụ trên 1 trung tâm:

Nếu hấp phụ 2 phân tử A, B đồng thời, có áp suất riêng phần pA và pB:

2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt FREUNDLICH:

a= kP1/n

Với: k vaø n là các hằng số

a: độ hấp phụ (mol/g)

P: áp suất chất bị hấp phụ sau khi đã đạt cân bằng hấp phụ

Phạm vi ứng dụng:

- Áp suất trung bình

- Đ/v hấp phụ K/R : sử dụng ở áp suất trung bình 1/n = 0,2 - 1

- Đ/v hấp phụ L/R : (thay P bằng C) 1/n = 0,1 - 0,2

4 Phương trình hấp phụ vật lí đa lớp BET:

Brunauer, Emmett, Teller (BET, 1938) đồng thời xây dựng pt hấp phụ vl đa lớp, đưa ra các giả thiết :

- HP vật lí thường gặp là hấp phụ đa lớp

- Lực HP chủ yếu là lực Van der Waals

- EHPVL ≈ Engưng tụ

- Các chất bị HP chỉ tương tác với các phân tử trước và sau nó (không tương tác với phân tử bên cạnh)

- Mỗi 1 tiểu phân bị hấp phụ ở lớp thứ 1 sẽ trở thành tâm hấp phụ cho tiểu phân ở lớp thứ 2,

…

Phương trình hấp phụ BET

Phương trình BET cho quan hệ thể tích chất bị hấp phụ giữa các lớp

Fi – bề mặt của các lớp hấp phụ;

ki - hàng số vận tốc hấp phụ

Ai - số va chạm ở mỗi lớp

Vi - tích chất bị hấp phụ của mỗi lớp;

p, p0 – áp suất riêng phẩn và áp suất hơi bão hòa cùa chất bị hấp phụ;

B = α.ß; n – số lớp.

1

2

1

n

n

B

+

+

n=1 –Hấp phụ đơn lớp , phương trình tương ứng dạng I

Khi n thay đổi n 1 các đường biểu diễn như các hình II ; III ; IV ;V≠

Ảnh hưởng của nhiệt độ

W0 -Thể tích của không gian giới hạn hấp phụ

b –Thể tích của 1 mmol khí ở trạng thái bị hấp phụ

β – Hệ số affin

B –hằng số

TK pK nhiệt độ và áp suất tới hạn.

Nhiệt độ tăng làm giảm hoạt độ hấp phụ khí và hơi đi rất nhiều

2

2

lg 0

p T

e b

β

α

   

−    × ÷ ÷ 

   

=

LOGO

Ảnh hưởng của cấu trúc mao quản,tính chất

bề mặt,pH

-Chất hấp phụ giàu mao quản nhỏ hấp phụ rất nhiều chất khí

nhưng hoạt

độ thấp khi dùng hấp phụ các chất lỏng hữu cơ

-Tính chất bề mặt

+Bề mặt có cực hấp phụ tốt các chất có cực

+Bề mặt không có cực hấp phụ tốt các chất không có cực

-Ảnh hưởng của pH