Bài thuyết trình Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ

NꢀI DUNG

Khái niệm

Bản chất quá trình hấp phụ

Hấp phụ hꢁa hꢂc

Xử lý hơi và khí thải

NꢀI DUNG

Vật liệu hấp phụ

Thiết bị hấp phụ

Yêu cầu đề ra

Ứng dụng

Hoàn nguyên

Các phương pháp hoàn nguyên vật

liệu hấp phụ

Một số phương pháp hoàn nguyên

hay tái sinh cụ thể

1.Khái niệm hấp phụ

Hấp phụ là một hiện tượng (quá trình) gây

ra sự tăng nồng độ của một chất trên bề mặt

tiếp xúc giữa hai pha ( rắn-khí; rắn-lỏng;

lỏng-khí)

Hấp phụ là sự hút các phân tử khí, hơi bởi

bề mặt chất hấp phụ.

1. Khái niệm hấp phụ

2. Bản chất quá trình hấp phụ

HẤP PHỤ VẬT LÝ

.

HẤP PHỤ HÓA HỌC

HẤP PHỤ VẬT LÝ

.

• Là lꢂai hấp phụ gây ra do tương tác yếu giữa

các phân tử

• Lực tương tác là lực VanderWaals

• Dạng hấp phụ này còn gꢂi là

• hấp phụ phân tử hay hấp phụ VanderWaals.

HẤP PHỤ HÓA HỌC

Là lꢂai hấp phụ gây ra do tương tác mạnh giữa

các phân tử và tạo ra hợp chất bề mặt giữa bề

mặt chất hấp phụ và các phần tử bị hấp phụ

Được tạo ra do áp lực hꢁa hꢂc

Nhiệt độ thấp, tộc độ hấp phụ hoá hꢂc

chậm.Khi tăng nhiệt độ, tốc độ hấp phụ hoá hꢂc

tăng nhưng lại làm giảm quá trình hấp phụ

vật lý.

HẤP PHỤ HÓA HỌC

Đối với chất bị hấp phụ là chất khí, quá

trình phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất.

Lượng khí bị hấp phụ là một hàm phụ thuộc

vào hai biến T và P a = f(T,P)

Nếu giữ nhiệt độ không đổi ta được đường

đẳng nhiệt:

Nếu giữ áp suất không đổi ta cꢁ đường

đẳng áp: a = f ”(T)

a = f ’(P)

Xử lý hơi và khí thải bằng phương pháp

hấp phụ

Nguyên lý của phương pháp:

Hơi và khí độc đi qua lớp chất hấp phụ bị

giữ lại nhờ hiện tượng hấp phụ

Chất hấp phụ

là chất giữ chất khác trên bề mặt của nꢁ

Chất bị hấp phụ

là chất bị giữ lại trên bề mặt của chất hấp

phụ

Thông thường, cꢁ hai cách để áp dụng

phương pháp hấp phụ xử lý chất thải

+ Cách thứ nhất là sử dụng thiết bị hấp phụ

định kỳ

+ Cách thứ hai là sử dụng thiết bị hấp phụ

liên tục

Vật liệu hấp phụ

• Vật liệu làm chất hấp phụ là các vật liệu xốp

với bề mặt trong lớn, được tạo thành do tổng

hợp nhân tạo hay tự nhiên.

• Cấu trúc bên trong của các chất hấp phụ công

nghiệp được đặc trưng bởi kích thước và hình

dạng khác nhau của khỏang trống và lỗ xốp

Vật liệu hấp phụ cần đáp ứng các yêu cầu

• Cꢁ khả năng hấp phụ cao

• Phạm vi tác dụng rộng

• Cꢁ độ bền cơ hꢂc cần thiết

• Cꢁ khả năng hòan nguyên dễ dàng

• Rẻ tiền

Một số vật liệu hấp phụ phổ biến

Than hoạt tính là một chất hấp phụ rắn, xốp,

không phân cực và cꢁ bề mặt riêng rất lớn.

Than hoạt tính cꢁ cấu tạo xốp và nhiều lỗ hổng

nhỏ không đồng đều và rất phức tạp.

Cꢁ thể chia kích thước lỗ xốp thành ba loại:

-Dạng vi mao quản

-Dạng mao quản trung gian

-Dạng mao quản lớn

Than hꢂat tính cꢁ thể tích lỗ xốp vào khỏang

0,24-0,48 cm3/g.

Đặc tính: Bề mặt kỵ nước hấp phụ các chất hữu

cơ trong nước và không khí.

Ứng dụng: Tách các chất ô nhiễm cꢁ gốc hữu

cơ.

Ưu điểm: Giá rẻ nhất dùng trong xử lý ô nhiễm

môi trường.

Nhược điểm: Khꢁ tái sinh nếu bị đꢁng cặn, cꢁ

thể bắt cháy khi tái sinh.

Zeolit

 Zeolit là các hợp chất alumosihcat

cꢁ cấu trúc tinh thể

 Sản xuất dưới dạng bột hoặc dạng

viên xốp từ cao lanh tự nhiên sẵn

cꢁ ở Việt Nam

• Tính chất của zeolit phụ thuộc vào

tỷ lệ Si và Al và mức độ tạo tinh

thể của sản phẩm cuối cùng

• Các zeolit thể hiện tính nhạy cảm

rất rõ đối với nhiệt độ

Zeolit

 Sử dụng zeolit để làm chất hấp phụ hay được áp

dụng trong kỹ nghệ

 Nꢁ cꢁ khả năng hấp phụ hơi các hợp chất phân

cực và các chất cꢁ nối đôi trong phân cực.

 Ưu: Giữ được hoạt tính cao ở nhiệt độ tương đối

150 – 250^oC

 Nhược: do thể tích lỗ xốp nhỏ nên lượng chất

hấp phụ ít hơn so với các chất hấp phụ khác

Silicagen

• Silicagel là gel của anhydrit axit silisic cꢁ cấu

trúc lỗ xốp rất phát triển

• Silicagel dễ dàng hấp phụ các chất phân cực

cũng như các chất cꢁ thể tạo với nhꢁm

hydroxyl các liên kết kiểu cầu hydro.

• Nếu tiến hành giải hấp bằng khí nꢁng ẩm hay

bằng hơi nước với thời gian kéo dài sẽ làm

giảm hoạt tính hấp phụ của chúng

Silicagen

• Độ rỗng cao khoảng 800m2/gam, cho phép nꢁ

hút nước mạnh

• Ứng Dụng:

Silicagen cꢁ lỗ xốp mịn dùng hấp phụ các

hơi và khí dễ ngưng tụ.

Silicagen cꢁ lỗ xốp trung bình và thô dùng

để hút hơi các hợp chất hữu cơ

Silicagen

• ƯD : Do cꢁ ái lực mạnh với hơi nước nên

Silicagen được ứng dụng để sấy khô các môi

trường khác

• Ưu: năng suất cao hơn Zeolit

Silicagen không cháy cꢁ nhiệt độ tái sinh

thấp 110-200 oC và đủ đꢂ bền cơ hꢂc.

Khuyết:Tuy nhiên nꢁ bị phá hủy bởi các giꢂt

ẩm.

Keo Nhôm

• Keo nhôm được điều chế bằng cách nung các

hydroxit nhôm khác nhau

• Diện tích bề mặt của keo nhôm là 170-220

m2/g

• Tổng thể tích lỗ xốp là 0,6-1 cm3/g

• Ưu: Khác với Silicagen, keo Al bền dưới tác

dụng của các giꢂt ẩm. Chúng được ứng dụng

để thu hồi các hợp chất hữu cơ phân cực và

sấy khí

Thiết bị hấp phụ

• Trong thiết bị hấp phụ, vật liệu hấp phụ được

đổ thành lớp đệm cꢁ độ dày nhất định, cho

dòng khí cần xử lý đi qua.

• Thông số quan trꢂng của lớp đệm bằng vật liệu

hấp phụ là sức cản khí động của nꢁ phải nằm

trong phạm vi thích hợp để tổn thất áp suất của

dòng khí đi qua thiết bị không quá lớn, đồng

thời phỉa đảm bảo thời gian tiếp xúc cần thiết

giữa dòng khí và vật liệu hấp phụ.

Thiết bị hấp phụ

• Thông thường vận tốc khí trên toàn tiết diện

ngang của thiết bị nằm trong khoảng 0,1- 0,5

m/s và thời gian lưu của dòng khí trong lớp vật

liệu hấp phụ khoảng 1 – 6 s.

Yêu cầu khi đề ra thiết kế hay

chọn thiết bị hấp phụ

• Đảm bảo thời gian chu kỳ làm việc thích hợp

• Cꢁ xử lý sơ bộ đối với khí thải

• Xử lý làm giảm bớt nồng độ ban đầu

• Phân phối dòng khí đi qua lớp vật liệu hấp phụ

1 cách đều đặn

• Đảm bảo khả năng thay thế mới hay hòan

nguyên vật liệu phụ

Ứng dụng

• Xử lí khí đihyđro sunfua

+ Xử lí khí đihyđro sunfua bằng natri

cacbonat,amoni cacbonat,kali photphat:

Với natri cacbonat

H₂S + Na₂CO₃= NaHS + NaHCO₃

2NaHS + H₂S + 4NaVO₃+ 1/2O₂=

Na₂V₄O₉+ 4NaOH + 3S

Na₂V₄O₉+ 2NaOH + 1/2O₂+ 2ADA =

4NaVO₃+ 2ADA

Ứng dụng

Thay thế natri cacbonat dùng kali photphat

K₃PO4 + H₂S = K₂HPO₄+ KHS

Với amoni cacbonat:

(NH₄)₂CO₃+ H₂S = (NH₄)₂S + H₂O + CO₂

• Xử lí khí đihyđro sunfua bằng xút (NaOH)

H₂S + 2NaOH = Na₂S + 2H₂O

Na₂S + H₂S = 2NaHS

Na₂S + H₂O = NaHS + NaOH

Nếu NaOH còn dư:

CO₂+ NaOH = NaHCO₃

NaHCO₃+ NaOH = Na₂CO₃+ H₂O

Ngoài phản ứng khử H₂S còn quá trình oxi

hoá Na₂CO₃

Na₂S + H₂O = NaHS + NaOH

2NaHS + 2O₂= Na₂S₂O₃+ H₂O

Dung dịch xút đã xử dụng cũng như chất bùn

nhão thu được khi dùng sữa vôi thay thế bằng

cách dùng vôi clorua để oxi hoá các liên kết

sunfit.Lượng vôi clorua dùng vào mục đích

này là 6.3 kg qui về cho 1 kg lưu huỳnh với

nồng độ clo trong vôi là 35%