QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ QUÁ TRÌNH KHUẾCH TÁN XÚC TÁC CÔNG NGHIỆP

Hấp phụ là quá trình chất lỏng hoặc chất khí bị hút lên bề mặt chất rắn xốp. Chất hấp phụ là chất mà trên bề mặt của nó có xảy ra sự hấp phụ. Chất khí bay hơi, chất lỏng bị cố định trên bề mặt rắn được gọi là chất bị hấp phụ. Những phân tử gần bề mặt phân chia: Fhút (pha rắnlỏng) > Fhút (pha khípha lỏng). Những phân tử nằm trong lòng chất lỏng thì chịu lực hút như nhau về mọi phía. Các nguyên tử, ion, phân tử trong chất rắnlỏng nằm bên ngoài không được cân bằng liên kết nên có khuynh hướng hút các phân tử khác lên bề mặt. => Nồng độ chất khí trên bề mặt phân chia pha lớn hơn trong pha thể tích

Trang 1

QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ

QUÁ TRÌNH KHUẾCH

TÁN XÚC TÁC CÔNG NGHIỆP

Trang 2

Quá trình hấp phụ Quá trình khuếch tán Xúc tác công nghiệp

Nội dung

Trang 3

Quá trình hấp phụ

1 Khái niệm

- Hấp phụ là quá trình chất lỏng hoặc chất khí bị hút lên bề mặt chất rắn xốp

- Chất hấp phụ là chất mà trên bề mặt của nó có xảy ra sự hấp phụ

- Chất khí bay hơi, chất lỏng bị cố định trên bề mặt rắn được gọi là chất bị hấp phụ

Trang 4

Khí (hơi)

Rắn (Lỏng)

- Những phân tử gần bề mặt phân chia:

Fhút (pha rắn/lỏng) > Fhút (pha khí/pha lỏng).

- Những phân tử nằm trong lòng chất lỏng thì chịu lực hút như nhau về mọi phía

- Các nguyên tử, ion, phân tử trong

chất rắn/lỏng nằm bên ngoài không được

cân bằng liên kết nên có khuynh hướng hút các phân tử khác lên bề mặt

=> Nồng độ chất khí trên bề mặt phân

chia pha lớn hơn trong pha thể tích

Trang 5

- Từ phương trình cân bằng năng lượng của công thức GIBBS:

 , vậy quá trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt

Trang 6

3 Phân loại

Dựa vào bản chất lực tương tác:

HẤP PHỤ HÓA HỌC VÀ HẤP PHỤ VẬT LÝ

Trang 7

3.1 Hấp phụ vật lý

- Các phân tử chất bị hấp phụ bị giữ lại trên bề mặt chất hấp hấp phụ nhờ những liên kết yếu như: liên kết hydro, lực Vander Waals,…

- Không có sự trao đổi điện tử giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ

- Dễ bị giải hấp và không làm thay đổi bản chất ban đầu của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ

- Hấp phụ vật lý luôn thuận nghịch, nhiệt hấp phụ không lớn và ít phụ thuộc vào nhiệt độ

Trang 8

3.1 Hấp phụ vật lý

Quá trình hấp phụ của than hoạt tính

Trang 10

3.3 So sánh HPHH, HPVL

Tiêu chuẩn so sánh Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học

Loại liên kết Tương tác vật lý, không trao đổi điện

tích

Tương tác hóa học, có sự trao đổi điện tử.

Nhiệt hấp phụ Vài Kcal/mol Vài chục kcal/mol

NL hoạt hóa Không quan trọng Quan trọng

Nhiệt độ hấp phụ Nhiệt độ thấp Ưu đãi ở nhiệt độ cao

Tính đặc thù

Ít phụ thuộc vào bản chất của bề mặt, chủ yếu phụ thuộc vào đk nhiệt độ áp suất.

