Tài liệu Báo cáo thảo luận-phương pháp thực nghiệm nghiên cứu hấp phụ xúc tác

4.2. Phương pháp thực nghiệm nghiên cứu hấp phụ xúc tác .  Hấp phụ vật lý là gì ???  Hấp phụ hóa học là gì ???  Hấp phụ vật lí là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực hấp phụ có bản chất vật lí và không hình thành liên kết hóa học, được thể hiện bởi các lực liên kết yếu như liên kết Van Đơ Van, lực tương tác tĩnh điện hoặc lực phân tán London. Hấp phụ vật lý xảy ra ở nhiệt độ thấp, nhiệt hấp phụ thường nhỏ hơn so với hấp phụ hóa học, khoảng dưới 20 kJ/mol. Sự hấp phụ vật lí đặc trưng nhất là hấp phụ hơi nước trên bề mặt silicagen.  Hấp phụ hóa học là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực có bản chất hóa học. Hấp phụ hóa học thường xảy ra ở nhiệt độ cao với tốc độ hấp phụ chậm. Nhiệt hấp phụ hóa học khoảng 80-400 kJ/mol, tương đương với lực liên kết hoá học. Hấp phụ hóa học thường kèm theo sự hoạt hoá phân tử bị hấp phụ nên còn được gọi là hấp phụ hoạt hoá. Hấp phụ hóa học là giai đoạn đầu của phản ứng xúc tác dị thể. Hấp phụ hóa học về bản chất khác với hấp phụ vật lý.  Để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học người ta có thể căn cứ vào các tiêu chí sau: Hấp phụ vật lý : Hấp phụ hóa học : Nhiệt hấp phụ nhỏ (0-5 kcal/mol) , nó gần bằng với nhiệt hóa lỏng hay bay hơi của chất bị hấp phụ ở điều kiện hấp phụ. Nhiệt tỏa ra khá lớn, 40100 kcal/mol , tương đương với nhiệt phản ứng =>Vì vậy nó tạo thành mối nối hấp phụ khá bền và nếu muốn đẩy chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt xúc tác thì cần nhiệt độ cao . Hấp phụ vật lý : Hấp phụ hóa học :  Do lực Van Der Waals tạo  Lực tương tác giữa chất bị ra gồm các lực :tương tác phân tử ( lực cảm ứng , lực định hướng , lực phân tán …),lực tương tác tĩnh điện . hấp phụ và chất hấp phụ là lực tương tác hóa học . Nó bền vững hơn rất nhiều so với HPVL. Hấp phụ hóa học : Hấp phụ vật lý : Có tính chọn lọc cao, phụ thuộc vào tính chất của bề mặt rắn và tính chất của chất bị hấp phụ . Không có sự chọn lọc , bất kỳ vật rắn nào cũng có khả năng kéo về mình 1 lượng khí hoặc hơi. Hấp phụ vật lý : Hấp phụ hóa học :  Xảy ra đa lớp, nhất là  Chỉ có thể xảy ra đơn khi áp suất cb sấp sỉ suất bão hòa .  Xảy ra đơn lớp rất ít phụ thuộc vào bản chất hệ hấp phụ . lớp . Thế tích chất bị hấp phụ,cm³/h V  Vhp .K .P  P   ( P  Ps ) 1  ( C  1 )   P s   Đa lớp Đơn lớp 0,1 P / Ps Hấp phụ vật lý : Hấp phụ hóa học :  Tốc độ rất lớn do năng  Tốc độ thường nhỏ do lượng hấp phụ của nó rất nhỏ (0÷ 5 kcal/mol) . năng lượng hấp phụ của nó khá lớn . Hấp phụ vật lý : Hấp phụ hóa học :  Trạng thái và tính chất  Làm thay đổi trạng thái không bị thay đổi, giữ nguyên trạng thái hóa học ban đầu . ban đầu của chất bị hấp phụ , theo 2 hiện tương : bị phân ly trên bề mặt hoặc không bị phân ly trên bề mặt . Hấp phụ vật lý : Hấp phụ hóa học :  Không hình thành mối  Tạo thành mối nối bền nối,sự tương tác phân tử bị hấp phụ với các electron của chất rắn rất yếu. vững ,và có tính chất gần giống với mối nối hóa học VD: mối nối hóa trị , ion , đồng hóa trị … Hấp phụ vật lý : Hấp phụ hóa học: Phản ứng tiến hành nhanh và năng lượng hoạt hóa = O. Phản ứng chậm và năng lượng hoạt hóa tương đối lớn , gần bằng NLHH của phản ứng Phụ thuộc vào khoảng cách giữa các nguyên tử với trung tâm bề mặt chất rắn. Hấp phụ vật lý: Hấp phụ hóa học :  Bao giờ cũng thuận  Không phải lúc nào cũng nghịch ,hay nói cách khác luôn ở trạng thái cân bằng động. Hấp phụ  nhả hấp phụ là thuận nghịch , tùy theo đặc tính mối nối liên kết hoá học . 4.2.2.Động học quá trình hấp phụ lí tưởng Langmuir ? Nhiệt hấp phụ không đổi trong suốt quá trình hấp phụ Các phân tử bị hấp phụ trên bề mặt xúc tác không cạnh tranh lẫn nhau mà độc lập với nhau Mỗi tâm hấp phụ chỉ hấp phụ 1 phân tử Số tâm hấp phụ của chất hấp phụ không đổi trong suốt quá trình hấp phụ Vận tốcnhảhấpphụ: 𝒗𝑨𝒏 = 𝒌𝒏 .𝜽𝑨 Vận tốchấpphụ: 𝒗𝑨𝒉 = 𝒌𝒉 .𝑷𝑨 .(1-𝜽𝑨 ) Vận tốcchung: 𝒗𝒄 = 𝒅𝜽𝑨 𝒅𝝉 → Đặt = 𝒗𝑨𝒉 - 𝒗𝑨𝒏 𝒅𝜽𝑨 𝒅𝝉 = (𝒌𝒉 .𝑷𝑨 + 𝑘ℎ .𝑃𝐴 𝑘ℎ .𝑃𝐴 + 𝑘𝑛 𝒌𝒉 .𝑷𝑨 𝒌𝒏 ) ( 𝒌𝒉 .𝑷𝑨 + 𝒌𝒏 𝜽𝑨 ) = 𝜃∞ làbềmặtbịchiếmtạithờiđiểmcânbằng → 𝜃𝐴 = 𝜃∞ - 𝑒 −(𝑘ℎ.𝑃𝐴 + 𝑘𝑛 )𝜏 Sựphụthuộccủađộchephủbềmặt𝜽𝑨 vàthờigian𝝉 𝜽 B 𝝉 Bềmặtriêngcủaxúctác: 𝑆𝑟 = N.𝐴𝑚 - Quá trình hấp phụ một chất A A  K .PA K .PA  1 - Quá trình hấp phụ hai chất A và B: A  B K .PA K .PA  K .PB  1 K .PB  K .PA  K .PB  1 - Quá trình hấp phụ n chất:  i  K .Pi  K .Pi  1  : Lượng nhiệt tỏa ra giảm đồng đều theo time   Ta có thể áp dung phương trình hấp phụ lí tưởng langmuir để tính độ che phủ cho từng nhóm: K .Pi i  K .Pi  1 Và độ che phủ trung bình :   ni K .Pi  .   Wi . i N K .Pi  1