1 CƠ SỞ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ HÓA LÝ Qua Qua ù ù tr tr ì ì nh nh keo keo tu tu ï ï ta ta ï ï o o bông bông Qua Qua ù ù tr tr ì ì nh nh ha ha á á p p phu phu ï ï Qua Qua ù ù tr tr ì ì nh nh truye truye à à n n kh kh í í Qua Qua ù ù tr tr ì ì nh nh trao trao đ đ o o å å i i ion ion Cơ sở q trình hấpphụ (Adsorption) Định nghĩa Là 1 hiệntượng bề mặt Thu hút chấtbị hấpphụ lên bề mặtchấthấpphụ, làm giảmsứccăng bề mặtcủachấthấpphụ Nhả hấpphụ: qt điracủachấtbị hấpphụ khỏi bề mặtchấthấpphụ 2 C ch quỏ trỡnh hpph C s quỏ trỡnh hpph Phaõn loaùi HP HP Ho Ho ự ự a a ho ho ù ù c c (Chemical Adsorption) (Chemical Adsorption) HP HP Va Va ọ ọ t t ly ly ự ự (Physical Adsorption) (Physical Adsorption) Nhụ Nhụ ứ ứ ca ca ự ự c c l l ửù ửù c c lieõn lieõn ke ke ỏ ỏ t t va va ọ ọ t t ly ly ự ự Ha Ha ỏ ỏ p p phu phu n n l l p p , , ủ ủ a a lụ lụ ự ự p p , , thua thua ọ ọ n n nghũch nghũch HP HP Va Va ọ ọ t t ly ly ự ự Ca Ca ỏ ỏ u u tru tru ự ự c c cha cha ỏ ỏ t t ha ha ỏ ỏ p p phu phu ù ù khoõng khoõng thay thay ủ ủ o o ồ ồ i i t t co co ự ự t t ớ ớ nh nh cho cho ù ù n n lo lo ù ù c c , t , t 0 0 tha tha ỏ ỏ p p VD: VD: s s HP HP c c a a AC AC /v /v CO CO 2 2 , C , C 2 2 H H 5 5 OH, OH, 3 C s quỏ trỡnh hpph HP HP ho ho ự ự a a ho ho ù ù c c Nhụ Nhụ ứ ứ l l ửù ửù c c lieõn lieõn ke ke ỏ ỏ t t ho ho ự ự a a ho ho ù ù c c Ha Ha ỏ ỏ p p phu phu ù ù ủ ủ ụn ụn lụ lụ ự ự p p Ca Ca ỏ ỏ u u tru tru ự ự c c cha cha ỏ ỏ t t ha ha ỏ ỏ p p phu phu ù ù thay thay ủ ủ o o ồ ồ i i Khoõng Khoõng thua thua ọ ọ n n nghũch nghũch T T ớ ớ nh nh cho cho ù ù n n lo lo ù ù c c cao cao , t , t 0 0 cao cao VD: VD: s s HP HP c c a a ch ch t t r r ng ng AgI AgI /v /v Ag Ag + + trong trong dd dd C s quỏ trỡnh hpph Kha Kha ỷ ỷ naờng naờng ha ha ỏ ỏ p p phu phu ù ù phu phu ù ù thuo thuo ọ ọ c c Die Die ọ ọ n n t t ớ ớ ch ch be be ma ma ở ở t t cha cha ỏ ỏ t t ha ha ỏ ỏ p p phu phu ù ù (m (m 2 2 /g) /g) No No ng ng ủ ủ o o ọ ọ cu cu ỷ ỷ a a cha cha ỏ ỏ t t bũ bũ ha ha ỏ ỏ p p phu phu ù ù Va Va ọ ọ n n to to ỏ ỏ c c t t ử ử ụng ụng ủ ủ o o ỏ ỏ i i gi gi ử ử ừa ừa hai hai pha pha Cụ Cụ che che ỏ ỏ h h ỡ ỡ nh nh tha tha ứ ứ nh nh lieõn lieõn ke ke ỏ ỏ t t : : ho ho ự ự a a hay hay ly ly ự ự ho ho ù ù c c 4 Cơ sở quá trình hấpphụ Ca Ca ù ù c c da da ï ï ng ng lieân lieân ke ke á á t t LK Van LK Van der der Waals Waals LK LK t t ó ó nh nh ñ ñ ie ie ä ä n n LK Hydro LK Hydro LK LK ho ho ù ù a a ho ho ï ï c c : : lk lk ion, ion, ñ ñ o o à à ng ng ho ho ù ù a a trò trò , , pho pho á á i i tr tr í í Liên kết Van der Waals 5 Liên kếtHydro Liên kếttĩnh điện 6 Nhiệthấpphụ { Tỏanhiệt { Độ hấpphụ tăng khi nhiệt độ giảm { NhiệtHP vậtlýnhỏ, nhiệt HP hóa họclớn { Nhiệthấpphụ tích phân (cal/g): lượng nhiệt thoát ra tính cho 1g chấthấpphụ { Nhiệthấpphụ vi phân (cal/mol): là lượng nhiệt thoát ra khi hấpphụ thêm mộtlượng nhỏ chấtbị hấpphụ và quy vềứng với1 mol Tính chọnlọc định hướng Quy tắcchọnlọc định hướng ¾ Những chấtcót/ctương tự nhau dễ HP vào nhau ¾ NếulàHP hóahọc đ/v các ion ¾ Ion có trong thành phầncấutạotinhthểởbề mặt: bị HP trước ¾ Ion tương tự có khả năng hoàn