Động học hấp phụ trờn than hoạt tớnh và than hoạt tớnh siờu mịn

C + O2 O + (O) (O) O

1.2.2. Động học hấp phụ trờn than hoạt tớnh và than hoạt tớnh siờu mịn

Cỏc tham số động học hấp phụ rất quan trọng trong nghiờn cứu ứng dụng THT. Quỏ trỡnh hấp phụ thường xảy ra với tốc độ rất nhanh (nếu là trờn bề mặt phẳng hoặc trong hệ mao quản rộng). Song hấp phụ là quỏ trỡnh khỏ phức tạp, bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố: khuếch tỏn, bản chất cấu trỳc xốp, thành phần húa học của chất bị hấp phụ,.. Chất hấp phụ THT thường cú bề mặt riờng lớn, mao quản nhỏ nờn cỏc phõn tử chất hấp phụ thường bị cản trở bởi sự chuyển chất (khuếch tỏn) từ pha khớ hoặc pha lỏng đến bề mặt THT. Vỡ vậy cỏc thụng số động học thực (intrisic adsorptive parameter) rất khú xỏc định. Do đú, hiện nay người ta thường ứng dụng cỏc phương trỡnh động học hỡnh thức để mụ tả tốt nhất cỏc số liệu cỏc số liệu thực nghiệm động học hấp phụ nhận được và xỏc định cỏc hằng số tốc độ biểu kiến.

Cú nhiều mụ hỡnh động học hấp phụ được ỏp dụng như mụ hỡnh Weber - Morris, mụ hỡnh Elovich, phương trỡnh Ritchie,.. nhưng mụ hỡnh động học

biểu kiến bậc 1 Lagergren và bậc 2 được sử dụng nhiều hơn cả trong nghiờn cứu động học hấp phụ trờn THT [13], [64], [97-99].

1.2.2.1. Phương trỡnh động học biểu kiến bậc 1 Lagergren

Lagergren cho rằng: tốc độ hấp phụ của chất tan, trong dung dịch lờn bề mặt chất hấp phụ mao quản, phụ thuộc bậc nhất với độ chưa che phủ của chất hấp phụ: ) 1 .( 1     k dt d (1.21) Trong đú: - phần bề mặt đó bị hấp phụ e i q q   (1.22)

với qi- dung lượng hấp phụ của cấu tử i tại thời điểm t qe- dung lượng hấp phụ cõn bằng của cấu tử i

1

k - hằng số tốc độ hấp phụ bậc 1 dt- biến thiờn thời gian vụ cựng nhỏ

Theo 1.21, tốc độ hấp phụ tỉ lệ bậc nhất với bề mặt tự do (1-) của chất hấp phụ nờn thay 1.22 vào 1.21, ta được:

( ) ) ( ) (1.23) Vỡ qe = const nờn ta cú: ( ) (1.24) hoặc: (1.25) Tớch phõn 2 vế của (1.25), ta được:

( ) ( )

(1.26)

Cỏc phương trỡnh 1.24; 1.25; 1.26 là cỏc dạng khỏc nhau của phương trỡnh Lagergren dạng 1.21.

Người ta cho rằng, tốc độ hấp phụ bậc 1 tỉ lệ bậc nhất với bề mặt tự do (1-), nghĩa là một tõm hấp phụ chỉ cú thể hấp phụ một tiểu phõn (phõn tử, nguyờn tử, ion,...) chất bị hấp phụ. Mụ hỡnh này thớch hợp với sự hấp phụ xảy ra trong mao quản hẹp.

1.2.2.2. Phương trỡnh động học biểu kiến hấp phụ bậc 2

Theo mụ hỡnh động học này, tốc độ hấp phụ sẽ phụ thuộc bậc 2 vào độ chưa che phủ bề mặt chất hấp phụ: 2 2.(1 )    k dt d (1.27) Trong đú: k2- hằng số tốc độ hấp phụ bậc 2

(cỏc ký hiệu và ý nghĩa của cỏc đại lượng khỏc như ở phương trỡnh 1. 21) Mụ hỡnh này tương ứng với sự hấp phụ trờn than hoạt tớnh cú đường kớnh lớn hơn so với cỏc tiểu phõn chất bị hấp phụ .

Từ phương trỡnh 1.27 cú thể dẫn đến dạng tuyến tớnh như sau:

( ) (1.28)

Tớch phõn biểu thức (1.28), ta được:

(1.29)

Từ phương trỡnh 1.26 và 1.29, chỳng ta cú thể xỏc định thực nghiệm được cỏc giỏ trị k1 và k2 và tốc độ hấp phụ của cỏc hệ nghiờn cứu.

Mụ hỡnh động học đó nờu trờn chủ yếu ỏp dụng cho cỏc loại THT thụng thường và phổ biến, chưa cú nghiờn cứu nào đề cập riờng đến trường hợp THT siờu mịn.