ALIUMINIO POLICHLORIDAS: STRUKTŪRA, SAVYBĖS, GAVIMAS, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Vandens-neorganinės vandenyje tirpios aliuminio produktų klasės yra vadinamas poli aliuminio chloridas , kurį sudaro dalinės reakcijos aliuminio chlorido AlCl ₃ su baze. Tai balta arba gelsva kieta medžiaga. Jo bendroji formulė dažnai išreiškiama kaip Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Jie taip pat žinomi kaip PAC arba PACl (polialiuminio chloridas).

PAC yra suformuluoti taip, kad juose yra labai katijoninių polimerų (kelių molekulių rinkiniai su daugybe teigiamų krūvių), kuriuos sudaro aliuminio jonai (Al ³⁺ ), chlorido jonai (Cl ^- ), hidroksilo jonai (OH) ^- ir vandens molekulės (H ₂ O).

Polialiuminio chloridas (PAC) naudojamas organinėms ir neorganinėms medžiagoms pašalinti iš vandens nuotekų valymo įrenginių flokuliatoriuose. Autorius: Kubingeris. Šaltinis: „Pixabay“.

Svarbiausias šių rūšių katijoninis polimeras yra vadinamas Al ₁₃ arba Keggin-Al13, kuris yra labai efektyvus vandens valymo ir celiuliozės bei popieriaus gamybos pramonėje.

Tokiais atvejais PAC prilimpa prie dalelių paviršiaus, todėl jos gali jungtis ir gali nusėsti, tai yra, nukristi į dugną ir gali būti filtruojamos.

Jis taip pat buvo sėkmingai išbandytas siekiant pagerinti portlandcemenčio savybes, nes jis keičia ar keičia jo struktūrą mikrolygiu ir dėl to cementas tampa atsparesnis.

Struktūra

PAC arba PACl yra sudarytas iš daugybės rūšių, pradedant nuo monomerų (viena molekulė), dimerų (dvi molekulės sujungtos), oligomerų (nuo trijų iki penkių molekulių sujungtų) iki polimerų (daug molekulių sujungtų kartu).

Jo bendroji formulė yra Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Kai šiose rūšyse yra jonų A, ištirpintų vandenyje ³⁺ , hidroksilo jonų OH ^- , chlorido jonų Cl ^- ir vandens molekulių H ₂ O.

Vandeniniame tirpale jos bendroji formulė yra Al _x (OH) _y (H ₂ O) _N ^{(3x-Y) +} arba taip pat Al _x O _Z (OH) _y (H ₂ O) _N ^{(3x-Y-2Z) +} .

Naudingiausias iš šių polimerų yra tas, kuris vadinamas Al ₁₃ arba Keggin-Al13, kurio formulė yra AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ . Al ₁₃ rūšis yra trijų matmenų.

Manoma, kad šios polikacijos pirmtakas yra Al (OH) ₄ ^- , kuris turi tetraedrinę struktūrą ir yra struktūros centre.

Nomenklatūra

- Aliuminio polichloridas

- PAC (poli aliuminio chloridas)

- PACl (poli aliuminio chloridas)

- Polialiuminio chloridas

- Aliuminio polihidroksichloridas

- Aliuminio hidrochloridas arba ACH (Aliuminio chlorhidridas).

Savybės

Fizinė būklė

Balta arba gelsva kieta medžiaga (milteliai), kuri taip pat gaunama skirtingos koncentracijos vandeninių tirpalų pavidalu.

Tirpumas

Tirpus vandenyje.

Komercinių PAC charakteristikos

Įvairūs PAC skiriasi vienas nuo kito daugiausia dviem dalykais:

- jo stipris, išreikštas aliuminio oksido Al ₂ O _3%.

- Jo baziškumas, kuris rodo polimerinės medžiagos kiekį PAC ir gali svyruoti nuo 10% (žemas baziškumas), 50% (vidutinis baziškumas), 70% (aukštas baziškumas) ir 83% (didžiausias baziškumas, kuris atitinka aliuminio hidrochloridą arba ACH).

Cheminės savybės

PAC yra vandenyje tirpių aliuminio gaminių rūšis. Jo bendroji formulė dažnai išreiškiama kaip Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) .

Nes jie gaunami reaguojant aliuminio chlorido (ALCL ₃ ) su baze, šių produktų tipų bazingumas priklauso nuo santykinio kiekio OH ^- jonai , palyginti su aliuminio sumą (Al).

Pagal formulę Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) , baziškumas apibrėžiamas kaip m / 3n.

Tai yra flokulantas. Jis pasižymi tokiomis savybėmis kaip lengvas adsorbcija ant kitų priešingo krūvio dalelių (jis prilimpa prie jų paviršiaus), koaguliacija (kelių dalelių, ant kurių ji buvo adsorbuota, sujungimas) ir šių sujungtų dalelių grupių nusodinimas.

PAC gali būti nestabilūs, nes jie priklauso nuo pH. Jie gali būti ėsdinantys.

PAC elgesys vandenyje

Tirpinant PAC vandenyje ir priklausomai nuo pH, susidaro įvairios aliuminio-hidroksilo (Al-OH) rūšys.

Jis hidrolizuojasi arba reaguoja su vandeniu, sudarydamas monomerus (pavienes molekules), oligomerus (sujungtas nuo 3 iki 6 molekulių) ir polimerus (daugiau nei 6 sujungtas molekules).

Svarbiausia rūšis yra polimeras su 13 aliuminio atomų, kuris vadinamas Keggin-Al13.

PAC kaip flokulanto funkcija

Keggin-Al13 polimeras adsorbuojasi ant vandenyje esančių dalelių, tai yra, jis prilimpa prie jų paviršiaus ir priverčia jas prisikabinti viena prie kitos, sudarydamas flokus.

Plokštės yra labai mažų dalelių grupės, aglutuotos arba sujungtos, kad susidarytų didesnės struktūros, kurios galėtų nusėsti, tai yra, patekti į vandeninio tirpalo dugną.

Suformavę plokšteles, kai jie yra pakankamai dideli, jie eina į dugną, o vandeninis tirpalas yra švarus.

Vandens valymo įrenginių flokuliacijos ir nusodinimo rezervuarai, kuriuose galima naudoti poli aliuminio chloridą (PAC). „Qualit-E“ angliškoje Vikipedijoje. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Gavimas

PAC arba PACl tirpalai paprastai gaunami pridedant bazinį arba šarminį tirpalą į aliuminio chlorido (AlCl ₃ ) tirpalą .

Norint gauti didelį kiekį Al ₁₃ polimerų, pridedama bazė arba šarmas neturi suteikti OH jonų ^- per greitai ir ne per lėtai.

Kai kurie tyrimai rodo, kad naudojant NaOH sunku išgauti stabilią didelę Al ₁₃ koncentraciją, nes ji išskiria OH jonus ^- per greitai į vandenį.

Dėl šios priežasties pagrindinio kalcio (Ca) junginiai yra pageidaujama, kurios turi mažą tirpumą vandenyje ir tokiu būdu išleisti OH jonų ^- lėtai. Vienas iš šių pagrindinių kalcio junginių yra kalcio oksidas CaO.

Čia pateikiami PAC formavimo veiksmai.

Hidrolizė

Kai aliuminio druskos (iii) ištirpinama vandenyje, spontaniškas hidrolizės reakcija, kurioje aliuminio Al ³⁺ katijonas sustabdo hidroksilo OH ^- jonai iš vandens ir prisijungia prie jų, paliekant be H ⁺ protonus :

Al ³⁺ + H ₂ O → al (OH) ²⁺ + H ⁺

Al ³⁺ + 2 H ₂ O → Al (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

Tai palengvina pridedant šarmo, tai yra, OH ^- jonų . Aliuminio jonų Al ³⁺ vis labiau sujungiant OH ^- anijonus :

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

Be to, ^susidaro tokios rūšys kaip Al (H ₂ O) ₆ ³⁺ , tai yra aliuminio jonai, surišti arba suderinti su šešiomis vandens molekulėmis.

