Aluminiumpolyloridstruktur, egenskaper, erhållning, användning

Kallas aluminiumpolyklorid till en klass av oorganiska produkter av vattenlösligt aluminium, bildad av den partiella reaktionen av aluminiumklorid Alll₃ Med en bas. Det är ett fast från vitt till gult. Dess allmänna formel uttrycks ofta som_n(ÅH)_mKli_(3n-m). De är också kända som PAC eller PACL (akronym för engelska Polyaluminiumklorid).

PAC: erna är formulerade på ett sätt som innehåller mycket katjoniska polymerer (uppsättningar av flera molekyler med många positiva belastningar) formade av aluminiumjoner (Al³⁺), kloridjoner (Cl^-), hydroxyljoner (OH)^- och vattenmolekyler (h₂ANTINGEN).

Aluminiumpolyklorid (PAC) används för att eliminera organiskt och oorganiskt vatten i flockarna för avloppsreningsverk. Författare: Kubinger. Källa: Pixabay.

Den viktigaste katjoniska polymeren av dessa arter är den så kallade₁₃ eller Keggin-AL13 som är mycket effektiv vid vattenbehandling och inom massa- och pappersindustrin.

I dessa tillämpningar följer PAC: erna vid ytan på partiklarna som får dem.

Det har också testats framgångsrikt för att förbättra egenskaperna hos Portland -cementet, eftersom det modifierar eller ändrar sin struktur på mikronivå och detta gör cementet mer resistent.

[TOC]

Strukturera

PAC eller PACL bildas av en serie arter som sträcker sig från monomerer (en enda molekyl), diametrar (två förenade molekyler), oligomerer (tre till fem bundna molekyler) till polymerer (många bundna molekyler).

Dess allmänna formel är att_n(ÅH)_mKli_(3n-m). När de upplöses i vatten innehåller dessa arter joner till³⁺, Åh hydroxyljoner^-, Cloruro Cl -joner^- och vattenmolekyler h₂ANTINGEN.

I vattenlösning är dess allmänna formel till_x(ÅH)_och(H₂ANTINGEN)_n^(3x-y)+ eller även till_xANTINGEN_z(ÅH)_och(H₂ANTINGEN)_n^(3x-y-2Z)+.

Det mest användbara av dessa polymerer är den så kallade₁₃ eller keggin-al13 vars formel är al₄Till₁₂(ÅH)₂₄(H₂ANTINGEN)₁₂⁷⁺. Arten Al₁₃ Den har en tre -dimensionell form.

Det uppskattas att föregångaren till denna polycy är Al (OH)₄^-, som presenterar en tetraedral konformation och är belägen i mitten av strukturen.

Nomenklatur

- Aluminiumpolyklorid

- PAC (akronym för engelska Aluminiumklorid)

- PACL (engelska akronym Aluminiumklorid)

- Polialumingklorid

- Polyhydroxiklorid av aluminium

- Aluminium eller ACH -hydroklorid (engelska akronym Aluminiumklorhydrat).

Egenskaper

Fysiskt tillstånd

Fast (damm) från vitt till gult som också erhålls i form av vattenhaltiga lösningar med olika koncentrationer.

Löslighet

Löslig i vatten.

Egenskaper hos kommersiella PAC: er

De olika PAC skiljer sig från varandra främst av två saker:

Det kan tjäna dig: Dibenzalacetona: egenskaper, reaktionsmekanism, användningar, risker

- Dess styrka, uttryckt som % av aluminiumoxid till₂ANTINGEN_3.

- Dess basicitet, som indikerar mängden polymermaterial i PAC, och kan variera mellan 10% (låg basicitet), 50% (medium basic), 70% (hög basicitet) och 83% (den högsta basiciteten, vilket motsvarar aluminium eller ACH hydroklorid).

Kemiska egenskaper

PAC är en klass av vattenlösliga aluminiumprodukter. Dess allmänna formel uttrycks ofta som_n(ÅH)_mKli_(3n-m).

Eftersom de inträffar när de reagerar aluminiumklorid (ALCL₃) Med en bas beror basiciteten för denna typ av produkter på den relativa mängden OH -joner^- jämfört med mängden aluminium (AL).

Enligt formeln till_n(ÅH)_mKli_(3n-m), Basicitet definieras som M/3N.

Det är en flockningsmedel. Det har egenskaper som lättare adsorption över andra motsatta belastningspartiklar (vidhäftar ytan på dessa), koagulation (förening av flera partiklar på vilka den har adsorberats) och utfällning av dessa grupper av förenade partiklar.

Pacs kan vara instabila, eftersom de är beroende av pH. De kan vara frätande.

PAC -beteende i vatten

Vid upplösning av PAC i vatten och beroende på pH bildas olika arter av aluminium-hydroxyl (AL-OH).

Den är hydrolyserad eller reagerar med vatten för att bilda monomerer (enhetsmolekyler), oligomerer (förening mellan 3 och 6 molekyler) och polymerer (mer än 6 förenade molekyler).

