5. Phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Hấp phụ và phân loại sự hấp phụ
Hấp phụ là sự tăng nồng độ của khí (hoặc lỏng) trên bề mặt phân chia pha. Nguyên nhân là trong lịng chất rắn hoặc lỏng, tương tác giữa các tiểu phân là cân bằng. Trong khi đĩ, tương tác giữa các tiểu phân ở trên bề mặt khơng cân bằng. Để cân bằng tương tác hay liên kết, các tiểu phân trên bề mặt cĩ xu hướng hút các tiểu phân từ pha khí hay lỏng. Kết quả là nồng độ trên bề mặt lớn hơn trong pha thể tích. Chất hấp phụ là những chất cĩ bề mặt thực hiện sự hấp phụ. Chất bị hấp phụ là chất bị thu hút lên bề mặt chất hấp phụ [26, 27].
Trong một số trường hợp, chất bị hấp phụ cĩ thể xuyên qua lớp bề mặt và đi vào pha thể tích của chất hấp phụ, giống như sự hịa tan, hiện tượng đĩ là sự hấp thụ. Ngược lại với sự hấp phụ, quá trình chất bị hấp phụ thốt ra khỏi bề mặt chất hấp phụ, được gọi là sự khử (giải) hấp phụ. Khi quá trình hấp phụ đạt cân bằng, tốc độ hấp phụ bằng với tốc độ khử hấp phụ.
Dựa vào bản chất của lực hấp phụ, người ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hĩa học. Hấp phụ vật lý gây ra bởi những lực vật lý (lực tương tác phân tử như lực Van der Waals…), khơng cĩ sự trao đổi điện tử trong quá trình hấp phụ. Ngược lại, hấp phụ hĩa học gây ra bởi lực mang bản chất hĩa học (lực của liên kết hĩa học) và liên kết sẽ được hình thành giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ [27]. Để phân loại được quá trình hấp phụ vật lý hay hĩa học, địi hỏi phải cĩ nhiều dấu hiệu nhận biết và các thơng số tính tốn.
Hấp phụ vật lý: Do lực hấp phụ yếu, nên hấp phụ vật lý cĩ tính thuận nghịch. Khi nhiệt độ tăng lực tương tác phân tử giảm nên độ hấp phụ giảm. Vì vậy hấp phụ vật lý thường tiến hành ở nhiệt độ thấp. Hấp phụ vật lý cĩ thể là hấp phụ đơn lớp hoặc đơn phân tử, cũng cĩ thể là đa lớp hoặc đa phân tử. Sự hấp phụ vật lý thường phát nhiệt, nhiệt hấp phụ rất nhỏ. Trong quá trình hấp phụ lượng nhiệt tỏa ra tương đương với hiệu ứng nhiệt trong quá trình ngưng tụ. Trạng thái cân bằng giữa bề mặt chất hấp phụ và pha chứa chất bị hấp phụ thường được thiết lập một cách nhanh chĩng, năng lượng địi hỏi cho quá trình này là nhỏ. Năng lượng hoạt hĩa đối với quá trình hấp phụ vật lý thường khơng lớn hơn 1,0 kcal/mol do các lực liên quan đến quá trình hấp phụ là yếu. Hấp phụ vật lý cĩ độ chọn lọc khơng cao do khơng cĩ sự trao đổi điện tử.
Hấp phụ hĩa học: Hấp phụ hĩa học cĩ bản chất của một phản ứng hĩa học, nên hấp phụ hĩa học cĩ tính bất thuận nghịch (rất khĩ xảy ra sự khử hấp phụ). Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng hĩa học tăng nên độ hấp phụ hay dung lượng hấp phụ tăng. Do đĩ, hấp phụ hĩa học thường xảy ra ở nhiệt độ tương đối cao và nhiệt hấp phụ lớn, khoảng từ 5,0 đến 100,0 kcal/mol, tương đương với hiệu ứng nhiệt của phản ứng hĩa học. Hấp phụ hĩa học xảy ra tương đối chậm vì cĩ năng lượng hoạt hĩa lớn, gần bằng năng lượng hoạt hĩa của phản ứng hĩa học và phụ thuộc vào khoảng cách giữa các nguyên tử, phân tử trong chất bị hấp phụ với các trung tâm trên bề mặt chất rắn. Hấp phụ hĩa học cĩ tính chọn lọc cao do hình thành liên kết hĩa học [26, 27].