động học xúc tác xúc tác dị thể

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 TÀI LIỆU THAM KHẢO  Nguyễn Hữu Phú. Hấp phụ và xúc tác trên vật liệu mao quản. NXB KH&KT, 1998  Giáo trình Động học xúc tác. Bộ môn Tổng hợp Hữu cơ, Trường ĐH BKHN 1974.  Nguyễn Đình Huề, Trần Kim Thanh. Động hóa học và xúc tác, 1989  G. S. Caretnhicôp. Bài tập Hóa lý, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, 1979.  Jean-Pierre Wauquier. Le Rafinage du Pétrole – Procédés de Séparation. TECHNIP, 1998  N. Y. Chen. Shape Selective Catalysis in Industrial Applications. Marcel Dekker, 1989.  Jens Hagen. Industrial Catalysis: A Practical Approach. Second Edition. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. 2006.  G .Ertl,H.Knozinger,J.Weitkamp. Handbook of Heterogeneous Catalysis. Volume 3. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. 1997. 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 Ví dụ: KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT (SURFACE PHENOMENA) - 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 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 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, Bentonite,… Zeolite KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  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 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học  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 [...]... 76,0 kPa Thể tích V được quy về ở điều kiện 1,0 atm; 273 K và lượng TiO2 sử dụng là 1 g và So của Nitơ là 16,2 angstrom2 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ ƯU ĐIỂM CỦA XÚC TÁC DỊ THỂ Phản ứng xúc tác dị thể có thể được tiến hành liên tục, nên năng xuất thiết bị cao hơn Có thể tự động hóa cơng nghệ Việc tách xúc tác được tiến hành dễ dàng Có tính linh động cao KHOA HĨA HỌC VÀ... 𝑃𝑜 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Áp dụng cho loại hấp phụ Hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý nồng độ trung bình Hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý nồng độ trung bình Hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý đa lớp KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM 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... product/catalyst complex KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Step 2 reactant/catalyst complex Step 4 product + catalyst NHỮNG CÁCH NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ - Khơng tuỳ thuộc vào việc hấp phụ là vật lý hay hố 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... KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM THUYẾT HẤP PHỤ ĐA LỚP B.E.T KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM THUYẾT HẤP PHỤ ĐA LỚP B.E.T - Thuyết này do ba nhà khoa học Brunauer, Emmett và Teller xây dựng năm 1938 - Về cơ bản thuyết này vẫn giữ ngun hai trong ba luận điểm của Langmuir và có bổ sung một luận điểm mới ??? đa lớp phân tử đơn lớp phân tử Bề mặt chất rắn Mơ hình lớp đa phân tử KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG... 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 - Bài tập áp dụng 1 Để che phủ 1g silicagel (SiO2.H2O) bằng một lớp đơn phân tử cần thể tích khí nitơ là Vm =129ml (ở 1atm và 0oC) Tính diện tích bề mặt của silicagel, nếu độ phủ cơ bản của nitơ là 16,2Å2 2 Dữ liệu... mặt chất lỏng hay dung dịch KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM -Người ta 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... NGHỆ THỰC PHẨM CÁC LOẠI ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ LANGMUIR (LOẠI I) n ad I nad p /p bP  nm    nm  1  bP 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 ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ LOẠI II VÀ... trị p thấp Ngưng tụ mao quản ở giá trị p cao B p /p 0 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM MAO QUẢN (PORE) MacroPore? MicroPore ? MesoPore? Micropore (Greek micro = small): 0 nm - 2 nm diameter Mesopore (Greek meso = middle): 2nm - 50 nm diameter Macropore (Greek macro = large): >50 nm diameter KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ LOẠI III VÀ V III... tụ mao quản ở giá trị p cao p /p 0 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Hấp phụ khí và hơi trên bề mặt rắn Thuyết hấp phụ đơn phân tử Langmuir I n ad nad  nm    nm  p /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 Kp 1 K p - Phương... PHẨM KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM PHƯƠNG TRÌNH B.E.T: 𝜽= 𝑪𝑷 𝒂 𝒂 𝒎𝒂𝒙 = 𝑷𝒐 𝟏 − 𝑷 𝑷 [𝟏 + 𝑪 − 𝟏 𝑷 𝑷 ] 𝒐 𝒐 (1.30)   P  0,05   0,3    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 . trình Động học xúc tác. Bộ môn Tổng hợp Hữu cơ, Trường ĐH BKHN 1974.  Nguyễn Đình Huề, Trần Kim Thanh. Động hóa học và xúc tác, 1989  G. S. Caretnhicôp. Bài tập Hóa lý, NXB Đại học và Trung học. 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 TÀI LIỆU THAM KHẢO  Nguyễn Hữu Phú. Hấp phụ và xúc tác trên. 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 KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG