I.Khái niệm Hấp phụ là sự tích lũy các chất trên bề mặt phân cách pha (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng). Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ gọi là chất hấp phụ, còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ.Hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất lực tương tác mà người ta có thể chia hấp phụ thành 2 loại: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.1.Phân loại hấp phụ•Hấp phụ vật lý:Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực Van der Walls yếu. Đó là tổng hợp của nhiều loại lực khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng. Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hoá học (không tạo thành các liên kết hóa học) mà chất bị hấp phụ chỉ ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ. Do vậy, trong quá trình hấp phụ vật lý không có sự biến đổi đáng kể cấu trúc điện tử của cả chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ không lớn, năng lượng tương tác thường ít khi vượt quá 10 kcalmol, phần nhiều từ 3 ÷ 5 kcalmol và năng lượng hoạt hóa không vượt quá 1 kcalmol.•Hấp phụ hóa học: Xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học với các phân tử chất bị hấp phụ. Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thường (liên kết ion, cộng hóa trị, liên kết phối trí…) Nhiệt hấp phụ hóa học tương đương với nhiệt phản ứng hóa học và có thể đạt tới giá trị 100 kcalmol. Cấu trúc điện tử của cả chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đều có sự biến đổi sâu sắc, tạo thành liên kết hóa học.Trong thực tế, sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Trong một số quá trình hấp phụ xảy ra đồng thời cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
MỤC LỤC MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………………………1 Chương 1: Tổng quan trình hấp phụ I Khái niệm……………………………………………………………………………………2 II Vật liệu hấp phụ ……………………………………………………………………………4 III Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ………………………………………….9 Chương 2: Cơ chế hấp phụ I Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt……………………………………………………… 11 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir………………………………………… 11 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich…………………………………………13 Chương 3: Ứng dụng hấp phụ xử lý nước thải I Cơ sở trình hấp phụ xử lý nước thải: ………………………………….16 II Hệ thống thiết bị hấp phụ…………………………………………………………………17 III Sơ đồ số loại tháp hấp phụ…………………………………………………………19 IV Ứng dụng số vật liệu hấp phụ ……………………………………………… 21 KẾT LUẬN…………………………………………………………………………………….23 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………………………….24 MỞ ĐẦU Hấp phụ, hóa học q trình xảy chất khí hay chất lỏng bị hút bề mặt chất rắn xốp Chất khí, hay chất hịa tan gọi chất bị hấp phụ (adsorbate), chất rắn xốp dùng để hút khí, hay chất hịa tan gọi chất hấp phụ (adsorbent) khí khơng bị hấp phụ gọi khí trơ Các loại vật liệu hấp phụ như: than hoạt tính, silicagen, polime hoạt tính, zeolit, đất sét hoạt tính, nhơm oxit Cùng với cấu trúc xốp, loại có đặc tính tạo nên vùng ứng dụng hiệu