thành cấutạomạng lướitinhthểởbề mặt ¾ Ưutiênchoion cóđiệntrường lớnhơn(điệntíchlớn, solvat hóa ít hơn) ¾ VD: AgI HP mạnh đ/v I - trong dd có KI, nhưng cũng có khả năng HP Cl - (hay SCN - ) trong dd có NaCl hay NaSCN 7 Cơ sở q trình hấpphụ Đ Đ o o ä ä ha ha á á p p phu phu ï ï (G) (G) Là lượng chất bò hấp phụ đã bò hấp phụ trên 1 đơn vò diện tích bề mặt hoặc 1 đơn vò khối lượng chất hấp phụ (ở trạng thái cân bằng hấp phụ). S n G = m n G = hay n: số mol chấtbị hấpphụ S: diệntíchbề mặt(m 2 ) m: khốilượng chấthấpphụ (g) Cơ sở q trình hấpphụ G G phu phu ï ï thuo thuo ä ä c c Ba Ba û û n n cha cha á á t t cha cha á á t t HP/ HP/ bò bò HP HP Be Be à à ma ma ë ë t t cha cha á á t t HP HP No No à à ng ng đ đ o o ä ä ( ( a a ù ù p p sua sua á á t t ) ) cha cha á á t t bò bò HP HP G G max max – – la la ø ø đ đ o o ä ä ha ha á á p p phu phu ï ï to to á á i i đ đ a a cu cu û û a a cha cha á á t t HP HP ứ ứ ng ng vơ vơ ù ù i i no no à à ng ng đ đ o o ä ä cân cân ba ba è è ng ng cu cu û û a a cha cha á á t t bò bò HP HP 8 Độ phủ bề mặt(θ) %100. r p S S = θ S r : diệntíchbề mặt riêng, S p : diệntíchbề mặtcủachấthấpphụđãhấpphụ 0 < θ <100% : HP đơnlớp không hoàn toàn θ > 100% : hấpphụđalớp θ = 100% : hấpphụđơnlớphoàntoàn max G G S S r p == θ Độ phủ bề mặt(θ) 00 SNGSp = N 0 : số Avogadro S 0 : độ phủ cơ bản(độ phủ nguyên tố) - là diện tích tốithiểucủa 1 phân tử hoặc 1 ion chiếm chỗởbề mặtchấthấpphụ G : độ hấpphụ 9 Ví dụ 1 10g 1 loại than củicóbề mặt riêng Sr = 300m 2 .g -1 đãhấpphụđược 0,46g rượu C 2 H 5 OH ở 25 0 C. Tính độ phủ củaloại than này đốivớiC 2 H 5 OH? BiếtS 0 (C 2 H 5 OH) = 21,6A 0 2 10 Chấthấpphụ (Adsorbent) Là chấtrắnmàtrênbề mặtxảyrasự hấpphụ Diện tích bề mặt riêng rấtlớn Tự nhiên hoặctổng hợp Độ phân tán cao Cấu trúc vô định hình hoặctinhthể nhỏ [...]... phủ của TiO2? Biết bề mặt riêng của TiO2 là 7,8m2.g-1 và S0,NaDS = 27,3A02 Cơ sở q trình hấp phụ Ứng dụng Khử các CHC như thuốc nhuộm, các h/c thơm Khử thủy ngân, xử lý bổ sung (SX nước uống tinh khiết), XL khí độc XL các chất gây mùi, thuốc trừ sâu, diệt cỏ Kim loại nặng, các chất có hoạt tính bề mặt Khử COD còn lại sau q trình XL sinh học 23 Ứng dụng PP hấp phụ Bài tập 1 Một nghiên cứu hấp phụ được... hoạt tính Diện tích bề mặt lớn (1g AC có tổng S = 1000m2) Độ rỗng (độ xốp) lớn Hiệu quả hấp phụ cao (hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, chất gây mùi) 12 Than hoạt tính Loại vừa r = 1 – 25nm Loại lớn r > 25nm Loại nhỏ r < 1nm Than hoạt tính 13 Than hoạt tính Than GAC: xử lý liên tục Than PAC: xử lý dạng mẻ PAC Than hoạt tính Đặc tính của than hoạt tính Thể tích rỗng Diện tích bề mặt Đường kính lỗ rỗng (trung... chất hóa học 15 Nhả hấp phụ than hoạt tính Dùng nhiệt Nhiệt phân – đốt cháy các chất bị hấp phụ (hữu cơ) Gia nhiệt đến 8000C, khơng có O2 (tránh than hoạt tính bị cháy) Tốn kém: lò đốt, lò nung,… Tổn thất lớn: 7-10% Nhả hấp phụ than hoạt tính Dùng tác nhân hóa học Kiềm hoặc dung mơi Thường thực hiện ở 1000C, pH cao Hỗn hợp thu được: dung mơi và chất bẩn Tổn thất ít, 1% Thường dùng cho hấp phụ hóa học... Phương trình lý thuyết a Gmax G C : : : : G = Gmax C