Có tính đặc thù, sự hấp phụ chỉ diễn ra khi chất

bị hấp phụ có khả năng tạo liên kết hóa học với chất hấp phụ

Trang 11

4 Ứng dụng

4.1 Ứng dụng của quá trình hấp phụ trong xử lý khí thải

- Xử lý mùi, các chất hữu cơ bay hơi (dung môi hữu cơ, mùi, hơi, xăng dầu,…)

- Một số khí ô nhiễm cần phải thu hồi

- Các chất khí có hàm lượng nhỏ, nguy hiểm (dioxin,furan,…)

Trang 12

4.2 Ứng dụng quá trình hấp phụ trong xử lý nước

Quá trình hấp phụ có thể dùng để tách chiết:

- Các chất hữu cơ: phenol, alkyl benzen, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm từ nước thải bằng than hoạt tính (HPVL là chủ yếu)

- Các ion hòa tan (HPHH là chủ yếu) trong nước thải

- Các chất hữu cơ phân cực và chất HĐBM

Trang 13

1 Khái niệm

- Khuếch tán hay khuếch tán phân tử là sự dao động nhiệt của tất

cả các phân tử (chất lỏng hay chất khí) ở nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối

- Sự khuếch tán dẫn đến sự dịch chuyển các phân tử từ một khu vực có nồng độ cao hơn đến khu vực có nồng độ thấp hơn

Quá trình khuếch tán

Trang 14

Quá trình khuếch tán của một số dung dịch vào trong nước

Trang 15

Quá trình khuếch tán của các phân tử đường vào trong nước

Trang 16

2 Nguyên tắc

- Sự di chuyển vật chất này xảy ra là nhờ nồng độ khác nhau giữa trạng thái cân bằng (nồng độ của 2 pha sau khi diễn ra quá trình khuếch tán) và trạng thái công tắc (nồng độ ban đầu của hai pha khi chưa có quá trình khuếch tán xảy ra)

- Độ chênh lệch giữa hai trạng thái này là động lực của quá trình khuếch tán

Trang 17

3 Đặc điểm

- Kết quả của khuếch tán là một pha trộn vật chất.

- Trong một giai đoạn với nhiệt độ đồng nhất, không có sự tác động của lực từ bên ngoài lên các phần tử  sự cân bằng nồng độ.

- Trong cùng một đơn vị thời gian, diện tích: tổng số phân tử trong cùng một pha là không thay đổi.

- Khi có sự thay đổi của một yếu tố nào đó, cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều chống lại sự thay đổi đó.

Trang 18

- Các quá trình tạo mầm, chuyển biến pha và cải thiện tính chất của vật liệu.

Trang 19

4.2 Ví dụ

- Quá trình khuếch tán được xem là một phương án rất quan trọng trong việc phân bổ chất ô nhiễm từ một nguồn điểm phát sinh, ví dụ như một ống khói xả thải của một nhà máy:

- Khả năng khuếch tán của chất khí ô nhiễm càng tốt thì Cmaxcàng nhỏ (Cmax là nồng độ tối đa đo được trên mặt đất của 1 chất ô nhiễm theo chiều gió từ nguồn ô nhiễm)

=> Giúp làm giảm áp lực của các vấn đề môi trường do chất khí ô nhiễm gây ra

Trang 20

Xúc tác công nghiệp

1 Yêu cầu xúc tác công nghiệp

Xúc tác công nghiệp cần phải đạt các yếu cầu:

- Hoạt tính cao, ổn định

- Độ chọn lọc cao

- Thời gian sống phải dài

- Đồ bền hóa, bền cơ, bền nhiệt cao

- Phải dễ điều chế và có khả năng tái sinh được

- Giá thành hợp lý

- Phải ít độc với người

•

Trang 21

Tóm lại, hai tiêu chuẩn quan trọng nhất đối với xúc tác công nghiệp là hoạt tính và tuổi thọ xúc tác Thời gian xúc tác làm việc càng lâu thì giá thành xúc tác càng rẻ Một chất xúc tác đắt tiền mà có thời gian làm việc lâu lại rẻ hơn loại xúc tác rẻ tiền nhưng thời gian làm việc ngắn

Trang 22

Các nguyên nhân chính làm giảm tuổi thọ xúc tác:

- Ngộ độc thuận nghịch hoặc bất thuận nghịch vì các tạp chất trong chất phản ứng hoặc sản phẩm phụ

- Biến đổi bất thuận nghịch trạng thái vật lý, nhưng giảm bề mặt riêng

do kết dính hoặc do độ bền cơ học thấp

Trang 25

3 Điều chế xúc tác

a) Xúc tác không có chất mang

o Xúc tác kim loại (PP khử các oxit KL, PP điện hóa)

o Xúc tác oxit (1 oxit, hỗn hợp của 2,3 oxit)

b) Xúc tác có chất mang

o Phương pháp ngấm (ngấm dưới Pthường, ngấm dưới Pchân không)

o Phương pháp đồng kết tủa

Trang 26

• Đc xt KL không chất mang (PP khử các oxit KL)

- Tác nhân khử là H2

- Kim loại thu được có hoạt tính cao

- Kích thước hạt KL phụ thuộc vào điều kiện khử

- Đối với mỗi một loại xúc tác thì điều kiện khử có thể khác nhau

Ví dụ: Xúc tác Ni: NiO Ni ở t = 230 - 300oC

Xúc tác Cu: CuO Cu ở t = 180 - 200oC

•

Trang 27

• Đc xt KL không chất mang bằng PP điện hóa

Là PP điều chế kim loại bằng cách điện phân dung dịch muối

Ví dụ: Điều chế Ni từ dd NiSO4

Nhược điểm của PP này là: hoạt tính của Ni thấp hơn PP khử (do các nguyên tử Ni được sắp xếp đều đặn  không có điện tử tự do)

Trang 28

• Đc xt 1 oxit không chất mang bằng PP kết tủa

Cách làm: Từ muối ban đầu cho kết tủa bằng bazo  thu được hydroxit rắn  nung thành oxit

Ví dụ: Điều chế Al2O3 dung Al2(SO4)3 và NH4OH

Trang 29

• Đc xt là hỗn hợp của 2, 3 oxit không chất mang

Điều chế bằng PP đồng kết tủa (điều chỉnh được tỉ lệ 2 oxit theo ý muốn)

Cách làm: Từ hh 2 muối ban đầu cho kết tủa bằng bazo  thu được hh 2 hydroxit rắn  nung thành hh 2 oxit

Ví dụ: Điều chế xúc tác Al2O3 - Cr2O3

hh

•

Trang 30

• Đc xt có chất mang bằng PP ngấm dưới P thường

Cho chất mang ngấm vào dd muối xúc tác hoặc dd xúc tác ở P th ường Sau đó đem sấy khô để nước bốc hơi, còn xúc tác bám vào chất mang.

dung PP này.

Tuy nhiên, PP này tạo xúc tác có bề mặt riêng bé, thời gian làm việc ngắn

Do đó muốn tang bề mặt và độ bền cơ học của xúc tác với chất mang thì ta dung PP ngấm dưới P chân không.

Trang 31

• Đc xt có chất mang bằng PP đồng kết tủa

Chọn chất mang là chất dễ kết tủa Chọn tác nhân kết tủa sao cho hydroxit của chất mang kết tủa trước, làm nhân để xúc tác kết tủa theo Sau đó đem sấy khô

Ví dụ: Điều chế Cr2O3 /Al2O3

Chọn 2 muối Cr(NO3)3 /Al(NO3)3 Cho NH4OH vào thì Al(OH)3 kết tủa trước kéo theo Cr(OH)3 kết tủa theo, bám vào Al(OH)3; đem sấy khô thì thu được Cr2O3 /Al2O3

Trang 33

• Than hoạt tính

Trang 34

• Than hoạt tính

Công dụng:

- Hút chất độc: dùng làm mặt nạ phòng độc

- Làm sạch các dung môi, dung dịch, làm chất tẩy màu

- Chống ô nhiễm môi trường (hấp phụ dầu)

- Làm chất mang

Trang 35

• Oxit nhôm

Trang 37

• Silicagel SiO2.yH2O

Trang 39

• Zeolit

Trang 40

• Zeolit

Công dụng:

- Dùng làm gây phân tử

- Lọc nước biển thành nước ngọt

- Xử lí KL trong nước, lọc nước đục thành nước trong, loại NH3 trong nước thải

- Dùng làm xúc tác

- Dùng làm chất mang cho các loại xúc tác khác

- Dùng làm chất mang phân bón trong nông nghiệp

Trang 41

THANK YOU

41

Định dạng
Số trang	41
Dung lượng	1,29 MB