riêng loại Hiệu suất trình hấp phụ ảnh hưởng chủ yếu nhiệt độ, pH, áp suất chất chất hấp phụ (diện tích bề mặt tiếp xúc, kích thước hạt ,độ tan chất tan, tính chất hóa học,…) Để đánh giá khả hấp phụ hệ hấp phụ, người ta thường áp dụng phương trình đẳng nhiệt Langmuir Freundich Mơ hình hấp phụ Langmuir Freundlich ứng dụng nhiều nghiên cứu mơ hình hấp phụ hệ rắn – lỏng, đặc biệt nghiên cứu hấp phụ chống ô nhiễm môi trường Chương 1: Tổng quan trình hấp phụ I Khái niệm Hấp phụ tích lũy chất bề mặt phân cách pha (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng) Chất có bề mặt xảy hấp phụ gọi chất hấp phụ, chất tích lũy bề mặt chất hấp phụ gọi chất bị hấp phụ Hiện tượng hấp phụ xảy lực tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ Tùy theo chất lực tương tác mà người ta chia hấp phụ thành loại: hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học Phân loại hấp phụ Hấp phụ vật lý: Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với tiểu phân (nguyên tử, phân tử, ion…) bề mặt phân chia pha lực Van der Walls yếu Đó tổng hợp nhiều loại lực khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng lực định hướng Trong hấp phụ vật lý, phân tử chất bị hấp phụ chất hấp phụ khơng tạo thành hợp chất hố học (khơng tạo thành liên kết hóa học) mà chất bị hấp phụ ngưng tụ bề mặt phân chia pha bị giữ lại bề mặt chất hấp phụ Do vậy, q trình hấp phụ vật lý khơng có biến đổi đáng kể cấu trúc điện tử chất hấp phụ chất bị hấp phụ Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ không lớn, lượng tương tác thường vượt 10 kcal/mol, phần nhiều từ ÷ kcal/mol lượng hoạt hóa khơng vượt q kcal/mol Hấp phụ hóa học: Xảy phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học với phân tử chất bị hấp phụ Lực hấp phụ hóa học lực liên kết hóa học thơng thường (liên kết ion, cộng hóa trị, liên kết phối trí…) Nhiệt hấp phụ hóa học tương đương với nhiệt phản ứng hóa học đạt tới giá trị 100 kcal/mol Cấu trúc điện tử chất hấp phụ chất bị hấp phụ có biến đổi sâu sắc, tạo thành liên kết hóa học Trong thực tế, phân biệt hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học tương đối ranh giới chúng khơng rõ rệt Trong số q trình hấp phụ xảy đồng thời hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học Q trình hấp phụ Quá trình hấp phụ gồm giai đoạn: - Di chuyển chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp phụ ( vùng khuếch tán ngồi) - Thực q trình hấp phụ - Di chuyển chất bên hạt chất hấp phụ ( vùng khuếch tán trong) Trong tốc độ q trình hấp phụ lớn khơng hạn định tốc độ chung q trình Do giai đoạn định vận tốc q trình giai đoạn khuếch tán Trong số trường hợp, trình hấp phụ hạn định hai giai đoạn Trong vùng khuếch tán ngoài, tốc độ chuyển khối chủ yếu cường độ xoáy dòng định, nghĩa trước hết phải phụ thuộc vận tốc dòng chất lỏng Trong vùng khuếch tán trong, cường độ chuyển khối phụ thuộc vào loại, kích thước mao quản chất hấp phụ, hình dạng, kích thước nó, kích thước phân tử chất hấp phụ, hệ số dẫn khối Quá trình hấp phụ ứng dụng rộng rãi cơng nghệ hóa chất, từ việc tách triệt để chất khí có hàm lượng