Hấp phụ Nhóm I : Lớp Phòng hóa LOGO Khái niệm hấp phụ LOGO “Hấp phụ q trình tích lũy chất (các phân tử khí, phân tử, ion chất tan) lên bề mặt chia pha, lỏng - rắn, khí - lỏng hay khí rắn Chất mà bề mặt có hấp phụ xảy gọi chất hấp phụ (adsorbate), chất mà tụ tập bề mặt phân chia gọi chất bị hấp phụ ( adsorbent).” ( “Giáo trình Hóa Lí – tập II” - Trần Văn Nhân, ĐH QGHN) Các khái niệm LOGO Hấp phụ: chất chứa, tập trung vật chất bề mặt phân chia pha Chất bò hấp phụ: chất bò hút lên bề mặt phân chia pha Chất hấp phụ: chất bề mặt xảy hấp phụ Độ hấp phụ: lượng chất bò hấp phụ bề mặt đơn vò chất hấp phụ - a (mol/g): lượng chất bò hấp phụ đơn vò khối lượng chất hấp phụ α (mol/m ) lượng chất bò hấp phụ đơn vò bề mặt chất hấp phu Γ (mol/m ): lượng dư chất bò hấp phụ lớp hấp phụ thể tích h cm có diện tích cm LOGO Bản chất q trình hấp phụ - HẤPPHỤ PHỤVẬT VẬTLÝ LÝ HẤP HẤPPHỤ PHỤHĨA HĨAHỌC HỌC HẤP Nhờcác cácliên liênkết kết hóa hóahọc, học,tạo tạoraracác cáchợp hợp Nhờ Nhờcác cácliên liênkết kết vật vậtlý, lý,chủ chủyếu yếulàlàliên liênkết kết Nhờ chấtbề bềmặt mặtgiữa giữachất chấthấp hấpphụ phụvà vàchất chấtbịbịhấp hấp chất VanderWaals Waals Vander phụ phụ Hấpphụ phụđơn đơnlớp, lớp,đa đalớp, lớp,thuận thuậnnghịch nghịch Hấp Cấutrúc trúcchất chấthấp hấpphụ phụkhơng khơngthay thayđổi đổi Cấu Tốcđộ độhấp hấpphụ phụnhanh nhanh Tốc Tínhchọn chọnlọc lọcthấp thấp Tính Hấpphụ phụởởnhiệt nhiệtđộ độthấp thấp Hấp VD:Silicagel Silicagelhấp hấpphụ phụHH 2OOtrong trongbình bìnhhút hútẩm ẩm VD: Hấpphụ phụđơn đơnlớp lớp Hấp Cấutrúc trúcchất chấthấp hấpphụ phụthay thayđổi đổi Cấu Tốcđộ độhấp hấpphụ phụchậm chậm Tốc Tínhchọn chọnlọc lọccao cao Tính Nhiệtđộ độcàng càngcao, cao,khả khảnăng nănghấp hấpphụ phụcàng Nhiệt lớn lớn VD:Than Thanhấp hấpphụ phụOxi Oxi VD: LOGO LOGO Phương trình hấp phụ Gibbs Xác đònh mối quan hệ lượng chất bò hấp phụ bề mặt với nồng độ dd sức căng bề mặt - từ phương trình: - Ở điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp: Với: - μi : hóa học cấu tử i: (1) dung môi; (2) chất tan - σ : Sức căng bề mặt Các đường đẳng nhiệt hấp phụ Tổng kết từ thực nghiệm ,phân làm loại đường hấp phụ đẳng nhiệt I- chất hấp phụ chứa mao quản nhỏ II ; III hấp phụ lên vật rắn khơng xốp V trường hợp tương tác phân tử mạnh tác dụng lực hấp phụ ,cho chất rắn xốp IV đoạn lồi tương ứng với hấp thụ lớp ,đoạn lồi lên ứng với tượng ngưng tụ mao quản trung bình ,đoạn lõm biểu thị vùng hấp thụ nhiều lớp Thuyết hấp phụ Langmuir LOGO -Quan niệm bề mặt chất hấp phụ chứa tâm hấp phụ -Lực háp phụ ion hóa trị dư tâm tác động khoảng cách kích thước phân tử hấp phụ tạp lớp -Trên bề mặt phân tử bị hấp phụ khơng tương tác với (Hấp phụ đơn lớp) -Xảy đồng thời hai q trình +Q trình hút bề mặt +Q trình khử hấp phụ phân tử có lượng lớn nhiệt hấp phụ tỉ lệ với phần bề mặt bị chiếm * Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Đặt: * Phương trình trở thành: LOGO Phương trình hấp phụ đơn lớp LANGMUIR Ta có: Gọi : p áp suất chất bò hấp phụ pha khí θ: phần bề mặt bò che phủ chất hấp phu Và – θ: phần bề mặt tự lại Khi hấp phụ đạt cân bằng, tốc độ hấp phụ tốc độ giải hấp vHP = vGH ⇔ k.p.