Khi một chất rắn để trong môi trường lỏng hoặc khí thì nó sẽ hấp phụ vào một lượng x chất bị hấp phụ. Lượng x này phụ thuộc áp suất cân bằng P, nhiệt độ T, bản chất của chất bị hấp phụ và bản chất của vật liệu rắn; tức là:
x = f( P, T, chất hấp phụ, chất bị hấp phụ ) x (gam hoặc g/mol hoặc cm3)
Khi T là một hằng số: x là một hàm đồng biến với áp suất cân bằng. Khi áp suất P tăng đến áp suất hơi bão hoà của chất khí bị hấp phụ Ps tại một nhiệt độ đã cho thì mối quan hệ giữa x và P được gọi là “đẳng nhiệt hấp phụ “
x = f( P)
Sau khi đã đạt đến áp suất bão hòa Ps, người ta cho nhả hấp phụ bằng hút chân không, và đo các giá trị lượng khí bị hấp phụ x ở các giá trị P/Ps giảm dần (P/Ps = 1 J 0) và nhận được “đường đẳng nhiệt nhả hấp phụ”.
Trong thực tế rất ít khi thấy đường đẳng nhiệt hấp phụ (1) và đường đẳng nhiệt nhả hấp phụ (2) trùng nhau, mà thường thấy một “vòng khuyết” đặc trưng cho các VLMQ có hệ mao quản trung bình. Hiện tương này gọi là hiện tượng “trễ”
x
0
2 1
Hình dạng của đường đẳng nhiệt hấp phụ và “vòng trễ” thể hiện những đặc điểm về bản chất và hình dáng mao quản. Các nhà khoa học Brunauer, L.Deming, W.Deming và Teller (BDDT) đã phân loại các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ tương ứng với các VLMQ khác nhau và đã được quy chuẩn hóa bởi IUPAC.
Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ đặc trưng được phân loại bởi IUPAC:
Loại I: VLMQ không có mao quản hoặc vi mao quản (d<2 nm) Loại II và III: VLMQ có mao quản lớn (d ≥ 50 nm)
Loại IV và V: VLMQ có mao quản trung bình (2<d < 50 nm)
Loại VI: VLMQ có nhiều mao quản và mao quản bé, không đồng đều Kiểu III và V rất hiếm thấy vì chúng tương ứng với các entalpi hấp phụ rất nhỏ.
Kiểu bậc thang VI cũng rất ít gặp, đại diện cho các bề mặt tương đối lớn như muội cacbon graphit.
Đối với kiểu IV và V , De Boer đã đề nghị các dạng vòng trễ khác nhau cho các loại vật liệu có cấu trúc mao quản trung bình khác nhau. Như dưới đây:
Các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt:
Các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt có thể tất cả các phương trình hấp phụ đã đề cập trong chương III. Tuy nhiên phương trình hấp phụ đẳng nhiệt thường dùng nhất là phương trình BET.
x
Mao quản trung bình Mao quản trung
bình, hình khe Mao quản trung
bình, hình trụ Mao quản trung
bình, hình lớp, hình chai Mao quản trung
bình, hình trụ
(
s)
m mP
sP
C
V
C
C
V
P
P
V
P
.
.
1
.
1
.
−
+
=
−
V: thể tích chất bị hấp phụ tại thời điểm vào đấy C: hằng số thực nghiệm
Vm: thể tích của một lớp hấp phụ đơn phân tử chất bị hấp phụ tính cho 1 gam chất rắn trong điều kiện tiêu chuẩn. Nó tương ứng với một lớp phủ đặc khít của các phân tử bị hấp phụ nằm trên bề mặt. Có thể xem một cách gần đúng, Vm tương ứng với đoạn nằm ngang của đường đẳng nhiệt hấp phụ trong khoảng P/Ps = 0,3 ÷ 0,4. Bằng cách đo entalpi hấp phụ vi phân theo sự biến đổi lượng khí bị hấp phụ người ta đã thừa nhận sự hợp lý của giả thiết trên.
