Ch ng 5ươ Quá trình h p phấ ụ
5.1. Khái ni m chungệ
5.1.1 Khái ni mệ
H p phấ ụ, trong hóa h c là quá trình x y ra khi m t ch t khí hay chât l ng bọ ả ộ ấ ỏ ị
hút trên b m t m t ch t r n x p. Ch t khí hay h i đ c g i là ch t b h p phề ặ ộ ấ ắ ố ấ ơ ượ ọ ấ ị ấ ụ
(adsorbent), ch t r n x p dùng đ hút khí hay h i g i là ch t h p ph (adsorbate)ấ ắ ố ể ơ ọ ấ ấ ụ
và nh ng khí không b h p ph g i là khí tr . Quá trình ng c l i c a h p phữ ị ấ ụ ọ ơ ượ ạ ủ ấ ụ
g i là quá trình ọgi i h p ph hay nh h p ph .ả ấ ụ ả ấ ụ
Trong quá trình h p ph có to ra m t nhi t l ng, g i là nhi t h p ph .ấ ụ ả ộ ệ ượ ọ ệ ấ ụ
B m t càng l n t c đ x p c a ch t h p ph càng cao thì nhi t h p ph to raề ặ ớ ứ ộ ố ủ ấ ấ ụ ệ ấ ụ ả
càng l n.ớ
Có 2 quá trình h p ph : ấ ụ h p ph v t lýấ ụ ậ và h p ph hóa h c.ấ ụ ọ
Gi a h p ph v t lý và h p ph hóa h c th t ra khó phân bi t, có khi nóữ ấ ụ ậ ấ ụ ọ ậ ệ
ti n hành song song, có khi ch có giai đo n h p ph v t lý tuỳ thu c tính ch tế ỉ ạ ấ ụ ậ ộ ấ
c a b m t c a ch t h p ph và ch t b h p ph , tuỳ thu c vào đi u ki n quáủ ề ặ ủ ấ ấ ụ ấ ị ấ ụ ộ ề ệ
trình (nhi t đ , áp su t... )ệ ộ ấ
5.1.2. Ho t đ h p th .ạ ộ ấ ụ
• H p ph hóa h c ti n hành ch m và có năng l ng ho t hóa khá l n g nấ ụ ọ ế ậ ượ ạ ớ ầ
b ng năng l ng ho t hóa c a ph n ng hóa h c, ph thu c b i kho ng cáchằ ượ ạ ủ ả ứ ọ ụ ộ ở ả
gi a các nguyên t trong ch t b h p ph và các trung tâm trên b m t ch t r n.ữ ử ấ ị ấ ụ ề ặ ấ ắ
• H p ph lý h c ti n hành r t nhanh và năng l ng ho t hóa b ng không.ấ ụ ọ ế ấ ượ ạ ằ
5.1.3. Cân b ng h p th .ằ ấ ụ
• H p ph hóa h c ti n hành ch m và có năng l ng ho t hóa khá l n g nấ ụ ọ ế ậ ượ ạ ớ ầ
b ng năng l ng ho t hóa c a ph n ng hóa h c, ph thu c b i kho ng cáchằ ượ ạ ủ ả ứ ọ ụ ộ ở ả
gi a các nguyên t trong ch t b h p ph và các trung tâm trên b m t ch t r n.ữ ử ấ ị ấ ụ ề ặ ấ ắ
• H p ph lý h c ti n hành r t nhanh và năng l ng ho t hóa b ng không.ấ ụ ọ ế ấ ượ ạ ằ
5.1.4. Thuy t h p th .ế ấ ụ
H p ph đ ng nhi t c a langmuir. Trong quá trình h p ph nh ng phân tấ ụ ẳ ệ ủ ấ ụ ữ ử
khí b h p ph s l i trên b m t h t xúc tác trong m t th i gian nh t đ nh đị ấ ụ ẽ ở ạ ề ặ ạ ộ ờ ấ ị ể
ti p nh n năng l ng và th c hi n quá trình nh h p ph . Quá trình h p ph vàế ậ ượ ự ệ ả ấ ụ ấ ụ
quá trình nh h p ph x y ra đ ng th i cho đ n khi h t ph n ng đ t đ cả ấ ụ ả ồ ờ ế ạ ả ứ ạ ượ
tr ng thái cân b ng.ạ ằ
Đ thi t l p đ c ph ng trình đ ng h c cho quá trình h p ph , Langmuirể ế ậ ượ ươ ộ ọ ấ ụ
