- Struktur
- nomenklatur
- Ejendomme
- Fysisk tilstand
- Opløselighed
- Egenskaber ved kommercielle PAC'er
- Kemiske egenskaber
- Opførsel af PAC i vand
- Funktion af PAC som flokkuleringsmiddel
- Indhentning
- Hydrolyse
- polymerisation
- Betydningspolymer
- Applikationer
- - Ved vandbehandling
- Hvordan virker det
- Fordel
- -I papir- og papirindustrien
- - For at forbedre cementen
- Referencer
En klasse af vandopløselige uorganiske aluminiumprodukter kaldes poly aluminiumchlorid, dannet ved delvis omsætning af aluminiumchlorid AICI 3 med en base. Det er et hvidt til gult fast stof. Dens almene formel udtrykkes ofte som AI n (OH) m CI (3n-m). De er også kendt som PAC eller også PACl (PolyAluminum Chloride).
PAC'er er formuleret på en sådan måde, at de indeholder stærkt kationiske polymerer (sæt af flere molekyler med mange positive ladninger), der består af aluminiumioner (Al 3+), chloridioner (Cl -), hydroxylioner (OH) - og vandmolekyler (H) 2 O).
Poly Aluminium Chloride (PAC) bruges til at fjerne organisk og uorganisk stof fra vand i flokkuleringsanlæg på spildevandsrensningsanlæg. Forfatter: Kubinger. Kilde: Pixabay.
Den vigtigste kationiske polymer af disse arter kaldes Al 13 eller Keggin-Al13, som er meget effektiv til vandbehandling og i papirmasse- og papirindustrien.
I disse applikationer klæber PAC'erne sig til overfladen af partiklerne, der får dem til at binde sammen og kan sætte sig, dvs. falde til bunden og kan filtreres.
Det er også med succes testet for at forbedre egenskaberne ved Portland cement, da det modificerer eller ændrer dens struktur på et mikroniveau, og dette gør cementen mere modstandsdygtig.
Struktur
PAC eller PACl består af en række arter, der spænder fra monomerer (et enkelt molekyle), dimerer (to molekyler forbundet), oligomerer (tre til fem molekyler sammenføjet) til polymerer (mange molekyler er forbundet).
Dens almene formel er Al n (OH) m CI (3n-m). Når disse arter indeholder ioner A opløst i vand 3+, hydroxyl ioner OH -, chloridioner Cl - og vandmolekyler H 2 O.
I vandig opløsning sin generelle formel er Al x (OH) y (H 2 O) n (3x-y) + eller også Al x O z (OH) y (H 2 O) n (3x-y-2z) +.
Den mest nyttige af disse polymerer er den, der kaldes Al 13 eller Keggin-AL13 hvis formel er AlO 4 Al 12 (OH) 24 (H 2 O) 12 7+. Arten Al 13 har en tredimensionel form.
Det anslås, at forløberen for denne polykation er Al (OH) 4 -, som har en tetraedrisk konformation og findes i midten af strukturen.
nomenklatur
- Polychlorid i aluminium
- PAC (polyaluminiumklorid)
- PACl (polyaluminiumklorid)
- Polyaluminum Chloride
- Polyhydroxychlorid i aluminium
- Aluminiumhydrochlorid eller ACH (Aluminiumchlorhydrat).
Ejendomme
Fysisk tilstand
Hvidt til gult fast stof (pulver), som også opnås i form af vandige opløsninger med forskellige koncentrationer.
Opløselighed
Opløselig i vand.
Egenskaber ved kommercielle PAC'er
De forskellige PAC'er adskiller sig hovedsageligt af to ting:
- Dens styrke, udtrykt som% af alumina Al 2 O 3.
- Dets basicitet, som angiver mængden af polymert materiale i PAC, og kan variere mellem 10% (lav basalitet), 50% (middel basalitet), 70% (høj basalitet) og 83% (højeste basalitet, hvilket svarer til aluminiumhydrochlorid eller ACH).
Kemiske egenskaber
PAC er en slags vandopløselige aluminiumprodukter. Dens almene formel udtrykkes ofte som AI n (OH) m CI (3n-m).
Da de produceres ved at omsætte aluminiumchlorid (AlCl 3) med en base, afhænger grundlæggelsen af disse typer produkter af den relative mængde OH - ioner sammenlignet med mængden af aluminium (Al).
Ifølge formlen Al n (OH) m CI (3n-m), er basiciteten defineret som m / 3n.
Det er en flokkuleringsmiddel. Det har egenskaber såsom let adsorption på andre partikler med modsat ladning (det klæber til overfladen af disse), koagulering (sammensætning af flere partikler, hvorpå det er blevet adsorberet) og udfældning af disse grupper af forenede partikler.
PAC'er kan være ustabile, da de afhænger af pH. De kan være ætsende.
