Cơ sở quá trình xử lý hóa lý ppt

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
11
Chấthấpphụ (Adsorbent)
Than hoạt tính (AC), (1000 – 1500m
2
/g)
Silicagel
Zeolites
Đất sét (50 - 200 m
2
/g)
Alumina hoạt tính (AlO
4
)
12
Hấpphụ bằng than hoạt tính (AC)
D
D
ạ
ạ
ng
ng
h

h
ạ
ạ
t
t
GAC (Granular
GAC (Granular
Activated Carbon)
Activated Carbon)
D
D
ạ
ạ
ng
ng
b
b
ộ
ộ
t
t
PAC (Powder
PAC (Powder
Activated Carbon)
Activated Carbon)
Than hoạttính
Diện tích bề mặtlớn
(1g AC có tổng S = 1000m
2
)

Độ rỗng (độ xốp) lớn
Hiệuquả hấpphụ cao (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 mẻ
PAC
Than hoạttính
150
o
C
Nhiệt độ tối đa cho phép
100-140
o
C
Nhiệt độ nhả hấpphụ (bốchơi)
15-25 Å
Đường kính lỗ rỗng (trung bình)

600-1600 m
2
/g
Diện tích bề mặt
0.56-1.20 cm
3
/g
Thể tích rỗng
Đặctínhcủa than hoạttính
15
Sảnxuất than hoạt tính
Nhả hấpphụ
Chấthấpphụ
Chấtbị hấpphụ
Tăng hiệuquả hấpphụ
Hiệuquả kinh tế
Dùng nhiệt
Dùng các chất hóa học
Tại sao nhả hấpphụ?
Phương pháp
16
Nhả hấpphụ than hoạt tính
{ Nhiệt phân – đốt cháy các chấtbị hấpphụ (hữu
cơ)
{ Gia nhiệt đến 800
0
C, khôngcóO
2
(tránh than
hoạttínhbị cháy)

{ Tốnkém: lòđốt, lò nung,…
{ Tổnthấtlớn: 7-10%
Dùng nhiệt
Nhả hấpphụ than hoạttính
{ Kiềmhoặc dung môi
{ Thường thựchiện ở 100
0
C, pH cao
{ Hỗnhợpthuđược: dung môi và chấtbẩn.
{ Tổnthất ít, 1%
{ Thường dùng cho hấpphụ hóa học
Dùng tác nhân hóa học
17
Zeolites
Đường đẳng nhiệthấpphụ
(Adsorption Isotherms)
Langmuir
Langmuir
Freundlich
Freundlich
Henry
Henry
BET
BET
18
Đường đẳng nhiệt Langmuir
Giả thiết
Hấpphụđơnlớp
Năng lượng HP của các phân tửđồng nhất
Sự có mặtcủa các ptửđãbị HP không a/h đến

khả năng HP củanhững vị trí liềnkề
Qt hấpphụ thuận nghịch
Đường đẳng nhiệt Langmuir
Phương trình lý thuyết
Ca
C
GG
+
=
max
¾ a: hằng số
¾ G
max
: độ HP cực đại(hằng số) – mol/g
¾ G: độ HP
¾ C: nồng độ chấtbị HP (mol/l)
19
Đường đẳng nhiệt Langmuir
PT này chỉ phù hợpvớithựcnghiệmtrong2 trường hợp:
¾ C << a: G = (G
max
/a).C = k.C → dạng tuyến tính (1)
¾ C >> a: G = G
max
→ dạng (2)
Trong khoảng (C
1
, C
2
): không phù hợpvới đường cong thực

nghiệm
¾ Bề mặtchất HP không hoàntoàn đồng nhất
¾ HP vậtlýcó thểđalớp
Đường đẳng nhiệt Langmuir
Cbab
m
x
Ca
Cba
m
x 1
.
.
111
.1

+=⇒
+
=
-
-
x
x
:
:
l
l
ö
ö
ô

ô
ï
ï
ng
ng
cha
cha
á
á
t
t
bò
bò
ha
ha
á
á
p
p
phu
phu
ï
ï
(mg)
(mg)
-
-
m
m
:

:
kho
kho
á
á
i
i
l
l
ö
ö
ô
ô
ï
ï
ng
ng
cha
cha
á
á
t
t
ha
ha
á
á
p
p
phu

phu
ï
ï
(mg)
(mg)
-
-
C
C
:
:
no
no
à
à
ng
ng
ñ
ñ
o
o
ä
ä
cha
cha
á
á
t
t
bò

bò
HP
HP
co
co
ø
ø
n
n
trg
trg
dd
dd
sau
sau
khi
khi
qt HP
qt HP
ke
ke
á
á
t
t
thu
thu
ù
ù
c

c
(mg/L)
(mg/L)
-
-
a, b
a, b
:
:
ha
ha
è
è
ng
ng
so
so
á
á
PT thực nghiệm
20
Đường đẳng nhiệt Freundlich
Giả thiết
Quá trình hấpphụđalớp
Dạng 1
xbp
n
=
1/
log log log

