I. GAMMA OXIT NHÔM
3.Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng hấp phục ủa hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1
Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn tới khả năng hấp phụ của hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1. Mẫu hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1 đem nghiên cứu khả năng hấp phụ xylen ở các nhiệt
độ 400C, 600C, 800C. Kết quảđược trình bày trên bảng 9.
Bảng 9. Kết quả hấp phụ xylen tại nhiệt độ 400C, 600C, 800C
Tỷ lệ % xylen trong dòng ra tại các nhiệt độ khác nhau
Thời gian 400C Thời gian 600C Thời gian 800C
5 0.753752 5 17.49261 5 62.33608 15 0.340558 15 59.87975 25 78.69978 30 0.142533 30 99.15645 40 79.92732 50 2.336792 45 99.25371 60 86.28711 60 8.918282 60 100 75 97.30378 70 20.43542 – – 90 100 80 37.51445 – – – – 90 62.48512 – – – – 100 75.08087 – – – – 120 80.79849 – – – – 145 86.73582 – – – – 160 93.84396 – – – – 180 97.88115 – – – – 210 100 – – – –
Hình 22. Kết quả hấp phụđộng xylen tại 300C, 400C, 600C, 800C
Các đường cong trên thể hiện tỷ lệ phần trăm thể tích xylen trong dòng sau khi hấp phụ
lần lượt ở bốn nhiệt độ 800C, 600C, 400C, 300C.
• Tại nhiệt độ hấp phụ 800C, lượng xylen trong dòng ra đạt tới 62,3% sau 6 phút hấp phụ. Điều đó cho thấy tại nhiệt độ này, khả năng hấp phụ xylen của hỗn hợp γ- Al2O3-zeolit X.P1 rất thấp. Sau khoảng 90 phút, lượng xylen trong dòng ra đạt tối đa, mẫu hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1 không còn hấp phụ thêm xylen nữa.
• Tại 600C, lượng xylen trong dòng ra là khoảng 17,5% sau 5 phút hấp phụ, và hàm lượng xylen bị hấp phụ trên hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1 đã tăng cao hơn so với ở
800C, tuy nhiên mẫu này cũng nhanh chóng đạt bão hòa sau 30 phút hấp phụ.
• Tại 300C (có thể coi như nhiệt độ thường) lượng xylen bị hấp phụ gần như hoàn toàn trong khoảng 45 phút đầu. Dòng ra cho thấy hàm lượng xylen không đáng kể trong khoảng thời gian này. Sau 210 phút, lượng xylen bị hấp phụ đạt bão hòa. Hầu như
không có sự chênh lệch đáng kể về tỷ lệ phần trăm xylen trong dòng ra khi thực hiện hấp phụ tại 300C và 400C.
Hàm lượng xylen bị hấp phụ trên hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1 đạt giá trị cao nhất khi thực hiện tại nhiệt độ 300C – 400C, và giảm dần khi tăng nhiệt độ. Điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết hấp phụ: quá trình hấp phụ xảy ra kèm theo sự tỏa nhiệt nhẹ, vì thế
khi giảm nhiệt độ sẽ làm tăng vận tốc hấp phụ, quá trình hấp phụ vật lý luôn ưu tiên ở
có quá trình nhả hấp xảy ra đồng thời, vì thế lượng chất bị hấp phụ sẽ giảm mạnh, có thể
thấy rất rõ điều này trên đồ thị hình 17: tại nhiệt độ hấp phụ 800C, sau 5 phút đầu tiên mà chỉ có 47,7% xylen trong dòng bị hấp phụ, trong khi đó, tại 300C – 400C, toàn bộ lượng xylen trong dòng đã bị hấp phụ hoàn toàn trong 60 phút đầu.Vậy tại nhiệt độ 300C-400C là tối ưu.
4. Ảnh hưởng của lưu lượng dòng tới khả năng hấp phụ của hỗn hợp γ-Al2O3- zeolit X.P1
Lưu lượng dòng khí mang là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới khả
năng hấp phụ lên bề mặt của hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1
Để so sánh sựảnh hưởng của tốc độ dòng khí mang phân tử chất hấp phụ tới khả năng hấp phụ của xylen trên bề mặt hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1 , nghiên cứu được tiến hành với 4 mẫu hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1 hấp phụ xylen trong dòng khí mang với các lưu lượng khác nhau.
Bảng 10.Mẫu hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1 hấp phụ trong dòng khí mang với vận tốc khác nhau Mẫu hỗn hợp γ-Al2O3- zeolit X.P1 Tốc độ dòng khí mang (ml/s) 1 0,8 2 1,2 3 1,6 4 2,0
Kết quả hấp phụđược trình bày trong bảng 11.
Bảng 11. Kết quả hấp phụđược thực với dòng khí mang có vận tốc khác nhau
Tỷ lệ % xylen trong dòng ra tại các lưu lượng dòng khác nhau
Lưu lượng 0,8 ml/s Lưu lượng 1,2 ml/s Lưu lượng 1,6 ml/s Lưu lượng 1,6 ml/s
Thời gian (phút) Tỷ lệ % xylen Thời gian (phút) Tỷ lệ % xylen Thời gian (phút) Tỷ lệ % xylen Thời gian (phút) Tỷ lệ % xylen 5 16.11176 5 14.21451 5 4.378989 5 13.89618 15 55.1529 15 24.95287 15 10.44966 15 48.53507 30 91.32915 30 53.05995 25 19.54111 30 61.14984 45 91.41872 50 79.06037 40 28.4707 40 71.50631 60 92.1061 72 98.6567 65 73.14668 50 82.93684 75 98.279 100 99.67921 80 98.1298 65 95.26514 – – 130 99.47551 95 99.59553 80 98.81281 – – 160 14.21451 – – 95 99.21235
Từ các số liệu hấp phụ trên ta sẽ xây dựng được đường cong thể hiện tỷ lệ % hàm lượng xylen trong dòng ra như trên hình 23.
Hình 23. Tỷ lệ phần trăm xylen bị hấp phụ trên hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1 thực hiện trong dòng khí mang tại các lưu lượng khác nhau
Từ các đồ thị trên ta thấy:
• Khi thực hiện hấp phụ tại lưu lượng 0,8 ml/s, khả năng hấp phụ xylen rất kém, nó nhanh chóng đạt bão hòa sau 35 phút hấp phụ.
• Tại lưu lượng dòng 1,2 ml/s, khả năng hấp phụ xylen của hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1 đã tăng lên đáng kể, sau 40 phút đầu lượng xylen bị hấp phụ vẫn đạt khoảng 30%, và đạt bão hòa sau 75 phút.
• Tiếp tục tăng lưu lượng dòng lên 1,6 ml/s, ta thấy khả năng hấp phụ của hỗn hợpγ-Al2O3-zeolit X.P1 tăng lên rõ rệt, sau 40 phút tỷ lệ xylen bị hấp phụ vẫn đạt trên 72%, và duy trì khả năng hấp phụ cao trong khoảng thời gian dài, đạt bão hòa sau 80 phút hấp phụ.
• Tiến hành hấp phụ với lưu lượng dòng khí mang 2,0 ml/s, tỷ lệ xylen bị hấp phụ đã giảm đáng kể, chỉ còn đạt gần 30% sau 40 phút hấp phụ và tiếp tục giảm cho tới khi đạt bão hòa sau 80 phút hấp phụ.
Sự khác nhau về khả năng hấp phụ xylen trên hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1 tại các lưu lượng dòng khí mang khác nhau (sau 30 phút hấp phụ) được thể hiện như trên hình 24.
Hình 24. So sánh tỷ lệ % xylen trong dòng ra sau 30 phút hấp phụ tại các lưu lượng dòng khí khác nhau
Đường cong so sánh tỷ lệ % xylen trong dòng ra sau 30 phút hấp phụ là đường cong dạng parabol, đỉnh parabol tại 1,6 (ml/s), như vậy ta có thể kết luận: với điều kiện hấp phụ đã thực hiện trong nghiên cứu, lưu lượng dòng 1,6 ml/s là tối ưu. Giải thích cho kết quả này, hãy chú ý tới đặc điểm của quá trình hấp phụ vật lý, đây là quá trình hấp phụ thuận nghịch, quá trình hấp phụ luôn xảy ra đồng thời với quá trình nhả hấp. Khi lưu lượng dòng lớn sẽ làm tăng động lực của quá trình nhả hấp, vì sự khuấy động mạnh trên bề mặt do vận tốc lớn của dòng khí sẽ cuốn các phân tử xylen đã bị hấp phụ ra khỏi bề mặt nhôm, làm giảm lượng xylen bị hấp phụ. Mặt khác, dòng khí có vận tốc lớn cũng cản trở
quá trình hấp phụ, vì trong quá trình hấp phụ vật lý không có sự tạo thành các liên kết hóa học bền vững, mà chỉ có sự tương tác yếu (lực hút Vander Waals) giữa phân tử chất bị hấp phụ với các electron của hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1, nên vận tốc dòng lớn sẽ
làm cho các liên kết kém bền vững này bị phá vỡ, lượng xylen hấp phụ cũng giảm theo. Khi lưu lượng dòng quá nhỏ, khả năng khuếch tán của các phân tử xylen trong dòng sẽ
chậm nên lượng xylen bị hấp phụ trên bề mặt hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1 cũng giảm theo.
5. So sánh khả năng hấp phụ của γ-Al2O3 với hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1
Mẫu nhôm ôxít và hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1 cùng được đem nghiên cứu khả năng hấp phụ động xylen trong dòng ởđiều kiện nhiệt độ 400C, lưu lượng dòng 1,6 ml/s. Kết quả thu được như trên bảng 12.
Bảng 12. Kết quả hấp phụđộng xylen trong dòng tại 400C và lưu lượng 1,6 ml/s
Tỷ lệ % xylen trong dòng ra Thời gian Mẫu γ-Al2O3 Thời gian hỗn hợp γ- Al2O3-zeolit X.P1 5 0.62 5 0.033 15 0.28 15 0.23 30 0.08 25 0.34 40 0.03 35 0.57 50 1.94 45 1.01 60 7.40 55 1.38 70 16.96 70 2.13 80 31.14 85 1.66 90 51.88 100 5.84 100 62.34 115 15.62 120 72.02 130 30.64 145 77.92 145 26.22 160 67.09 160 46.13 180 81.27 175 60.19 190 78.00 – – 210 91.73 – – 230 100.00
Từ số liệu hấp phụ trên, ta xây dựng đường cong tỷ lệ % xylen trong dòng ra như trên hình 25.
Hình 25. Tỷ lệ % xylen trong dòng ra khi thực hiện hấp phụđộng trên mẫu nhôm ôxít và hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1
Mẫu1: hỗn hợp γ-Al2O3-zeolit X.P1
Mẫu 2: Mẫu γ-Al2O3
Trên đồ thị, ta thấy với mẫu 1, trong vòng 80 phút đầu, lượng xylen bị hấp phụ hoàn toàn, tỷ lệ phần trăm hàm lượng xylen trong dòng ra đạt xấp xỉ 0%, hàm lượng xylen bị
hấp phụ giảm chậm và đạt bão hòa sau 250 phút hấp phụ. Với mẫu 2, lượng xylen cũng bị hấp phụ hoàn toàn trong 50 phút đầu, sau đó lượng xylen bị hấp phụ giảm nhanh và đạt bão hòa sau 170 phút hấp phụ.
Như vậy, cả hai kết quả hấp phụ động và hấp phụ tĩnh đều cho thấy mẫu 1 có khả
năng hấp phụ xylen mạnh hơn mẫu 2.Thời gian hấp phụ cực đại dài hơn mẫu 2( 90 phút so với 50 phút). Nguyên nhân là do mẫu 1 chứa zeolit X,P1 có các mao quản nhỏ hơn, diện tích bề mặt lớn hơn nên khả năng hấp phụ lớn hơn mẫu 2 chỉ chứa γ-Al2O3.