Khí helium là một trong những loại khí quý hiếm nhất trên Trái Đất. Nó được biết đến với tính chất không phản ứng hóa học, không màu, không mùi và không có vị. Vì vậy, nó được gọi là “khí quý” hoặc “khí quý hiếm”. Tuy nhiên, điều đặc biệt của khí helium không chỉ dừng lại ở đó. Nó còn có nhiều ứng dụng quan trọng trong cuộc sống hàng ngày và trong các ngành công nghiệp. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về khí helium, tính chất và ứng dụng của nó, cũng như cách tách khí helium từ các hỗn hợp khí.

1. Khí Helium là gì?

1.1 Tính chất của khí Helium

Khí helium (He) là một trong những nguyên tố hóa học tự nhiên, có số nguyên tử là 2 và được đánh dấu là He trong bảng tuần hoàn. Nó là một trong những nguyên tố đơn chất duy nhất không có proton trong hạt nhân của nó. Điều này làm cho khí helium trở thành nguyên tố duy nhất trong bảng tuần hoàn không có khả năng tạo liên kết hóa học với các nguyên tố khác.

Khí helium cũng có tính chất vô định hình, tức là nó không có dạng lỏng hay rắn ở điều kiện thường. Nó chỉ có thể tồn tại dưới dạng khí và được sử dụng trong các thiết bị chứa áp suất cao để giữ cho nó không bị bay hơi. Khí helium cũng có mật độ thấp và áp suất bay hơi thấp, khiến cho nó trở thành một trong những loại khí hiếm nhất trên Trái Đất.

1.2 Ứng dụng của khí Helium

Mặc dù khí helium có tính chất không phản ứng hóa học, nhưng nó lại có nhiều ứng dụng quan trọng trong cuộc sống hàng ngày và trong các ngành công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng chính của khí helium:

• Trong y học: Khí helium được sử dụng để làm lạnh trong các máy MRI (hình ảnh từ cộng hưởng từ) và cũng được sử dụng trong các thiết bị hô hấp nhân tạo để giúp bệnh nhân thở dễ dàng hơn.
• Trong công nghiệp: Khí helium được sử dụng trong quá trình hàn, cắt kim loại và trong các thiết bị đo áp suất cao. Nó cũng được sử dụng để làm lạnh trong các thiết bị điện tử và máy tính.
• Trong khoa học và nghiên cứu: Khí helium được sử dụng trong các phòng thí nghiệm để làm mát các thiết bị và cũng được sử dụng trong các thí nghiệm về vật lý và hóa học.
• Trong ngành hàng không vũ trụ: Khí helium được sử dụng để làm chất làm bay trong các tàu vũ trụ và cũng được sử dụng để làm lạnh trong các thiết bị điện tử trên tàu vũ trụ.

2. Cách tách khí Helium

Để tách khí helium từ các hỗn hợp khí, chúng ta cần sử dụng các phương pháp tách riêng biệt dựa trên tính chất đặc biệt của nó. Một trong những phương pháp phổ biến nhất để tách khí helium là sử dụng quá trình hấp phụ.

2.1 Quá trình hấp phụ

Quá trình hấp phụ là một quá trình tách chất dựa trên khả năng của các vật liệu hấp phụ để hút và giữ các chất trong một hỗn hợp. Trong trường hợp của khí helium, chúng ta sẽ sử dụng các vật liệu hấp phụ có tính chất hấp phụ đặc biệt với khí helium để loại bỏ nó từ các hỗn hợp khí.

Các vật liệu hấp phụ được sử dụng để tách khí helium thường có cấu trúc rỗng và có khả năng hấp phụ cao. Các phân tử khí helium có kích thước nhỏ và không có tính chất phản ứng hóa học, do đó chúng có thể bị hấp phụ vào các lỗ trống của vật liệu hấp phụ mà không gây ra bất kỳ phản ứng hóa học nào.

2.2 Sử dụng Polymeric Adsorbent để tách khí Helium

Một trong những vật liệu hấp phụ được sử dụng phổ biến để tách khí helium là polymeric adsorbent. Đây là một loại vật liệu polymer có tính chất hấp phụ cao và có thể được sử dụng để loại bỏ các chất khác nhau từ các hỗn hợp khí.

