- hiệu quả cao không tạo ra chất
d. Các phơng trình cơ bản của quá trình hấp phụ
Ngời ta có thể mô tả một quá trình hấp phụ dựa vào đờng đẳng nhiệt hấp phụ. Đờng đẳng nhiệt hấp phụ mô tả sự phụ thuộc giữa tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch (hay áp suất riêng phần trong pha khí). Đ- ờng đẳng nhiệt hấp phụ tại một nhiệt độ nào đó đợc thiết lập bằng cách cho một l- ợng xác định chất hấp phụ vào một lợng cho trớc dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ. Khi hệ đạt đến cân bằng, đo nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch, lợng chất hấp phụ đợc tính theo công thức:
m = (ci - cl)v
trong đó: m là lợng chất bị hấp phụ (g)
ci là nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ (mg/l) cl là nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (mg/l) v là thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l)
Các phơng trình đẳng nhiệt hấp phụ đợc dùng rộng rãi nhất là phơng trình langmuir và freundlich:
* Phơng trình hấp phụ đẳng nhiệt langnuir
Phơng trình hấp phụ đẳng nhiệt langmuir đợc thiết lập dựa trên các điều kiện sau: - Bề mặt hấp phụ đồng nhất, nghĩa là năng lợng hấp phụ trên các trung tâm là nh nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh.
- Các phân tử hấp phụ đơn lớp lên bề mặt chất hấp phụ
- Mỗi phân tử chất bị hấp phụ chỉ chiếm chỗ một trung tâm hoạt động bề mặt. - Tất cả các trung tâm hoạt động liên kết với các phân tử với cùng một ái lực
- Không có tơng tác qua lại giữa các phân tử chất bị hấp phụ Phơng trình hấp phụ đẳng nhiệt langmuir:
l l C b C b q q . 1 . max + = trong đó: q là tải trọng hấp phụ (mg/g)
qmax là tải trọng hấp phụ cực đại tính theo lý thuyết (mg/g) Cl là nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng (mg/l) b là hệ số phơng trình langmuir (xác định từ thực nghiệm). Trong một số trờng hợp, giới hạn phơng trình langmuir:
khi b.Cl << 1 thì q = qmax.b.Cl mô tả vùng hấp phụ tuyến tính.
khi b.Cl >>1 thì q = qmax mô tả vùng hấp phụ bão hoà.
khi nồng độ chất hấp phụ nằm trung gian giữa hai khoảng nồng độ trên thì đờng biểu diễn phơng trình langmuir là một đờng cong.
Hình 3. Đờng cong biểu diễn phơng trình hấp phụ đẳng nhiệt langmuir
Hình 4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của
q Cl
vào Cl
Để xác định các hằng số trong phơng trình hấp phụ đẳng nhiệt langmuir có thể sử dụng phơng pháp đồ thị bằng cách chuyển phơng trình trên thành phơng trình đờng thẳng: max 1 q tgα = C Cf/ qq max . 1 q b
b q C q q C . 1 . 1 max 1 max 1 = + Đờng biểu diễn q Cl phụ thuộc và Cl là đờng thẳng có độ dốc max 1 q = χ và cắt
trục tung tại điểm max .
1
q b
tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu: χ 1 max =
q
* Phơng trình hấp phụ đẳng nhiệt freundlich
Phơng trình Freundlich có dạng : q = KF. Cf n Trong đó:
- q: tải trọng hấp phu (mg/g), q=(C0-Cf)/mr - Co: Nồng độ ban đầu của dung dịch (mg/l) - Cf : Nồng độ cân bằng trong dung dịch (mg/l) - mr : Lợng chất hấp phụ dùng cho 1 lít dung dịch
- KF: hằng số hấp phụ Freundlich, đặc trng cho khả năng hấp phụ của hệ, phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác
- n : số mũ của biến Cf thờng nhỏ hơn 1, đặc trng cho bản chất lực tơng tác của hệ, nếu n nhỏ thì bản chất hấp phụ thiên về dạng hoá học, nếu n lớn thì lực hấp phụ thiên về dạng vật lý.
Phơng trình freundlich phản ánh khá tốt số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu và vùng giữa của đờng hấp phụ đẳng nhiệt, tức là ở vùng nồng độ thấp của chất bị hấp phụ. Để xác định các hằng số k và n, đa phơng trình về dạng đờng thẳng:
lgq = lgk + n 1
Đây là phơng trình đờng thẳng biểu diễn sự phụ thuộc của lgq vào lgcf. lgq M 0 lgCf Cf(mg/l) 0 q (mg/g) tg
Hình 5. Đờng hấp phụ đẳng nhiệt freundlich Hình 6. Sự phụ thuộc lgq vào lgCf
tgβ = 1/n, OM= lgk
∗ Giải hấp phụ
Giải hấp phụ là quá trình ngợc với hấp phụ, tách chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn ra ngoài dung dịch. giải hấp phụ dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi với hấp phụ.
Đối với hấp phụ vật lý để làm giảm khả năng hấp phụ có thể tác động thông qua các yếu tố sau:
- Giảm nồng độ chất bị hấp phụ ở dung dịch để thay đổi thế cân bằng hấp phụ.
- Tăng nhiệt độ cũng có tác dụng làm lệch hệ số cân bằng vì hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt, về thực chất là làm yếu tơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.
- Thay đổi bản chất tơng tác của hệ thống qua thay đổi pH của môi trờng.
- Sự dụng tác nhân hấp phụ mạnh hơn để đẩy các chất đã hấp phụ trên bề mặt chất rắn.
- Sử dụng tác nhân là vi sinh vật.
Giải hấp phụ là phơng pháp tái sinh chất hấp phụ để có thể tiếp tục sử dụng lại nên nó mang đặc trng về hiệu quả kinh tế. nếu chất hấp phụ rẻ mà tái sinh tốn
kém thì chỉ nên sử dụng chất hấp phụ một lần rồi bỏ, tuy nhiên còn phải tính đến vấn đề bảo vệ môi trờng.
Dựa trên nguyên tắc giải hấp phụ nêu trên, ngời ta sử dụng một số các phơng pháp tái sinh: tái sinh nhiệt, phơng pháp hóa lý và phơng pháp vi sinh.