Bài giảng Hóa lý 2 (Phần 3): Chương 2 - Hấp phụ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:94

Thêm vào BST

Báo xấu

68
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Hóa lý 2 (Phần 3): Chương 2 - Hấp phụ" được biên soạn với các nội dung chính sau: Đại cương về hấp phụ; Hấp phụ trên bề mặt lỏng khí; Hấp phụ trên bề mặt rắn - khí; Hấp phụ trên bề mặt rắn - lỏng; Một số chất hấp phụ rắn. Mời các bạn cũng tham khảo bài giảng tại đây!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa lý 2 (Phần 3): Chương 2 - Hấp phụ

CH3061 HÓA LÝ II Phần 3-Hấp phụ Hóa keo 1
Chương II: HẤP PHỤ I. Đại cương về hấp phụ - Một số khái niệm về hấp phụ, chất hấp phụ - Hấp phụ vật lý – hấp phụ hóa học II. Hấp phụ trên bề mặt lỏng- khí. PT Hấp phụ Gibbs III. Hấp phụ trên bề mặt rắn-khí 1. PT hấp phụ Langmuir 2. PT Hấp phụ BET 3. Ngưng tụ mao quản III. Hấp phụ trên bề mặt rắn-lỏng 1. Hấp phụ phân tử trong dung dịch 2. Hấp phụ đặc biệt ion trong dung dịch 3. Hấp phụ trao đổi ion IV. Giới thiệu một số chất hấp phụ rắn. 2
I. Một số khái niệm Hấp phụ R-K 3
I. Đại cương về hấp phụ 1. Hấp phụ (adsorption): qt tập trung chất lên lớp bề mặt phân chia pha làm cho nồng độ chất ở đó lớn hơn trong thể tích mỗi pha. Khử hấp phụ (de-adsorption): ngược lại với qt hấp phụ. Chất hấp phụ (adsorbent): chất có bm thực hiện sự hấp phụ n Chất bị hấp phụ (adsorbate): chất bị hút lên bm chất hấp phụ; thường là chất lỏng, khí hay các chất tan trong dung dịch 2. Độ hấp phụ (a): Đặc trưng cho khả năng hấp phụ của một chất đơn vị: mol/m2 hoặc g/m2 (mol/g, g/g, m3/g, …) 4
Bề mặt riêng n Bề mặt riêng (so): Diện tích BM ứng với 1 đơn vị khối lượng chất hấp phụ (chất rắn) m2/g Cùng một thể tích, kích thước vật càng nhỏ à diện tích bề mặt càng tăng 5
Bề mặt riêng SEM image of NaX at 5,000X magnification Zeolite 500÷ 800m2/g MOFs: ~ 10.000m2/g Than hoạt tính: ~ 1000m2/g Vật liệu có nhiều mao quản (xốp) à bề mặt riêng lớn 6
I. Một số khái niệm 3. Nhiệt hấp phụ: Quá trình hấp phụ làm giảm entropy: DS < 0 Quá trình tự xảy ra: DG < 0 à DG= DH - TDS < 0 à DH < 0 để quá trình hấp phụ có thể tự xảy ra. Một số ngoại lệ: VD sự hấp phụ H2 trên bề mặt thủy tinh : H2 (k) à 2H (glass) TDS (> 0) đủ lớn để bù lại giá trị nhiệt hấp phụ dương (quá trình thu nhiệt) 4. Hấp phụ vât lý – Hấp phụ hóa học 7
4.Hấp phụ vật lý – Hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học n Lực hấp phụ Lực Van der Waals (liên Lực liên kết hóa học (liên kết yếu kết bền) Nhiệt hấp phụ n < 100 kJ/mol > 100 kJ/mol nNăng lượng Rất nhỏ hoặc ~ 0 60 -100 kJ/mol hoạt hóa n Khoảng cách Trong phạm vi kích thước Trong phạm vi kích thước tương tác lớn (4 - 6Ao) phân tử (< 3Ao) Tính chọn lọc n Không chọn lọc Có tính chọn lọc cao Số lớp hấp phụ n >1 1 nSự phụ thuộc Nhiệt độ tăng, sự hấp phụ Phụ thuộc vào năng lượng vào nhiệt độ giảm. hoạt hóa (tốc độ) Hấp phụ thuận nghịch Hấp phụ bất thuận nghịch 8
Ví dụ - Nhiệt hấp phụ, DHo (kJ.mol-1) Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học Giá trị lớn Chất hấp phụ (substrate) Chất bị Chất bị nhất của nhiệt hấp hấp phụ hấp phụ phụ vật lý Cr Fe Ni CH4 -21 C2H4 - 427 -285 -243 H2 -84 CO -192 H2O -59 H2 -188 -134 N2 -21 NH3 -188 -155 (bảng 28.1 và 28.2 , trang 857, sách Hóa lý- tái bản lần thứ 6 (1998), tác giả P.W. Atkins) 9
II. HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT R-K 1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir a. Các giả thiết: • Trên bề mặt chất hấp phụ tồn tại các trung tâm hấp phụ • Bề mặt hấp phụ là đồng nhất, năng lượng hấp phụ trên mọi tâm là như nhau • Các tâm đã bị hấp phụ không gây ảnh hưởng đến sự hấp phụ của những tâm bên cạnh • Hấp phụ đơn lớp 10
1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir b.Thiết lập phương trình: K + R (bề mặt) ⇄ [K-R] Tại cân bằng: p (1 - q) q Khp: hằng số cân bằng hấp phụ q Khp = p (1 - q ) s q – phần bề mặt chất rắn bị hấp phụ, q= so so – diện tích bề mặt của chất rắn (chất hấp phụ) s – diện tích bề mặt được che phủ bởi chất khí (hơi) 11
1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir K hp .p q= (1) PT hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 1 + K hp .p (1916) a V Biểu diễn PT theo các đại lượng khác: q= = am Vm a - độ hấp phụ tại cân bằng; am: độ hấp phụ cực đại V - thể tích chất khí ứng với áp suất cân bằng Vm - thể chất khí ứng với bề mặt được che phủ hoàn toàn theo độ hấp phụ a: theo thể tích khí V: a K hp .p V K hp .p = = am 1 + K hp .p Vm 1 + K hp .p 12
1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir c. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir: K hp .p a = am a 1 + K hp .p am •Vùng áp suất thấp: Khp.p 1 p a ®am Hình 1.1 – Sơ đồ hấp phụ theo PT Langmuir 13
1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir c. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir: V K hp .p = Vm 1 + K hp .p p/V (mmHg/cm3) 1 p 1 1 OA = = .p + Vm .K hp V Vm Vm.Khp a A 1 1 tga = OA = Vm Vm .K hp O p (mmHg) Hình 1.2. Đồ thị dạng đường thẳng của PT Langmuir 14
1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir K hp .p d.Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hấp phụ: q= 1 + K hp .p æ ¶ ln K ö DHhp ç ÷ = è ¶T øq RT 2 Hình 1.3. PT hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ứng với các giá trị Khp khác nhau 15
2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt BET 16
2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt BET BET equation Brunauer, Emmett and Teller 17
2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt BET a. Các giả thiết: • Hấp phụ đa lớp. Lớp hấp phụ đầu tiên do lực Van der Waals giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Các lớp sau được tạo ra do sự ngưng tụ các khí. • Entanpy hấp phụ của các tiểu phân không thuộc lớp thứ nhất được coi xấp xỉ bằng nhau và bằng entanpy hóa lỏng (nhiệt ngưng tụ). • Các hằng số cân bằng Ki (i ³ 2), K i = 1 , po: áp suất hơi bão po hòa của chất bị hấp phụ •Số lớp hấp phụ trở nên vô cùng ở áp suất hơi bão hòa po 18
2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt BET a V K1.p b. Phương trình q= = = am Vm æ p ö æ pö çç1- ÷÷.çç1 + K1.p - ÷÷ è po øè poø K1 1 Đặt c= trong đó K i = Ki po p c. a V po q= = = (2) am Vm æ p öæ pö çç1 - ÷÷.çç1 + (c - 1) ÷÷ è po øè poø Trong đó: po – áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ trên bm thoáng V – thể tích chất bị hấp phụ ở áp suất p (cm3/g) Vm – thể tích chất bị hấp phụ tạo ra đơn lớp hấp phụ đặc khít trên bề mặt vật rắn, (cm3/g) DH1 >> DHL DHL nhiệt hấp phụ của các lớp ngoài = nhiệt ngưng tụ DH1 nhiệt hấp phụ của đơn lớp đầu tiên 19
2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt BET c. Đường hấp phụ đẳng nhiệt BET V (cm3/g) 20