đã đ a ra m t s đi u ki n sau(thuy t h p ph đ ng nhi t c a langmuir). T t cư ộ ố ề ệ ế ấ ụ ẳ ệ ủ ấ ả
các tâm ho t hóa đ u có tính ch t nh nhau. S tâm ho t hóa không thay đ i theoạ ề ấ ư ố ạ ổ
th i gian. M i tâm ho t hóa ch có th h p ph m t phân t b h p ph . Gi aờ ỗ ạ ỉ ể ấ ụ ộ ử ị ấ ụ ữ
các phân t b h p ph không có tác đ ng qua l i.ử ị ấ ụ ộ ạ
5.2 V t li u h p ph : ậ ệ ấ ụ
5.2.1 Than ho t tínhạ
Than ho t tính, t lâu đã đ c dùng đạ ừ ượ ể
phòng đ c, l c không khí và l c n c. M iộ ọ ọ ướ ớ
đây, nh nhà khoa h c Vũ Văn B ng (Vi tờ ọ ằ ệ
Nam) mà chúng ta đ c bi t thêm m t tínhượ ế ộ
năng c c kỳ quan tr ng c a than ho t tính,ự ọ ủ ạ
đó là phòng tránh tác h i c a tia đ t. ạ ủ ấ
Than ho t tính là m t ch t g m chạ ộ ấ ồ ủ
y u là nguyên t carbon d ng vô đ nh hìnhế ố ở ạ ị
(b t), m t ph n n a có d ng tinh th v nộ ộ ầ ữ ạ ể ụ
grafit (ngoài carbon thì ph n còn l i th ngầ ạ ườ
là tàn tro, mà ch y u là các kim lo i ki mủ ế ạ ề
và v n cát). Than ho t tính có di n tích b m t ngoài r t l n, n u tính ra đ n vụ ạ ệ ề ặ ấ ớ ế ơ ị
kh i l ng thì là t 500 đ n 2500 m2/g (l y m t ví d c th đ so sánh thì: m tố ượ ừ ế ấ ộ ụ ụ ể ể ộ
sân qu n v t có di n tích r ng kho ng ch ng 260 m2), do v y mà nó là m t ch tầ ợ ệ ộ ả ừ ậ ộ ấ
lý t ng dùng đ l c hút nhi u lo i hóa ch t. B m t riêng r t l n c a than ho tưở ể ọ ề ạ ấ ề ặ ấ ớ ủ ạ
tính là h qu c a c u trúc x r ng mà ch y u là do th a h ng t nguyên li uệ ả ủ ấ ơ ỗ ủ ế ừ ưở ừ ệ
h u c xu t x , qua quá trình ch ng khô (s y) nhi t đ cao, trong đi u ki nữ ơ ấ ứ ư ấ ở ệ ộ ề ệ
thi u khí. Ph n l n các v t r ng - n t vi m ch, đ u có tính h p th r t m nh vàế ầ ớ ế ỗ ứ ạ ề ấ ụ ấ ạ
chúng đóng vai trò các rãnh chuy n t i (k n i). Than ho t tính th ng đ c tể ả ẽ ố ạ ườ ượ ự
nâng c p (ví d , t r a tro ho c các hóa ch t tráng m t), đ l u gi l i đ cấ ụ ự ử ặ ấ ặ ể ư ữ ạ ượ
nh ng thu c tính l c hút, đ có th th m hút đ c các thành ph n đ c bi t nhữ ộ ọ ể ể ấ ượ ầ ặ ệ ư
kim lo i n ng. ạ ặ
Thu c tính làm tăng ý nghĩa c a than ho t tính là: nó là ch t không đ c (k cộ ủ ạ ấ ộ ể ả
m t khi đã ăn ph i nó), giá thành s n xu t r (đ c t o t g thành than ho tộ ả ả ấ ẻ ượ ạ ừ ỗ ạ
tính và t nhi u ph ch t h u c khác, ví d : t v , x d a), và đ ng th i cũngừ ề ế ấ ữ ơ ụ ừ ỏ ơ ừ ồ ờ
x lý ch t th i r t d sau khi đã dùng (b ng cách đ t). N u nh các ch t đãử ấ ả ấ ễ ằ ố ế ư ấ
đ c l c là nh ng kim lo i n ng thì vi c thu h i l i, t tro đ t, cũng r t d .ượ ọ ữ ạ ặ ệ ồ ạ ừ ố ấ ễ
ng d ng:Ứ ụ
Trong y t (Carbo medicinalis – than d c): đ t y trùng và các đ c t sauế ượ ể ẩ ộ ố