thấp, tẩy màu, tẩy mùi dung dịch, đến hấp phụ chất độc hại nước thải Giải hấp phụ: Giải hấp phụ chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ Quá trình dựa nguyên tắc sử dụng yếu tố bất lợi trình hấp phụ Đây phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên mang đặc trưng hiệu kinh tế Dung lượng hấp phụ Dung lượng hấp phụ (q) lượng chất bị hấp phụ (độ hấp phụ) gam chất hấp phụ rắn tính theo cơng thức: Trong đó: q: lượng chất bị hấp phụ (mg/g) C0, C: nồng độ ban đầu nồng độ cân chất bị hấp phụ (mg/l) V: thể tích dung dịch (l) m: khối lượng chất hấp phụ (g) Hiệu suất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ (H) tỉ số nồng độ dung dịch bị hấp phụ (C) nồng độ dung dịch ban đầu C0 II Vật liệu hấp phụ Cấu trúc vật liệu hấp phụ: Vật liệu hấp phụ cần đạt yêu cầu - Có lực bề mặt chất bị hấp phụ Có bề mặt riêng lớn (: m2/g) Có mao quản đủ lớn để phân tử bị hấp phụ đến bề mặt, - cần đủ nhỏ để phân tử xâm nhập Bền lực hấp phụ, kéo dài thời gian làm việc Đủ bền để chịu rung động va đập Nhẹ, rẻ tiền Nhìn chung chất hấp phụ dùng cơng nghiệp xốp, có bề mặt riêng lớn từ vài trăm mét vuông đến gần 2000m2 1g Ngày có nhiều loại vật liệu hấp phụ như: than hoạt tính, silicagen, polime hoạt tính, zeolit, đất sét hoạt tính, nhơm oxit Cùng với cấu trúc xốp, loại có đặc tính tạo nên vùng ứng dụng hiệu riêng loại Các loại vật liệu điển hình - Than hoạt tính –một loại vật liệu giống thân với diện tích bề mặt cao - Silica gel- cứng, dạng hạt, vật liệu xốp làm kết tủa từ natri silicat xử lý acid - Nhơm hoạt tính oxit hoạt tính nhiệt độ cao sử dụng chủ yếu cho hấp phụ độ ẩm - Alumin silicat (rây phân tử) –zeolit tổng hợp xốp sử dụng chủ yếu trình tách Than hoạt tính Than hoạt tính chế tạ từ nguyên liệu giàu carbon như: than bùn, than đá, loại thực vật (gỗ, mùn cưa, bã mía,…), xương động vật Cấu trúc xốp đọ hoạt động than hoạt tính phụ thuộc vào loại nguyên liệu chế độ hoạt hóa Do than có nhiều loại với phạm vi sử dụng khác Than hoạt tính thường dùng dạng: - Dạng bột thường dùng suất nhỏ, đem trộn vào dung dịch cần hấp phụ sau lọc Thường có kích thước 0,01-0,1mm, độ xốp lớn, bề mặt riêng 200 m2/g Đặc trưng hấp phụ tốc độ chậm, nhiều tạp chất, cạnh tranh hấp phụ lớn, để tăng cường độ người ta khuấy tiên hành nhiệt độ cao - Dạng viên thuận lợi cho việc hoàn nguyên than nên hay sử dụng cho hệ thống có suất lớn Than hoạt tính có khối lượng riêng đặc 1,75-2,1 g/cm3; khối lượng riêng xốp - khoảng 0,1-1g/cm3 Than hoạt tính dùng rộng rãi tính chọn lọc cao Nhược điểm lớn dễ cháy, chí gây nổ Hình 1.1: Than hoạt tính dạng bột Chất dẻo xốp Hình 1.2: Than hoạt tính dạng viên Than hoạt tính hấp phụ tốt nhiều chất hữu Tuy nhiên chất hữu phân tử thấp chứa nhóm chức clo, amin, phenol, Việc tách chất nhiều chất khác khỏi dung dịch dựa vào chất dẻo xốp Đó chất hấp phụ từ polime tổng hợp nhân tạo stylen, divinyl, benzen, polime, copolime, fenolfomaldehyt-amin,… Nói chung, nhựa xốp hấp phụ vật liệu có bề mặt kị nước, khơng có tính phân cực, tính phân cực yếu, trương nhẹ dung mơi hữu Ái lực hấp phụ chủ yếu lực Vander Waals Tuy nhiên