BÁO CÁO THẢO LUẬN-Phương pháp thực nghiệm nghiên cứu hấp phụ xúc tác

4.2. Phương pháp thực nghiệm
nghiên cứu hấp phụ xúc tác .
 Hấp phụ vật lý là gì ???
 Hấp phụ hóa học là gì ???
 Hấp phụ vật lí là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực hấp phụ có bản chất vật lí
và không hình thành liên kết hóa học, được thể hiện bởi các lực liên kết yếu
như liên kết Van Đơ Van, lực tương tác tĩnh điện hoặc lực phân tán London.
Hấp phụ vật lý xảy ra ở nhiệt độ thấp, nhiệt hấp phụ thường nhỏ hơn so
với hấp phụ hóa học, khoảng dưới 20 kJ/mol. Sự hấp phụ vật lí đặc trưng nhất
là hấp phụ hơi nước trên bề mặt silicagen.
 Hấp phụ hóa học là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực có bản chất hóa học.
Hấp phụ hóa học thường xảy ra ở nhiệt độ cao với tốc độ hấp phụ chậm. Nhiệt
hấp phụ hóa học khoảng 80-400 kJ/mol, tương đương với lực liên kết hoá học.
Hấp phụ hóa học thường kèm theo sự hoạt hoá phân tử bị hấp phụ nên còn
được gọi là hấp phụ hoạt hoá. Hấp phụ hóa học là giai đoạn đầu của phản ứng
xúc tác dị thể. Hấp phụ hóa học về bản chất khác với hấp phụ vật lý.
 Để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học người ta có thể căn cứ
vào các tiêu chí sau:
Hấp phụ vật lý :
Hấp phụ hóa học :
Nhiệt hấp phụ nhỏ (0-5
kcal/mol) , nó gần bằng với
nhiệt hóa lỏng hay bay hơi
của chất bị hấp phụ ở điều
kiện hấp phụ.

Nhiệt tỏa ra khá lớn, 40-
100 kcal/mol , tương đương
với nhiệt phản ứng =>Vì
vậy nó tạo thành mối nối
hấp phụ khá bền và nếu

muốn đẩy chất bị hấp phụ
ra khỏi bề mặt xúc tác thì
cần nhiệt độ cao .

Hấp phụ vật lý :
Hấp phụ hóa học :
 Do lực Van Der Waals tạo
ra gồm các lực :tương tác
phân tử ( lực cảm ứng , lực
định hướng , lực phân tán
…),lực tương tác tĩnh điện .

 Lực tương tác giữa chất bị
hấp phụ và chất hấp phụ là
lực tương tác hóa học . Nó
bền vững hơn rất nhiều so
với HPVL.
Hấp phụ hóa học :
Hấp phụ vật lý :
Có tính chọn lọc cao, phụ
thuộc vào tính chất của
bề mặt rắn và tính chất
của chất bị hấp phụ .
Không có sự chọn lọc ,
bất kỳ vật rắn nào cũng
có khả năng kéo về mình
1 lượng khí hoặc hơi.

Hấp phụ vật lý :
Hấp phụ hóa học :

 Xảy ra đa lớp, nhất là
khi áp suất cb sấp sỉ
suất bão hòa .
 Xảy ra đơn lớp rất ít
phụ thuộc vào bản chất
hệ hấp phụ .
 Chỉ có thể xảy ra đơn
lớp .
s
PP /
1,0










s
s
hp
P
P
CPP
PKV
V
)1(1)(

Đơn lớp
Đa lớp
Thế tích chất bị hấp phụ,cm³/h
Hấp phụ vật lý :
Hấp phụ hóa học :
 Tốc độ rất lớn do năng
lượng hấp phụ của nó rất
nhỏ (0÷ 5 kcal/mol) .
 Tốc độ thường nhỏ do
năng lượng hấp phụ
của nó khá lớn .
Hấp phụ vật lý :
Hấp phụ hóa học :
 Trạng thái và tính chất
không bị thay đổi, giữ
nguyên trạng thái hóa
học ban đầu .
 Làm thay đổi trạng thái
ban đầu của chất bị hấp
phụ , theo 2 hiện tương :
bị phân ly trên bề mặt
hoặc không bị phân ly
trên bề mặt .
Hấp phụ vật lý :
Hấp phụ hóa học :
 Không hình thành mối
nối,sự tương tác phân tử
bị hấp phụ với các
electron của chất rắn rất