Polimerizacija

Tada tarp šių rūšių susiformuoja jungtys, sudarydamos dimerus (2 molekulių rinkinius) ir trimerus (3 molekulių rinkinius), kurie virsta oligomerais (3–5 molekulių rinkiniai) ir polimerais (daugelio sujungtų molekulių rinkiniais).

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

Šio tipo rūšys yra sujungtos OH tiltais tarpusavyje ir su Al (H ₂ O) ₆ ^3+, sudarydamos molekulių rinkinius, kurie vadinami hidroksikompleksais arba polikacijomis arba hidroksipolimerais.

Bendrosios formulės iš šių katijoninių polimerų yra Al _x (OH) _y (H ₂ O) _N ^{(3x-Y) +} arba taip pat Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _N ^{(3x-Y-2Z) +} .

Svarbumo polimeras

Manoma, kad naudingiausias iš šių polimerų yra vadinamasis Al _13, kurio formulė yra AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ , jis dar žinomas kaip Keggin-Al13.

Tai rūšis, turinti 7 teigiamus krūvius (tai yra heptavalentinis katijonas), turinti 13 aliuminio atomų, 24 OH vienetų, 4 deguonies atomų ir 12 vandens H ₂ O vienetų .

Programos

- Vandens procedūrose

PACl yra komercinis produktas, skirtas valyti vandenį ir padaryti jį geriamą (švarų ir geriamą). Tai taip pat leidžia apdoroti nuotekas ir pramoninius vandenis.

Vanduo gali būti geriamas, jei jis yra apdorotas poli aliuminio chloridu (PAC). Autorius: „ExplorerBob“. Šaltinis: „Pixabay“.

Jis naudojamas kaip krešėjimo agentas vandens gerinimo procesuose. Tai efektyvesnis nei aliuminio sulfatas. Jo savybės ar elgesys priklauso nuo esamų rūšių, tai priklauso nuo pH.

Kaip tai veikia

PACl leidžia koaguliuoti organines medžiagas ir mineralines daleles. Koaguliacija reiškia, kad šalintini junginiai ištirpsta į kietus. Tai pasiekiama per jo teigiamų krūvių sąveiką su neigiamomis medžiagomis, kurios turi būti koaguluojamos.

Manoma, kad Al ₁₃ rūšys , turinčios tiek daug teigiamų krūvių (+7), yra veiksmingiausios neutralizuojant krūvius. Tada tarp dalelių susidaro tiltai, kurie aglomeruojasi ir sudaro pūkus.

Šie flokai, būdami labai sunkūs, linkę nusėsti ar nusėsti, tai yra, eiti į indo, kuriame yra apdorojamas vanduo, dugną. Tokiu būdu jas galima pašalinti filtruojant.

Polietileno chloridas (PAC) naudojamas organinėms ir neorganinėms medžiagoms nusodinti nuotekų valymo įrenginiuose. JAV armijos inžinierių korpuso nuotrauka. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Privalumas

PAC yra geriau nei aliuminio sulfatas, nes pasižymi geresnėmis žemos temperatūros savybėmis, palieka mažiau aliuminio likučių, sukuria mažiau dumblo tūrio, mažiau veikia vandens pH, susidaro greitesni ir didesni flokai. Visa tai palengvina nusodinimą vėlesniam filtravimui.

Baseino vanduo gali būti išgrynintas poli aliuminio chloridu (PAC). Autorius: Kalhhas. Šaltinis: „Pixabay“.

- Celiuliozės ir popieriaus pramonėje

PAC yra ypač efektyvus modifikuojant koloidinius užpildus popieriaus gamyboje. Koloidiniai užtaisai yra suspenduotų kietų medžiagų, esančių mišiniuose, krūviai popieriaus minkštimui gaminti.