chúng chế tạo chọn lọc, dùng tốt số chất Silica gel Silica gel chất hấp phụ ưa nước Nó hấp phụ tốt nước nhiều chất có cực, ứng dụng lớn để tách nước khơng khí, làm khơ khí O 2, CO2, H2, N2, Cl2 bảo quản thực phẩm, thiết bị khí, quang học, máy móc, khơng khí khí cơng nghiệp khác, tách nước chất lỏng tan nước,… Tuy vậy, cịn dùng tách chất hữu từ dung dịch (dùng sắt kí, cơng nghiệp dầu mỏ, dược phẩm,…) Hình 1.3 Silica gel Silica gel bền học nhiệt độ cao Các tính chất hấp phụ không thay đổi xấu silica gel gia công nhiệt nhiệt độ 500 0C Silicagen sử dụng dạng hạt có kích thước 0,2-0,7 mm, khối lượng riêng đặc 2,1-2,3g/cm3, khối lượng riêng xốp 0,41,7g/cm3 Zeolit Là dạng khoáng từ aluminosilicat tổng hợp, có thành phần hóa học XmYpO2p.nH2O Zeolit gọi “sàng phân tử”, nghĩa tách chất dựa vào khác kích thước phân tử Đó nhờ mạng tinh thể tạo cấu trúc giống “lồng” hình thành chứa tứ diện SiO2 AlO4 nối với qua nguyên tử oxy, có “cửa sổ” có kích thước định cho phép qua phân tử nhỏ Zeolit thường sử dụng dạng viên trộn thêm đất sét làm chất kết dính, đồng thời làm tăng thêm bề mặt hấp phụ lại tăng trở lực khuếch tán Hình 1.4 Cấu tạo zeolit Hình 1.5 Zeolit dạng viên Nhơm oxyt hoạt tính Nhơm oxyt hoạt tính cịn gọi alumogen chúng tạo theo cách tương tự silicagen, bao gồm việc tạo kết tủa Al(OH)3, ngậm nước dạng keo, sau sấy nung theo chế độ kĩ thuật định, phân tử nước bị bứt ra, mạng cấu trúc bị đứt đoạn dọc theo liên kết yếu, tạo mao quản hoạt tính Hình 1.6: Nhơm oxit hoạt tính - Alumogen có bề mặt riêng 200-400 m2/g, thuộc loại ưa nước, bền học, bền nhiệt nên dùng tốt lớp hấp phụ chuyển động - Có khả làm khơ khí tốt điểm sương (-600C) thấp Khả chịu nước tốt III Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ Ảnh hưởng áp suất đến hiệu suất hấp phụ Áp suất chất khí (nếu chất lỏng áp suất thủy tĩnh ánh xạ tương đương nồng độ): Áp suất trường hợp nên hiểu tường minh mật độ phân tử khí đơn vị thể tích (trong thể tích cố định mà mật độ phân tử khí cao áp suất lớn) Từ ta thấy số phân tử khí lớn tiếp xúc với bề mặt hấp phụ lớn Áp suất tăng hấp phụ tăng Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ Nhiệt độ: yếu tố thường trì ổn định để áp dụng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ (phương trình quan hệ lượng chất hấp phụ, bị hấp phụ áp suất (khí) hay nồng độ chất bị hấp phụ (lỏng)) Nhiệt độ ảnh hưởng đến linh động phân tử, phân tử linh động khó đẻ thực hấp thu chúng (giữ vào bề mặt hấp phụ (trong hấp thụ bên trong)), ví việc nhiệt độ tăng tăng khối khí nhẹ nên bay lên, hay bên bề mặt chuyển động tăng khó cho phân tử bề mặt liên kết với phân tử khí (các phân tử bề mặt chưa cân lực nên có xu hướng liên kết với phân tử khác, nên để liên kết lực phải lớn lực tao di chuyển phân tử) hay việc nhiệt độ tăng bề mật chất hấp phụ tăng (chắc chắn không nhiều) điều có lợi cho hấp phụ nhả hấp phụ Nhiệt độ tăng hấp phụ giảm (để tính tốn ảnh hưởng cụ thể sử dụng biểu thức Dubinin) Bản chất chất hấp phụ ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ - Diện tích bề mặt vật liệu hấp phụ :diện tích lớn bao hàm khả