x
n
pb
=+
1
x: độ hấpphụ
p: ápsuấtkhícânbằng trên chấthấpphụ
b, n : các hằng số
Đường đẳng nhiệt Freundlich
Dạng 2
x
m
KC
n
=
1/
log log log
x
m
K
n
C
=+
1
-
-
x
x
:
:

l
l
ö
ö
ô
ô
ï
ï
ng
ng
cha
cha
á
á
t
t
bò
bò
ha
ha
á
á
p
p
phu
phu
ï
ï
ban
ban

đ
đ
ầ
ầ
u
u
(mg)
(mg)
-
-
m
m
:
:
kho
kho
á
á
i
i
l
l
ö
ö
ô
ô
ï
ï
ng
ng

cha
cha
á
á
t
t
ha
ha
á
á
p
p
phu
phu
ï
ï
(mg)
(mg)
-
-
C
C
:
:
no
no
à
à
ng
ng

ñ
ñ
o
o
ä
ä
cha
cha
á
á
t
t
bò
bò
HP
HP
co
co
ø
ø
n
n
trg
trg
dd
dd
sau
sau
khi
khi

qt HP
qt HP
ke
ke
á
á
t
t
thu
thu
ù
ù
c
c
(mg/L)
(mg/L)
-
-
n, K
n, K
:
:
ha
ha
è
è
ng
ng
so
so

á
á
21
Đường đẳng nhiệt Freundlich
log(x/m)
log C
D
C
B
A
C
1
log log log
x
m
K
n
C
=+
1
Phương trình BET (Brunaoe, Emet,
Tenle)
v
m
: thể tích khí bị HP khi toàn bộ bề mặtchấtHP bị phủ
1 lớp đơnphântử
v: thể tích tổng cộng củakhíbị HP ở áp suấtcânbằng p
p
0
: áp suấthơibãohòacủachấtbị HP

c: hằng số
cpv
pc
cvppv
p
m
)1(
.
1
)(
0
−
+=
−
¾ HP vậtlýđalớpcủachấtHP rắn đ/v chấtkhí
¾ Áp dụng xđ bề mặt riêng củachấtxúctácvàchất
HP rắn
22
Ví dụ 2
Để che phủ 1g Silicagel (SiO
2
.H
2
O)
bằng 1 lớp đơnphântử cầnthể tích
khí Nitơ là 129ml (v
m
), ở 1atm và
0
0

C. Tính diệntíchbề mặtcủa
Silicagel , nếu độ phủ cơ bảncủaNitơ
là 16,2 A
02
Phương trình HP trong dung dịch
¾ G: độ hấpphụ (mol/g)
¾ C
0
và C: nồng độ đầuvànồng độ cân bằng
củaddchấtbị HP (mol/l)
¾ V: thể tích dung dịch trong đóxảyraHP (l)
¾ m: khốilượng chấtHP (g)
m
VCC
G
)(
0
−
=
23
Ví dụ 3
Cho 5g bộtTiO
2
vào 100ml dung dịch
Natri Dodecylsulfat (viếttắt: NaDS)
C
12
H
25
SO

4
Na nồng độ 0,002M. Sau một
thờigian, nồng độ NaDS là 0,0014M.
Tính độ phủ củaTiO
2
?
Biếtbề mặtriêngcủaTiO
2
là 7,8m
2
.g
-1
và S
0,NaDS
= 27,3A
02
Cơ sở quá trình hấpphụ
Ứng dụng
Kh
Kh
ử
ử
c
c
á
á
c
c
CHC
CHC

như
như
thu
thu
ố
ố
c
c
nhu
nhu
ộ
ộ
m
m
,
,
c
c
á
á
c
c
h/c
h/c
thơm
thơm
Khử thủy ngân, xử lý bổ sung (SX nướcuống
tinh khiết), XL khí độc
XL các chất gây mùi, thuốctrừ sâu, diệtcỏ
Kim loạinặng, các chấtcóhoạt tính bề mặt

Khử COD còn lại sau quá trình XL sinh học
24
Ứng dụng PP hấpphụ
Bài tập1
Một nghiên cứuhấpphụđượcthựchiện trong phòng thí nghiệm
bằng cách cho thêm 1 lượng than hoạttínhxácđịnh vào 6 bình
tam giác chứa 200mL nướcthải công nghiệp. Mộtbìnhtam giác
nữachứa200mL nướcthải không cho thêm than được dùng làm
mẫutrắng. Vẽđường cân bằng hấpphụ và xác định các hệ số
trong pt Langmuir
25
Bài tập2
Sau đây là bảng dữ liệuthực nghiệm trong nghiên cứuqt hấpphụ
gián đoạn. Vẽđường hấpphụđẳng nhiệt Freundlich và xác định
các hệ số củapt. Biếtthể tích nước đem thí nghiệm ở mỗibìnhlà
500mL và nướcthảicónồng độ đầu COD là 100mg/L
Bài tập3
Thí nghiệmhấpphụ với6 cốcchứa 500mL nướcthải công
nghiệpcónồng độ TOC ban đầu là 150mg/L. Khuấytrộncốcthí
nghiệm trong 4giờ, để lắng, đoTOC. Vẽđường cân bằng
Langmuir và Freundlich cho các dữ liệu thí nghiệm ở sau
đây và xác định các hệ số tương ứng