a+C hằng số độ HP cực đại (hằng số) – mol/g độ HP nồng độ chất bị HP (mol/l) 18 Đường đẳng nhiệt Langmuir PT này chỉ phù hợp với thực nghiệm trong 2 trường hợp: C > a: G = Gmax → dạng (2) Trong khoảng (C1, C2): khơng phù hợp với đường cong thực nghiệm Bề mặt chất HP khơng hồn tồn đồng nhất HP vật lý. .. và chất HP rắn 21 Ví dụ 2 Để che phủ 1g Silicagel (SiO2.H2O) bằng 1 lớp đơn phân tử cần thể tích khí Nitơ là 129ml (vm), ở 1atm và 00C Tính diện tích bề mặt của Silicagel , nếu độ phủ cơ bản của Nitơ là 16,2 A02 Phương trình HP trong dung dịch G= G (C0 − C )V m : độ hấp phụ (mol/g) C0 và C: nồng độ đầu và nồng độ cân bằng của dd chất bị HP (mol/l) V : thể tích dung dịch trong đó xảy ra HP (l) m : khối... Freundlich log(x/m) log x 1 = log K + log C m n A B C D C1 log C Phương trình BET (Brunaoe, Emet, Tenle) 1 (c − 1) p p = + v( p0 − p ) v.c vm cp vm : thể tích khí bị HP khi tồn bộ bề mặt chất HP bị phủ 1 lớp đơn phân tử v : thể tích tổng cộng của khí bị HP ở áp suất cân bằng p p0 : áp suất hơi bão hòa của chất bị HP c : hằng số HP vật lý đa lớp của chất HP rắn đ/v chất khí Áp dụng xđ bề mặt riêng của chất... lượng chấát hấáp phụï (mg) kho ng cha ha phu : nồàng độ chấát bò HP còøn trg dd sau khi qt HP no ng cha co kếát thúùc (mg/L) ke thu - a, b : hằèng sốá ha ng so 19 Đường đẳng nhiệt Freundlich Giả thiết Q trình hấp phụ đa lớp Dạng 1 x = bp 1 log x = log p + log b n 1/ n x : độ hấp phụ p : áp suất khí cân bằng trên chất hấp phụ b, n : các hằng số Đường đẳng nhiệt Freundlich Dạng 2 x = KC m 1/ n log x 1 =... trình XL sinh học 23 Ứng dụng PP hấp phụ Bài tập 1 Một nghiên cứu hấp phụ được thực hiện trong phòng thí nghiệm bằng cách cho thêm 1 lượng than hoạt tính xác định vào 6 bình tam giác chứa 200mL nước thải cơng nghiệp Một bình tam giác nữa chứa 200mL nước thải khơng cho thêm than được dùng làm mẫu trắng Vẽ đường cân bằng hấp phụ và xác định các hệ số trong pt Langmuir 24 Bài tập 2 Sau đây là bảng dữ liệu... nhiệt Freundlich và xác định các hệ số của pt Biết thể tích nước đem thí nghiệm ở mỗi bình là 500mL và nước thải có nồng độ đầu COD là 100mg/L Bài tập 3 Thí nghiệm hấp phụ với 6 cốc chứa 500mL nước thải cơng nghiệp có nồng độ TOC ban đầu là 150mg/L Khuấy trộn cốc thí nghiệm trong 4giờ, để lắng, đo TOC Vẽ đường cân bằng Langmuir và Freundlich cho các dữ liệu thí nghiệm ở sau đây và xác định các hệ số tương . 1 CƠ SỞ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ HÓA LÝ Qua Qua ù ù tr tr ì ì nh nh keo keo tu tu ï ï ta ta ï ï o o bông bông Qua Qua ù ù tr tr ì ì nh nh ha ha á á p p phu phu ï ï Qua Qua ù ù tr tr ì ì nh nh truye truye à à n n kh kh í í Qua Qua ù ù tr tr ì ì nh nh trao trao đ đ o o å å i i ion ion Cơ. (hợpchấthữucơ dễ bay hơi, chấtgâymùi) 13 Than hoạttính Loạinhỏ r < 1nm Loạivừa r = 1 – 25nm Loạilớn r > 25nm Than hoạttính 14 Than hoạttính { Than GAC: xử lý liên tục { Than PAC: xử lý dạng. lớnhơn(điệntíchlớn, solvat hóa ít hơn) ¾ VD: AgI HP mạnh đ/v I - trong dd có KI, nhưng cũng có khả năng HP Cl - (hay SCN - ) trong dd có NaCl hay NaSCN 7 Cơ sở q trình hấpphụ Đ Đ o o ä ä ha ha á á p p phu phu ï ï (G) (G) Là