Den viktigaste arten är en polymer med 13 aluminiumatomer, som kallas Keggin-Al13.

PAC -funktion som flokulant

Keggin-AL13-polymeren adsorberas på de partiklar som finns i vattnet, det vill säga den fastnar vid ytan på dessa och gör varandra till varandra och bildar flockar.

Flockarna är uppsättningar av mycket små eller förenade mycket små partiklar som bildar större strukturer som kan sediment, det vill säga gå till botten av den vattenhaltiga lösningen.

Efter att ha bildat flockar, när dessa är tillräckligt stora går de till bakgrunden och den vattenhaltiga lösningen är ren.

Flokulering och sedimentationstankar av en vattenreningsverk där aluminiumpolyklorid (PAC) kan användas. Qualit-e på engelska Wikipedia [Public Domain]. Källa: Wikimedia Commons.

Erhållande

PACL- eller PACL -lösningar erhålls vanligtvis genom att tillsätta en alkalisk bas eller lösning till en aluminiumkloridlösning (ALCL₃).

För att få en hög mängd polymerer till₁₃ Basen eller alkali som tillsätts bör inte ge OH -joner^- För snabbt eller för långsamt.

Vissa studier indikerar att det är svårt att producera en hög stabil koncentration av AL₁₃ med NaOH eftersom detta släpper OH -joner^- För snabbt i vatten.

Av denna anledning föredras grundläggande kalciumföreningar (CA), som har låg vattenlöslighet och därmed frigör OH -joner^- långsamt. En av dessa grundläggande kalciumföreningar är Cao kalciumoxid.

Det kan tjäna dig: kalciumnitrat (CA (NO3) 2)

Under stegen som inträffar för PAC -bildning.

Hydrolys

När aluminiumsalter (iii) upplöses i vatten inträffar en spontan hydrolysreaktion där aluminiumkatjon³⁺ Ta oh hydroxyljoner^- vatten och går med dem och lämnar protoner H⁺ Fri:

Till³⁺ + H₂O → till (OH)²⁺ + H⁺

Till³⁺ + 2 h₂O → till (OH)₂⁺ + 2 h⁺

Detta gynnas av att lägga till en alkali, det vill säga oh joner^-. Aluminiumjon till³⁺ Det går alltmer med OH -anjoner^-:

Till³⁺ → till (OH)²⁺ → till (OH)₂⁺ → till (OH)₃⁰ → till (OH)₄^-

Dessutom arter som Al (h₂ANTINGEN)₆³⁺, Det vill säga en länkad eller koordinerad aluminiumjon med sex vattenmolekyler.

Polymerisation

Därefter bildas fackföreningar mellan dessa arter och bildar diametrar (uppsättningar med 2 molekyler) och trimmer (uppsättningar av 3 molekyler) som förvandlas till oligomerer (uppsättningar av 3 till 5 molekyler) och polymerer (uppsättningar av många förenade molekyler).

Al (OH)₂⁺ → Al₂(ÅH)₂⁴⁺ → Al₃(ÅH)₅⁴⁺ → Al₆(ÅH)₁₂⁶⁺ → Al₁₃(ÅH)₃₂⁷⁺

Dessa typer av arter går samman med Oh -broar med varandra och med AL (h₂ANTINGEN)₆³⁺ bildande uppsättningar av molekyler som kallas hydroxikomplex eller polypper eller hydroxypolymerer.

Den allmänna formeln för dessa katjoniska polymerer är att_x(ÅH)_och(H₂ANTINGEN)_n^(3x-y)+ eller även till_xANTINGEN_z(ÅH)_och(H₂ANTINGEN)_n^(3x-y-2Z)+.

Viktpolymer

Man tror att det mest användbara av dessa polymerer är den så kallade₁₃ vars formel är al₄Till₁₂(ÅH)₂₄(H₂ANTINGEN)₁₂⁷⁺, Och det är också känt som Keggin-Al13.

Det är en art med 7 positiva laddningar (det vill säga en heptavalent katjon) med 13 aluminiumatomer, 24 enheter OH, 4 syreatomer och 12 enheter vatten h₂ANTINGEN.

Ansökningar

- Vid vattenbehandling

PACL är en kommersiell produkt för att behandla vatten och göra den drickbar (ren och drickbar). Det gör det också möjligt att behandla avfall och industriister.

Vatten kan vara drickbart om det behandlas med aluminiumpolyklorid (PAC). Författare: ExplorerBob. Källa: Pixabay.

Det används som en koagulationsmedel i vattenförbättringsprocesser. Det är mer effektivt än aluminiumsulfat. Dess prestanda eller beteende beror på de närvarande arterna, vilket beror på pH.

Hur fungerar det

PACL tillåter organiskt material och mineralpartiklar. Koagulära innebär att föreningar som ska elimineras går från upplöst till att vara solida. Detta uppnår det genom interaktioner mellan deras positiva laddningar med negativen av materialen till koagulära.

Det antas att arten₁₃, Genom att ha så många positiva laddningar (+7) är det det mest effektiva för neutralisering av belastningar. Sedan uppstår bildningen av broar mellan partiklarna som är agglomerat och bildar flocculus.

Kan tjäna dig: mekaniska och fysiska egenskaper hos stål

Dessa flockar är mycket tunga tenderar att fälla ut eller sediment, det vill säga att gå till botten av behållaren som innehåller vattnet som behandlas. På detta sätt kan de tas bort genom filtrering.

Aluminiumpolyklorid (PAC) tjänar till sediment organiskt och oorganiskt material i avloppsreningsverk. ELLER.S. Army Corps of Engineers Photo [Public Domain]. Källa: Wikimedia Commons.

Fördelar

PAC är bättre än aluminiumsulfat eftersom det har ett bättre utbyte av låg temperatur, lämnar mindre aluminiumrester, ger mindre lera volym, mindre effekt på vatten pH och snabbare och större flockar bildas. Som alla underlättar sedimentation för senare filtrering.

Poolvatten kan renas med aluminiumpolyklorid (PAC). Författare: Kalhh. Källa: Pixabay.

-Inom massa- och papperstillverkningsindustrin

PAC är särskilt effektivt vid modifiering av kolloidala belastningar i papperstillverkning. Kolloidala belastningar är massorna av de fasta ämnena som är upphängda i blandningarna för att göra pappersmassa.

Det gör det möjligt att påskynda dräneringshastigheten (avlägsnande av vatten) särskilt under neutrala och alkaliska förhållanden och hjälper till att behålla fasta ämnen. De fasta ämnena är de som senare, vid torkning, bildar papperet.

I denna applikation används PAC med låg grund (0-17%) och medel (17-50%).

I massa- och pappersfabriker används aluminiumpolyklorid (PAC) för att hjälpa till i sedimentationsprocessen. Författare: 151390. Källa: Pixabay.

- För att förbättra cement

Nyligen (2019) har det visat sig lägga till PACL till Portland Cement. Det fastställdes att närvaron av joner klorid Cl^- och av aluminiumpolymergrupper förändrar cementens struktur. Det uppskattas att komplexa formel 3 -koppar bildas.Till₂ANTINGEN₃.CaCl₂.10 timmar₂ANTINGEN.

Konstruktionscement kan förbättras med aluminiumpolyklorid (PAC). Skeeze [CC0]. Källa: Wikimedia Commons.

Resultaten indikerar att PACL förbättrar cementens egenskaper, minskar antalet mikroporos (mycket små hål) och matrisen blir tätare och mer kompakt ökar kompressionsresistensen.

Effekten ökar genom att öka PACL -innehållet. Studien bekräftar att genom att lägga till PACL till Portland -cementet erhålls en blandning med överlägsna mekaniska och mikrostrukturella egenskaper.

Med aluminiumpolyklorid minskar cementets porositet och detta blir mer resistent. Blackblack111 [CC BY-S (https: // Creativecommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)]. Källa: Wikimedia Commons.

Referenser

1. Kim, t. et al. (2019). Undersöker effekterna av polyaluminiumklorid på egenskaperna hos vanligt Portland -cement. Material 2019, 12, 3290. MDPI återhämtade sig.com.
2. Li och. et al. (2019). Optimering av polyaluminiumklorid-kitosanflockningsmedel för behandling av svinbiogasuppslamning med hjälp av rutan Box-Behken Response Surface. Int. J. Miljö. Nötkött. Public Health 2019, 16, 996. MDPI återhämtade sig.com.
3. Hubbe, m. Polyaluminiumklorid (PAC). Mini-Acclopedia of Papermaking Wet-End Chemistry. Återhämtat sig från projekt.Ncsu.Edu.
4. Tang, h. et al. (2015). Specifikation, stabilitet och koaguleringsmekanismer för hydroxylaluminiumkluster som bildas av PACL och student: en kritisk översyn. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (PT A): 78-85. NCBI återhämtade sig.Nlm.Nih.Gov.
5. Bottero, j.OCH. et al. (1980). Studier av hydroliserade aluminiumkloridlösningar. 1. Natur av aluminiumarter och sammansättning av vattenhaltiga lösningar. Journal of Physical Chemistry, Vol. 84, nr. 22, 1980. Återhämtat sig från pubar.ACS.org.
6. Zhao, h.-Z. et al. (2009). Polyaluminiumklorid med hög koncentration: Framställning och effekter av koncentrationen på distributionen och transformationen av Al-arter. Chemical Engineering Journal 155 (2009) 528-533. Återhämtat sig från Scientedirect.com.
7. Jia, z. et al. (2004). Syntes av polyaluminiumklorid med en membranreaktor: Driftsparametereffekter och reaktionsvägar. Ind. Göra. Kem. Nötkött. 2004, 43, 12-17. Återhämtat sig från pubar.ACS.org.
8. Geo specialkemikalier. Polyaluminiumklorid (PAC). Återhämtat sig från Geosc.com.