hấp phụ cao - Kích thước hạt vật liệu hấp phụ: kích thước hạt nhỏ làm giảm khuếch tán nội truyền khối hạn chế để xâm nhập chất bị hấp phụ bên vật liệu hấp phụ (ví dụ, trạng thái cân dễ dàng đạt khả hấp thụ gần đầy đủ đạt được) Ngồi bột vật liệu hấp phụ phải tuân thủ cách loại bỏ - Thời gian tiếp xúc thời gian lưu:thời gian lâu hiệu cao nhiên thiết bị lớn - Độ tan chất tan ( chất bị hấp phụ) chất lỏng (nước thải): chất tan nước dễ dàng tách khỏi nước so với chất có khả hịa tan cao Ngồi ra, chất khơng phân cực loại bỏ dễ dàng chất phân cực kể từ sau có lực lớn cho nước - Tính chất hóa học chất bị hấp phụ: + Các chất kị nước hấp phụ tốt sơ với chất ưa nước, chất không phân ly bị hấp phụ với giá trị pH mơi trường + Nói chung đa số chất bẩn hấp phụ xác định giá trị pH tối ưu + Nếu không tạo điều kiện tối ưu cho loại chất hữu phân ly nước tốn nhiều lượng vật liệu hấp phụ mà hiệu không đạt mong muốn - Mối quan hệ chất tan vật liệu hấp phụ (carbon): bề mặt than hoạt tính phân cực Do chất khơng phân cực sẽdễ dàng chọn carbon so với chất phân cực (nước phân cực) - Số lượng nguyên tử carbon: đối lượng lớn nguyên tử cacbon liên kết với độ phân cực thấp tiềm lớn để hấp phụ (ví dụ, mức độ hấp thụ tăng chuỗi formic, axit propionic acetic-butyric) - Kích thước phân tử liên quan đến kích thước lỗ rỗng: phân tử lớn lớn để vào lỗ rỗng Điều làm khả giảm hấp phụ - Mức độ ion hóa phân tử chất bị hấp phụ: phân tử bị ion hóa hấp thụ mức độ nhỏ so với phân tử trung tính 10 Chương Cơ chế hấp phụ I Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Một hệ hấp phụ đạt đến trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ hàm nhiệt độ, áp suất nồng độ chất bị hấp phụ: q = f(T, P C) Ở nhiệt độ không đổi (T = const), đường biểu diễn q = f T(P C) gọi đường hấp phụ đẳng nhiệt Đường hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ thời điểm vào nồng độ cân áp suất chất bị hấp phụ thời điểm nhiệt độ xác định Đối với chất hấp phụ chất rắn, chất bị hấp phụ chất lỏng, khí đường hấp phụ đẳng nhiệt mơ tả qua phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry, Freundlich, Langmuir… Người ta cịn sử dụng nhiều dạng phương trình đẳng nhiệt khác để mô tả cân hấp phụ như: Dubinin, Frumkin, Tempkin t-y thuộc vào chất hệ điều kiện tiến hành trình hấp phụ Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Khi thiết lập phương trình hấp phụ, Langmuir xuất phát từ giả thuyết sau: - Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt trung tâm xác định - Mỗi trung tâm hấp phụ tiểu phân - Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất, nghĩa lượng hấp phụ trung tâm khơng phụ thuộc vào có mặt tiểu phân hấp phụ trung tâm bên cạnh Phương trình Langmuir xây dựng cho hệ hấp phụ khí rắn, áp dụng cho hấp phụ mơi trường nước để phân tích số liệu thực nghiệm Trong pha lỏng phương trình có dạng: 11 Trong đó: KL: số (cân bằng) hấp phụ Langmuir q: dung lượng hấp phụ (lượng chất bị hấp phụ/1 đơn vị chất hấp phụ) qmax: dung lượng hấp phụ tối đa chất hấp phụ (lượng chất bị hấp phụ/1 đơn vị chất hấp phụ) C: nồng độ dung dịch hấp phụ Phương trình (1.3) viết dạng: Hình 2.1 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Hình 2.2 Đồ thị phục thuộc C/q vào C Để xác định hệ số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, người ta chuyển phương trình dạng tuyến tính: Từ đồ thị (hình 1.4) biểu diễn phụ thuộc C/q vào C ta tính KL qmax: 12 Từ giá trị KL xác định tham số cân RL Trong đó: RL: tham số cân C0: Nồng độ ban đầu (mg/l) KL: Hằng số Langmuir (l/mg) Mối tương quan giá trị K R dạng mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir thực nghiệm thể bảng 1.5 Bảng 2.1 Mối tương quan RL dạng mơ hình Giá trị RL Dạng mơ hình RL > Khơng phù hợp RL = Tuyến tính < RL < Phù hợp RL = Không thuận nghịch Phương trình Langmuir xác định dung lượng hấp phụ cực đại mối tương quan trình hấp phụ giải hấp phụ thông qua số Langmuir K L, phù hợp mơ hình với thực nghiệm, sở để lựa chọn chất hấp phụ thích hợp cho hệ hấp phụ Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Khi nghiên cứu khả hấp phụ pha lỏng, trường hợp chất hấp phụ có lỗ xốp, Freundlich thiết lập phương trình đẳng nhiệt sở số liệu thực nghiệm q = KF.C1/n Trong đó: KF số hấp phụ Freundlich Nếu C = đơn vị a = KF tức KF dung lượng hấp phụ C = 1, đại lượng d ng để đặc trưng cho khả 13 hấp phụ hệ, giá trị KF lớn đồng nghĩa với hệ có khả hấp phụ cao 1/ n (n > 1) bậc mũ C ln nhỏ 1, đặc trưng định tính cho chất lực tương tác hệ, 1/n nhỏ (n lớn) hấp phụ thiên dạng hóa học ngược lại, 1/n lớn (n nhỏ) chất lực hấp phụ thiên dạng vật lý, lực hấp phụ yếu Hình 2.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt hấp Hình 2.4 Đồ thị để tìm số phụ Freundlich phương trình Frendlich Với hệ hấp phụ lỏng – rắn, n có giá trị nằm khoảng từ 1÷ 10 thể thuận lợi mơ hình Như vậy, n giá trị đánh giá ph ù hợp mô hình với thực nghiệm Vì 1/n ln nhỏ nên đường biểu diễn phương trình nhánh đường parabol, gọi đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Để xác định số phương trình Freundlich, người ta sử dụng phương pháp đồ thị Phương trình Freundlich viết dạng: lg q = lg KF + 1/n lg C Như lg a tỉ lệ bậc với lg C Đường biểu diễn hệ toạ độ lg q-lg C c Ta có: ON = lg KF; tg = 1/n Mơ hình hấp phụ Langmuir Freundlich ứng dụng nhiều nghiên cứu mơ hình hấp phụ hệ rắn – lỏng, đặc biệt nghiên cứu hấp phụ chống ô nhiễm 14 môi trường 15 Chương 3: Ứng dụng trình hấp phụ xử lý nước thải I Cơ sở trình hấp phụ xử lý nước thải: Trong xử lý nước thải, chất hấp phụ tốt than hoạt tính, đường hấp phụ đẳng nhiệt hệ thống có dạng lồi, cịn chất hấp phụ đường có dạng lõm Các đường hấp phụ đẳng nhiệt chất nằm nước thải thường xác định thực nghiệm Tuy nhiên tính gần theo cơng thức: Trong đó: a Độ hấp phụ riêng, Mmol/g a∞- Độ hấp phụ riêng cực đại, Mmol/l Kw- Tích số ion nước Ka- Hằng số cân trình hấp phụ V*H2O, V*i- thể tích mol nước chất bị hấp phụ; Cp- Nồng độ cân bằng, Mmol/l Nếu nước thải có số cấu tử để xác định khả hấp phụ chúng lúc, người ta xác định lượng tự vi phân chuẩn ∆F o xác định hiệu số giá trị cực đại cực tiểu nó: - Khi ∆Fomax-∆Fmin ≤ 10,5 kJ/mol có khả hấp phụ đồng thời tất cấu tử Khi điều kiện không đảm bảo phải tiến