CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.3. Một số phương pháp xử lý kháng sinh họ β-lactam trong nước thải
1.3.3.1. Cơ sở lý thuyết quá trình hấp phụ
Hấp phụ là q trình tích lũy vật chất lên bề mặt phân cách giữa 2 pha (rắn- khí, rắn- lỏng, lỏng – lỏng, lỏng - khí). Chất có bề mặt mà trên đó xảy ra q trình hấp phụ gọi là chất hấp phụ, chất được tích lũy trên bề mặt gọi là chất bị hấp phụ. Trong một số trường hợp chất bị hấp phụ có thể đi xuyên qua lớp bề mặt và đi vào bên trong khối vật chất của chất hấp phụ, hiện tượng này gọi là sự hấp thụ [9].
Ngược với quá trình hấp phụ, q trình giải phóng của chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt gọi là quá trình giải hấp phụ.
b) Phân loại hấp phụ
Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ có thể phân chia thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
+ Hấp phụ vật lý: gây ra bởi lực Van der walls giữa các phân tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ.
+ Hấp phụ hóa học: tạo thành lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ với bề mặt của chất bị hấp phụ. Liên kết này bền, khó bị phá vỡ.
Hấp phụ hóa học được coi là trung gian giữa hấp phụ vật lý và phản ứng hóa học. Để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học, người ta đưa ra một số tiêu chuẩn sau:
Hấp phụ vật lý có thể là đơn lớp hay đa lớp, trong khi hấp phụ hóa học thường là đa lớp.
+ Nhiệt hấp phụ: đối với hấp phụ vật lý, lượng nhiệt tỏa ra là 2- 6 kcal.
+ Tốc độ hấp phụ: hấp phụ vật lý khơng địi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra nhanh, ngược lại hấp phụ hóa học xảy ra chậm hơn.
+ Nhiệt độ hấp phụ: hấp phụ vật lý thường xảy ra ở nhiệt độ thấp (gần nhiệt độ sôi của chất bị hấp phụ), trong khi hấp phụ hóa học xảy ra ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi.
+ Đặc tính: hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học bề mặt cịn hấp phụ hóa học địi hỏi phải có ái lực hóa học, do đó phải mang tính đặc thù rõ rệt [9].
c) Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ từ dung dịch lên bề mặt chất rắn
Ảnh hưởng của dung môi: hấp phụ trong dung dịch là hấp phụ cạnh tranh, nghĩa là chất tan hấp phụ càng mạnh thì dung mơi hấp phụ càng yếu và ngược lại. Vì vậy, đối với sự hấp phụ chất tan từ dung dịch thì dung mơi nước sẽ tốt hơn so với dung môi hữu cơ.
Ảnh hưởng của chất hấp phụ và bị hấp phụ: thông thường các chất phân cực dễ hấp phụ trên bề mặt phân cực, cịn chất khơng phân cực lại dễ hấp phụ trên bề mặt khơng phân cực. Ngồi ra, độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu. Khi giảm kích thước của lỗ xốp bên trong (mao quản trong) của chất hấp thu thì sự hấp thu thường tăng lên nhưng chỉ trong chừng mực kích thước mao quản khơng cản trở sự đi vào của chất bị hấp thu. Nếu kích thước mao quản bé hơn kích thước phân tử bị hấp thu thì sự hấp thu bị cản trở. Ngồi ra, đối với hấp phụ bề mặt, dung lượng hấp phụ cũng phụ thuộc nhiều vào diện tích bề mặt vật liệu hấp phụ. Diện tích bề mặt càng lớn thì phần tiếp xúc giữa chất tan và chất hấp phụ càng lớn, chất tan lưu lại trên bề mặt càng nhiều. Như vậy, có thể nói rằng yếu tố vật lý như kích thước lỗ xốp và diện tích bề mặt là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ. Ảnh hưởng của nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng, sự hấp phụ trong dung dịch giảm, nhưng ở mức độ thấp hơn so với hấp phụ khí. Tuy nhiên, đối với cấu tử hòa tan hạn chế mà khi tăng nhiệt độ độ tan tăng lên thì khả năng hấp phụ cũng có thể tăng lên, vì nồng độ của nó trong dung dịch được tăng lên[9].
Để mơ tả cũng như dự đốn cơ chế hấp phụ, các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt thường được nghiên cứu và áp dụng.