khi b ng đ c th c ăn,ị ộ ộ ứ
Trong công nghi p hóa h c: làm ch t xúc tác và ch t t i cho các ch t xúc tácệ ọ ấ ấ ả ấ
khác,
Trong k thu t thì làm m t thành ph n c a cái l c khí (trong đ u l c thu cỹ ậ ộ ầ ủ ọ ầ ọ ố
lá, cũng nh trong t l nh và máy đi u hòa nhi t đ ).ư ủ ạ ề ệ ộ
Trong x lý n c (ho c l c n c trong gia đình): đ t y các ch t b n viử ướ ặ ọ ướ ể ẩ ấ ẩ
l ng.ượ
Phòng tránh tác h i c a tia đ t.ạ ủ ấ
Than ho t tính là: Than x p ch a 88 - 98% than tuỳ theo đi u ki n ch t o,ạ ố ứ ề ệ ế ạ
thu đ c b ng cách than hoá nguyên li u h u c (vd. than m , g , s d a,ượ ằ ệ ữ ơ ỏ ỗ ọ ừ
x ng...) và ho t hoá s n ph m nh n đ c kho ng 900oC. Ho t hoá là quáươ ạ ả ẩ ậ ượ ở ả ạ
trình cho than ph n ng v i h i n c, khí cacbonic, k m clorua, vv. Vd. do ph nả ứ ớ ơ ướ ẽ ả
ng C + CO2 = 2CO m t ph n than b cháy t o thành khí CO đ l i l h ng làmứ ộ ầ ị ạ ể ạ ỗ ổ
cho than tr nên x p (đ x p kho ng 60 - 70%) và do đó có kh năng h p phở ố ộ ố ả ả ấ ụ
t t. Là ch t h p ph t t đ i v i các ch t không phân c c, th ng là ch t h u c ,ố ấ ấ ụ ố ố ớ ấ ự ườ ấ ữ ơ
h p ph y u các ch t phân c c nh n c, amoniac. Đ c dùng đ ch t o m tấ ụ ế ấ ự ư ướ ượ ể ế ạ ặ
n ch ng h i đ c, thu h i h i dung môi h u c , làm s ch dung d ch n c (vd.ạ ố ơ ộ ồ ơ ữ ơ ạ ị ướ
t y màu dung d ch đ ng, d u, m ...). Trong y h c, đ c dùng đ làm s ch máuẩ ị ườ ầ ỡ ọ ượ ể ạ
và hút ch t đ c trong b máy tiêu hoá.ấ ộ ộ
5.2.2 Silicagel
Silica gel hay gel axit
silixic là m t ch t r t s n cóộ ấ ấ ẵ
trong t nhiên, c ng thêm v iự ộ ớ
tính năng u vi t c a nó trongư ệ ủ
các quá trình hóa h c t o nênọ ạ
cho silica gel m t v th đángộ ị ế
đ c trân tr ng. Silica gel th cượ ọ ự
ch t là điôxit silic, d ng h tấ ở ạ ạ
c ng và x p (có vô s khoang r ng li ti trong h t). Công th c hóa h c đ n gi nứ ố ố ỗ ạ ứ ọ ơ ả
c a nó là SiOủ2.nH2O (n<2), nó đ c s n xu t t natri othosilicat (Naượ ả ấ ừ 2SiO4) ho cặ
Silic TetraClorua (SiCl4). Hi n nay silica gel có vai trò r t quan tr ng trong côngệ ấ ọ
ngh hóa h c t đ n gi n đ n ph c t p. Silica gel đ c dùng r t nhi u làm xúcệ ọ ừ ơ ả ế ứ ạ ượ ấ ề
tác trong t ng h p h u c hóa d u, l c n c,...ổ ợ ữ ơ ầ ọ ướ
Trong đ i s ng hàng ngày, ng i ta th ng g p silica gel trong nh ng góiờ ố ườ ườ ặ ữ
nh đ t trong l thu c tây, trong gói th c ph m, trong s n ph m đi n t . đó,ỏ ặ ọ ố ự ẩ ả ẩ ệ ử Ở
silica gel đóng vai trò hút m đ gi các s n ph m trên không b h i m làmẩ ể ữ ả ẩ ị ơ ẩ
h ng. Silica gel hút m nh hi n t ng mao d n hàng tri u khoang r ng li tiỏ ẩ ờ ệ ượ ẫ ở ệ ỗ
