ĐẶng thị quỳnh lan nghiên cứu tổng hợp và Ứng dụng của một số VẬt liệu khung kim loại-hữu cơ. Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý



tải về 8.99 Mb.
trang11/51
Chuyển đổi dữ liệu08.06.2018
Kích8.99 Mb.
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   51

Giới thiệu về quá trình hấp phụ 


  1. Hiện tượng hấp phụ

Bên trong cấu trúc vật rắn thường bao gồm các nguyên tử, ion hoặc phân tử, giữa chúng có các liên kết cân bằng để tạo ra các mạng liên kết cứng (chất vô định hình) hoặc các mạng tinh thể có qui luật (chất tinh thể). Trong khi đó, các nguyên tử, ion hoặc phân tử nằm ở bề mặt không được cân bằng liên kết, do đó khi tiếp xúc với một chất khí, hơi hoặc lỏng, vật rắn luôn có khuynh hướng thu hút các chất này lên bề mặt của nó để cân bằng liên kết. Kết quả là nồng độ của chất bị hấp phụ (khí, lỏng) ở trên pha bề mặt lớn hơn trên pha thể tích, người ta gọi đó là hiện tượng hấp phụ. Vậy, hiện tượng hấp phụ là sự tăng nồng độ của khí, hơi hoặc lỏng trên bề mặt phân cách pha (rắn-khí hoặc rắn-lỏng) [6], [7]. Chất rắn có bề mặt phân cách được gọi là chất hấp phụ (adsorbent). Chất bị (được) thu hút (tập trung) lên bề mặt phân cách được gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate). Hiện tượng xảy ra ngược lại với hấp phụ là khử hấp phụ (desorption).

Ngay cả khi bề mặt được làm nhẵn một cách cẩn thận thì nó cũng không thực sự bằng phẳng trên phương diện vi cấu trúc. Thực ra trên bề mặt của nó luôn tồn tại những vùng bất thường với những vết gấp, khe nứt…không đồng nhất hình học. Những vùng này thường tồn tại những trường lực dư. Đặc biệt, các nguyên tử bề mặt của chất rắn có thể hấp dẫn các nguyên tử hay phân tử trong pha khí hay pha lỏng ở môi trường xung quanh. Tương tự như thế, bề mặt của tinh thể hoàn thiện cũng tồn tại những trường lực không đồng nhất do cấu trúc nguyên tử trong tinh thể. Những bề mặt như thế tồn tại những trung tâm hay tâm hoạt tính có khả năng hấp phụ cao.

Rõ ràng, chất hấp phụ có bề mặt phát triển có khả năng tồn tại nhiều tâm hấp phụ thì hấp phụ tốt hơn. Với chất hấp phụ có bề mặt càng phân cực thì khả năng hấp phụ các chất phân cực tốt hơn trong trường hợp chất đó có bề mặt kém phân cực. Để có thể so sánh khả năng hấp phụ giữa các chất người ta sử dụng khái niệm bề mặt riêng, đó là diện tích bề mặt của chất hấp phụ tính cho một gam chất hấp phụ (m2/g). Ví dụ: bề mặt riêng của silicagel có thể từ 200-700 m2/g, zeolit từ 500-800 m2/g…

Trong hấp phụ, các phân tử (nguyên tử hoặc ion) của chất bị hấp phụ liên kết với bề mặt chất hấp phụ bằng các lực tương tác khác nhau. Tuỳ thuộc vào kiểu lực hấp phụ, người ta chia thành hai dạng hấp phụ sau: hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học.



  1. Một số mô hình đẳng nhiệt hấp phụ [4], [6], [7]

Để đánh giá khả năng hấp phụ của một hệ hấp phụ, đặc biệt là hấp phụ trong môi trường nước, có nhiều phương trình được đưa ra như: phương trình Toth, Redlich-Peterson, Langmuir, Freundlich, Temkin, Polanyi-Dulinin,…Tuy nhiên, trong thực tế phương trình Langmuir thường được áp dụng cho các vật liệu có bề mặt đồng nhất. Phương trình Freundlich thường được áp dụng cho hấp phụ chất tan trong pha lỏng trên các vật liệu rắn như than hoạt tính, khoáng sét, vv…

Để xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ, trước hết cần phải xác định các thông số đặc trưng cho quan hệ giữa độ hấp phụ và áp suất (nồng độ) của chất bị hấp phụ tại T = const. Trong nghiên cứu hấp phụ người ta thường quan tâm đến thể tích (V) chất bị hấp phụ với áp suất cân bằng (P) của khí (hơi) trên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ) ở tại một nhiệt độ không đổi (T=const). Mối quan hệ V=f(P) ở T=const được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ (phương trình hấp phụ đẳng nhiệt).



Tùy thuộc vào bản chất lực hấp phụ, bản chất và đặc điểm của chất hấp phụ và bị hấp phụ mà có những đường đẳng nhiệt hấp phụ khác nhau.

  1. Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir cho sự hấp phụ chất tan trong dung dịch trên chất hấp phụ rắn có dạng sau [6]

(1.1)

Trong đó:



q0 là lượng chất bị hấp phụ cực đại đơn lớp trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ;

KL là hằng số hấp phụ Langmuir;

Ce là nồng độ cân bằng của dung dịch;

qe là dung lượng cân bằng hấp phụ của chất bị hấp phụ.

Dạng phương trình (1) có thể viết lại như sau: (1.2)

Các tham số q0 và KL có thể xác định bằng phương pháp hồi quy tuyến tính các số liệu thực nghiệm dựa vào đồ thị tương quan giữa 1/qe và 1/Ce.



  1. Đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

Mô hình Freundlich là một phương trình kinh nghiệm áp dụng cho sự hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất [6]

(1.3)

Trong đó:



x là khối lượng chất bị hấp phụ;

m là khối lượng chất hấp phụ;

Ce là nồng độ cân bằng của dung dịch;

qe là dung lượng cân bằng hấp phụ của chất bị hấp phụ;

KF là hằng số Freundlich;

n là hệ số dị thể.

Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich có thể được viết lại như sau:



(1.4)

Giá trị KF và n có thể được tính theo giản đồ sự phụ thuộc giữa lnqe và lnCe bằng phương pháp hồi quy tuyến tính từ các số liệu thực nghiệm.



  1. Động học hấp phụ [4], [6]

Các tham số động học hấp phụ rất quan trọng trong nghiên cứu ứng dụng các chất hấp phụ. Tuy nhiên, các tham số động học thực rất khó xác định, vì quá trình hấp phụ khá phức tạp, bị ảnh hưởng nhiều yếu tố: khuếch tán, bản chất cấu trúc xốp, thành phần hóa học của chất hấp phụ,…Do đó, hiện nay người ta thường ứng dụng các phương trình động học hình thức để xác định các hằng số tốc độ biểu kiến.

- Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc nhất Lagergren



(1.5)

Dạng tích phân của phương trình trên là (1.6)

- Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai: (1.7)

Dạng tích phân của phương trình trên là: (1.8)

Trong đó: qe là dung lượng hấp phụ ở thời điểm cân bằng



qt là dung lượng hấp phụ ở thời điểm t

k1 là hằng số tốc độ hấp phụ bậc nhất biểu kiến

k2 là hằng số tốc độ hấp phụ bậc hai biểu kiến

Dựa vào các phương trình đó, xác định thực nghiệm q theo t, chúng ta có thể xác định được k1 và k2.





1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   51


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương