ALUMINIJEV POLIKLORID: STRUKTURA, LASTNOSTI, PRIDOBIVANJE, UPORABE - KEMIJA - 2026

Razred vodotopnih anorgansko aluminija imenujemo poli aluminijev klorid , tvorjen z delno reakcijo aluminijevega klorida ALCL ₃ z bazo. Je bela do rumena trdna snov. Njegova splošna formula je pogosto izražena kot Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Znani so tudi kot PAC ali tudi PACl (PolyAluminium Chloride).

PAC-ji so oblikovani tako, da vsebujejo visoko kationske polimere (sklopi več molekul z mnogimi pozitivnimi naboji), sestavljeni iz aluminijevih ionov (Al ³⁺ ), kloridnih ionov (Cl ^- ), hidroksilnih ionov (OH) ^- in molekul vode (H ₂ O).

Poli aluminijev klorid (PAC) se uporablja za odstranjevanje organskih in anorganskih snovi iz vode v flokulatorjih čistilnih naprav. Avtor: Kubinger Vir: Pixabay.

Najpomembnejši kationski polimer teh vrst se imenuje Al ₁₃ ali Keggin-Al13, ki je zelo učinkovit pri čiščenju vode in industriji celuloze in papirja.

V teh aplikacijah se PAC držijo na površini delcev, zaradi česar se vežejo in se lahko naselijo, to pomeni, da padejo na dno in jih lahko filtrirajo.

Uspešno je preizkušen tudi za izboljšanje lastnosti portlandskega cementa, saj spremeni ali spremeni strukturo na mikro ravni in s tem postane cement bolj odporen.

Struktura

PAC ali PACl je sestavljen iz vrste vrst, ki segajo od monomerov (ena molekula), dimerov (dve molekuli, združeni), oligomerov (tri do pet molekul, združenih) do polimerov (veliko molekul je združenih skupaj).

Njegova splošna formula je Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Ko te vrste vsebujejo ione raztopljene v vodi ³⁺ , hidroksilna ionov OH ^- , kloridni ioni Cl ^- in vodne molekule H ₂ O.

V vodni raztopini je njegova splošna formula Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} ali tudi Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

Najbolj uporaben od teh polimerov je tisti, imenovan Al ₁₃ ali Keggin-Al13, katerega formula je AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ . Vrsta Al ₁₃ ima tridimenzionalno obliko.

Ocenjujejo, da je predhodnik te polikacije Al (OH) ₄ ^- , ki ima tetraedrsko konformacijo in je v središču strukture.

Nomenklatura

- Aluminijev poliklorid

- PAC (poli aluminijev klorid)

- PACl (poli aluminijev klorid)

- Polialuminijev klorid

- Aluminijev polihidroksiklorid

- aluminijev klorohidrat ali ACH (aluminijev klorhidrat).

Lastnosti

Fizično stanje

Bela do rumena trdna snov (prah), ki jo dobimo tudi v obliki vodnih raztopin različnih koncentracij.

Topnost

Topen v vodi.

Značilnosti komercialnih PAC

Različni PAC-i se med seboj razlikujejo predvsem po dveh stvareh:

- Njegova trdnost, izražena v% glinice Al ₂ O ₃

- Njena osnovnost, ki označuje količino polimernega materiala v PAC in se lahko giblje med 10% (nizka bazičnost), 50% (srednja bazičnost), 70% (visoka bazičnost) in 83% (najvišja bazičnost, kar ustreza aluminijevemu hidrokloridu ali ACH).

Kemijske lastnosti

PAC je vrsta vodotopnih aluminijastih izdelkov. Njegova splošna formula je pogosto izražena kot Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) .

Ker nastajajo z reakcijo aluminijevega klorida (AlCl ₃ ) z bazo, je bazičnost teh vrst izdelkov odvisna od relativne količine OH ^- ionov v primerjavi s količino aluminija (Al).

Po formuli Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) je bazičnost definirana kot m / 3n.

Je flokulant. Ima lastnosti, kot so enostavna adsorpcija na drugih delcih z nasprotnim nabojem (lepi na površino le-teh), koagulacija (združevanje več delcev, na katerih je adsorbirana) in obarjanje teh skupin združenih delcev.

PAC-ji so lahko nestabilni, saj so odvisni od pH. Lahko so jedki.

Obnašanje PAC v vodi

Z raztapljanjem PAC v vodi in odvisno od pH nastajajo različne vrste aluminij-hidroksil (Al-OH).

Hidrolizira ali reagira z vodo in tvori monomere (enotne molekule), oligomere (3 do 6 povezanih molekul) in polimere (več kot 6 povezanih molekul).

Najpomembnejša vrsta je polimer s 13 atomi aluminija, ki se imenuje Keggin-Al13.

Funkcija PAC kot flokulanta

Polimer Keggin-Al13 adsorbira na delce, ki so prisotni v vodi, to je, da se nalepijo na površino le-teh in povzročijo, da se medsebojno dodajajo in tvorijo floskule.

