Khoảng cách, nm E
t−ơng tác với chất hấp phụ th−ờng theo cơ chế hấp phụ hóa học d−ới hình thức tạo
phức chất bề mặt.
Trong tr−ờng hợp pha bị hấp phụ là hỗn hợp hai hay nhiều chất ta có quá trình hấp phụ đa cấu tử. Trong một hệ hấp phụ đa cấu tử sẽ xảy ra hiện t−ợng hấp phụ cạnh tranh, tính chất hấp phụ của hệ không chỉ phụ thuộc vào t−ơng tác giữa chất bị hấp phụ với chất hấp phụ mà còn bị chi phối bởi t−ơng tác giữa chất tan với nhau và giữa dung môi với chất hấp phụ.
Nếu hệ hấp phụ có dung môi là n−ớc, chất bị hấp phụ là hợp chất hữu cơ, chất hấp phụ là than hoạt tính ta có hiện t−ợng sau: bề mặt than hoạt tính có tính chất kị n−ớc, −a chất hữu cơ; bản thân phần lớn các chất hữu cơ cũng có tính kị n−ớc, vì vậy chất hữu cơ sẽ có lợi thế cạnh tranh so với n−ớc. Với chất hấp phụ là ôxit hay hỗn hợp ôxit vô cơ nh− silicagel (SiO2) có bề mặt −a n−ớc (do mật độ cao của nhóm −OH bề mặt), nếu chất bị hấp phụ là n−ớc hoặc r−ợu trong dung môi hữu cơ thì quá trình hấp phụ xảy ra sẽ −u tiên cho các chất tan phân cực. Qui tắc thông dụng cho các hệ hấp phụ hỗn hợp là: các chất có bản chất giống nhau có t−ơng tác mạnh hơn và vì vậy có khả năng hấp phụ mạnhhơn.
Hấp phụ hỗn hợp khí cũng xảy ra theo qui tắc trên, tuy nhiên do mật độ của khí rất thấp so với mật độ dung dịch lỏng nên tác động của các chất bị hấp phụ khác nhau không nhiều.
Lực t−ơng tác trong một hệ hấp phụ có tính cộng tính: một phân tử chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn sẽ t−ơng tác với từng phân tử của chất bị hấp phụ nằm trong vòng bán kính mà t−ơng tác phân tử có hiệu quả. Trong hệ hấp phụ có nhiều loại lực t−ơng tác: lực tĩnh điện, lực cảm ứng (lực l−ỡng cực, tứ cực), lực phân tán, lực van der Vaals, lực hấp phụ của hệ là tổng của các lực trên. Lực t−ơng tác xuất phát từ chất bị hấp phụ cũng có tính cộng tính từ các thành phần cấu tạo nên phân tử: ví dụ, paraphin mạch dài (nhiều nhóm −CH2−) t−ơng tác với một chất hấp phụ không phân cực tốt hơn so với paraphin mạch ngắn.
Nhờ vào khả năng hấp phụ khác nhau của các chất bị hấp phụ khác nhau trên một chất hấp phụ ta có thể tách đ−ợc một hỗn hợp chất khí, điều này dẫn tới việc ứng dụng kỹ thuật hấp phụ trong phân tích, trong công nghiệp, đời sống cũng nh− xử lí môi tr−ờng. Ví dụ có thể loại bỏ các chất hữu độc hại trong n−ớc sinh hoạt, n−ớc thải, từ không khí cũng nh− tách và làm sạch các sản phẩm trong công nghiệp, sản xuất ôxi, nitơ tinh khiết từ không khí ... .
Tùy thuộc vào đối t−ợng cần xử lý (tách), chất hấp phụ cần đ−ợc lựa chọn cho phù hợp. Các chất hấp phụ đ−ợc nghiên cứu rất phong phú, tuy vậy trong thực tế ứng dụng chỉ tập trung vào bốn loại chính, loại th−ơng phẩm l−u hành rộng rãi trên thị tr−ờng, với mức tổng doanh thu trên thị tr−ờng thế giới năm 1996 [1. J.L. Humphrey, G.E. Keller, Separation process technology, Mc.Graw-Hill, NY, 1997]:
- Zeolit các loại: 100 triệu USD - Silicagel: 27 triệu USD - Nhôm ôxit: 26 triệu USD
Để lựa chọn một chất hấp phụ cho một mục tiêu cụ thể cần thực hiện thực hiện thông qua các nghiên cứu về khả năng và tốc độ hấp phụ của hệ, khả năng tái sinh chất hấp phụ, đánh giá tính năng hoạt động của hệ hấp phụ, đánh giá chi phí thông qua nghiên cứu pilot hoặc tính toán thiết kế dựa trên các mô hình thích hợp.
6.5.2 Khả năng hấp phụ
Để định l−ợng khả năng hấp phụ của một chất hấp phụ đối với các đối t−ợng cụ thể ng−ời ta sử dụng khái niệm đ−ờng đẳng nhiệt hấp phụ vàph−ơng trình (mô hình) t−ơng ứng là ph−ơng trình đẳng nhiệt hấp phụ.
Đ−ờng đẳng nhiệt hấp phụ mô tả quan hệ giữa đại l−ợng hấp phụ, a (l−ợng chất bị hấp phụ/1 đơn vị chất hấp phụ), và áp suất riêng phần của chất bị hấp phụ ở pha khí, p (hoặc C nếu hấp phụ pha lỏng), ở trạng thái cân bằng tại một nhiệt độ không đổi, ph−ơng trình t−ơng ứng là ph−ơng trình đẳng nhiệt hấp phụ có dạng chung là:
a = f(C)T (1)
Do bản chất của hệ hấp phụ rất phức tạp nên nhiều mô hình đ−ợc đề xuất để mô tả mối quan hệ a = f(C)T, mỗi mô hình sẽ có những mặt mạnh và yếu riêng. D−ới đây sẽ trình bày ba mô hình th−ờng gặp nhất.