Một trong những loại polymeric adsorbent được sử dụng để tách khí helium là AmberSep Optipore™ V493. Nó đã được chứng minh là hoạt động hiệu quả trong việc loại bỏ các chất bôi trơn từ các dòng khí nén1. Đồng thời, AmberSep Optipore™ V503 cũng có thể được thử nghiệm để so sánh với V493.

Bảng 1 dưới đây cho thấy kết quả của việc sử dụng AmberSep Optipore™ V493 và V503 để tách khí helium từ các hỗn hợp khí.

Kết quả cho thấy cả hai loại polymeric adsorbent đều có hiệu suất tách rất cao khi sử dụng để loại bỏ khí helium từ các hỗn hợp khí. Tuy nhiên, AmberSep Optipore™ V493 có hiệu suất tách cao hơn so với V503, vì vậy nó có thể là lựa chọn tốt hơn trong các ứng dụng thực tế.

3. Tính chất đặc biệt của khí Helium

Khí helium có những tính chất đặc biệt mà không phải loại khí nào khác cũng có được. Dưới đây là những tính chất đặc biệt của khí helium:

3.1 Không phản ứng hóa học

Khí helium là một trong những loại khí không phản ứng hóa học, tức là nó không thể tạo liên kết với các nguyên tố khác để tạo thành các hợp chất mới. Điều này làm cho nó trở thành một loại khí rất quý hiếm và được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau.

3.2 Áp suất bay hơi thấp

Khí helium có áp suất bay hơi thấp hơn so với hầu hết các loại khí khác. Điều này làm cho nó trở thành một trong những loại khí hiếm nhất trên Trái Đất và cũng làm cho việc lưu trữ và vận chuyển khí helium trở nên khó khăn hơn.

3.3 Khả năng làm lạnh cao

Khí helium có khả năng làm lạnh rất cao, vì vậy nó được sử dụng trong nhiều thiết bị làm lạnh và cũng được sử dụng để làm mát các thiết bị điện tử. Điều này cũng giúp cho khí helium trở thành một trong những loại khí quý hiếm và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp.

4. Các phương pháp sản xuất khí Helium

Khí helium có thể được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau, tùy thuộc vào mục đích sử dụng của nó. Dưới đây là một số phương pháp sản xuất khí helium phổ biến:

4.1 Quá trình chiết suất

Quá trình chiết suất là một trong những phương pháp sản xuất khí helium phổ biến nhất. Nó được sử dụng để sản xuất khí helium trong các ứng dụng y tế và khoa học. Quá trình này bao gồm việc sử dụng các chất hấp phụ để loại bỏ khí helium từ các hỗn hợp khí.

4.2 Quá trình ly tâm

Quá trình ly tâm là một phương pháp sản xuất khí helium từ các hỗn hợp khí có áp suất cao. Trong quá trình này, các hỗn hợp khí được đưa vào một thiết bị ly tâm và sau đó được tách ra thành các thành phần riêng biệt dựa trên khả năng bay hơi của chúng.

4.3 Quá trình điện phân

Quá trình điện phân là một phương pháp sản xuất khí helium từ các hỗn hợp khí có áp suất cao. Trong quá trình này, các hỗn hợp khí được đưa vào một thiết bị điện phân và sau đó được tách ra thành các thành phần riêng biệt dựa trên tính chất điện hóa của chúng.

5. Kết luận

Trong bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu về khí helium, tính chất và ứng dụng của nó, cũng như cách tách khí helium từ các hỗn hợp khí. Chúng ta cũng đã thấy rằng polymeric adsorbent là một trong những vật liệu hấp phụ hiệu quả để tách khí helium và AmberSep Optipore™ V493 là một lựa chọn tốt cho việc loại bỏ khí helium từ các dòng khí nén.

Hy vọng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về khí helium và cách tách nó từ các hỗn hợp khí. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc ý kiến nào, hãy để lại bình luận dưới đây. Chúng tôi rất vui khi được trao đổi và chia sẻ thông tin với bạn!