c a nó, h i n c b hút vào và bám vào ch r ng bên trong các h t. M t l ngủ ơ ướ ị ỗ ỗ ạ ộ ượ
silica gel c m t thìa cà phê có di n tích ti p xúc c m t sân bóng đá. Silica gel cóỡ ộ ệ ế ỡ ộ
th hút m t l ng h i n c b ng 40% tr ng l ng c a nó và có th làm đ mể ộ ượ ơ ướ ầ ọ ượ ủ ể ộ ẩ
t ng đ iươ ố trong h p kín gi m xu ng đ n 40%.ộ ả ố ế
Đ ch th tình tr ng ng m h i n c c a silica gel, ng i ta cho m t ítể ỉ ị ạ ậ ơ ướ ủ ườ ộ
chlorua coban vào. Khi còn khô nó s có màu h i ph t xanh, khi b t đ u ng mẽ ơ ớ ắ ầ ậ
h i n c, nó chuy n d n sang màu xanh nh t, r i màu h ng, cu i cùng là tr ngơ ướ ể ầ ạ ồ ồ ố ắ
đ c.ụ
Khi silica gel đã ng m no n c, ta có th tái sinh nó b ng cách gi nó ậ ướ ể ằ ữ ở
nhi t đ kho ng 150°C trong kho ng n a gi ho c cho t i khi nào nó tr v màuệ ộ ả ả ử ờ ặ ớ ở ề
ph t xanh.ớ
Silica gel có hi u qu hút m và tính kinh t cao so v i các lo i hút mệ ả ẩ ế ớ ạ ẩ
khác. N i s n xu t silica gel nhi u nh t là Th ng H i, Thanh Đ o c a Trungơ ả ấ ề ấ ượ ả ả ủ
Qu c.ố
5.3. Thi t b h p th .ế ị ấ ụ
5.3.1 Thi t b h p ph gián đo nế ị ấ ụ ạ
1: Quat gio2: TB loc không khi3: Đông hô l u l ng- . - . / / ư ượ
4: Thap lam âm Kkhi5: TB ch a nguyên liêu6: . / 0 . ứ - TB hâp phu. -
5.3.2 Thi t b h p ph liên t cế ị ấ ụ ụ
Đây là m t công ngh t ng đ i m i đ c s d ng đ làm ng t LPG nóiộ ệ ươ ố ớ ượ ử ụ ể ọ
riêng và làm n t l ng nói chung. Công ngh rây phân t cho hi u su t làm s chọ ỏ ệ ử ệ ấ ạ
r t cao tuy nhiên chi phí cho công ngh này l i t ng đ i l n và th ng đ c sấ ệ ạ ươ ố ớ ườ ượ ử
d ng trong các nhà máy có công su t l n, yêu c u s n ph m có đ s ch cao, đaụ ấ ớ ầ ả ẩ ộ ạ
d ng các s n ph m công ngh .ạ ả ẩ ệ
Nguyên t c c a công ngh là dùng l p ch t h p ph có kích th c mao qu n cắ ủ ệ ớ ấ ấ ụ ướ ả ỡ
phân t đ h p ph các t p ch t ra kh i dòng hydrocacbon. L p h p ph th ngử ể ấ ụ ạ ấ ỏ ớ ấ ụ ườ
đ c s d ng là các lo i zeolite, oxit nhôm ho t tính, silicagel,...ượ ử ụ ạ ạ
Dòng nguyên li u đi vào thi t b h p ph t trên xu ng. Đi ra kh i thi t bệ ế ị ấ ụ ừ ố ỏ ế ị
h p ph là hydrocacbon đã đ c làm ng t đ c đem sang b ch a. Ch t h pấ ụ ượ ọ ượ ể ứ ấ ấ
ph trong tháp h p ph 1 sau khi bão hòa các t p ch t s khóa van dòng nguyênụ ấ ụ ạ ấ ẽ
li u vào đ c chuy n sang tháp h p ph th 2. L p ch t h p ph bão hòa đ cệ ượ ể ấ ụ ứ ớ ấ ấ ụ ượ
tái sinh b ng cách th i khí có nhi t đ cao t 200-310 đ C. Khí th i đ c đ aằ ổ ệ ộ ừ ộ ả ượ ư
sang lò đ t đ làm nhiên li u ho c đ c t n d ng đ s n xu t h i n c.ố ể ệ ặ ượ ậ ụ ể ả ấ ơ ướ
5.4 ngứ d ngụ