Đề tài: "Quá trình hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính"

Chia sẻ: nguyenvanquan037

Hấp phụ là quá trình tụ tập(chất chứa, thu hút…) các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của chất tan lên bề mặt phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí – rắn. Hấp phụ được sử dụng rất nhiều trong ngành hóa học và môi trường nhằm hấp thụ các tạp chất hay thu những cấu tử gây bất lợi cho các quá trình mà chúng ta muốn loại bỏ. Trong nghành môi trường thì việc áp dụng quá trình hấp phụ trong thu hồi và xử lý rất phổ biết . Điển hình là...

Bạn đang xem 10 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Đề tài: "Quá trình hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính"

          n Hữu Trung
GVHD  Nguyễ
: Đề Tài: Hấp Phụ 



BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ
HỒ CHÍ MINH
                                                TRUNG 
TÂM MÁY – THIẾT BỊ
­­­­­­­­­­­­­­­­­oOo­­­­­­­­­­­­­­­­

BỘ MÔN: QÚA TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN KHỐI
ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN:




     




GVHD: NGUYỄN HỮU TRUNG
NHÓM SVTH:
1. LÊ MINH HẢI 08103731
2. NGUYỄN NGỌC HIỀN 08116951
3. NGUYỄN VĂN QUÂN 08212681
4. LÊ THÁI THIỆN 08098421
5. NGUYỄN NGỌC THÙY TRANG 08110471


Trang 1
          n Hữu Trung
GVHD  Nguyễ
: Đề Tài: Hấp Phụ 


TP HỒ CHÍ MINH ngày 30 tháng 03 năm 2010



Mục lục
Mục lục:------------------------------------------------------------------------------2

Lời mở đầu: -------------------------------------------------------------------------3

1. lý thuyết hấp phụ--------------------------------------------------------------------
-------------------------5

1.1Hấp phụ và phân loại hấp phụ-------------------------------------------------5

1.2Đặc điểm của hấp phụ----------------------------------------------------------6

1.3Các thông số của quá trình hấp phụ--------------------------------------------6

1.4. Cấu trúc bề mặt chất hấp phụ:-------------------------------------------------
------------------------------------------10

2. Chất hấp phụ và ứng dụng----------------------------------------------------13

2.1 Chất hấp phụ--------------------------------------------------------------------13

2.2 Chất bị hấp phụ ------------------------------------------------------------------------15

3. Một số mô hình sử dụng quá trình hấp phụ-----------------------------20




Trang 2
          n Hữu Trung
GVHD  Nguyễ
: Đề Tài: Hấp Phụ 




Lời mở đầu
Hấp phụ là quá trình tụ tập(chất chứa, thu hút…) các phân tử khí, hơi hoặc các
phân tử, ion của chất tan lên bề mặt phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể
là lỏng – rắn, khí – rắn.

Hấp phụ được sử dụng rất nhiều trong ngành hóa học và môi trường nhằm
hấp thụ các tạp chất hay thu những cấu tử gây bất lợi cho các quá trình mà chúng
ta muốn loại bỏ. Trong nghành môi trường thì việc áp dụng quá trình hấp phụ
trong thu hồi và xử lý rất phổ biết . Điển hình là than hoạt tính là loại nguyên
liệu rất phổ biến , dễ sản xuất, có giá thành thấp mà hiệu quả dùng để xử lý thì
rất là cao. Vì vậy than hoạt tính được dùng để lọc nước, hấp thụ các ion kim
loại nặng trong nước rất tốt.

Chúng Tôi nhóm sinh viên chuyên ngành “ Công Nghệ Môi Trường” khi nhận
được đề tài “ hấp phụ” rất vui mừng và đã cố ngắng rất nhiều nghiên cứu rất
nhiều tài liệu làm bài tiểu luận này. Nhưng vì chưa có nhiều kinh nghiệm trong
nghiên cứu và khảo sát thực tế….Nhóm rất mong nhận được sự góp ý và nhận
xét của Thầy và Các Bạn.

Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Thầy Nguyễn Hữu Trung đã nhiệt tình
giảng dạy và hướng dẩn.



Nhóm:

Lê Minh Hải 08103731
Nguyễn Ngọc Hiền 08116951
Nguyễn Văn Quân 08212681
Lê Thái Thiện 08098421
Nguyễn Ngọc Thùy Trang 08110471




Trang 3
          n Hữu Trung
GVHD  Nguyễ
: Đề Tài: Hấp Phụ 




Nhận xét của giáo viên hướng dẩn:




................................................

