Tài liệu Phương pháp hấp phụ trong xử lý môi trường

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI VÀ TIẾNG ỒN Nhóm lớp: 03DHMT2 Tiết: 10, 11, 12 - Thứ 2 Nhóm: 02 GVHD: Trần Đức Thảo Đề tài: PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG NỘI DUNG: ĐỊNH NGHĨA THIẾT BỊ ỨNG DỤNG PHÂN LOẠI VẬT LIỆU HẤP PHỤ I. ĐỊNH NGHĨA “Phương pháp hấp phụ là quá trình phân li khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng, trong quá trình đó các phân tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của vật liệu rắn”. Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ. Trong quá trình hấp phụ có toả ra một nhiệt lượng, gọi là nhiệt hấp phụ. Bề mặt càng lớn tức độ xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ toả ra càng lớn. Đặc biệt quá trình hấp phụ được áp dụng phù hợp cho những trường hợp sau:  Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó đốt cháy;  Chất khí cần khử là có giá trị và cần thu hồi;  Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khí khác không thể áp dụng. II. PHÂN LOẠI •Hấp phụ vật lí (physical adsorption) •Hấp phụ hóa học (chemisorption) 1. Hấp phụ vật lí (physical adsorption) Các phần tử khí bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ nhờ lực liên kết giữa các phần tử (lực Vander Waals). Quá trình này có toả nhiệt, độ nhiệt toả ra phụ thuộc vào cường độ lực liên kết phân tử và tương đương với entanpy ( nhiệt) ngương tụ của hơi, khí. Nhiệt hấp phụ lý học thường không lớn nằm khoảng 2 – 20 kJ/mol. Thích hợp ở nhiệt độ thấp , ngược lại lượng khí bị hấp phụ bằng quá trình hấp phụ vật lí sẽ giảm nhanh và có trị số rất bé khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn của chất bị hấp phụ. Lượng khí bị hấp phụ tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ. Sự hấp phụ vật lí đặc trưng nhất là hấp phụ hơi nước trên bề mặt silicagen. 2. Hấp phụ hóa học (chemisorption) Là kết quả của các phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và vật liệu hấp phụ Lực liên kết mạnh hơn nhiều so với lực liên kết trong hấp phụ vật lí  Lượng nhiệt tỏa ra nhiều hơn thường nằm trong khoảng 20 – 400kJ/g.mol Tính không thuận nghịch. Khi cần giải thoát khí đã bị hấp phụ trong quá trình hấp phụ hóa học thì bản chất hóa học của khí đã bị thay đổi  muốn hoàn nguyên thu hồi khí có giá trị phải chọn vật liệu hấp phụ nào có tính chất hấp phụ vật lí là chủ yếu. Xảy ra nhanh, tốc độ cao ở điều kiện nhiệt độ cao, phụ thuộc vào nhiệt độ, được gọi là hấp phụ hóa học kích hoạt, ngược lại là qt hấp phụ hóa học ko kích hoạt. SO SÁNH HẤP PHỤ VẬT LÝ VÀ HẤP PHỤ HÓA HỌC Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học Tương tác vật lý không có sự trao Liên kết hóa học có sự trao đổi Loại liên kết đổi electron electron Nhiệt hấp phụ Vài Kcal/mol Năng lượng Không quan trọng hoạt hóa Khoảng nhiệt Nhiệt độ thấp độ hấp phụ Vài chục Kcal/mol Quan trọng Ưu đãi ở nhiệt độ cao Số lớp hấp phụ Nhiều lớp Một lớp Có tính đặc thù. Sự hấp phụ chỉ Ít phụ thuộc vào bản chất của bề diễn ra khi chất bị hấp phụ có khả Tính đặc thù mặt, phụ thuộc vào những điều năng tạo liên kết hóa học với chất kiện về nhiệt độ và áp suất hấp phụ Có tính thuận nghịch. Sự phản Tính thuận hấp phụ là xu hướng phân bố đều đặn chất bị hấp phụ trở vào nghịch môi trường Thường bất thuận nghịch. Quá trình giải hấp tương đối khó vì sản phẩm giải hấp thường bị biến đổi thành phần hóa học III. Vật liệu hấp phụ Các loại chất hấp phụ bao gồm : than hoạt tính, silicagel, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi ion, cacbon sunfua, than nâu, than bùn, than cốc, đôlomit, cao lanh, tro và các dung dịch hấp phụ lỏng. Thường là các loại vật liệu dạng hạt có kích thước từ 6 – 10 mm có độ rỗng lớn hình thành do những mạch mao quản li ti nằm bên trong khối vật liệu. Số lượng mao quản lớn  bề mặt mặt tiếp xúc của vật liệu rất lớn. 1. Tùy thuộc vào thành phần hóa học mà vật liệu hấp phụ có một số tính chất riêng Vd: Than hoạt tính có ái lực mạnh đối với hydrocacbon, silicagel có khả năng hút nước mạnh. Có khả năng hoàn nguyên. Tái sinh than hoạt tính :  Tái sinh bằng hơi  Tái sinh bằng nhiệt  Tái sinh hoá học  Tái sinh sinh học 2. Vật liệu hấp phụ đảm bảo các yêu cầu:  Có khả năng hấp phụ cao.  Phạm vi tác dụng rộng – tách được nhiều loại khí.  Có độ bền cơ học cần thiết.  Khả năng hoàn nguyên dễ dàng.  Giá thành thấp. 3. Vật liệu hấp phụ được chia thành 3 nhóm chính:  Vật liệu không có cực: Trên bề mặt của chúng xảy ra quá trình hấp phụ hóa học nhưng ko làm thay đổi cấu trúc phân tử chất khí cũng như cấu trúc bề mặt của vật liệu hấp phụ.  Vật liệu có cực: Trên bề mặt của chúng xảy ra chủ yếu là hiện tượng hấp phụ vật lí .  Vật liệu mà trên bề mặt của chúng xảy ra quá trình hấp phụ hóa học và quá trình đó làm thay đổi cấu trúc của phân tử khí 4. Một số vật liệu hấp phụ Than hoạt tính Than hoạt tính là một chất hấp phụ rắn, xốp, không phân cực và có bề mặt riêng rất lớn. 4. Một số vật liệu hấp phụ Silicagen Là oxit Silic vô định hình ngậm nước (SiO2.nH2O) Alumina hoạt tính • Diện tích bề mặt của keo nhôm là 170 – 220m2/g. • Tổng thể tích lỗ xốp khoảng 0,6 – 1cm3/g.