bài giảng kỹ thuật xúc tác

phân loại xúc tác cho quá trìnhĐặc Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể Tính chất nhiều giai đoạnĐặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể Tính chất nhiều giai đoạnĐặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể Tính chất nhiều giai đoạnĐặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể Tính chất nhiều giai đoạnĐặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể Tính chất nhiều giai đoạncủa phản ứng xúc tác dị thể Tính chất nhiều giai đoạn

Hấp phụ

Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể

Tính chất nhiều giai đoạn

Giai đoạn chậm nhất sẽ quyết định quá trình

Hấp phụ vật lý

1 Lực liên kết là lực van der Waals

2 Năng lượng hấp phụ: 5-10 kJ/mol (yếu

hơn nhiều so với liên kết hoá học thông

thường)

3 Nhiều lớp phân tử hấp phụ có thể được

hình thành

Hấp phụ hoá học

1 Năng lượng hấp phụ có thể tương

đương năng lượng của liên kết hoá

học

2 Phân tử có thể hấp phụ hoá học

nguyên vẹn hoặc có thể bị phân ly

3 Năng lượng hấp phụ hoá học:

30-70 kJ/mol

physisorption/

desorption chemisorption CO

Chất hấp phụ: bề mặt trên đó diễn ra quá trình hấp phụ.

VD: than hoạt tính,alumina, zirconia

Chất bị hấp phụ: các phân tử bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ

VD: nitrogen, hydrogen, carbon monoxide

Sự hấp phụ: quá trình mà ở đó 1 phân tử hay nguyên tử hấp thu trên bề mặt của

Nguyên lý Sabatier trong hấp phụ hoá học

Phản ứng phân huỷ axit formic

“There is an optimum of the rate of a catalytic

reaction as a function of the heat of adsorption”- Sabatier,1905: If the adsorption is too weak,the catalyst has little effect;If too strong, the

adsorbates will be unable to desorb from the surface;Hence,the interaction between reactants

or products with surface should be neither too strong nor too weak.

Adsorption Isotherms

• Molecules in gas and surface are in dynamic equilibrium

A (g) + M (surface) ↔ M-A

• Isotherm describes pressure dependence of equilibrium

• Langmuir isotherm proposed by Irving Langmuir, GE, 1915

– (1932 Noble Prize)

– Adsorption saturates at 1 monolayer

– All sites are equivalent

– Adsorption is independent of coverage

Site conservation

θA + θ* = 1 +

Equilibrium rateads = ratedes

A

A

, 1

KP

K k k KP

2 Phải có sự hấp phụ tác chất trên bề mặt

12

Hấp phụ thuận nghịch và đạt cân bằng Theo Langmuir khi cân bằng:

Áp dụng thuyết Langmuir cho phản ứng khí

Quá trình hấp phụ: xem tương tự như 1

phản ứng hoá học: giữa chất bị hấp phụ

G và phần hoạt động trên bề mặt :

 



Tốc độ hấp phụ : r1 = kP(1–)

Tốc độ giải hấp phụ : r' = k'

Khi cân bằng r = r'

kP(1–) = k'

Nếu hấp phụ phân tử nhiều nguyên tử nhờ phân ly:

1

KP KP

a a a

a a b b

b b b

Trường hợp có 2 loại chất khí A, B cùng hấp phụ trên bề mặt, với mức độ che phủ của A và B lần lượt là A, B

a a a

b b b

a a a

b b b

- A bị hấp phụ trên

một trung tâm hoạt động phản ứng

với trung tâm hoạt động còn tự do

bên cạnh  hợp chất trung gian

- hợp chất trung gian

 cho các phân tử

M, N vẫn bị hấp

phụ trên trung tâm hoạt động

- sau cùng phân

hủy cho ra M, N và

Nếu có một trong số phân tử chất bị hấp phụ phân ly thì phải biến đổi phương trình

trên, ví dụ phản ứng:

• Phân tử A cần hai trung tâm hoạt động,

• B cần một trung tâm hoạt động thứ 3

• M, N hấp phụ trên hai trung tâm hoạt

động và cần phản ứng với trung tâm hoạt động còn tự do để xảy ra phản

ứng nghịch r' = k' mnv.

Tính cho A phaân ly:

a a a

• Phản ứng giữa hai chất bị hấp phụ trên hai trung tâm hoạt động khác nhau trên bề mặt, các chất này không tác dụng với

nhau, vậy i cho từng chất có thể viết

i i i

• Trường hợp phản ứng

A + B  Sản phẩm (không hấp phụ trên bề mặt)

trong đó A và B bị hấp phụ trên trung tâm riêng

Phản ứng trên bề mặt

nhanh, hấp phụ khống chế

Giả sử sự hấp phụ chất A chậm

1.phản ứng đạt cân bằng hóa học

2.Hấp phụ tiếp tục cấu tử A

3.Cân bằng phản ứng nhanh chóng

đạt được

4.Cân bằng hấp phụ không đạt được - tương ứng với trạng thái ổn định

Tỉ số bề mặt bị che phủ bởi

30

Khuếch tán và tổng

quá trình

Khi trạng thái ổn định tốc độ cả 5

giai đoạn phải bằng nhau

• chỉ chú ý đến giai đoạn khuếch tán và phản ứng trên bề mặt (giai đoạn 1, 3, 5)

Phương trình động học

rút gọn của sự hấp phụ

Ảnh hưởng của khuếch tán ngoài và khuếch tán

trong đến tốc độ phản ứng trên xúc tác rắn dạng hạt

Da k

40

D

r dr dr

44

46