GVHD : Nguyễn Hữu Trung Đề Tài: Hấp Phụ BỘ CƠNG THƯƠNG HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ TRUNG TÂM MÁY – THIẾT BỊ -oOo BỘ MƠN: QÚA TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN KHỐI ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: GVHD: NGUYỄN HỮU TRUNG NHÓM SVTH: LÊ MINH HẢI 08103731 NGUYỄN NGỌC HIỀN 08116951 NGUYỄN VĂN QUÂN 08212681 LÊ THÁI THIỆN 08098421 NGUYỄN NGỌC THÙY TRANG 08110471 TP HỒ CHÍ MINH ngày 30 tháng 03 năm 2010 Trang GVHD : Nguyễn Hữu Trung Đề Tài: Hấp Phụ Mục lục Mục lục:- -2 Lời mở đầu:- -3 lý thuyết hấp phụ 1.1Hấp phụ phân loại hấp phụ- 1.2Đặc điểm hấp phụ -6 1.3Các thông số trình hấp phụ 1.4 Cấu trúc bề mặt chất hấp phụ: -10 Chất hấp phụ ứng dụng -13 2.1 Chất hấp phụ 13 2.2 Chất bị hấp phụ- 15 Một số mơ hình sử dụng q trình hấp phụ 20 Trang GVHD : Nguyễn Hữu Trung Đề Tài: Hấp Phụ Lời mở đầu Hấp phụ trình tụ tập(chất chứa, thu hút…) phân tử khí, phân tử, ion chất tan lên bề mặt phân chia pha Bề mặt phân chia pha lỏng – rắn, khí – rắn Hấp phụ sử dụng nhiều ngành hóa học mơi trường nhằm hấp thụ Nhận xét thu cấu tử gây bất lợi cho trình mà tạp chất hay giáo viên hướng dẩn: muốn loại bỏ Trong nghành mơi trường việc áp dụng q trình hấp phụ thu hồi xử lý phổ biết Điển hình than hoạt tính loại nguyên liệu phổ biến , dễ sản xuất, có giá thành thấp mà hiệu dùng để xử lý cao Vì than hoạt tính dùng để lọc nước, hấp thụ ion kim loại nặng nước tốt Chúng Tơi nhóm sinh viên chun ngành “ Cơng Nghệ Môi Trường” nhận đề tài “ hấp phụ” vui mừng cố ngắng nhiều nghiên cứu nhiều tài liệu làm tiểu luận Nhưng chưa có nhiều kinh nghiệm nghiên cứu khảo sát thực tế….Nhóm mong nhận góp ý nhận xét Thầy Các Bạn Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy Nguyễn Hữu Trung nhiệt tình giảng dạy hướng dẩn Nhóm: Lê Minh Hải 08103731 Nguyễn Ngọc Hiền 08116951 Nguyễn Văn Quân 08212681 Lê Thái Thiện 08098421 Nguyễn Ngọc Thùy Trang 08110471 Trang GVHD : Nguyễn Hữu Trung Đề Tài: Hấp Phụ Trang GVHD : Nguyễn Hữu Trung Đề Tài: Hấp Phụ LÝ THUYẾT HẤP PHỤ: 1.1 Hấp phụ phân loại hấp phụ: 1.1.1 Địmh nghĩa: Hấp phụ trình tụ tập(chất chứa, thu hút…) phân tử khí, phân tử, ion chất tan lên bề mặt phân chia pha Bề mặt phân chia pha lỏng – rắn, khí – rắn Chất mà bề mặt có hấp phụ xảy gọi chất hấp phụ, chất mà tụ tập bề mặt phân chia pha gọi chất bị hấp phụ Phân loại hấp phụ: Hình: 1.1 hấp phụ 1.1.2 Phân loại hấp phụ: Hấp phụ vật lý: Các nguyên tử bị Hấp phụ liên kết với tiểu phân(nguyên tử, phân tử, ion…) bề mặt phân chia pha lực liên kết vander walls yếu Nói cách khác, hấp phụ vật lý phân tử chất bị hấp phụ chất Hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học(khơng hình thành liên kết hóa học) mà bị ngưng tụ bề mặt phân chia pha bị giữ lại bề mặt lực liên kết phân tử yếu(lực vander walls) liên kết hiđro hấp phụ vật lý luôn thuận nghịch Nhiệt hấp phụ không lớn Thường thấy nhiều hấp phụ đa lớp Hình: 1.2 Qúa trình hấp phụ Hấp phụ hóa học: Có lực hóa trị mạnh(do liên kết bền liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) liên kết phân tử hấp phụ phân tử bị hấp phụ tạo thành hợp chất hóa học bề mặt phân chia pha Nói cách khác hấp phụ hóa học xảy phân tử hấp phụ tạo hợp chất hóa học với phân tử bị hấp phụ hình thành bề mặt phân chia pha(bề mặt pha hấp phụ) Trang GVHD : Nguyễn Hữu Trung Đề Tài: Hấp Phụ Lực hấp phụ hóa học lực liên kết hóa học thơng thường(liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) hấp phụ hóa học ln ln bất thuận nghịch Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, đạt tới giá trị 800kJ/mol 1.2 Đặc điểm hấp phụ: 1.2.1 Năng lượng hoạt hóa hấp phụ: • Hấp phụ hóa học tiến hành chậm có lượng hoạt hóa lớn gần lượng hoạt hóa phản ứng hóa học, phụ thuộc khoảng cách nguyên tử chất bị hấp phụ trung tâm bề mặt chất rắn • Hấp phụ lý học tiến hành nhanh lượng hoạt hóa khơng 1.2.2 Tính thuận nghịch hấp phụ: • Hấp phụ lý học thuận nghịch, nói cách khác q trình trạng thái cân động, hấp phụ nhả hấp phụ • Hấp phụ hóa học khơng phải q trình thuận nghịch Tuỳ theo đặc tính mối nối liên kết hóa học mà tính chất thuận nghịch q trình hấp phụ khác Có q trình hóa học bền vững, tạo thành hợp chất hóa học, ví dụ hấp phụ Oxy lên kim loại tạo Oxyt kim loại, hấp phụ lên than cho CO2, CO 1.3 Các thông số trình hấp phụ 1.3.1 Độ xốp chất hấp phụ: Trong vật liệu xốp, thể tích gồm hai phần, phần chất rắn phần không gian rỗng Từ dẫn tới hai đại lượng khối lượng: thực biểu kiến.khối lượng riêng thực định nghĩa ρt tỉ lệ khối lượng m thể tích phần chất rắn Khối lượng riêng biểu kiến ρb tỉ lệ khối lượng thể tích tổng vt nó: ρ t m = vr ρ b m = vt Ta ln có ρb < ρt , ρb = ρt vật liệu Trang GVHD : Nguyễn Hữu Trung Đề Tài: Hấp Phụ Độ xốp β định nghĩa tỉ lệ thể tích phần rỗng thể tích tổng: β = ( vt − vr ) / vt = − vr / vt = − ρ b / ρ t Xác định ρb , ρt tính β 1.3.2 Nghiên cứu cấu trúc từ đường đẳng nhiệt hấp phụ khí: Đường đẳng nhiệt hấp phụ khí đo nhiệt độ thấp, ví dụ với nitơ đo -196oC nhằm hạn chế hấp phụ hóa học Đường đẳng nhiệt hấp phụ khí đo nâng dần áp suất chất bị hấp phụ hệ đo, ngược lại giảm áp suất xảy trình giải hấp phụ Nếu chất hấp phụ chứa loại mao quản nhỏ (zeolit bột) mao quản lớn đường hấp phụ giải hấp phụ trùng nhau, chứa mao quản trung bình vùng áp suất 0,3-0,4 p/ps (ps áp suất bảo hòa) đường giải hấp phụ nằm cao đến điểm Ví dụ p/ps =0,85 lại trùng vào đường hấp phụ Hiện tượng gọi trễ mà nguyên nhân chủ yếu ngưng tụ mao quản – hóa lỏng áp suất bảo hịa Giả thiết mao quản có dạng hình trụ, xảy ngưng tụ mao quản Vòm cầu lõm chất lỏng tạo có độ lớn rk gọi bán kính Kelvin, có mối liên hệ với áp suất đường đẳng nhiệt giải hấp phụ phương trình Kelvin: rk = 2vm σ cos θ R.T ln( p / ps ) Với: vm : thể tích mol chất bị hấp phụ σ ,θ : sức căng bề mặt góc thấm ướt rk: chưa phải bán kính mao quản trước ngưng tụ chất bị hấp phụ nhiều lớp có độ dày định bán kính mao quản: rp = rk + t Có nhiều phương pháp xác định t, thông dụng phương pháp Halsey: t = σ[ K ]1/3 RT ln( p / ps ) Trang GVHD : Nguyễn Hữu Trung Đề Tài: Hấp Phụ σ : độ dày thống kê phân tử chất bị hấp phụ K: số phụ thuộc vào chất chất hấp phụ 1.3.3 Sử dụng phương trình BET để tính tốn thơng số q trình hấp phụ Phương trình BET: P / P0 c −1 = + (P / P0 ) V (1 − P / P0 ) cVm cVm BET lý thuyết quy tắc cho hấp phụ vật lý phân tử khí bề mặt rắn sở cho kỹ thuật phân tích quan trọng cho đo lường diện tích bề mặt cụ thể Khái niệm lý thuyết phần mở rộng lý thuyết Langmuir, mà lý thuyết cho phân tử hấp phụ đơn lớp, để hấp phụ đa tầng với giả thuyết sau: (a) phân tử khí hấp thu vào thể rắn lớp vô hạn (b) tương tác lớp hấp phụ (c) lý thuyết Langmuir áp dụng cho lớp - Phương trình BET kết thể (1): P P : trạng thái cân áp lực bão hòa hấp phụ nhiệt độ hấp phụ v : Là số lượng khí hấp phụ (ví dụ, đơn vị khối lượng), v m : số lượng khí hấp phụ đơn lớp C : số BET, thể qua (2): E : nhiệt hấp phụ cho lớp E L : cho phần thứ hai lớp cao với nhiệt hóa lỏng Trang GVHD : Nguyễn Hữu Trung Đề Tài: Hấp Phụ Hình: 1.3 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Phương trình (1) đường đẳng nhiệt hấp phụ vẽ đường thẳng với 1/ v [(P / P) - 1] trục y φ = P / P trục x theo thử nghiệm kết Mối quan hệ tuyến tính phương trình trì khoảng 0,05