5. Bố cục của luận văn
1.5.1. Các khái niệm
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân chia các pha khí-rắn, lỏng-rắn, khí-lỏng, lỏng-lỏng . Trong đó:
Chất hấp phụ là chất mà phân tử ở lớp có khả năng hút các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó. Chất hấp phụ có bề mặt riêng càng lớn thì khả năng hấp phụ càng mạnh.
Chất bị hấp phụ là chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ.
Pha mang là hỗn hợp tiếp xúc với các chất hấp phụ.
Với các điều kiện nhƣ nhau, tốc độ của quá trình thuận nghịch tƣơng ứng tỉ lệ với nồng độ chất bẩn trong dung dịch và trên bề mặt chất hấp phụ. Khi nồng độ chất bẩn trong dung dịch ở giá trị cao nhất thì tốc độ hấp phụ cũng lớn nhất. Khi nồng độ chất hấp phụ trên bề mặt tăng lên thì số phân tử đã bị hấp phụ sẽ di chuyển trở lại dung dịch cũng ngày càng nhiều hơn.
Hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt. Ngƣợc lại với sự hấp phụ là quá trình đi ra khỏi bề mặt chất hấp phụ của các phần tử bị hấp phụ gọi là quá trình giải hấp.
Tùy theo bản chất của lực tƣơng tác giữa các chất hấp phụ và bị hấp phụ, ngƣời ta phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học. Hấp phụ vật lí gây ra bởi lực Vander Waals (tƣơng tác yếu còn hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học (tƣơng tác mạnh .
a. Hấp phụ vật lý
Định nghĩa: Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực VanderWalls giữa phân tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ bao gồm cả ba loại lực: cảm
ứng, định hƣớng, khuếch tán , liên kết này yếu dễ bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao.
Đặc điểm: Phân tử hấp phụ không chỉ tƣơng tác với một nguyên tử mà với nhiều nguyên tử trên bề mặt. Do đó, phân tử hấp phụ có thể hình thành một hoặc nhiều lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ.
Hấp phụ vật lý không có tính chọn lọc. Quá trình hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch tức là có cân bằng giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Nhiệt lƣợng tỏa ra khi hấp phụ vật lý khoảng 2:6 kcal/mol. Sự hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học của bề mặt, không có sự biến đổi cấu trúc của các phân tử chất hấp phụ và bị hấp phụ.
b. Hấp phụ hóa học
Định nghĩa: Hấp phụ hóa học đƣợc gây ra bởi các liên kết hóa học liên kết cộng hóa trị, lực ion, lực liên kết phối trí,… . Trong hấp phụ hóa học có sự tra o đổi electron giữa các chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.Cấu trúc electron phân tử các chất tham gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi rất lớn dẫn đến sự hình thành liên kết hóa học. Nhiệt lƣợng tỏa ra khi hấp phụ hóa học thƣờng lớn hơn 22kcal/mol.
Đặc điểm: Chất bị hấp phụ chỉ hình thành một lớp đơn phân tử hấp phụ, giữa chúng hình thành hợp chất bề mặt. Hấp phụ hóa học đòi hỏi phải có ái lực hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, do đó mang tính đặc thù rõ rệt. Đây không phải là một quá trình thuận nghịch.
Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là tƣơng đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Trong nhiều quá trình hấp phụ xảy ra đồng thời cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Ở vùng nhiệt độ thấp thƣờng xảy ra hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ hóa học tăng lên.