................................................

................................................

................................................

................................................

................................................

................................................

................................................

................................................

................................................

................................................

................................................

................................................

................................................

...........................................

...........................................

...........................................



Trang 4
          n Hữu Trung
GVHD  Nguyễ
: Đề Tài: Hấp Phụ 




1. LÝ THUYẾT HẤP PHỤ:
1.1. Hấp phụ và phân loại hấp phụ:
1.1.1 Địmh nghĩa: Hấp phụ
là quá trình tụ tập(chất chứa, thu hút…) các
phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của
chất tan lên bề mặt phân chia pha. Bề mặt
phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí – rắn.
Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ
xảy ra gọi là chất hấp phụ, còn chất mà được
tụ tập trên bề mặt phân chia pha được gọi là
chất bị hấp phụ.
Phân loại hấp phụ: Hình: 1.1 sự hấp phụ

1.1.2 Phân loại hấp phụ:
Hấp phụ vật lý: Các nguyên tử bị Hấp phụ liên kết với những tiểu
phân(nguyên tử, phân tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết
vander walls yếu.
Nói một cách khác, trong hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và
chất Hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học(không hình thành các liên kết
hóa học) mà chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt
bằng lực liên kết phân tử yếu(lực vander walls) và liên kết hiđro. sự hấp phụ vật
lý luôn luôn thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ không lớn. Thường thấy nhiều trong
hấp phụ đa lớp.




Hình: 1.2 Qúa trình hấp phụ
Hấp phụ hóa học: Có những lực hóa trị mạnh(do các liên kết bền của
liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) liên kết những phân tử hấp
phụ và những phân tử bị hấp phụ tạo thành những hợp chất hóa học trên bề mặt
phân chia pha.


Trang 5
          n Hữu Trung
GVHD  Nguyễ
: Đề Tài: Hấp Phụ 


Nói một cách khác hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử hấp phụ tạo
hợp chất hóa học với các phân tử bị hấp phụ và hình thành trên bề mặt phân chia
pha(bề mặt pha hấp phụ).
Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thường(liên kết
ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) sự hấp phụ hóa học luôn luôn bất
thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol.
2.




1.2. Đặc điểm của hấp phụ:

1.2.1 Năng lượng hoạt hóa hấp phụ:

• Hấp phụ hóa học tiến hành chậm và có năng lượng hoạt hóa khá lớn gần
bằng năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học, phụ thuộc bởi khoảng cách
giữa các nguyên tử trong chất bị hấp phụ và các trung tâm trên bề mặt chất rắn.

• Hấp phụ lý học tiến hành rất nhanh và năng lượng hoạt hóa bằng không.

1.2.2 Tính thuận nghịch của hấp phụ:

• 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 bao giờ cũng là quá trình thuận nghịch. Tuỳ
theo đặc tính mối nối liên kết hóa học mà tính chất thuận nghịch ở quá trình hấp
phụ khác nhau. Có những quá trình hóa học khá bền vững, tạo thành các hợp chất
hóa học, ví dụ như sự hấp phụ Oxy lên kim loại tạo Oxyt kim loại, hoặc khi hấp
phụ lên than cho CO2, CO.


1.3. Các thông số của quá trình hấp phụ.

1.3.1. Độ xốp của chất hấp phụ:

Trong một vật liệu xốp, thể tích của nó gồm hai phần, phần chất rắn và
phần không gian rỗng . Từ đó dẫn tới hai đại lượng khối lượng: thực và biểu
kiến.khối lượng riêng thực được định nghĩa là ρt tỉ lệ giữa khối lượng m và thể
tích phần chất rắn. Khối lượng riêng biểu kiến ρb là tỉ lệ giữa khối lượng và thể

tích tổng vt của nó: ρ t =
m
vr


ρ b
m
=
vt


Trang 6
          n Hữu Trung
GVHD  Nguyễ
: Đề Tài: Hấp Phụ 


Ta luôn có ρb < ρt , ρb = ρt khi vật liệu



Độ xốp β được định nghĩa là tỉ lệ giữa thể tích phần rỗng trên thể tích tổng:

β = ( vt − vr ) / vt = 1 − vr / vt = 1 − ρ b / ρ t

Xác định được ρb , ρt sẽ tính được β.

