Việc khảo sát động học hấp phụ giúp chúng ta đánh giá được tốc độ quá trình hấp phụ là nhanh hay chậm, xác định được thời gian đạt cân bằng để làm thí nghiệm xây dựng đường đẳng nhiệt hấ[r]
(1)QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT Cao Thế Hà, Vũ Ngọc Duy
I Các khái niệm bản
Hấp phụ tượng tích luỹ chất bề mặt phân cách pha Lưu ý: Phân biệt trình hấp phụ trình hấp thụ
Chất hấp phụ: chất thu hút phân tử (ion) lên bề mặt
Chất bị hấp phụ: chất tích luỹ bề mặt phân cách pha (thường khảo sát rắn - lỏng)
Động học hấp phụ diễn biến nồng độ chất bị hấp phụ (còn lại dung dịch) theo thời gian Đường cong biểu diễn nồng độ theo thời gian gọi đường động học hấp phụ
Đường đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ theo nồng độ cân nhiệt độ xác định
Dung lượng hấp phụ lượng chất bị hấp phụ đơn vị chất hấp phụ thời điểm cân
II Nghiên cứu hấp phụ
Bao gồm nội dung: (1) khảo sát động học hấp phụ (2) xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ
II.1 Khảo sát động học hấp phụ
Việc khảo sát động học hấp phụ giúp đánh giá tốc độ trình hấp phụ nhanh hay chậm, xác định thời gian đạt cân để làm thí nghiệm xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ
Quy trình thực nghiệm:
Tuỳ theo đặc điểm hệ hấp phụ mà ta tiến hành theo quy trình hay
Quy trình 1: Lấy L dung dịch, khuấy (có thể máy khuấy từ khuấy cơ), thêm m (g) chất hấp phụ tiếp tục khuấy 10 phút (mục đích để bề mặt chất hấp phụ thấm ướt hoàn tồn) Sau thêm V (ml) dung dịch chất hấp phụ gốc bắt đầu tính Sau thời điểm 5, 10, 20, 40, 60, 120, 180 phút lấy mẫu lọc nhanh qua giấy lọc 0,45 um (tốt lọc thiết bị lọc cầm tay) Số lượng mẫu lấy khoảng – 10 (lưu ý phải xác định nồng độ thời điểm ban đầu (mẫu số “0”), mẫu cần lấy lặp lại – lần) Mẫu sau lọc bảo quản chất bảo quản tương ứng
(2)sai số q trình phân tích, đo đạc; hiệu xuất hấp phụ cân đạt khoảng 30 – 70 %
Thời gian lấy mẫu thay đổi tuỳ theo chất (cách tốt để lựa chọn thời gian lấy mẫu tham khảo nghiên cứu loại thực hiện)
Xác định thời gian cân bằng: Quá trình hấp phụ coi đạt cân ta có số liệu sát dao động quanh số (hay sai lệch số liệu cuối không %)
Quy trình 2: Trong quy trình này, số lượng bình phản ứng (thường sử dụng bình tam giác có nút cao su) với số lượng mẫu lấy ( 7- 10) Với bình ta cho thể tích dung dịch lượng chất hấp phụ chất bị hấp phụ Các bước thí nghiệm thực tương tự quy trình Sau thời điểm, bình lấy lọc
Đường động học hấp phụ:
Biểu diễn biến thiên nồng độ đồ thị C – t xác định thời gian đạt cân
II.2 Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Quy trình thực nghiệm:
Để xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ, ta tiến hành thí nghiệm với 7- 10 nồng độ ban đầu (C0) chất bị hấp phụ khác nhau, nồng độ chất hấp thụ Các điều kiện khác
(pH, nhiệt độ, lực ion, thể tích, tốc độ khuấy thí nghiệm Q trình hấp phụ với nồng độ ban đầu tiến hành thời gian cân hấp phụ (khoảng – 10 % để đảm bảo hấp phụ đạt cân bằng) Sau đạt cân bằng, mẫu lọc để xác định nồng độ lại (chưa hấp phụ) sau cân
Đường đẳng nhiệt hấp phụ:
Gọi: V thể tích dung dịch phản ứng m khối lượng chất hấp phụ C0 nồng độ chất hấp phụ ban đầu
Ccb nồng độ thời điểm cân
Dung lượng hấp phụ tính sau:
0 cb
C C -C
t C
* *
* * *
(3)Như vậy, với nồng độ ban đầu C0 ta có dung lượng hấp phụ ứng với nồng độ
cân tương ứng, biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ cân ta thu đồ thị có dạng sau:
Xử lý số liệu thực nghiệm:
Số liệu thưc nghiệm xử lý theo số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Hai mơ hình phổ biến sử dụng là: mơ hình Langmuir mơ hình Frienlich
Mơ hình Langmuir:
.C K
.C K
m m m
Trong : Γ : dung lượng hấp phụ ứng với nồng độ C Γ m : dung lượng hấp phụ cực đại đơn lớp
C : nồng độ chất bị hấp phụ lúc cân Km : số cân hấp phụ
Để xác định Γ m, Km phương trình Langmuir ta tuyến tính hố phương trình
thành:
m m
m
1 K 1
C
Từ số liệu nồng độ chất bị hấp phụ thời điểm ban đầu thời điểm cân bằng, lượng chất hấp phụ ta tính thơng số bảng sau:
Số thí nghiệm Ccb Γ 1/Ccb 1/ Γ
1 …
N
Ccb Γ
** **
* *
(4)Biểu diễn phụ thuộc 1/T theo 1/Ccb Đường thu đường thẳng với giao
điểm với trục tung 1/ Tm, độ dốc đường thẳng 1/ TmKm Từ ta xác định
các thơng số phương trình Langmuir
Mơ hình Frienlich:
n K.C
Trong đó: Γ : dung lượng hấp phụ thời điểm cân
C: nồng độ chất bị hấp phụ dung dịch trạng thái cân μg/l
K: số đẳng nhiệt Freundlich n: hệ số mũ đẳng nhiệt Freundlich, (n >1)
Để xác định K, n phương trình Frienlich, ta tuyến tính hố phương trình thành: ln(Γ) = ln(K) + ln(C)/n
Từ số liệu khảo sát ta tính tốn bảng số liệu sau:
Số thí nghiệm Ccb Γ Ln(Ccb) Ln( Γ)
1 …
N
Biểu diễn phụ thuộc ln(Γ) theo ln(Ccb) ta thu đường thẳng Từ độ dốc
đường thẳng ta xác định n, từ giao điểm với trục tung ta xác định K Câu hỏi: mơ hình mơ tả tốt trình hấp phụ?
Để trả lời câu hỏi thông thường ta dựa vào giá trị hệ số tương quan R2 các
đường tuyến tính, R2 gần mơ hình tương ứng tốt
III Những lưu ý làm thí nghiệm