Cơ sở lý thuyết của quỏ trỡnh hấp phụ 1 Đặc điểm của quỏ trỡnh hấp phụ

- QCVN 34:2010/BTNMT, QCVN về khớ thải cụng nghiệp lọc hoỏ dầu đối với bụivà cỏc chất vụ cơ

5.1.Cơ sở lý thuyết của quỏ trỡnh hấp phụ 1 Đặc điểm của quỏ trỡnh hấp phụ

b. Hấp thụ khớ flor bằng muối amoni và muối cacbonnat

5.1.Cơ sở lý thuyết của quỏ trỡnh hấp phụ 1 Đặc điểm của quỏ trỡnh hấp phụ

5.1.1. Đặc điểm của quỏ trỡnh hấp phụ

Hấp phụ (adsorption) là một quỏ trỡnh truyền khối mà trong đú chất khớ được liờn kết vào một chất rắn. Chất khớ (chất bị hấp phụ) thõm nhập vào cỏc mao quản của chất rắn (chất hấp phụ) nhưng khụng thõm nhập vào cấu trỳc mạng tinh thể chất rắn. Sự

được đặc trưng chủ yếu bởi cỏc lực hỳt tĩnh điện cũn liờn kết húa học là liờn kết tạo nờn do tương tỏc húa học giữa chất rắn và chất khớ. Cỏc bỡnh ỏp lực cú một sàn đỡ cố định được sử dụng để giữ chất hấp thụ.

Than hoạt tớnh, rõy phõn tử, silicagel và nhụm hoạt tớnh là những chất hấp thụ thụng dụng nhất. Carbon hoạt tớnh được sản xuất từ cỏc vỏ quả hạch và sọ dừa hoặc than được xử lý bằng cỏch đốt trong điều kiện khụng cú khụng khớ; cỏc rõy phõn tử là những zeolite khụ nước (cỏc silicate kiềm/kim loại). Natri silicate phản ứng với acid sulfuric tạo ra silicagel. Nhụm hoạt tớnh là oxyt nhụm dạng xốp ngậm nước.

Nhỡn chung, cỏc chất hấp phụ này cú đặc tớnh chung là diện tớch bề mặt hoạt tớnh trờn một đơn vị thể tớch rất lớn. Chỳng rất cú hiệu quả đối với cỏc chất ụ nhiễm dạng hydrocarbon. Hơn nữa, chỳng cú thể hấp phụ được cả H2S và SO2. Một dạng đặc biệt của rõy phõn tử cũng cú thể hấp phụ được NO2.

Ngoại trừ than hoạt tớnh, cỏc chất hấp phụ khỏc cú một nhược điểm là chỳng ưu tiờn tiếp xỳc với nước trước bất kỳ một chất ụ nhiễm nào. Vỡ vậy, nước phải được tỏch hết khỏi dũng khớ trước khi đưa vào hấp phụ. Tất cả cỏc chất hấp phụ đều bị phỏ hủy ở nhiệt độ cao (1500C đối với than hoạt tớnh, 6000C đối với rõy phõn tử, 4000C đối với silicagel và 5000C đối với nhụm hoạt tớnh). Hoạt động của chỳng rất kộm hiệu quả ở những nhiệt độ tương ứng như trờn. Tuy nhiờn hoạt tớnh của chỳng lại được phục hồi lại ngay ở chớnh những nhiệt độ đú.

Quỏ trỡnh hấp phụ được sử dụng rộng rói để khử ẩm trong khụng khớ, khử khớ độc hại và mựi trong khớ thải, thu hối cỏc loại hơi, khớ cú giỏ trị lẫn trong khụng khớ hoặc khớ thải

Ứng dụng của quỏ trỡnh:

- Chất khớ ụ nhiễm khụng chỏy được hoặc khú đốt chỏy - Chất khớ cần khử cú giỏ trị cần thu hồi

- Chất khớ ụ nhiễm cú nồng độ thấp trong khớ thải mà cỏc quỏ trỡnh khử khớ khỏc khụng thể ỏp dụng được.