1.3.2. Nghiên cứu cấu trúc từ đường đẳng nhiệt hấp phụ khí:

Đường đẳng nhiệt hấp phụ của các khí được đo ở nhiệt độ thấp, ví dụ
với nitơ đo ở -196oC nhằm hạn chế hấp phụ hóa học. Đường đẳng nhiệt hấp
phụ khí đo được khi nâng dần áp suất chất bị hấp phụ trong hệ đo, ngược lại khi
giảm áp suất xảy ra quá trình giải hấp phụ. Nếu chất hấp phụ chỉ chứa loại mao
quản nhỏ (zeolit bột) hoặc mao quản lớn thì đường hấp phụ và giải hấp phụ
trùng nhau, nếu nó chứa mao quản trung bình thì ở vùng áp suất 0,3-0,4 p/ps (ps áp
suất bảo hòa) đường giải hấp phụ nằm cao hơn và đến một điểm nào đó. Ví dụ
p/ps =0,85 lại trùng vào đường hấp phụ. Hiện tượng đó gọi là trễ mà một trong
những nguyên nhân chủ yếu là ngưng tụ mao quản – sự hóa lỏng dưới áp suất
bảo hòa.

Giả thiết là mao quản có dạng hình trụ, trong đó xảy ra ngưng tụ mao
quản . Vòm cầu lõm do chất lỏng tạo ra có độ lớn rk gọi là bán kính Kelvin, nó
có mối liên hệ với áp suất trên đường đẳng nhiệt giải hấp phụ trong phương
trình Kelvin:

2vm .σ .cos θ
rk =
R.T .ln( p / ps )

Với: vm : là thể tích mol của chất bị hấp phụ.
σ ,θ : là sức căng bề mặt và góc thấm ướt
. rk: chưa phải là bán kính của mao quản vì trước khi ngưng tụ các chất
đã bị hấp phụ nhiều lớp có độ dày nhất định nào đó vì vậy bán kính của mao
quản:




Trang 7
          n Hữu Trung
GVHD  Nguyễ
: Đề Tài: Hấp Phụ 



rp = rk + t Có
nhiều phương pháp xác định t, thông dụng nhất là phương pháp Halsey:

K
t = σ[ ]1/3
RT .ln( p / ps )

σ : độ dày thống kê của phân tử chất bị hấp phụ.

K: hằng số phụ thuộc vào bản chất của chất hấp phụ.

1.3.3. Sử dụng phương trình BET để tính toán các thông số quá
trình hấp phụ.

Phương trình BET:

P / P0 1 c −1
= + (P / P0 )
V (1 − P / P0 ) cVm cVm

BET lý thuyết là một quy tắc cho hấp phụ vật lý của các phân tử khí trên bề
mặt rắn và là cơ sở cho một kỹ thuật phân tích quan trọng cho sự đo lường của diện
tích bề mặt cụ thể .

Khái niệm về lý thuyết là một phần mở rộng của lý thuyết Langmuir, mà là
một lý thuyết cho các phân tử hấp phụ đơn lớp, để hấp phụ đa tầng với các giả thuyết
sau:

(a) các phân tử khí hấp thu vào cơ thể rắn trong một lớp vô hạn.
(b) không có sự tương tác giữa mỗi lớp hấp phụ.
(c) các lý thuyết Langmuir có thể được áp dụng cho từng lớp.

- Phương trình BET kết quả được thể hiện bằng (1):




P và P 0 : là trạng thái cân bằng và áp lực của bão hòa của hấp phụ ở nhiệt
độ hấp phụ.

v : Là số lượng khí hấp phụ (ví dụ, trong các đơn vị khối lượng),
v m : là số lượng khí hấp phụ đơn lớp.
C : là hằng số BET, được thể hiện qua (2):




Trang 8
          n Hữu Trung
GVHD  Nguyễ
: Đề Tài: Hấp Phụ 




E 1 : là nhiệt hấp phụ cho các lớp đầu tiên.

E L : là cho phần thứ hai và các lớp cao hơn và bằng với nhiệt của hóa
lỏng.




Hình: 1.3 Đường đẳng nhiệt hấp phụ


Phương trình (1) là một đường đẳng nhiệt hấp phụ và có thể được vẽ như một
đường thẳng với 1/ v [(P 0 / P) - 1] trên trục y và φ = P / P 0 trên trục x theo thử nghiệm
kết quả. Mối quan hệ tuyến tính của phương trình này được duy trì chỉ trong khoảng
0,05
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản