Hấp phụ – Wikipedia tiếng Việt

Hấp phụ, trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chất lỏng bị hút trên bề mặt một chất rắn xốp hoặc là sự gia tăng nồng độ của chất này trên bề mặt chất khác. Chất khí hay hơi được gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate), chất rắn xốp dùng để hút khí hay hơi gọi là chất hấp phụ (adsorbent) và những khí không bị hấp phụ gọi là khí trơ. Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ.

Trong quy 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 ra càng lớn .Có 2 quy 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 nó tiến hành song song, có khi chỉ có giai đoạn hấp phụ vật lý tuỳ thuộc tính chất của bề mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, tuỳ thuộc vào điều kiện quá trình (nhiệt độ, áp suất…)

Than hoạt tính được sử dụng làm chất hấp phụCó thể phân biệt hấp phụ hóa học và lý học ở những điểm sau :

Nhiệt hấp phụ[sửa|sửa mã nguồn]

• Nhiệt hấp phụ hóa học khá lớn, từ 40 ÷ 800 kJ / mol, nhiều khi gần bằng nhiệt của phản ứng hóa học. Vì vậy nó tạo thành mối nối hấp phụ khá bền và muốn đẩy chất bị hấp phụ ra khỏi mặt phẳng xúc tác rắn cần nhiệt độ khá cao .• Nhiệt hấp phụ lý học thường không lớn, gần bằng nhiệt hóa lỏng hay bay hơi của chất bị hấp phụ ở điều kiện kèm theo hấp phụ và thường nhỏ hơn 20 kJ / mol .

Lượng chất bị hấp phụ[sửa|sửa mã nguồn]

• Hấp phụ hóa học xảy ra rất ít, không hơn một lớp trên mặt phẳng xúc tác ( đơn lớp )• Hấp phụ lý học hoàn toàn có thể tạo thành nhiều lớp ( đa lớp )

Sự tinh lọc hấp phụ[sửa|sửa mã nguồn]

• Hấp phụ hóa học có đặc thù tinh lọc cao, nhờ vào vào đặc thù mặt phẳng chất rắn và đặc thù của chất bị hấp phụ• Hấp phụ lý học không có sự tinh lọc, tổng thể những mặt phẳng chất rắn đều có đặc thù hấp phụ lý học .

Sự phụ thuộc vào của nhiệt độ[sửa|sửa mã nguồn]

• Hấp phụ lý học thường xảy ra ở nhiệt độ thấp, khi nhiệt độ tăng thì lượng chất hấp phụ giảm• Hấp phụ hóa học thường thực thi ở nhiệt độ cao hơn hấp phụ lý học, ở nhiệt độ thấp thì lượng chất hấp phụ hóa học giảm và khi nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ tối ưu thì lượng chất hấp phụ hóa học cũng giảm

Tính chất của những điểm hấp phụ[sửa|sửa mã nguồn]

• Hấp phụ hóa học tạo thành mối nối vững chắc và đặc thù gần giống như mối nối hóa học. Chúng hoàn toàn có thể là mối nối hóa trị, ion, đồng hóa trị … Trong quy trình tạo thành mối nối có sự chuyển dời điện tử giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ, tức là có tính năng điện tử phần tử hấp phụ và mặt phẳng chất rắn .• Hấp phụ lý học không hình thành mối nối. Sự tương tác giữa phân tử bị hấp phụ với những electron của chất rắn rất yếu. Giữa chất rắn và phân tử bị hấp phụ được coi như là 2 mạng lưới hệ thống, không phải là một hợp chất thống nhất .

Năng lượng hoạt hóa hấp phụ[sửa|sửa mã nguồn]

• Hấp phụ hóa học thực thi chậm và có nguồn năng lượng hoạt hóa khá lớn gần bằng nguồn năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học, nhờ vào bởi khoảng cách giữa những nguyên tử trong chất bị hấp phụ và những TT trên mặt phẳng chất rắn .• Hấp phụ lý học triển khai rất nhanh và nguồn năng lượng hoạt hóa bằng không .

Tính thuận nghịch của hấp phụ[sửa|sửa mã nguồn]

• Hấp phụ lý học bao giờ cũng là thuận nghịch, nói cách khác quá trình ở trạng thái cân bằng động: hấp phụ ⇔ nhả hấp phụ

• Hấp phụ hóa học không phải khi nào cũng là quy trình thuận nghịch. Tuỳ theo đặc tính mối nối link hóa học mà đặc thù thuận nghịch ở quy trình hấp phụ khác nhau. Có những quy trình hóa học khá bền vững và kiên cố, tạo thành những hợp chất hóa học, ví dụ như sự hấp phụ Oxy lên sắt kẽm kim loại tạo Oxyt sắt kẽm kim loại, hoặc khi hấp phụ lên than cho CO2, CO .

Trạng thái của chất bị hấp phụ[sửa|sửa mã nguồn]

• Hấp phụ vật lý : trạng thái và đặc thù hóa lý của chất bị hấp phụ không biến hóa. Lực giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ là lực Van der Waals .• Hấp phụ hóa học : trạng thái của chất bị hấp phụ đổi khác trọn vẹn Nhiệt hấp phụ : Qhp = nϕ – mDTrong đó : D : nguồn năng lượng tạo thành mối nối ϕ : nguồn năng lượng phá vỡ mối nối m, n : số mối nối tạo thành và bị phá vỡ tương ứng

Hấp phụ đẳng nhiệt ( Isotherms )[sửa|sửa mã nguồn]

Hấp phụ thường được miêu tả trải qua đường hấp phụ đẳng nhiệt, là một hàm tương quan giữa lượng chất bị hấp phụ ( adsorbate ) trên chất hấp phụ ( adsorbent ) và áp suất của nó ( nếu ở thể khí ) hoặc nồng độ ( nếu ở thể lỏng ) ở nhiệt độ không đổi .Phương trình toán học tiên phong miêu tả quy trình hấp phụ đẳng nhiệt của một chất khí được Freundlich và Küster công bố năm 1894

x m = k P 1 n { \ displaystyle { \ frac { x } { m } } = kP ^ { \ frac { 1 } { n } } }{\displaystyle {\frac {x}{m}}=kP^{\frac {1}{n}}}

Trong đó:

x

{\displaystyle {x}}

{\displaystyle {x}} là lượng chất bị hấp phụ (adsorbate),

m

{\displaystyle m}

m lượng chất hấp phụ (adsorbent),

P

{\displaystyle P}

P là áp suất của chất bị hấp phụ (adsorbate),

k

{\displaystyle k}

k

n

{\displaystyle n}

n là hằng số đặc trưng cho mỗi cặp adsorbent-adsorbat ở nhiệt độ nhất định.

Các chất hấp phụ[sửa|sửa mã nguồn]

Đặc tính và nhu yếu chung[sửa|sửa mã nguồn]

Than hoạt tính được dùng làm chất hấp phụCác chất hấp phụ thường được ở dạng : hạt hình nhỏ, thanh, bùn, hoặc đá nguyên khối với hydrodynamic đường kính khoảng chừng 0.5 đến 10 mm. chúng phải chống mài mòn cao, không thay đổi với nhiệt và đường kính lỗ nhỏ, giúp tăng diện tích quy hoạnh mặt phẳng do đó tăng năng lực hấp phụ. Các chất hấp phụ phải có cấu trúc lỗ xốp riêng không liên quan gì đến nhau với nhau giúp cho chúng có năng lực thoát khí nhanh .Các chất hấp phụ công nghiệp thường là một trong ba nhóm sau :

  • Hợp chất chứa Oxy– điển hình thân nước và phân cực, bao gồm các vật liệu như silica gel và zeolites.
  • Hợp chất có nguồn gốc Carbon – điển hình thân dầu và kém phân cực, bao gồm các vật liệu như carbon hoạt tính và graphite.
  • Hợp chất có nguồn gốc polymer – phân cực hoặc không phân cực phụ thuộc vào nhóm chức trong cấu trúc polymer.

Silica gel là hóa chất trơ, không độc, phân cực và được định hình không thay đổi ( < 400 °C hay 750 °F ) từ SiO2 dạng vô định hình. Được hình thành bởi phản ứng giữa sodium silicate và acetic acid, được xếp theo chuỗi sau những quy trình như là ngưng kết, tẩy trôi, .... hiệu quả là hình thành vô số những lỗ xốp nhiều kích cỡ .Silica được sử dụng trong quy trình làm khô khí ( vd. oxy, khí thiên nhiên ) và hấp phụ những hydrocarbon nặng ( phân cực ) từ khí gas vạn vật thiên nhiên .

Zeolite là các tinh thể silica nhôm aluminosilicates) tự nhiên hoặc nhân tạo, các lỗ xốp sắp xếp liên tục và thoát nước ở nhiệt độ cao. Zeolites tự nhiên là chất phân cực.

Chúng được sản xuất bằng chiêu thức thủy nhiệt những Natri aluminosilicate hoặc những nguồn silica khác trong nồi hấp sau đó trao đổi ion với những cations khác ( Na +, Li +, Ca2 +, K +, NH4 + ). Đường kính lỗ xốp của zeolite thường khoảng chừng từ 2 đến 9 Å ( 200 đến 900 pm ). Quá trình trao đổi ion sau đó đó làm khô những tinh thể, hoàn toàn có thể pellet hóa với chất gây dính .Zeolites được sử dụng trong quy trình làm khô khí, loại CO2 khỏi khí thiên nhiên, loại khí CO khỏi gas tinh lọc, tách khí, xúc tác phản ứng cracking .

Than hoạt tính[sửa|sửa mã nguồn]

  • Cussler, E.L. (1997). Diffusion: Mass Transfer in Fluid Systems, 2nd ed., pp. 308–330.
  • Narayan, R.L. and T.S. King (1998). ‘Hydrogen adsorption states on silica-supported Ru-Ag and Ru-Cu bimetallic catalysts investigated via microcalorimetry’, Thermochimica Acta, vol. 312, nos.1-2, pp. 105–114.
  • VanderWiel, D.P., M. Pruski and T.S. King (1999). ‘A Kinetic Study of the Adsorption and Reaction of Hydrogen on Silica-Supported Ruthenium and Silver-Ruthenium Bimetallic Catalysts during the Hydrogenation of Carbon Monoxide’, Journal of Catalysis, vol. 188, no. 1, pp. 186–202.
  • Zupanc, C., A. Hornung, O. Hinrichsen and M. Muhler (2002). ‘The Interaction of Hydrogen with Ru/MgO Catalysts’, Journal of Catalysis, vol. 209, pp. 501–514.
  • “Handbook of Physics and Chemistry”, 56th Edition, pp.F201-F206, CRC Press, Boca Raton, FL, USA
  • “Adsorption Analysis: Equilibria and Kinetics” Duong D. Do, Imperial College Press

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

ĐÁNH GIÁ post
Bài viết liên quan

Tư vấn miễn phí (24/7) 094 179 2255