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聚合氯化铝作为无机高分子絮凝剂之一其组成和基本形态是什么?

来源:聚合氯化铝     时间:2017-06-07    点击次数:

聚合氯化铝

    无机高分子絮凝剂是在传统的铝盐和铁盐絮凝剂的基础上发展起来的一类新型水处理药剂。由于这类药剂比原有传统药剂具有适应性强,无毒,并可成倍提高效能而相对价廉等优点,因而在近几年得到了迅速的发展和广泛的应用,并已逐步发展成为水处理絮凝过程的逐流药剂。目前在日本、俄罗斯、西欧、中国等国家或地区都已有相当规模的生产和应用。在美国,这类药剂的研究和开发也已受到越来越多的重视。曾经提出并研究过的无机高分子絮凝剂主要有聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合磷酸铝(PAP)、聚合磷酸铁(PFP)、聚硅酸(PSI)、聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硫酸铝铁(PAFS)、聚合硅酸硫酸铝(PASS)及聚合硅酸硫酸铁(PFSS)等絮凝剂。但目前得到广泛应用的主要是聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚硅酸(PSI)和聚合硅酸硫酸铝(PASS)。

    铝盐的凝聚、絮凝作用主要是以投入水中后产生的带适当电荷而聚合度较高的无机高分子形态进行的,它们实质上是铝盐在水解—聚合—沉淀的动力学过程中的中间产物,其化学形态属于多核羟基配合物。向原水中投加絮凝剂时,溶液中的影响因素错综复杂,诸如铝盐浓度,其他离子组成,悬浊物的性质和数量、吸附作用、温度、搅拌混合条件,反应时间等都会对生成无机高分子最优形态的铝化合物产生影响和干扰,所以在水处理现场一般投加 铝盐并不能经常保证达到最佳的絮凝效果。可以设想,如果能够把铝盐在控制适宜的条件下预先制成最优形态的产物,然后投加到被处理的水中,可能会迅速发挥优异的絮凝作用,聚合铝絮凝剂的出现正是符合这一投想的。按照这一设想采取预制的方法制得的聚合氯化铝(PAC),不但能够更有保证地达到现场投加铝盐所能达到的最优形态,而且可以制出现场投加后不能达到的更优异产物。由此可见,聚合铝的基本形态应该是多核羟基配合物形成的无机高分子。对聚合氯化铝的组成和形态进行了多年的研究,被广泛接受的化学式为[Al2(OH)nCl6-n]m,该化学式实际上是把羟基配合物Al2(OH)nCl6-n重庆快乐十分看成是高分子化合物的单体,而m为其聚合度。这种表达方式既考虑了Al数目为2的基本结构,又考虑了高分子聚合物的发展形态。近年来对PAC形态的研究取得了长足进展,简述如下:

    用27AlNMR(核磁共振)对聚合氯化铝(PAC)的研究。根据对PAC样品进行测定实验后得出0.0和62.9这两个共振峰。对这两个共振峰所代表的铝离子水解聚合组分的解释,是与用其他实验方法获得的结果进行比较后得到的。一般的看法是:0.0共振峰是Al(H2O)63+及其他单核羟基配离子的特征峰;62.9共振峰是由多核组分Al13O4(OH)24(H2O)127+(简写为Al13)引起的。该组分由12个铝氯八面体(AlO6)围绕着1个铝氯四面体(AlO4)形成,成为一个近似球状的笼状结构(Keggin)原子团。实质上62.9共振峰是由Al13中的AlO4产生的,12个AlO6能产生共振峰,其位置在0.0附件,因峰过于扁平而不能看出。Al13笼式结构的聚集模板在电镜下显示出的形貌像是向四面发散的树枝。

    多年来在絮凝化学领域中的重要进展当属对上述羟基聚未来十三铝的研究。羟基聚十三铝是碱化水解铝溶液中最重要的组分,它有较高的分子量和正电荷,成为聚合氯化铝中最有效的成分。聚合氯化铝作为无机高分子絮凝剂的主要品种,其发展的方向应是尽量提高聚十三铝在其制品中的主导成分地位。但是Al13的生成条件却一直是争论焦点。近年提出Al13生成需有前驱物(precursor)的论点得到较多赞同。由于Al13的笼状结构(Keggin)的核心是AlO4四面体配位,不符合其沉淀物以八面体配位的热力学规律,从而经实验研究,提出在部分中和的铝溶液内已存在Al(OH)4-四面体结构作为前驱物的观点。目前认为,向铝溶液中加入碱液的界面上存在较大的pH差值,会生成Al(OH)4-及随后的Al13。这时有影响的因素除Al液的浓度和当时的水解度外,还有碱液的浓度和注入速度、混合搅拌强度、Al(OH)4-与Al13生成速度匹配,等等。各种条件的最佳组合才能生成最多量的聚十三铝。

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