ky thuat xuc tac tiet 3

Trường Đại học Công nghiệp KỸ THUẬT XÚC TÁC CATALYST TECHNOLOGY TS Nguyễn Mạnh Huấn CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN Trong cơng nghiệp: - Hầu hết phản ứng xúc tác dị thể - Chất tham gia, sản phẩm: thường trạng thái khí (hơi) lỏng - Chất xúc tác: trạng thái rắn, hầu hết vật liệu mao quản 22 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN Khái niệm cấu trúc VLMQ: • Sự phân bố kích thước hạt • Hình dáng kích thước tập hợp hạt • Bề mặt riêng: diện tích bề mặt tính cho đơn vị khối lượng; bao gồm diện tích bề mặt bên bên hạt (m2/g) 33 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN • Thể tích lỗ xốp riêng (mao quản riêng): khơng gian rỗng tính cho đơn vị khối lượng; bao gồm độ rỗng hạt bên hạt (m3/g) • Hình dáng mao quản: mao quản hình trụ, hình cầu, hình khe hình chai • Phân bố kích thước mao quản phân bố lỗ xốp dựa giả thiết hình dáng mao quản Sự phân bố xác định theo biến đổi thể tích bề mặt lỗ xốp với kích thước mao quản 44 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN Theo qui định IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry): - VLMQ lớn: d > 50 nm (d: đường kính trung bình mao quản ) - VLMQ trung bình: < d < 50 nm - VLMQ vi mao quản: d < nm Trong đó: n: thừa số hình dáng, với mao quản hình trụ: n = 0,5 S: bề mặt riêng VLMQ V: thể tích mao quản 55 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN Hiện tượng bề mặt Hấp phụ 2.1 Sự Hấp phụ Khí Hơi bề mặt rắn 2.1.1 Các khái niệm định nghĩa Sự hấp phụ: tăng nồng độ khí( bề mặt phân cách pha (rắn – khí) Chất hấp phụ: chất có bề mặt thực hấp phụ Chất bị hấp phụ chất bị hút lên bề mặt chất hấp phụ Ví dụ: than hoạt tính hấp phụ CO, than chất hấp phụ, cịn khí CO chất bị hấp phụ Bề mặt riêng: diện tích bề mặt chất hấp phụ tính cho gram chất hấp phụ, có đơn vị: [m2/g] 66 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN Vấn đề 7: Hấp phụ vật lý hóa học 77 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN Các kiểu lực hấp phụ: - Hấp phụ vật lý - Hấp phụ hoá học 88 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN 99 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN Vấn đề 8: Đường hấp phụ đẳng nhiệt 10 10 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN Đồ thị đẳng nhiệt hấp phụ với giá trị P/PS khác phụ thuộc vào số c 59 59 Bài tập Tính diện tích bề mặt riêng xúc tác biết liệu cho hấp phụ đẳng nhiệt N2 (νads = cm3 N2 25oC atm) 0.1g xúc tác biết diện tích chiếm giữ phân tử N2 0.162 nm2 Vẽ Tìm S = (c - 1)/Vmc I = 1/Vmc → Vm Tính NA: số Avogrado, A: diện tích chiếm giữ phân tử Nito, MV: thể tích phân tử gram N2 (22.4 dm3) 60 60 Tính diện tích bề mặt riêng: A = V k/khối lượng xúc tác (m2/g) CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN Vấn đề 14: Xác định độ xốp miền phân bố mao quản vật liệu 61 61 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN V Xác định độ xốp vật liệu mao quản - Để đánh giá độ xốp vật liệu, đặc biệt vật liệu có độ xốp kém, người ta dùng phương pháp gần Dùng phương pháp đánh giá “độ xốp mở” hấp phụ nước - Độ xốp mở đại lượng phần độ xốp so với bề mặt chung 62 62 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN Phương pháp tiến hành sau: Cân xúc tác đem sấy khô đến trọng lượng khơng đổi Cân phải xác đến 0,01 gam Sau cho vào chén nung đậy vải hay lưới kim loại Chén nhúng vào cốc nước, đun sôi 2h Sau mẫu làm lạnh đến nhiệt độ phịng, gạn khô phễu lọc 20 phút - Lượng hấp phụ nước W tính theo cơng thức: g1: trọng lượng mẫu sau hấp phụ go: trọng lượng mẫu trước hấp phụ - Độ xốp mở xác định theo công thức: g2: trọng lượng vật thể nước cân thuỷ lực tĩnh 63 63 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN VI Xác định miền phân bố mao quản Sự phân bố mao quản theo kích thước đóng vai trị quan trọng trình khuếch tán bên phản ứng hóa học xúc tác Để xác định phân bố mao quản xúc tác theo kích thước trước hết cần phải xác định kích thước mao quản xúc tác Theo phương pháp BJH áp dụng cho nhánh khử hấp phụ đường đẳng nhiệt, ta có cơng thức: r = rk + t đó: r: bán kính mao quản xúc tác rắn rk: bán kính Kelvin xác định theo công thức 64 64 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN t: chiều dày màng hấp phụ đa lớp thành mao quản x: lượng chất bị hấp phụ P/Ps tương ứng VL: thể tích mol chất bị hấp phụ Sr: bề mặt riêng chất hấp phụ xác định theo phương trình BET Xác định rk: Trong đó: f: thừa số phụ thuộc hình dáng màng, để đơn giản, phương pháp BJH giả thiết màng bán cầu nên f = g: sức căng bề mặt chất lỏng ngưng tụ 65 65 θ: góc thấm ướt Để đơn giản thường chọn θ = → cosθ = CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN Khi g = const, ta có phụ thuộc: ΔV = Vi - Vi+1: chênh lệch thể tích chất bị hấp phụ (P/Ps)i (P/Ps)i+1 ΔV: biểu diễn tăng thể tích mao quản Δr = ri - ri+1: chênh lệch đường kính mao quản chất bị hấp phụ (P/Ps)i (P/Ps)i+1 Phương trình (3) biểu diễn phân bố thể tích mao quản chất hấp phụ Trường hợp Al2O3 có cực đại tương ứng với đường kính mao quản 22 Ao 41 Ao Đối với SiO2 có cực đại tương ứng với 66 đường kính mao quản 50 Ao 66 Bài tập 4: 67 67 Bài tập 4: 68 68 Bài tập 4: 69 69 Bài tập 4: 70 70 Bài tập 4: 71 71 Bài tập 4: 72 72 Bài tập 4: 73 73 ... suất atm Vì hấp phụ tuân theo định luật Henry Độ xác phương pháp phụ thuộc nhiều vào chất hấp 33 33 phụ chuẩn CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN 1.2 Phương pháp Halsey Everett... mặt 23 23 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN Vấn đề 10: Thuyết BET 24 24 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN + Thuyết Brunauer–Emmett–Teller đưa năm 1 938 +... hạt (m2/g) 33 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT XỐP CỦA VẬT LIỆU MAO QUẢN • Thể tích lỗ xốp riêng (mao quản riêng): khơng gian rỗng tính cho đơn vị khối lượng; bao gồm độ rỗng hạt bên hạt (m3/g) • Hình