Cơ sở quá trình xử lý hóa lý

Chia sẻ: MaiVanThuong Thuong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

178
lượt xem 42
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cơ sở quá trình hấp thụ lên bề mặt chất hấp thụ, làm giảm sức căng bề mặt của chất hấp phụ, làm giảm sức căng bề mặt của chất hấp thụ. Nhả hấp phụ: qt đi ra của chất bị hấp thụ khỏi bề mặt chất hấp thụ.Nhờ các lực liên kết vật lý.Hấp thụ đơn lớp, đa lớp, thuận nghịch .Cấu trúc chất hấp thụ không thay đổi.ít có tính chất chọn lọc, nhiệt độ thấp

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Cơ sở quá trình xử lý hóa lý

CÔ SÔÛ QUAÙ TRÌNH XÖÛ LYÙ HOÙA LYÙ Quaù trình keo tuï taïo boâng Quaù trình haáp phuï Quaù trình trao ñoåi ion Quaù trình truyeàn khí Cơ sở quá trình hấp phụ (Adsorption) Định nghĩa Là 1 hiện tượng bề mặt Thu hút chất bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ, làm giảm sức căng bề mặt của chất hấp phụ Nhả hấp phụ: qt đi ra của chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ 1
Cơ chế quá trình hấp phụ Cơ sở quá trình hấp phụ HP Vaät lyù (Physical Adsorption) Phaân loaïi HP Hoùa hoïc (Chemical Adsorption) HP Vaät lyù Nhôø caùc löïc lieân keát vaät lyù Haáp phu đơn lớp, ña lôùp, thuaän nghòch Caáu truùc chaát haáp phuï khoâng thay ñoåi Ít coù tính choïn loïc, t0 thaáp VD: sự HP của AC đ/v CO2, C2H5OH,… 2
Cơ sở quá trình hấp phụ HP hoùa hoïc Nhôø löïc lieân keát hoùa hoïc Haáp phuï ñôn lôùp Caáu truùc chaát haáp phuï thay ñoåi Khoâng thuaän nghòch Tính choïn loïc cao, t0 cao VD: sự HP của chất rắng AgI đ/v Ag+ trong dd Cơ sở quá trình hấp phụ Khaû naêng haáp phuï phuï thuoäc Dieän tích beà maët chaát haáp phuï (m2/g) Noàng ñoä cuûa chaát bò haáp phuï ng Vaän toác töông ñoái giöõa hai pha Cô cheá hình thaønh lieân keát: hoùa hay lyù hoïc nh 3
Cơ sở quá trình hấp phụ Caùc daïng lieân keát ng LK Van der Waals LK tónh ñieän LK Hydro LK hoùa hoïc: lk ion, ñoàng hoùa trò, phoái trí ng Liên kết Van der Waals 4
Liên kết Hydro Liên kết tĩnh điện 5
Nhiệt hấp phụ Tỏa nhiệt Độ hấp phụ tăng khi nhiệt độ giảm Nhiệt HP vật lý nhỏ, nhiệt HP hóa học lớn Nhiệt hấp phụ tích phân (cal/g): lượng nhiệt thoát ra tính cho 1g chất hấp phụ Nhiệt hấp phụ vi phân (cal/mol): là lượng nhiệt thoát ra khi hấp phụ thêm một lượng nhỏ chất bị hấp phụ và quy về ứng với 1 mol Tính chọn lọc định hướng Quy tắc chọn lọc định hướng Những chất có t/c tương tự nhau dễ HP vào nhau Nếu là HP hóa học đ/v các ion Ion có trong thành phần cấu tạo tinh thể ở bề mặt: bị HP trước Ion tương tự có khả năng hoàn thành cấu tạo mạng lưới tinh thể ở bề mặt Ưu tiên cho ion có điện trường lớn hơn (điện tích lớn, solvat hóa ít hơn) VD: AgI HP mạnh đ/v I- trong dd có KI, nhưng cũng có khả năng HP Cl- (hay SCN-) trong dd có NaCl hay NaSCN 6
Cơ sở quá trình hấp phụ Ñoä haáp phuï (G) Laø löôïng chaát bò haáp phuï ñaõ bò haáp phuï treân 1 ñôn vò dieän tích beà maët hoaëc 1 ñôn vò khoái löôïng chaát haáp phuï (ôû traïng thaùi caân baèng haáp phuï). n n G= G= hay S m n : số mol chất bị hấp phụ S : diện tích bề mặt (m2) m : khối lượng chất hấp phụ (g) Cơ sở quá trình hấp phụ Baûn chaát chaát HP/ bò HP G phuï thuoäc Beà maët chaát HP Noàng ñoä (aùp suaát) chaát bò HP No ng Gmax – laø ñoä haáp phuï toái ña cuûa chaát HP öùng vôùi noàng ñoä ng ng caân baèng cuûa chaát bò HP ng 7