Tai leidžia pagreitinti drenažo greitį (pašalinti vandenį), ypač neutraliomis ir šarminėmis sąlygomis, ir padeda sulaikyti kietąsias medžiagas. Kietos medžiagos yra tos, kurios vėliau, kai džiūsta, sudaro popierių.

Šioje paraiškoje naudojamas PAC, turintis žemą (0–17%) ir vidutinį (17–50%) pagrindus.

Celiuliozės ir popieriaus gamyklose sedimentacijos procesui palengvinti naudojamas poli aliuminio chloridas (PAC). Autorius: 151390. Šaltinis: „Pixabay“.

- Norėdami pagerinti cementą

Neseniai (2019 m.) Buvo išbandytas PACl pridėjimas prie portlandcemenčio. Nustatyta, kad Cl ^- chlorido jonų ir polimerinių aliuminio grupių buvimas keičia cemento struktūrą. Manoma, kad susidaro 3CaO.Al ₂ O ₃ formulės kompleksinės druskos. CaCl ₂ .10H ₂ O.

Statybinis cementas gali būti sustiprintas poli aliuminio chloridu (PAC). Skeeze. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Rezultatai rodo, kad PACl pagerina cemento savybes, sumažėja mikroporų (labai mažų skylių) skaičius ir matrica tampa tankesnė ir kompaktiškesnė, todėl padidėja atsparumas suspaudimui.

Poveikis didėja didėjant PACl kiekiui. Tyrimas patvirtina, kad pridedant PACl prie portlandcemenčio gaunamas mišinys, pasižymintis geriausiomis mechaninėmis ir mikrostruktūrinėmis savybėmis.

Naudojant poli aliuminio chloridą, cemento poringumas mažėja ir jis tampa atsparesnis. „Blackblack111“. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Nuorodos

1. Kim, T. ir kt. (2019 m.). Tiriamas polialiuminio chlorido poveikis įprasto portlandcemenčio savybėms. Medžiagos 2019, 12, 3290. Atgauta iš mdpi.com.
2. Li, Y. ir kt. (2019 m.). Polialiuminio chlorido-chitozano flokulianto optimizavimas kiaulių biodujų srutoms apdoroti, naudojant Box-Behnken atsako paviršiaus metodą. Int. J. Environ. Res. Visuomenės sveikata 2019 m., 16, 996. Atkurta iš mdpi.com.
3. Hubbe, M. Polialiuminio chloridas (PAC). Mini enciklopedija apie popieriaus gamybos šlapio metalo chemiją. Atkurta iš projects.ncsu.edu.
4. Tang, H. ir kt. (2015). PACl ir alavo suformuotų hidroksilo aliuminio grupių klasifikacija, stabilumas ir krešėjimo mechanizmai: kritinė apžvalga. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78–85. Atkurta iš ncbi.nlm.nih.gov.
5. Bottero, JY ir kt. (1980). Hidrolizuoto aliuminio chlorido tirpalų tyrimai. 1. Aliuminio rūšies pobūdis ir vandeninių tirpalų sudėtis. Fizinės chemijos žurnalas, 84 tomas, Nr. 22, 1980 m. Gauta iš pubs.acs.org.
6. Zhao, H.-Z. et al. (2009). Didelės koncentracijos polialiuminio chloridas: Al koncentracijos paruošimas ir poveikis Al rūšių pasiskirstymui ir virsmui. Cheminės inžinerijos žurnalas 155 (2009) 528–533. Atgauta iš „sciencedirect.com“.
7. Jia, Z. ir kt. (2004). Polialiuminio chlorido su membraniniu reaktoriumi sintezė: veikimo parametrų efektai ir reakcijos keliai. Ind., Eng. Chem. Res., 2004, 43, 12-17. Atkurta iš pubs.acs.org.
8. GEO specializuotos cheminės medžiagos. Polialiuminio chloridas (PAC). Atkurta iš geosc.com.