Quá trình hấp phụ

Chương 5Quá trình hấp phụ5.1. Khái niệm chung 5.1.1 Khái niệm Hấp phụ, trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chât lỏng bị hút trên bề mặt một chất rắn xốp. Chất khí hay hơi
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Quá trình hấp phụ Chương 5 Quá trình hấp phụ 5.1. Khái niệm chung 5.1.1 Khái niệm Hấp phụ, trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chât lỏng bịhút trên bề mặt một chất rắn xốp. Chất khí hay hơi được gọi là chất bị hấp phụ(adsorbent), chất rắn xốp dùng để hút khí hay hơi gọi là chất hấp phụ (adsorbate)và những khí không bị hấp phụ gọi là khí trơ. Quá trình ngược lại của hấp phụgọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ. Trong quá trình hấp phụ có toả ra một nhiệt lượng, gọi là nhiệt hấp phụ.Bề mặt càng lớn tức độ xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ toả racàng lớn. Có 2 quá trình hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học thật ra khó phân biệt, có khi nótiến hành song song, có khi chỉ có giai đoạn hấp phụ vật lý tuỳ thuộc tính chấtcủa bề mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, tuỳ thuộc vào điều kiện quátrình (nhiệt độ, áp suất... ) 5.1.2. Hoạt độ hấp thụ. • Hấp phụ hóa học tiến hành chậm và có năng lượng hoạt hóa khá lớn gầnbằng năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học, phụ thuộc bởi khoảng cáchgiữa các nguyên tử trong chất bị hấp phụ và các trung tâm trên bề mặt chất rắn. • Hấp phụ lý học tiến hành rất nhanh và năng lượng hoạt hóa bằng không. 5.1.3. Cân bằng hấp thụ. • Hấp phụ hóa học tiến hành chậm và có năng lượng hoạt hóa khá lớn gầnbằng năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học, phụ thuộc bởi khoảng cáchgiữa các nguyên tử trong chất bị hấp phụ và các trung tâm trên bề mặt chất rắn. • Hấp phụ lý học tiến hành rất nhanh và năng lượng hoạt hóa bằng không. 5.1.4. Thuyết hấp thụ. Hấp phụ đẳng nhiệt của langmuir. Trong quá trình hấp phụ những phân tửkhí bị hấp phụ sẽ ở lại trên bề mặt hạt xúc tác trong một thời gian nhất định đểtiếp nhận năng lượng và thực hiện quá trình nhả hấp phụ. Quá trình hấp phụ vàquá trình nhả hấp phụ xảy ra đồng thời cho đến khi hạt phản ứng đạt đượctrạng thái cân bằng. Để thiết lập được phương trình động học cho quá trình hấp phụ, Langmuirđã đưa ra một số điều kiện sau(thuyết hấp phụ đẳng nhiệt của langmuir). Tất cảcác tâm hoạt hóa đều có tính chất như nhau. Số tâm hoạt hóa không thay đổi theothời gian. Mỗi tâm hoạt hóa chỉ có thể hấp phụ một phân tử bị hấp phụ. Giữacác phân tử bị hấp phụ không có tác động qua lại. 5.2 Vật liệu hấp phụ : 5.2.1 Than hoạt tính Than hoạt tính, từ lâu đã được dùng để phòng độc, lọc không khí và lọc nước. Mới đây, nhờ nhà khoa học Vũ Văn Bằng (Việt Nam) mà chúng ta được biết thêm một tính năng cực kỳ quan trọng của than hoạt tính, đó là phòng tránh tác hại của tia đất. Than hoạt tính là một chất gồm chủ yếu là nguyên tố carbon ở dạng vô định hình (bột), một phần nữa có dạng tinh thể vụn grafit (ngoài carbon thì phần còn lại thường là tàn tro, mà chủ yếu là các kim loại kiềmvà vụn cát). Than hoạt tính có diện tích bề mặt ngoài rất lớn, nếu tính ra đơn vịkhối lượng thì là từ 500 đến 2500 m2/g (lấy một ví dụ cụ thể để so sánh thì: mộtsân quần vợt có diện tích rộng khoảng chừng 260 m2), do vậy mà nó là một chấtlý tưởng dùng để lọc hút nhiều loại hóa chất. Bề mặt riêng rất lớn của than hoạttính là hệ quả của cấu trúc xơ rỗng mà chủ yếu là do thừa hưởng từ nguyên liệuhữu cơ xuất xứ, qua quá trình chưng khô (sấy) ở nhiệt độ cao, trong điều kiệnthiếu khí. Phần lớn các vết rỗng - nứt vi mạch, đều có tính hấp thụ rất mạnh vàchúng đóng vai trò các rãnh chuyển tải (kẽ nối). Than hoạt tính thường được tựnâng cấp (ví dụ, tự rửa tro hoặc các hóa chất tráng mặt), để lưu giữ lại đượcnhững thuộc tính lọc hút, để có thể thấm hút được các thành phần đặc biệt nhưkim loại nặng.Thuộc tính làm tăng ý nghĩa của than hoạt tính là: nó là chất không độc (kể cảmột khi đã ăn phải nó), giá thành sản xuất rẻ (được tạo từ gỗ thành than hoạttính và từ nhiều phế chất hữu cơ khác, ví dụ: từ vỏ, xơ dừa), và đồng thời cũngxử lý chất thải rất dễ sau khi đã dùng (bằng cách đốt). Nếu như các chất đãđược lọc là những kim loại nặng thì việc thu hồi lại, từ tro đốt, cũng rất dễ.Ứng dụng: Trong y tế (Carbo medicinalis – than dược): để tẩy trùng và các độc tố saukhi bị ngộ độc thức ăn, Trong công nghiệp hóa học: làm chất xúc tác và chất tải cho các chất xúc táckhác, Trong kỹ thuật thì làm một thành phần của cái lọc khí (trong đầu lọc thuốclá, cũng như trong tủ lạnh và máy điều hòa nhiệt độ). Trong xử lý nước (hoặc lọc nước trong gia đình): để t ...