hành làm theo nhiều bậc nối tiếp Tốc độ trình hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ, chất cấu trúc chất tan, nhiệt độ nước, loại tính chất chất hấp phụ 16 II Hệ thống thiết bị hấp phụ Quá trình làm hấp phụ tiến hành điều kiện khuấy trộn mãnh liệt chất hấp phụ với nước, lọc nước thải qua lớp chất hấp phụ hay lớp lỏng giả hệ thống thiết bị làm việc gián đoạn liên tục Khi tiến hành trình có khuấy trộn chất hấp phụ với nước, người ta thường sử dụng than hoạt tính dạng hạt có kích thước nhỏ 0,1 mm Q trình hấp phụ tiến hành bậc nhiều bậc Hấp phụ bậc tiến hành trạng thái tĩnh ứng dụng trường hợp chất hấp phụ có giá thành thấp chất thải sản xuất Tuy nhiên trình tiến hành hệ thống nhiều bậc có hiệu cao Hình 3.1a: Trình bày hệ thống hấp phụ cho chất hấp phụ vào nối tiếp Trong sơ đồ lượng chất hấp phụ cần thiết cho vào bậc thứ để giảm nồng độ chất gây nhiễm bẩn từ Cđ đến Cl, sau tách chất hấp phụ thiết bị lắng hay lọc 2, nước thải chuyển tiếp sang bậc thứ Ở người ta cho chất hấp phụ vào Kết thúc trình hấp phụ bậc 2, nồng độ chất gây nhiễm bẩn nước giảm từ C đến C2, 17 Hình 3.1b Trình bày sơ đồ ngược chiều Chất hấp phụ đưa vào lần bậc cuối chuyển động ngược chiều với dòng thải Theo sơ đồ người ta tiến hành trình liên tục với tiêu tốn chất hấp phụ nhiều so với theo sơ đồ cấp nối tiếp Tuy nhiên, hệ thống thiết bị đắt vận hành phức tạp Hình 3.1 c Trình bày hệ thống hấp phụ trình liên tục Khi tiến hành trình làm nước thải tháp với lớp than cố định thường theo phương pháp gián đoạn.Cịn q trình liên tục người ta sử dụng số tháp hình 1.7c Trong sơ đồ hai tháp đầu làm việc nối tiếp , tháp thứ dùng để tái sinh chất hấp phụ 18 Tái sinh chất hấp phụ Tái sinh chất hấp phụ giai đoạn quan trọng q trình hấp phụ Các chất hấp phụ bị tách khỏi than hoạt tính trình nhả nhờ nước bão hịa bay q nhiệt khí trơ nóng Nhiệt độ q nhiệt để tái sinh thường vào khoảng 200 đến 300oC ( áp suất dư 0,3 đến 0,6 MPa), khí trơ nhiệt độ vào khoảng 120 đến 140oC Lượng tiêu tốn để đuổi chất dễ bay khoảng 2,5 đến kg/1 kg chất tách Trong số trường hợp để tái sinh chất hấp phụ chuyển hóa đường hóa học thành chất khác dễ tách từ chất hấp phụ Trong trường hợp chất bị hấp phụ khơng có giá trị phá vỡ cấu trúc chúng tác nhân hóa học Tái sinh nhiệt thường tiến hành lò nung nhiệt độ 700 đến 800oC môi trường khơng có oxy Ngồi ra, phương pháp sinh học để tái sinh than hoạt tính nghiên cứu trường hợp chất bị hấp phụ chất bị oxy hóa sinh hóa Phương pháp tái sinh kéo dài thời hạn sử dụng chất hấp phụ cách đáng kể III Sơ đồ số loại tháp hấp phụ Tháp hấp phụ tầng Hình 3.2a: Tháp hấp phụ tầng 1-Tháp hấp phụ 2-Phễu nạp chất hấp phụ 19 3- Ống dẫn chất hấp phụ 4- Lưới ( d=5÷10 mm) 5- Bình chứa Tháp hấp phụ tầng Hình 3.2b Tháp hấp phụ tầng 1-Tháp 2- Lưới 3- Ống chảy chuyền chất hấp phụ 4- Thùng chứa Nguyên tắc làm việc hệ thống: Than hoạt tính đưa liên tục vào tháp qua phễu xuống đĩa phân phối Nước thải từ lên theo than hoạt tính qua lưới tạo thành lớp lỏng giả lưới Tại xảy trình làm Than thừa thu gom bình chứa qua tái sinh Nước theo máng phía dẫn ngồi, cịn hạt