Khác với than hoạt tính, silicagel và các chất hấp phụ vô cơ khác, zeolit có cấu trúc tinh thể với hệ thống lỗ xốp có kích thước cỡ phân tử ( 3 ÷12 A0), hệ thống mao quản có kích thước đồng nhất chỉ cho các phân tử có hình dạnh và kích thước phù hợp đi qua nên zeolit được sử dụng để tách các hỗn hợp khí, lỏng, hơi. Khả
18
năng hấp phụ chọn lọc với dung lượng hấp phụ lớn là đặc trưng quan trọng của zeolit.
Các zeolit có diện tích bề mặt bên trong chiếm tới 90% diện tích bề mặt tổng nên phần lớn quá trình hấp phụ của zeolit chủ yếu xảy ra ở bên trong các mao quản. Nghĩa là, để thực hiện quá trình hấp phụ, các chất hấp phụ phải khuếch tán vào trong các mao quản của zeolit [21]. Do đó khả năng hấp phụ của zeolit không những phụ thuộc vào bản chất phân tử chất bị hấp phụ và kích thước hệ mao quản trong zeolit, mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như áp suất, nhiệt độ, bản chất của mỗi loại zeolit [21]...Zeolit có khả năng hấp phụ một cách chọn lọc.
Tính chất hấp phụ chọn lọc xuất phát từ 2 yếu tố chính:
- Kích thước cửa số mao quản của zeolit chỉ cho phép lọt qua những phân tử có kích thước và hình dạng phù hợp. Lợi dụng tính chất này người ta có thể xác định kích thước mao quản theo kích thước phân tử bị hấp phụ hoặc chất không bị hấp phụ ở các điều kiện nhất định.
- Năng lượng tương tác giữa trường tĩnh điện của zeolit với các phân tử có momen lưỡng cực. Điều này liên quan đến độ phân cực của bề mặt zeolit và của các chất bị hấp phụ. Bề mặt zeolit càng phân cực thì zeolit càng hấp phụ tốt các chất phân cực và ngược lại bề mặt zeolit không phân cực sẽ hấp phụ tốt các chất không phân cực.
Đối với các zeolit giàu nhôm như zeolit A và zeolit X, khi điện tích âm của mạng lưới đã được cân bằng bởi các cation thích hợp, thì lực tĩnh điện chiếm ưu thế, dẫn đến sự hấp phụ tốt các chất có momen lưỡng cực lớn (như H2O và NH3). Ngược lại, đối với các zeolit giàu silic như ZSM- 5, ZSM – 11... thì sự hấp phụ chỉ do lực Van der Waals. Khi đó, ái lực liên kết của các chất bị hấp phụ phụ thuộc vào khả năng phân cực và khối lượng phân tử của chúng. Đó chính là nguyên nhân của sự kị nước đối với các zeolit giàu silic.
Ngoài ra, yếu tố hấp phụ của zeolit còn phụ thuộc vào nhiều nhân tố khác nữa, chẳng hạn như thành phần pha tinh thể của mạng lưới, tỉ số Si/Al…
Về mặt lí thuyết, zeolit có thể hấp phụ tốt các chất khi mao quản của zeolit có đường kính động học không nhỏ hơn đường kính động học của phân tử chất bị
19
hấp phụ. Tuy nhiên, trong thực tế, khả năng hấp phụ tốt nhất khi các đường kính động học này xấp xỉ nhau [7,21,34,47].
Với dung lượng hấp phụ lớn và độ chọn lọc cao, “rây phân tử” zeolit thường được sử dụng trong công nghiệp để tách, làm sạch paraffin, làm khô khí, tách oxi từ không khí, tách SO2, CO2, H2S từ khí thiên nhiên, khí đồng hành [50]…