Trong quá trình hấp phụ, cân bằng hấp phụ không xảy ra tức thời bởi các phân tử chất bị hấp phụ phải khuếch tán từ dung dịch đến bề mặt ngoài
25
chất hấp phụ, sau đó khuếch tán vào bên trong hạt của chất hấp phụ. Tốc độ hấp phụ thường bị khống chế bởi giai đoạn chuyển khối, tuỳ theo vào tính chất của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ. Nghiên cứu động học hấp phụ vì vậy được quy về đánh giá quá trình chuyển khối – quá trình chậm nhất chi phối tốc độ hấp phụ của hệ.
Một quá trình hoá học dị thể lỏng rắn nói chung (phản ứng xúc tác dị thể) hay quá trình hấp phụ asen trong nước bằng Fe2O3vdh nói riêng cũng bao gồm các giai đoạn như sau:
1. Khuếch tán của các chất tham gia phản ứng trong pha lỏng hoặc chuyển khối do đối lưu: nhằm giúp chúng tăng cường xác xuất gặp nhau (chuyển khối ngoài).
2. Khuếch tán màng: giữa hạt chất rắn và pha lỏng luôn tồn tại một lớp mỏng chất lỏng gọi là màng (độ dày khoảng 10-4
cm). Các chất bị hấp phụ chuyển khối từ bề mặt ngoài qua màng tới các hệ mao quản.
3. Khuếch tán trong : Giai đoạn chuyển khối từ bề mặt của hạt và tâm của hạt xảy ra do khuếch tán phân tử. Dòng khuếch tán này lớn hay nhỏ tuỳ vào sự chênh lệch nồng độ dọc theo chiều khuếch tán và tương tác của chất bị hấp phụ với chất lỏng trong mao quản và với chất rắn.
4. Giai đoạn phản ứng hoá học: Quá trình chuyển hoá hoặc trao đổi hoặc hấp phụ trên bề mặt chất rắn (hấp phụ thực sự) xảy ra liên tục trên toàn bộ diện tích trong và kết thúc khi chất hấp phụ bị mất hoạt tính hoặc cạn kiệt dung lượng hấp phụ. Nói chung giai đoạn này thường diễn ra rất nhanh.
5. Quá trình giải hấp: Quá trình các chất bị hấp phụ hoặc sản phẩm rời khỏi bề mặt chất hấp phụ dưới tác dụng của các gradien nồng độ, nhiệt độ hoặc áp suất ra ngoài dung dịch.
6. Quá trình khuếch tán ngược : Quá trình chuyển các chất đã giải hấp từ trong mao quản ra ngoài dung dịch. Quá trình cũng diễn ra tương tự quá trình khuếch tán ở bước 1.
Tốc độ của toàn bộ quá trình hấp phụ kể trên đã được đặc trưng bởi tốc độ chậm nhất theo nguyên lý chung của động học. [3, 4]
26