(1 - θ) = k’ θ Từ đó: Từ đó: Thay : LOGO LOGO Nếu phân tử hấp phụ bò phân li thành n tiểu phân, tiểu phân hấp thụ trung tâm: Nếu hấp phụ phân tử A, B đồng thời, có áp suất riêng phần p A pB: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt FREUNDLICH: LOGO 1/n a= kP Với: k n số a: độ hấp phụ (mol/g) P: áp suất chất bò hấp phụ sau đạt cân hấp phụ Hoặc: θ = logθ = Phạm vi ứng dụng: - Áp suất trung bình - Đ/v hấp phụ K/R : sử dụng áp suất trung bình 1/n = 0,2 - - Đ/v hấp phụ L/R : (thay P C) 1/n = 0,1 - 0,2 Phương trình hấp phụ vật lí đa lớp BET: LOGO Brunauer, Emmett, Teller (BET, 1938) đồng thời xây dựng pt hấp phụ vl đa lớp, đưa giả thiết : - HP vật lí thường gặp hấp phụ đa lớp - Lực HP chủ yếu lực Van der Waals - EHPVL ≈ Engưng tụ - Mỗi tiểu phân bò hấp phụ lớp thứ trở thành tâm hấp phụ cho tiểu phân lớp thứ 2, … - Các chất bò HP tương tác với phân tử trước sau (không tương tác với phân tử bên cạnh) Phương trình hấp phụ BET Phương trình BET cho quan hệ thể tích chất bị hấp phụ lớp n +1   p  p 1 − ( n + 1) + n ÷  p0   p0   V2 p =B × n +1 V1 p0   P  p P 1 − ÷1 + ( B − 1) − B  ÷  p0   P0 P0       F i – bề mặt lớp hấp phụ; k i - hàng số vận tốc hấp phụ Ai - số va chạm lớp Vi - tích chất bị hấp phụ lớp; p, p0 – áp suất riêng phẩn áp suất bão hòa cùa chất bị hấp phụ; B = α.ß; n – số lớp LOGO LOGO n=1 –Hấp phụ đơn lớp , phương trình tương ứng dạng I Khi n thay đổi n ≠ đường biểu diễn hình II ; III ; IV ;V LOGO Ảnh hưởng nhiệt độ T   T pK − B lg  × β   Tk p W0 α= e b W0 -Thể tích khơng gian giới hạn hấp phụ b –Thể tích mmol khí trạng thái bị hấp phụ β – Hệ số affin B –hằng số TK pK nhiệt độ áp suất tới hạn Nhiệt độ tăng làm giảm hoạt độ hấp phụ khí nhiều  ÷ ÷  LOGO Ảnh hưởng cấu trúc mao quản,tính chất bề mặt,pH -Chất hấp phụ giàu mao quản nhỏ hấp phụ nhiều chất khí hoạt độ thấp dùng hấp phụ chất lỏng hữu -Tính chất bề mặt +Bề mặt có cực hấp phụ tốt chất có cực +Bề mặt khơng có cực hấp phụ tốt chất khơng có cực -Ảnh hưởng pH LOGO [...]... phân tử hấp phụ bò 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 p A và pB: 2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt FREUNDLICH: LOGO 1/n a= kP Với: k và n là các hằng số a: độ hấp phụ (mol/g) P: áp suất chất bò hấp phụ sau khi đã đạt cân bằng hấp phụ Hoặc: θ = logθ = Phạm vi ứng dụng: - Áp suất trung bình - Đ/v hấp phụ K/R :... 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: LOGO 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 - Mỗi 1 tiểu phân bò hấp phụ ở lớp thứ 1 sẽ trở thành tâm hấp phụ cho tiểu phân ở lớp... và áp suất tới hạn Nhiệt độ tăng làm giảm hoạt độ hấp phụ khí và hơi đi rất nhiều  ÷ ÷  2 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 khơng có cực hấp phụ tốt các chất khơng có cực -Ảnh hưởng của pH... với phân tử bên cạnh) Phương trình hấp phụ BET Phương trình BET cho quan hệ thể tích chất bị hấp phụ giữa các lớp n +1   p  p 1 − ( n + 1) + n ÷  p0   p0   V2 p =B × n +1 V1 p0   P  p P 1 − ÷1 + ( B − 1) − B  ÷  p0   P0 P0       F i – bề mặt của các lớp hấp phụ; k i - 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... và áp suất hơi bão hòa cùa chất bị hấp phụ; B = α.ß; n – số lớp LOGO LOGO 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 LOGO Ảnh hưởng của nhiệt độ T   T 2 pK − B lg  2 × β   Tk p 2 W0 α= e b W0 -Thể tích của khơng 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