Xúc tác Dị thể hấp phụ

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU XÚC TÁC DỊ THỂ Giảng viên: Diệp Khanh KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Sự khác nhau giữa Hấp phụ và Hấp thụ Hấp phụ (Adsorption) và Hấp thụ (Absorption) được gọi chung là Hấp thu (Sorption). KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 3 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Hiện tượng bề mặt - Hấp phụ (Adsorption)  Định nghĩa: Sự hấp phụ là sự tụ tập chất trên bề mặt phân chia hai pha thể tích (Rắn-Lỏng, Rắn-Khí, Lỏng-Khí)  Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ.  Chất được tụ tập trên bề mặt gọi là chất bị hấp phụ. Ví dụ:  CO trên Pt Trang 4 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Bề mặt riêng (của chất hấp phụ): là diện tích bề mặt/1 gam chất hấp phụ. - Những chất không có lổ xốp thì có bề mặt riêng từ vài m 2 /g cho đến vài trăm m 2 /g. - Những chất có hệ thống lỗ xốp và mao mạch phát triển thì bề mặt riêng có thể lên tới trên 1000 m 2 /gam - Ví dụ: Zeolit, than hoạt tính, silicagel,… Zeolite Trang 5 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Trang 6 Ví dụ: Các chất hấp phụ Lực hấp phụ: lực vdW, lực hóa học,… Các hạt silicagel Than hoạt tính KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Có một loạt các tiêu chí để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học, trong đó đáng chú ý nhất là sự phân biệt về đặc điểm liên quan đến năng lượng hấp phụ. - Loại liên kết - Nhiệt hấp phụ - Năng lượng hoạt hóa - Khoảng nhiệt độ hấp phụ - Số lớp hấp phụ - Tính đặc thù - Tính thuận nghịch Hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học 7 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học 8  Tương tác vật lý  Vài Kcal/mol  Không quan trọng  Nhiệt độ thấp  Nhiều lớp  Ít phụ thuộc vào bản chất của bề mặt, phụ thuộc vào những điều kiện về áp suất, nhiệt độ  Có tính thuận nghịch  Tương tác hóa học  Vài chục Kcal/mol  Quan trọng  Ưu đãi ở nhiệt độ cao  Một lớp  Có tính đặc thù. Sự hp chỉ diễn ra khi chất bị hấp phụ có khả năng tạo liên kết hóa học với chất hp.  Thường bất thuận nghịch KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Ví dụ: Phản ứng chuyển eten thành etan Step 1 reactant + catalyst Step 2 reactant/catalyst complex Step 3 product/catalyst complex Step 4 product + catalyst 9 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM -Không tuỳ thuộc vào việc hấp phụ là vật lý hay hoá học, người ta nghiên cứu: - Sự hấp phụ trên bề mặt chất lỏng. - Sự hấp phụ khí hay hơi trên bề mặt chất rắn - Sự hấp phụ chất tan từ dung dịch lên bề mặt của vật rắn nhúng vào dung dịch. -Sức căng bề mặt chỉ có vai trò quan trọng trong sự hấp phụ lên bề mặt chất lỏng hay dung dịch. Những cách nghiên cứu sự hấp phụ 10 [...]... dụng cho loại hấp phụ Hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý nhiều lớp 12 Hấp phụ đơn lớp vs Hấp phụ đa lớp ? đa lớp phân tử đơn lớp phân tử Bề mặt chất rắn Mơ hình lớp đa phân tử KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Các loại đường đẳng nhiệt hấp phụ KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir... có thể nghiên cứu sự phụ thuộc của lượng chất bị hấp phụ ở các điều kiện khác nhau: - Độ hấp phụ (G) = f(T) ở P = const → gọi là đường Đẳng áp hấp phụ - Độ hấp phụ (G) = f(T) ở C = const → gọi là đường Đẳng nồng độ hấp phụ - Độ hấp phụ (G)=f(P) hay G=f(C) ở T=const →gọi là đường Đẳng nhiệt hấp phụ KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM 11 Các loại đường đẳng nhiệt hấp phụ Tên gọi đường đẳng nhiệt hấp phụ. .. các tâm hấp phụ như nhau về mặt năng lượng) • Hấp phụ đơn lớp (khơng có hấp phụ đa lớp) • Khơng có tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM 19 - Phương trình hấp đẳng nhiệt Langmuir đối với một khí - θ là phần bề mặt của chất hấp phụ đã bị che phủ bởi chất bị hấp 𝒂 𝒏 𝑽 phụ, 𝜽 = = 𝒂𝒅𝒔 = 𝒂 𝒎𝒂𝒙 𝒏 𝒎𝒂𝒙 𝑽 𝒎𝒂𝒙 - (1- θ) phần bề mặt tự do của chất hấp phụ Để sự hấp phụ xảy... K p 0 Giả thiết: • Bề mặt đồng nhất (tất cả các tâm hấp phụ như nhau về mặt năng lượng) • Hấp phụ đơn lớp (khơng có hấp phụ đa lớp) • Khơng có tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM 15 Đẳng nhiệt hấp phụ Loại II và IV n ad II Hấp phụ đa lớp (bắt đầu tại B) Mao quản rỗng B p /p 0 IV n ad Tương tự II ở giá trị p thấp Ngưng tụ mao quản ở giá trị p cao B p /p 0 KHOA HĨA... VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM MacroPore? 17 Đẳng nhiệt hấp phụ Loại III và V III n ad Lực liên kết giữa các phân tử bị hấp phụ, (ví dụ: nước hấp phụ trên bề mặt cacbon hoạt tính kỵ nước) p /p 0 V n ad Tương tự như III ở giá trị p thấp Ngưng tụ mao quản ở giá trị p cao p /p 0 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM 18 Hấp phụ khí và hơi trên bề mặt rắn Thuyết hấp phụ đơn phân tử Langmuir I n ad nad  nm    nm... (1.30)   P  0,3   0,05    P0   Po: áp suất hơi bão hồ của chất bị hấp phụ ở cùng nhiệt độ với nhiệt độ xẩy ra hấp phụ P: áp suất cân bằng của hơi trong pha hơi trên vật liệu hấp phụ ở nhiệt độ xảy ra hấp phụ C: hằng số B.E.T, phụ thuộc nhiệt độ Ce ( H  qL RT ) KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM 27 ∆H: entanpy hấp phụ qL: nhiệt ngưng tụ - Khi 𝑃 𝑃𝑜 bé và C >> 1 thì phương trình (1.30) chuyển... của vật liệu hấp phụ Sr theo cơng thức 𝑺 𝒓 = 𝒂 𝒎𝒂𝒙 𝑵 𝒐 𝑺 𝒐 hay 𝐒 𝐫 = (𝐕𝐦/𝐕𝟎) 𝐍𝟎 𝐒𝟎 Phương trình BET là phương trình hấp phụ vật lý đa lớp của chất hấp phụ rắn đối với chất khí Phương trình đó được áp dụng để xác định bề mặt riêng của chất xúc tác và chất hấp phụ rắn KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM 28 - Bài tập áp dụng 1 Để che phủ 1g silicagel (SiO2.H2O) bằng một lớp đơn phân tử cần thể tích khí... PHẨM 21 Những trường hợp riêng - Vùng Henry (khi sự hấp phụ yếu (b bé) và tại áp suất cân bằng P bé của khí bị hấp phụ thì bP >1) Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir Dạng nồng độ của phương trình Langmuir Áp dụng để tính diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ (𝑺 𝒓 = 𝒂 𝒎𝒂𝒙 𝑵 𝒐 𝑺 𝒐 , trong đó amax là dung lượng... Langmuir ? KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM 24 Thuyết hấp phụ đa phân tử B.E.T - Cơ sở thực nghiệm: - Đường hấp phụ thực tế khơng có vùng bão hòa Điều này được giải thích dựa vào sự ngưng tụ mao quản (đối với vật liệu hấp phụ có mao quản) hay dựa vào sự hấp phụ đa lớp (đối với vật liệu khơng có mao quản) KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Thuyết hấp phụ đa lớp B.E.T - Thuyết này do ba nhà khoa học Brunauer,... chất bị hấp phụ) KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM - Bài tập áp dụng M.G Oliver và R.Jadot (1997) nghiên cứu sự hấp phụ của butan trên silicagel Kết quả thu được độ hấp phụ (mol/kg silicagel) tại 303 K như sau: P (kPa) n (mol/kg) 31,00 1,00 38,22 1,17 53,03 1,54 76,38 2,04 101,97 2,49 130,47 2,90 165,06 3,22 182,41 3,30 205,75 3,35 219,91 3,36 Cho biết dữ liệu trên nghiệm đúng phương trình hấp phụ đẳng