Opførsel af PAC i vand
Ved at opløse PAC i vand og afhængigt af pH dannes forskellige aluminium-hydroxyl (Al-OH) arter.
Det hydrolyserer eller reagerer med vand for at danne monomerer (enhedsmolekyler), oligomerer (3 til 6 molekyler bundet) og polymerer (mere end 6 bundne molekyler).
Den vigtigste art er en polymer med 13 aluminiumatomer, der kaldes Keggin-Al13.
Funktion af PAC som flokkuleringsmiddel
Keggin-Al13-polymeren adsorberer på partiklerne i vandet, det vil sige, at den klæber på overfladen af disse og får dem til at føjes til hinanden og danner flokke.
Flokke er grupper af meget små partikler, der agglutineres eller forenes for at danne større strukturer, der kan sedimentere, dvs. gå til bunden af den vandige opløsning.
Når de er dannet flokker, når de er store nok, går de til bunden, og den vandige opløsning er ren.
Flocculation og sedimentation tanks i et vandrensningsanlæg, hvor polyaluminiumchlorid (PAC) kan anvendes. Qualit-E på engelsk Wikipedia. Kilde: Wikimedia Commons.
Indhentning
PAC eller Pacl opløsninger fremstilles normalt ved at tilsætte en base eller basisk opløsning til en opløsning af aluminiumchlorid (AlCl 3).
For at opnå en høj mængde af Al 13- polymerer må basen eller den tilsatte base ikke tilvejebringe OH-ioner - for hurtigt og ikke for langsomt.
Nogle undersøgelser viser, at det er vanskeligt at producere en stabil høj koncentration af Al 13 ved hjælp af NaOH, fordi det frigiver OH-ioner - for hurtigt i vandet.
Af denne grund foretrækkes basiske calcium (Ca) -forbindelser, som har lav opløselighed i vand og således frigiver OH-ioner - langsomt. En af disse basiske calciumforbindelser er calciumoxid CaO.
Her er de trin, der forekommer til dannelse af PAC.
Hydrolyse
Når aluminiumsalte (iii) opløses i vand, opstår der en spontan hydrolysereaktion, hvor aluminium Al 3+ -kationen tager hydroxylioner OH - fra vand og binder til dem, hvilket efterlader fri H + protoner:
Al 3+ + H 2 O → AI (OH) 2+ + H +
Al 3+ + 2 H 2 O → AI (OH) 2 + + 2 H +
Dette hjælpes ved at tilføje en alkali, det vil sige OH - ioner. Aluminiumion Al 3+ slutter sig i stigende grad til OH - anioner:
Al 3+ → Al (OH) 2+ → Al (OH) 2 + → Al (OH) 3 0 → Al (OH) 4 -
Desuden arter såsom AI (H 2 O) 6 3+ er dannet, dvs. en aluminiumion bundet eller koordineret med seks vandmolekyler.
polymerisation
Derefter dannes bindinger mellem disse arter, danner dimerer (sæt med 2 molekyler) og trimere (sæt med 3 molekyler), der omdannes til oligomerer (sæt med 3 til 5 molekyler) og polymerer (sæt med mange sammenføjede molekyler).
Al (OH) 2 + → Al 2 (OH) 2 4+ → Al 3 (OH) 5 4+ → Al 6 (OH) 12 6+ → Al 13 (OH) 32 7+
Denne type af arter er forbundet med OH broer med hinanden og med Al (H 2 O) 6 3+, danner sæt af molekyler, der kaldes hydroxy komplekser eller polykationer eller hydroxypolymers.
Den almene formel for disse kationiske polymerer er Al x (OH) y (H 2 O) n (3x-y) + eller også Al x O z (OH) y (H 2 O) n (3x-y-2z) +.
Betydningspolymer
Den mest nyttige af disse polymerer menes at være den såkaldte Al 13, som har formlen AlO 4 Al 12 (OH) 24 (H 2 O) 12 7+, og det er også kendt som Keggin-AL13.
Det er en art med 7 positive ladninger (dvs. et heptavalent kation) med 13 aluminiumatomer, 24 OH enheder, 4 oxygenatomer, og 12 vand H 2 O enheder.
Applikationer
- Ved vandbehandling
PACl er et kommercielt produkt til behandling af vand og gør det drikkeligt (rent og drikkeligt). Det muliggør også behandling af affald og industrifande.
Vandet kan drikkes, hvis det behandles med polyaluminiumchlorid (PAC). Forfatter: ExplorerBob. Kilde: Pixabay.
Det bruges som koagulationsmiddel i vandforbedringsprocesser. Det er mere effektivt end aluminiumsulfat. Dets ydeevne eller opførsel afhænger af den tilstedeværende art, der afhænger af pH-værdien.
Hvordan virker det
PACl tillader koagulering af organisk materiale og mineralpartikler. Koagulering betyder, at forbindelserne, der skal elimineres, går fra at blive opløst til at være faste. Dette opnås gennem samspillet mellem dets positive ladninger og de negative materialer, der skal koaguleres.
Det antages, at Al 13- arterne, der har så mange positive ladninger (+7), er de mest effektive til neutralisering af ladninger. Så er der dannelse af broer mellem de partikler, der agglomererer og danner flokke.
Disse flokke, der er meget tunge, har en tendens til at udfælde eller bundfælde, det vil sige at gå til bunden af beholderen, der indeholder vandet, der behandles. På denne måde kan de fjernes ved filtrering.
Polyaluminiumchlorid (PAC) bruges til at sedimentere organiske og uorganiske stoffer i spildevandsrensningsanlæg. US Army Corps of Engineers-foto. Kilde: Wikimedia Commons.
Fordel
PAC er bedre end aluminiumsulfat, fordi det har bedre ydeevne ved lav temperatur, efterlader mindre aluminiumsrester, producerer mindre slamvolumen, mindre effekt på vandets pH, og der dannes hurtigere og større flokke. Alt dette letter sedimentation til efterfølgende filtrering.
Poolvand kan renses med polyaluminiumchlorid (PAC). Forfatter: Kalhh. Kilde: Pixabay.
-I papir- og papirindustrien
PAC er især effektiv til at modificere kolloide fyldstoffer i papirfremstilling. Kolloidale ladninger er afgifterne for de suspenderede faste stoffer i blandingerne til fremstilling af papirmasse.
Det gør det muligt at fremskynde dræningens hastighed (eliminering af vand), især under neutrale og alkaliske forhold, og hjælper med at fastholde faste stoffer. De faste stoffer er dem, der senere, når de tørrer, danner papiret.
I denne ansøgning anvendes PAC med lave (0-17%) og medium (17-50%) basaliteter.
I papirmasse- og papirfabrikker bruges polyaluminiumchlorid (PAC) til hjælp til sedimenteringsprocessen. Forfatter: 151390. Kilde: Pixabay.
- For at forbedre cementen
For nylig (2019) er tilføjelse af PACl til Portland cement testet. Det blev bestemt, at tilstedeværelsen af Cl - chloridioner og af polymere aluminiumgrupper ændrer cementens struktur. Det anslås, at komplekse salte med formlen 3CaO.Al 2 O 3.CaCl 2 · 10 2 O dannes.
Konstruktionscement kan forbedres med polyaluminiumchlorid (PAC). Skeeze. Kilde: Wikimedia Commons.
Resultaterne indikerer, at PACl forbedrer cementens egenskaber, reducerer antallet af mikroporer (meget små huller), og matrixen bliver mere tæt og kompakt, og derfor øges modstanden mod kompression.
Effekten øges med stigende indhold af PACl. Undersøgelsen bekræfter, at tilsætning af PACl til Portland cement producerer en blanding med overlegne mekaniske og mikrostrukturelle egenskaber.
Med polyaluminiumchlorid falder cementens porøsitet, og den bliver mere modstandsdygtig. Blackblack111. Kilde: Wikimedia Commons.
Referencer
- Kim, T. et al. (2019). Undersøgelse af virkningerne af Polyaluminum Chloride på egenskaberne ved almindeligt Portland Cement. Materialer 2019, 12, 3290. Gendannes fra mdpi.com.
- Li, Y. et al. (2019). Optimering af polyaluminumchlorid-chitosan-flokkuleringsmiddel til behandling af svin-biogasopslæmning ved anvendelse af Box-Behnken-responsoverflademetoden. Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 996. Gendannet fra mdpi.com.
- Hubbe, M. Polyaluminum Chloride (PAC). Mini-encyklopædi for papirfremstilling Wet-End Chemistry. Gendannes fra projects.ncsu.edu.
- Tang, H. et al. (2015). Specifikation, stabilitet og koagulationsmekanismer for hydroxylaluminiumklynger dannet af PACl og alun: En kritisk gennemgang. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78-85. Gendannes fra ncbi.nlm.nih.gov.
- Bottero, JY et al. (1980). Undersøgelser af hydroliserede aluminiumkloridløsninger. 1. Arten af aluminiumsarter og sammensætningen af vandige opløsninger. Journal of Physical Chemistry, bind 84, nr. 22, 1980. Hentet fra pubs.acs.org.
- Zhao, H.-Z. et al. (2009). Polyaluminiumchlorid i høj koncentration: Fremstilling og virkninger af Al-koncentrationen på distribution og transformation af Al-arter. Chemical Engineering Journal 155 (2009) 528-533. Gendannes fra sciencedirect.com.
- Jia, Z. et al. (2004). Syntese af polyaluminiumklorid med en membranreaktor: Parametereffekter og reaktionsforløb. Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 12-17. Gendannes fra pubs.acs.org.
- GEO Specialkemikalier. Polyaluminum Chloride (PAC). Gendannes fra geosc.com.