yếu.
 Tạo thành mối nối bền
vững ,và có tính chất
gần giống với mối nối
hóa học VD: mối nối
hóa trị , ion , đồng hóa
trị …
Hấp phụ vật lý :
Hấp phụ hóa học:
Phản ứng tiến hành nhanh
và năng lượng hoạt hóa =
O.
Phản ứng chậm và năng
lượng hoạt hóa tương đối
lớn , gần bằng NLHH của
phản ứng
Phụ thuộc vào khoảng cách
giữa các nguyên tử với
trung tâm bề mặt chất rắn.
Hấp phụ vật lý:
Hấp phụ hóa học :
 Bao giờ cũng thuận
nghịch ,hay nói cách khác
luôn ở trạng thái cân bằng
động.
Hấp phụ  nhả hấp phụ
 Không phải lúc nào cũng
là thuận nghịch , tùy theo
đặc tính mối nối liên kết
hoá học .

4.2.2.Động học quá trình hấp phụ lí tưởng Langmuir
?









Nhiệt hấp phụ không đổi trong suốt quá
trình hấp phụ
Các phân tử bị hấp phụ trên bề mặt xúc tác
không cạnh tranh lẫn nhau mà độc lập với
nhau
Mỗi tâm hấp phụ chỉ hấp phụ 1 phân tử
Số tâm hấp phụ của chất hấp phụ không đổi
trong suốt quá trình hấp phụ
Vận tốchấpphụ:



= 

.

.(1-



Vận tốcnhảhấpphụ:



= 

.


Vận tốcchung:


=



= 


- 



→



= (

.


+ 

) (


.



.

+ 

- 

)
Đặt


.



.

+ 

= 


làbềmặtbịchiếmtạithờiđiểmcânbằng
→ 

= 

- 


.

+ 



Sựphụthuộccủađộchephủbềmặt

vàthờigian

B

Bềmặtriêngcủaxúctác: 

= N.


- Quá trình hấp phụ một chất A
1.
.



A
A
A
PK
PK

- Quá trình hấp phụ hai chất A và B:
1
.


BA
A
A
PKPK
PK

1
.


BA
B
B
PKPK
PK

1.
.



i
i
i
PK
PK

- Quá trình hấp phụ n chất:
 :
Lượng nhiệt tỏa ra giảm
đồng đều theo time


Ta có thể áp dung phương trình hấp phụ lí tưởng langmuir để
tính độ che phủ cho từng nhóm:
Và độ che phủ trung bình :
1.
.


i
i
i
PK
PK

ii
i
ii
W

PK
PK
N
n


.
1.
.
. 

















 Đối với trường hợp bề mặt gồ ghề phức tạp:
Nhiệt hấp phụ tỏa ra (λ) giảm không đồng đều. Đối với
trường hợp này ta không thể chia thành từng nhóm.

 Để tính bề mặt chiếm (θ) phải dùng phương trình
tích phân:

:


dw
PK
PK
w
w



1.
.

• Với:
dKddw
K




KK
cucdaiK
cuctieuK
cucdai
cuctieu
d
PK
PK
d

PK
PK

1.
.

1.
.
)(
)(
)(
)(












eA.
• Với:
4.2.4. Đặc trưng xúc tác bằng
phương pháp hấp phụ

 Đường hấp phụ đẳng nhiệt : x= f(P)
T

 x là hàm đồng biến với áp suất cân bằng P
 Khi tăng sáp suất P, tỷ lệ P/Ps tăng (P là áp suất tại thời điểm
t, Ps là áp suất bão hòa của chất bị hấp phụ:
• Nếu P/Ps tăng từ 0 đến 1: đường đẳng nhiệt hấp phụ
• Nếu P/Ps giảm từ 1 đến 0: đường đẳng nhiệt nhả hấp phụ
 Phân loại vật liệu mao quản trung bình theo IUPAC theo -
kích thước đường kính mao quản trung bình .
• Loại vật liệu mao quản lớn là > 50nm
• Loại vật liệu mao quản trung bình là 2 < < 50nm
• Loại vật liệu mao quản bé là < 2 nm
Khi đó



tb
d
tb
d
tb
d
tb
d
r
tb
Sn
V
d

.

4.2.4.3. Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

x= K.P
Trong đó: x: lượng chất bị hấp phụ trên 1g xúc tác (g/g).
P : áp suất cân bằng của pha bị hấp phụ (Torr, atm).
K: hằng số Henry.
Hạn chế:
- Chỉ đúng ở vùng tuyến tính nhỏ (vùng Henry)
- Không thể áp dụng được khi nồng độ cao.
- Sự hạn chế số lượng tâm hấp phụ gây nên bão hòa hấp phụ.