Độ phủ bề mặt (θ) Sp θ= .100% Sr Sr : diện tích bề mặt riêng, Sp: diện tích bề mặt của chất hấp phụ đã hấp phụ 0 < θ 100% : hấp phụ đa lớp θ = 100% : hấp phụ đơn lớp hoàn toàn Sp G θ= = Sr Gmax Độ phủ bề mặt (θ) Sp = G.N 0.S 0 N0 : số Avogadro G : độ hấp phụ S0 : độ phủ cơ bản (độ phủ nguyên tố) - là diện tích tối thiểu của 1 phân tử hoặc 1 ion chiếm chỗ ở bề mặt chất hấp phụ 8
Ví dụ 1 10g 1 loại than củi có bề mặt riêng Sr = 300m2.g-1 đã hấp phụ được 0,46g rượu C2H5OH ở 250C. Tính độ phủ của loại than này đối với C2H5OH? Biết S0(C2H5OH) = 21,6A0 2 9
Chất hấp phụ (Adsorbent) Là chất rắn mà trên bề mặt xảy ra sự hấp phụ Diện tích bề mặt riêng rất lớn Tự nhiên hoặc tổng hợp Độ phân tán cao Cấu trúc vô định hình hoặc tinh thể nhỏ 10
Chất hấp phụ (Adsorbent) Than hoạt tính (AC), (1000 – 1500m2/g) Silicagel Zeolites Đất sét (50 - 200 m2/g) Alumina hoạt tính (AlO4) 11
Hấp phụ bằng than hoạt tính (AC) Dạng hạt GAC (Granular Activated Carbon) Dạng bột PAC (Powder Activated Carbon) Than hoạt tính Diện tích bề mặt lớn (1g AC có tổng S = 1000m2) Độ rỗng (độ xốp) lớn Hiệu quả hấp phụ cao (hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, chất gây mùi) 12
Than hoạt tính Loại vừa r = 1 – 25nm Loại lớn r > 25nm Loại nhỏ r < 1nm Than hoạt tính 13
Than hoạt tính Than GAC: xử lý Than PAC: xử lý liên tục dạng mẻ PAC Than hoạt tính Đặc tính của than hoạt tính Thể tích rỗng 0.56-1.20 cm3/g Diện tích bề mặt 600-1600 m2/g Đường kính lỗ rỗng (trung bình) 15-25 Å Nhiệt độ nhả hấp phụ (bốc hơi) 100-140oC Nhiệt độ tối đa cho phép 150oC 14
Sản xuất than hoạt tính Nhả hấp phụ Tại sao nhả hấp phụ? Tăng hiệu quả hấp phụ Hiệu quả kinh tế Chất hấp phụ Phương pháp Dùng nhiệt Chất bị hấp phụ Dùng các chất hóa học 15
Nhả hấp phụ than hoạt tính Dùng nhiệt Nhiệt phân – đốt cháy các chất bị hấp phụ (hữu cơ) Gia nhiệt đến 8000C, không có O2 (tránh than hoạt tính bị cháy) Tốn kém: lò đốt, lò nung,… Tổn thất lớn: 7-10% Nhả hấp phụ than hoạt tính Dùng tác nhân hóa học Kiềm hoặc dung môi Thường thực hiện ở 1000C, pH cao Hỗn hợp thu được: dung môi và chất bẩn. Tổn thất ít, 1% Thường dùng cho hấp phụ hóa học 16
Zeolites Đường đẳng nhiệt hấp phụ (Adsorption Isotherms) Freundlich Freundlich Langmuir BET Henry BET 17
Đường đẳng nhiệt Langmuir Giả thiết Hấp phụ đơn lớp Năng lượng HP của các phân tử đồng nhất Sự có mặt của các ptử đã bị HP không a/h đến khả năng HP của những vị trí liền kề Qt hấp phụ thuận nghịch Đường đẳng nhiệt Langmuir C Phương trình lý thuyết G = Gmax a+C a : hằng số Gmax : độ HP cực đại (hằng số) – mol/g G : độ HP C : nồng độ chất bị HP (mol/l) 18
Đường đẳng nhiệt Langmuir PT này chỉ phù hợp với thực nghiệm trong 2 trường hợp: C > a: G = Gmax → dạng (2) Trong khoảng (C1, C2): không phù hợp với đường cong thực nghiệm Bề mặt chất HP không hoàn toàn đồng nhất HP vật lý có thể đa lớp Đường đẳng nhiệt Langmuir PT thực nghiệm x a.b.C 1 1 11 = ⇒ =+ . m 1 + a.C x b a.b C m -x : löôïng chaáát bò haááp phuïï (mg) ng cha ha phu -m : khoáái löôïng chaáát haááp phuïï (mg) kho ng cha ha phu -C : noààng ñoä chaáát bò HP coøøn trg dd sau khi qt HP no ng cha co keáát thuùùc (mg/L) ke thu - a, b : haèèng soáá ha ng so 19
Đường đẳng nhiệt Freundlich Giả thiết Quá trình hấp phụ đa lớp Dạng 1 1 log x = log p + log b x = bp 1/ n n x : độ hấp phụ p : áp suất khí cân bằng trên chất hấp phụ b, n : các hằng số Đường đẳng nhiệt Freundlich Dạng 2 x x 1 = KC = log K + log C 1/ n log m n m -x : löôïng chaáát bò haááp phuïï ban đầu (mg) ng cha ha phu -m : khoáái löôïng chaáát haááp phuïï (mg) kho ng cha ha phu -C : noààng ñoä chaáát bò HP coøøn trg dd sau khi qt HP no ng cha co keáát thuùùc (mg/L) ke thu - n, K : haèèng soáá ha ng so 20