Chất hấp phụ – Bách khoa Toàn thư Việt Nam

Chất hấp phụ là một chất rắn được sử dụng để thu giữ các phân tử chất tan từ chất lỏng hoặc khí. Chất hấp phụ là vật liệu xốp liên kết các phân tử chất lỏng hoặc khí với bề mặt của chúng.

Các vật liệu xốp theo cấu trúc của chúng được chia thành hai nhóm chính : dạng hạt và xốp. Vật liệu nhóm thứ nhất được cấu thành từ những hạt có cùng hình dạng, hầu hết ở dạng xếp chặt không trật tự. Độ cứng của vật liệu được tạo nên bởi lực link vật lý hoặc hóa học giữa những hạt. Phần lớn cấu trúc vững chắc được hình thành khi những hạt mọc xen lẫn nhau do quy trình khuếch tán mặt phẳng hoặc thể tích hoặc do và lắng đọng của vật liệu từ pha khác tại điểm tiếp xúc của những hạt. Kích thước và hình dạng của vật liệu này phụ thuộc vào vào kích cỡ, hình dạng và tỷ lệ xếp chặt của những hạt. Các hạt càng to và xếp càng xốp, size lỗ xốp càng lớn. Các hạt vô định hình thường có dạng hình cầu. Các hạt tinh thể có hình dạng rất khác nhau nhờ vào vào cấu trúc tinh thể và khuyết tật cấu trúc. Vật liệu cấu trúc xốp có lỗ xốp dạng kênh, hốc hoặc khoang rỗng trong vật liệu rắn đặc. Phần lớn cấu trúc này có cấu trúc tổ ong, trong đó những tổ ong rỗng link với nhau bằng những họng liên thông hẹp ( lỗ xốp hình chai ). Mỗi lỗ xốp trong cấu trúc này có một hay vài họng nối vào những lỗ xốp xung quanh. Cấu trúc xốp tạo thành nhờ sự tương tác hóa học của những tác chất với vật liệu rắn không xốp. Khi vô hiệu tinh lọc một phần tác chất này, lỗ xốp trong vật liệu được tạo thành. Thí dụ, hoạt hóa carbon trong môi trường tự nhiên oxi hóa ở nhiệt độ thấp hơn 1300 K một phần carbon bị cháy và tạo thành mạng lưới hệ thống lỗ xốp phân nhánh. Xử lý thủy tinh natri-borosilicat bằng axit sẽ vô hiệu nguyên tố natribor và còn lại những hòn đảo oxit silic liên thông bằng những lỗ xốp hình chai. Tương tự điều chế nickel Renea bằng cách khử kiềm oxit nhôm trong kim loại tổng hợp nickel-nhôm. Các hạt bắt đầu hoàn toàn có thể tạo thành những hạt thứ cấp có size hạt lớn hơn .Để chọn chất hấp phụ thứ nhất xem xét chúng có tương thích cho đặc thù của quy trình hấp phụ. Sự hấp phụ tương quan ngặt nghèo với những đặc thù của chất hấp phụ như : hình dạng, độ xốp, diện tích quy hoạnh mặt phẳng, độ phân cực, nguồn năng lượng mặt phẳng và số lượng tâm hấp phụ. Trong đó, sự tác động ảnh hưởng của độ xốp lên sự hấp phụ được điều tra và nghiên cứu nhiều nhất. Các chất hấp phụ có diện tích quy hoạnh mặt phẳng riêng lớn thường là vật liệu xốp. Đối với sự hấp phụ size lỗ xốp, thể tích trung bình của lỗ xốp và hình dạng lỗ xốp là yếu tố quan trọng. IUPAC chia lỗ xốp dựa vào chiều rộng của nó thành những nhóm : đại xốp ( macropore ) ( > 50 nm ) ; xốp trung bình ( mesopore ) ( 2-50 nm ) và vi xốp ( micropore ) ( < 2 nm ). Các chất hấp phụ thương mại thường là vật liệu vi mao quản ( micropore ), có phân bổ lỗ xốp xác lập .

Để lựa chọn chất hấp phụ có khả năng hấp phụ cao, cần có những thông tin về chất bị hấp phụ như: độ hòa tan, nghĩa là tính ưa nước hay kị nước; bản chất của chất bị hấp phụ, như tính axit, base hay lưỡng tính; kích thước của chất bị hấp phụ; hoạt tính của hợp chất với dung môi hoặc chất hấp phụ; hoạt tính hóa học của chất bị hấp phụ với chất kết dính. Một chất hấp phụ lý tưởng cần đáp ứng các yêu cầu sau: không hòa tan trong pha động, trơ với chất tan, kích thước hạt phù hợp để dễ tách. Các chất hấp phụ phải đồng thời vừa có khả năng hấp phụ cao vừa dễ giải hấp để tái sử dụng.

Hầu hết những chất hấp phụ công nghiệp thuộc một trong ba loại : 1 ) Các hợp chất chứa oxy – thường ưa nước và phân cực, như silica gel và zeolite ; 2 ) Các hợp chất dựa trên carbon – thường là kỵ nước và không phân cực, như than hoạt tính và than chì ; 3 ) Các hợp chất trên cơ sở polymer – phân cực hoặc không phân cực, tùy thuộc vào những nhóm chức trong ma trận polymer. Có ba nhóm chất hấp phụ : vô cơ, tổng hợp và composite ( là tích hợp của hai loại trên ). Chất hấp phụ vô cơ thường không đặc trưng, có năng lực hấp phụ thấp và khó hoàn nguyên ( than hoạt tính, silica, calcium phosphate ). Chất hấp phụ tổng hợp thường chứa những mạch polymer link ngang. Chất hấp phụ composite tích hợp được những đặc thù bền cơ học của chất hấp phụ vô cơ với năng lực hấp phụ cao của chất hấp phụ polymer .Chất hấp phụ thường được sử dụng ở dạng viên, hình que, dạng khuôn hoặc khối có nửa đường kính thủy lực trong khoảng chừng 0,25 đến 5 mm. Chúng phải có năng lực chống mài mòn cao, không thay đổi nhiệt cao và đường kính lỗ xốp nhỏ, dẫn đến diện tích quy hoạnh mặt phẳng tiếp xúc lớn và do đó năng lực hấp phụ cao. Các chất hấp phụ cũng phải có cấu trúc lỗ xốp đặc biệt quan trọng được cho phép luân chuyển nhanh những khí .Một số chất hấp phụ thường được sử dụng : than hoạt tính là một chất hấp phụ tốt vì có diện tích quy hoạnh mặt phẳng rất lớn. Mặc dù số lượng ion / nguyên tử / phân tử hấp phụ trên một đơn vị chức năng diện tích quy hoạnh mặt phẳng than hoạt tính không cao, nhưng do diện tích quy hoạnh mặt phẳng trên một đơn vị chức năng khối lượng rất lớn, nên đại lượng hấp phụ trên một đơn vị chức năng khối lượng lớn. Silica gel là dạng SiO2 vô định hình, không độc, phân cực và không thay đổi nhiệt ( < 400 °C hoặc 750 °F ). Nó được điều chế bằng phản ứng giữa natri silicat và axit axetic, sau đó được giải quyết và xử lý khác nhau dẫn đến sự phân bổ kích cỡ lỗ xốp khác nhau. Silica được sử dụng để làm khan khí công nghệ tiên tiến ( như oxy, khí thiên nhiên ) và hấp phụ hydrocarbon nặng phân cực từ khí thiên nhiên. Zeolit là aluminosilicat tinh thể tự nhiên hoặc tổng hợp, có mạng lưới lỗ xốp đều và phân cực, diện tích quy hoạnh mặt phẳng cao, được ứng dụng trong làm khan không khí công nghệ tiên tiến, vô hiệu CO2 khỏi khí thiên nhiên, vô hiệu CO khỏi khí reforming, tách không khí, xúc tác cho những quy trình cracking xúc tác và reforming xúc tác .

Tài liệu tìm hiểu thêm[sửa]

• Г. К Боресков, Гетерогенный катализ, Изд. “Наука”, Moskva, 1988, c.76

• “Absorption (chemistry)”. Memidex (WordNet) Dictionary/Thesaurus. Retrieved 2010-11-02.

• Foo, K. Y.; Hameed, B. H. (2010). “Insights into the modeling of adsorption isotherm systems”. Chemical Engineering Journal. 156 (1): pp.2–10.

Source: https://suanha.org
Category : Vật Liệu