than bị theo tách đưa vào bình Trong tháp hấp phụ, lớp hạt hoạt tính lỏng giả tạo thành đĩa Giữa hai khoang nối với ống hình IV Ứng dụng số vật liệu hấp phụ Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, kẹo nhơm, số chất tổng hợp chất thải sản xuất xỉ tro, xỉ mạt sắt,…Trong 20 số than hoạt tính sử dụng phổ biến Than hoạt tính có hai dạng: dạng bột dạng hạt dùng để hấp phụ Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả hấp phụ chất hàm lượng chất bẩn có nước Phương pháp có khả hấp phụ 58 ÷ 95% chất hữu màu Các chất hữu bị hấp phụ tính đến phenol, ankylbenzen, sulfonic axit, thuốc nhuộm, hợp chất thơm - Zeolit: sử dụng để tách ion kim loại nặng, amoni, hợp chất hữu độc hại nước thải nước thải sinh hoạt - Betonit: Khử trùng nước, nguồn nước có độ đục cao mà phương pháp khử trùng khác không hiệu Làm nước khỏi chất hữu cơ, chất cao phân tử, hóa chất độc hại nhà máy, xí nghiệp, kim loại nặng phóng xạ Ngồi dùng vật liệu phân loại dầu, tẩy dầu mỡ,… - Bột than hoạt tính: bột than hoạt tính nước thải (thường nước thải sau xử lý sinh học) cho vào bể tiếp xúc, sau thời gian định bột than hoạt tính cho lắng, lọc Do than hoạt tính mịn nên phải sử dụng thêm chất trợ lắng polyelectrolyte Bột than hoạt tính cịn cho vào bể aeroten để loại bỏ chất hữu hịa tan nước thải Than hoạt tính sau sử dụng thường tái sinh để xử dụng lại, phương pháp hữu hiệu để tái sinh bột than hoạt tính chưa tìm ra, than hoạt tính dạng hạt người ta tái sinh lò đốt để oxy hóa chất hữu bám bề mặt chúng, trình tái sinh 10% hạt than bị phá hủy phải thay hạt 21 KẾT LUẬN Phương pháp hấp phụ dùng rộng rãi để làm triệt để chất hữu hòa tan sau xử lý sinh học xử lý cục nước thải có chứa hàm lượng nhỏ chất Những chất khơng phân hủy đường sinh học thường có độc tính cao Nếu chất cần khử bị hấp phụ tốt chi phí riêng lượng chất hấp phụ khơng lớn việc ứng dụng phương pháp hợp lý Các chất hấp phụ than hoạt tính , zeolite, silicagel, sử dụng nhiều công nghệ xử lý nước cấp nước thải Giai đoạn lọc thường giai đoạn ứng dụng hấp phụ để lọc tạp chất , chất bẩn , chất ô nhiểm sau nước xử lý cấp cấp hai Hấp phụ không ứng dụng cơng trình xử lý nước cho thành phố hay cơng ty xí nghiệp mà cịn sử dụng cho lọc nước nhà dân vòi lọc , bình lọc 22 Tài liệu tham khảo Giáo trình công nghệ xử lý nước thải https://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BA%A5p_ph%E1%BB%A5 http://luanvan.net.vn/luan-van/ung-dung-cua-hap-phu-trong-xu-ly-nuoc-70016/ 23 ... chất hấp phụ ( vùng khuếch tán trong) Trong tốc độ q trình hấp phụ lớn khơng hạn định tốc độ chung q trình Do giai đoạn định vận tốc q trình giai đoạn khuếch tán ngồi Trong số trường hợp, trình hấp... định hai giai đoạn Trong vùng khuếch tán ngoài, tốc độ chuyển khối chủ yếu cường độ xốy dịng định, nghĩa trước hết phải phụ thuộc vận tốc dòng chất lỏng Trong vùng khuếch tán trong, cường độ chuyển... có biến đổi sâu sắc, tạo thành liên kết hóa học Trong thực tế, phân biệt hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học tương đối ranh giới chúng khơng rõ rệt Trong số trình hấp phụ xảy đồng thời hấp phụ vật