Koščki so skupine zelo majhnih delcev, aglutiniranih ali združenih, da tvorijo večje strukture, ki lahko usedlijo, to je, da gredo na dno vodne raztopine.

Ko tvorijo kosmiče, ko so dovolj velike, gredo na dno in vodna raztopina je čista.

Rezervoarji za flokulacijo in usedanje čistilne naprave, v katerih se lahko uporablja poli aluminij klorid (PAC). Qualit-E na angleški Wikipediji. Vir: Wikimedia Commons.

Pridobitev

Raztopine PAC ali PACl običajno dobimo tako, da raztopini aluminijevega klorida (AlCl ₃ ) dodamo bazno ali alkalno raztopino .

Da dobimo veliko količino Al ₁₃ polimerov, osnova ali dodani alkaliji ne smejo zagotavljati ionov OH ^- prehitri in ne prepočasni.

Nekatere študije kažejo, da je težko proizvesti stabilno visoko koncentracijo Al ₁₃ z uporabo NaOH, ker sprošča OH ione ^- prehitro v vodo.

Zaradi tega so prednostne bazične kalcijeve (Ca) spojine, ki imajo v vodi nizko topnost in tako sproščajo OH ione ^- počasi. Ena izmed teh osnovnih kalcijevih spojin je kalcijev oksid CaO.

Tu so naslednji koraki za oblikovanje PAC.

Hidroliza

Ko se aluminijeve soli (iii) raztopijo v vodi, pride do spontane reakcije hidrolize, pri kateri aluminijev kation Al ³⁺ prevzame hidroksilne OH ^- ione iz vode in se veže nanje, pri čemer ostane proste H ⁺ protone :

Al ³⁺ + H ₂ O → Al (OH) ²⁺ + H ⁺

Al ³⁺ + 2 H ₂ O → Al (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

Temu pomagajo dodajanje alkalij, to je OH ^- ionov . Aluminij ion Al ³⁺ se vedno bolj pridružuje OH ^- anionom :

Al ³⁺ → Al (OH) ²⁺ → Al (OH) ₂ ⁺ → Al (OH) ₃ ⁰ → Al (OH) ₄ ^-

Poleg vrste, kot Al (H ₂ O) ₆ ^{3+ tvorjena} , da je aluminijeva ionsko vezan ali usklajeno s šestimi molekulami vode.

Polimerizacija

Nato se med temi vrstami oblikujejo vezi, ki tvorijo dimere (sklopi 2 molekul) in trimere (sklopi po 3 molekule), ki se transformirajo v oligomere (sklopi 3 do 5 molekul) in polimere (sklopi številnih pridruženih molekul).

Al (OH) ₂ ⁺ → Al ₂ (OH) ₂ ⁴⁺ → Al ₃ (OH) ₅ ⁴⁺ → Al ₆ (OH) ₁₂ ⁶⁺ → Al ₁₃ (OH) ₃₂ ⁷⁺

Te vrste se med seboj povezujejo z OH mostovi in ​​z Al (H ₂ O) ₆ ^3+, ki tvorijo množine molekul, ki jih imenujemo hidroksi kompleksi ali polikacije ali hidroksipolimeri.

Splošna formula teh kationski polimeri Al _x (OH) _y (H ₂ O) _N ^{(3x-y) +} ali tudi Al _x O _Z (OH) _y (H ₂ O) _N ^{(3x-y-2Z) +} .

Pomen polimer

Najpomembnejši od teh polimerov je tako imenovani Al _13, katerega formula je AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ , poznan pa je tudi pod imenom Keggin-Al13.

To je vrste s 7 pozitivnih nabojev (to pomeni, da heptavalent kation) in 13 atomov aluminija, 24 OH enote 4 atomi kisika in 12 vode H ₂ O enot .

Prijave

- Pri čiščenju z vodo

PACl je komercialni izdelek za čiščenje vode in njeno pitno (čisto in pitno). Omogoča tudi čiščenje odpadnih in industrijskih voda.

Voda je lahko pitna, če je obdelana s poli aluminijevim kloridom (PAC). Avtor: ExplorerBob. Vir: Pixabay.

Uporablja se kot koagulacijsko sredstvo pri procesih izboljšanja vode. Učinkovitejši je kot aluminijev sulfat. Njegova učinkovitost ali vedenje je odvisno od prisotnih vrst, kar je odvisno od pH.

Kako deluje

PACl omogoča koagulacijo organskih snovi in ​​mineralnih delcev. Koagulacija pomeni, da spojine, ki jih je treba odstraniti, preidejo iz raztapljanja v trdne snovi. To dosežemo z medsebojnim vplivom svojih pozitivnih nabojev z negativnimi materiali, ki jih je treba koagulirati.

Verjame se, da je vrsta Al ₁₃ , ki ima toliko pozitivnih nabojev (+7), najučinkovitejša pri nevtralizaciji nabojev. Potem nastane mostove med delci, ki se strdijo in tvorijo floke.

Ti kosmiči, ki so zelo težki, se navadijo oboriti ali poravnati, to je, da segajo na dno posode, v kateri je voda, ki se čisti. Na ta način jih je mogoče odstraniti s filtracijo.

Poli aluminij-klorid (PAC) se uporablja za usedanje organskih in anorganskih snovi v čistilnih napravah. Inženirski korpus ameriške vojske fotografija. Vir: Wikimedia Commons.

Prednost

PAC je boljši od aluminijevega sulfata, saj ima boljše nizkotemperaturne lastnosti, pusti manj ostanka aluminija, ustvari manj volumna blata, manj vpliva na pH vode in nastanejo hitrejše in večje koščke. Vse to olajša sedimentacijo za kasnejšo filtracijo.

Voda v bazenu se lahko očisti s poli aluminijevim kloridom (PAC). Avtor: Kalhh. Vir: Pixabay.

-V industriji celuloze in papirja

PAC je še posebej učinkovit pri spreminjanju koloidnih polnil pri izdelavi papirja. Koloidni naboji so naboji suspendiranih trdnih snovi v mešanicah, da dobimo papirno kašo.

Omogoča pospešitev hitrosti odtekanja (izločanje vode), zlasti v nevtralnih in alkalnih razmerah, in pomaga pri zadrževanju trdnih snovi. Trdne snovi so tiste, ki kasneje, ko se suši, tvorijo papir.

V tej aplikaciji se uporabljajo PAC z nizkimi (0-17%) in srednjimi (17-50%) osnovnimi snovmi.

V celulozah za celulozo in papir uporabimo poli aluminijev klorid (PAC) za pomoč pri postopku usedanja. Avtor: 151390. Vir: Pixabay.

- Za izboljšanje cementa

Nedavno (2019) smo testirali dodajanje PACl v Portland cement. Ugotovljeno je bilo, da prisotnost Cl ^- kloridnih ionov in polimernih aluminijevih skupin spreminja strukturo cementa. Ocenjuje se, da kompleksne soli s formulo 3CaO.Al ₂ O ₃ .CaCl ₂ .10H ₂ tvorimo O.

Gradbeni cement lahko izboljšamo s poli aluminijevim kloridom (PAC). Skeeze. Vir: Wikimedia Commons.

Rezultati kažejo, da PACl izboljša lastnosti cementa, zmanjša število mikropor (zelo majhnih lukenj) in matrica postane bolj gosta in kompaktna, zato se odpornost na stiskanje poveča.

Učinek narašča s povečanjem vsebnosti PACl. Študija potrjuje, da dodajanje PACl Portland cementu ustvari mešanico z vrhunskimi mehanskimi in mikrostrukturnimi lastnostmi.

S poli aluminijevim kloridom se poroznost cementa zmanjša in postane bolj odporna. Blackblack111. Vir: Wikimedia Commons.

Reference

1. Kim, T. in sod. (2019). Raziskovanje vplivov poliamida klorida na lastnosti navadnega portlandskega cementa. Gradivo 2019, 12, 3290. Pridobljeno z mdpi.com.
2. Li, Y. et al. (2019). Optimizacija floakulanta iz polikaluminijevega klorida-hitozana za obdelavo prašičje bioplinske gnojevke z uporabo metode površinske odzivnosti Box-Behnken. Int. J. Environment. Res. Public Health 2019, 16, 996. Pridobljeno z mdpi.com.
3. Hubbe, M. Polialuminijev klorid (PAC). Mini-enciklopedija papirnate kemije. Pridobljeno iz projektov.ncsu.edu.
4. Tang, H. et al. (2015). Specifikacija, stabilnost in mehanizmi koagulacije hidroksil aluminijevih grozdov, ki jih tvorijo PACl in alum: Kritičen pregled. Koloidni vmesnik Adv Sci 2015; 226 (Pt A): 78–85. Pridobljeno iz ncbi.nlm.nih.gov.
5. Bottero, JY et al. (1980). Študije hidroliziranih raztopin aluminijevega klorida. 1. Vrsta aluminijevih vrst in sestava vodnih raztopin. Časopis za fizikalno kemijo, letnik 84, št. 22, 1980. Pridobljeno iz pubs.acs.org.
6. Zhao, H.-Z. et al. (2009). Visoko koncentracijski polialuminijev klorid: Priprava in učinki koncentracije Al na porazdelitev in transformacijo vrst Al. Chemical Engineering Journal 155 (2009) 528–533. Pridobljeno od sciencedirect.com.
7. Jia, Z. et al. (2004). Sinteza polialuminijevega klorida z membranskim reaktorjem: učinki obratovalnih parametrov in reakcijske poti. Ind. Inž. Chem. Res. 2004, 43, 12-17. Pridobljeno iz pubs.acs.org.
8. GEO Specialty Chemicals. Polialuminijev klorid (PAC). Pridobljeno z geosc.com.