5.1.2. Nguyờn lý

Lực giữ cỏc nguyờn tử, phõn tử hay cỏc ion với nhau trong trạng thỏi rắn tồn tại khắp trong chất rắn và ở bề mặt chất rắn. Lực ở bề mặt chất rắn cú thể xem như là “thặng dư” vỡ nú sẵn sàng gắn cỏc phõn tử khỏc tiếp xỳc với nú. Do đú, mọi chất khớ, hơi hay chất lỏng nào đú ở một mức độ nào đú đều dễ liờn kết với một chất rắn bất kỳ. Hiện tượng này gọi là sự hấp phụ, chất rắn dựng để hấp phụ gọi là chất hấp phụ. Chất bị hấp phụ cũng cú thể ngưng tụ trong cỏc lỗ xốp siờu nhỏ của một chất hấp phụ, hiện

tượng này gọi là hiện tượng mao quản. Một phõn tử đi đến và bị giữ ở mặt một vật thể rắn sẽ mất năng lượng cho chuyển động của nú, do đú hấp phụ bao giờ cũng là quỏ trỡnh tỏa nhiệt, hay giải phúng năng lượng. Trong chương này chỉ đề cập đến sự hấp phụ cỏc chất khớ nhằm mục đớch kiểm soỏt cỏc nguồn ụ nhiễm khụng khớ.

Hấp phụ được sử dụng trong kiểm soỏt ụ nhiễm khụng khớ vỡ nú là một biện phỏp cụ đọng và lưu giữ cỏc ụ nhiễm khụng khớ lại, nhờ đú dễ thải bỏ, thu hồi, hay biến đổi chỳng thành những sản phẩm khụng độc hại hay cú giỏ trị.

Hấp phụ được chia thành hấp phụ vật lý và hấp phụ húa học:

- Hấp phụ vật lý: cỏc phõn tử khớ bị hỳt vào bề mặt chất hấp phụ (vật rắn) nhờ lực liờn kết giữa cỏc phõn tử (lực Van der Wall). Hấp phụ là quỏ trỡnh toả nhiệt. Hấp phụ vật lý cú tớnh thuận nghịch (khi hạ thấp ỏp suất riờng của khớ cần hấp phụ trong hỗn hợp khớ hoặc thay đổi nhiệt độ, khớ đó được hấp phụ nhanh chúng bị nhả ra mà bản chất hoỏ học khụng bị thay đổi) nờn cú khả năng thu hồi chất bị hấp phụ cú giỏ trị hoặc khi cần hoàn nguyờn chất hấp phụ đó bóo hoà để tỏi sử dụng.

- Hấp phụ hoỏ học: là kết quả của cỏc phản ứng hoỏ học giữa chất bị hấp phụ và vật liệu hấp phụ do vậy lực liờn kết rất mạnh và lượng nhiệt toả ra rất lớn. Hấp phụ hoỏ học là quỏ trỡnh khụng thuận nghịch (khi cần giải thoỏt khớ đó bị hấp phụ trong quỏ trỡnh hấp phụ hoỏ học thỡ bản chất hoỏ học của khớ bị thay đổi). Hấp phụ húa học được đặc trưng bởi những tớnh chất sau:

+ Năng lượng giải phúng lớn hơn trong hấp phụ vật lý, khoảng năng lượng liờn quan đến cỏc phản ứng húa học bao giờ cũng trờn 10 Kcal/mol;

+ Quỏ trỡnh là khụng thuận nghịch. Vớ dụ, một phần oxy hấp phụ vào than hoạt tớnh ở nhiệt độ thường cú thể thu hồi lại nhưng dưới dạng CO và CO2.

+ Tốc độ hấp phụ tăng khi nhiệt độ tăng;

+ Quỏ trỡnh cú tớnh đặc hiệu cao hơn quỏ trỡnh hấp phụ vật lý;

+ Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ chỉ giới hạn ở cỏc vị trớ hoạt động ở trờn bề mặt, khụng quỏ một lớp đơn phõn tử.

Do vậy, muốn thu hồi khớ cú giỏ trị hoặc hoàn nguyờn chất hấp phụ để tỏi sử dụng thỡ nờn chọn vật liệu hấp phụ cú tớnh chất hấp phụ vật lý.

Lượng chất cú thể được hấp phụ vật lý bởi một khối lượng chất hấp phụ cho trước phụ thuộc vào cỏc yếu tố sau:

- Nồng độ của chất được hấp phụ ở khụng gian xung quanh chất hấp phụ;

- Tổng thể tớch cỏc lỗ xốp trong chất hấp phụ mà đường kớnh lỗ xốp đủ nhỏ để ngưng tụ cỏc khớ được hấp phụ.

- Nhiệt độ;

- Sự cú mặt của cỏc khớ khỏc cú thể cạnh tranh khụng gian với chất hấp phụ trong mụi trường;

- Tớnh chất của cỏc phõn tử được hấp phụ, đặc biệt là khối lượng, độ phõn cực, kớch thước và hỡnh dạng;

- Độ phõn cực của bề mặt chất hấp phụ.