báo cáo quá trình hấp phụ

Hấp phụ

Nhóm I : Lớp Phòng hóa

LOGO


Khái niệm hấp phụ

LOGO

“Hấp phụ là quá trình tích lũy các chất (các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử,
ion của chất tan) lên bề mặt chia pha, có thể là lỏng - rắn, khí - lỏng hay khí rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ
(adsorbate), còn chất mà tụ tập trên bề mặt phân chia được gọi là chất bị hấp
phụ ( adsorbent).”
( “Giáo trình Hóa Lí – tập II” - Trần Văn Nhân, ĐH QGHN)


2. Các khái niệm

LOGO

Hấp phụ: là sự chất chứa, tập trung vật chất trên bề mặt phân chia pha.

Chất bò hấp phụ: là chất bò hút lên bề mặt phân chia pha
Chất hấp phụ: là chất trên bề mặt xảy sự hấp phụ.
Độ hấp phụ: là lượng chất bò hấp phụ trên bề mặt một đơn vò chất hấp phụ.

-

a (mol/g): lượng chất bò hấp phụ trên 1 đơn vò khối lượng chất hấp phụ

2
α (mol/m ) lượng chất bò hấp phụ trên 1 đơn vò bề mặt chất hấp phu

2
3
2
Γ (mol/m ): lượng dư chất bò hấp phụ trong lớp hấp phụ thể tích h cm có diện tích 1 cm


LOGO

3. Bản chất của quá trình hấp phụ

-------

HẤPPHỤ
PHỤVẬT
VẬTLÝ
LÝ
HẤP

--

HẤPPHỤ
PHỤHÓA
HÓAHỌC
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
phụkhông
khôngthay
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:
2

------

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
càng
Nhiệt
lớn
lớn

VD:Than
Thanhấp
hấpphụ
phụOxi
Oxi
VD:


LOGO


LOGO

Phương trình hấp phụ Gibbs

Xác đònh mối quan hệ giữa lượng chất bò hấp phụ trên bề mặt với nồng độ trong dd và sức căng bề
mặt
- từ phương trình:

- Ở điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp:

Với:

-

μi : thế hóa học của cấu tử i: (1) là dung môi;
(2) là chất tan

- σ : Sức căng bề mặt


Các đường đẳng nhiệt hấp phụ
Tổng kết từ thực nghiệm ,phân ra làm 5 loại đường hấp phụ đẳng nhiệt

I- chất hấp phụ chỉ chứa các mao quản nhỏ
II ; III hấp phụ lên các vật rắn không xốp
V trường hợp tương tác giữa các phân tử
mạnh hơn tác dụng của lực hấp phụ ,cho
các chất rắn xốp

IV đoạn lồi dưới tương ứng với hấp thụ một lớp ,đoạn lồi lên ứng với hiện tượng ngưng tụ trong các mao quản trung bình
,đoạn lõm biểu thị vùng hấp thụ nhiều lớp


Thuyết hấp phụ Langmuir

LOGO

-Quan niệm rằng trên bề mặt chất hấp phụ chứa các tâm hấp phụ
-Lực háp phụ là do các ion hóa trị dư ở các tâm đó tác động trong khoảng cách của kích thước phân tử
và sự hấp phụ chỉ tạp ra một lớp
-Trên bề mặt các phân tử đã bị hấp phụ không tương tác với nhau
(Hấp phụ đơn lớp)
-Xảy ra đồng thời hai quá trình

+Quá trình hút ở bề mặt
+Quá trình khử hấp phụ đối với các phân tử có năng lượng lớn hơn nhiệt hấp phụ và tỉ lệ với phần bề
mặt đã 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 là áp suất chất bò hấp phụ ở pha khí.
θ: là phần bề mặt bò che phủ bởi chất hấp phu
Và 1 – θ: là phần bề mặt tự do còn lại
Khi hấp phụ đạt cân bằng, tốc độ hấp phụ bằng 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, 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 : sử dụng ở áp suất trung 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 thứ 2,
…
- Các chất bò HP chỉ tương tác với các phân tử trước và sau nó (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 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 riêng phẩn 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 không 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 pK nhiệt độ 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 không có cực hấp phụ tốt các chất không có cực
-Ảnh hưởng của pH

LOGO