ПОЛІХЛОРИД АЛЮМІНІЮ: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ОДЕРЖАННЯ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Клас водорозчинних неорганічних алюмінієвих продуктів називається поліалюмінієвим хлоридом , утвореним частковою реакцією хлориду алюмінію AlCl ₃ з основою. Це твердий від білого до жовтого кольору. Загальна його формула часто виражається як Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Вони також відомі як PAC або також PACl (поліалюмінієвий хлорид).

PAC розроблені таким чином, що містять високо катіонні полімери (набори декількох молекул з багатьма позитивними зарядами), що складаються з іонів алюмінію (Al ³⁺ ), хлорид-іонів (Cl ^- ), гідроксильних іонів (OH) ^- та молекул води (H ₂ О).

Полі алюмінієвий хлорид (PAC) використовується для видалення органічної та неорганічної речовини з води в флокуляторах очисних споруд. Автор: Кубінгер. Джерело: Pixabay.

Найважливішим катіонним полімером цих видів називається Al ₁₃ або Keggin-Al13, який є дуже ефективним при очищенні води та в целюлозно-паперовій промисловості.

У цих застосуваннях PAC прилягають до поверхні частинок, що змушує їх зв’язуватися і можуть осідати, тобто впадати на дно і можуть фільтруватися.

Він також був успішно випробуваний для поліпшення властивостей портландцементу, оскільки він змінює або змінює структуру на мікрорівні, і це робить цемент більш стійким.

Будова

PAC або PACl складається з ряду видів, починаючи від мономерів (одна молекула), димерів (дві молекули, об'єднані разом), олігомерів (три-п’ять молекул, об'єднаних разом), до полімерів (багато молекул об'єднано разом).

Загальна його формула - Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Коли ці види містять іони А, розчинені у воді ³⁺ , гідроксильні іони ОН ^- , хлоридні іони Cl ^- та молекули води H ₂ O.

У водному розчині його загальною формулою є Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} або також Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

Найбільш корисним з цих полімерів є той, який називається Al ₁₃ або Keggin-Al13, формулою якого є AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ . Вид Al ₁₃ має тривимірну форму.

Підраховано, що попередником цієї полікалізації є Al (OH) ₄ ^- , який має чотиригранну конформацію і знаходиться в центрі структури.

Номенклатура

- поліхлорид алюмінію

- PAC (хлорид поліетилену)

- PACl (хлорид поліетилену)

- Хлорид поліалюмінію

- Полігідроксихлорид алюмінію

- гідрохлорид алюмінію або ACH (хлоргідрат алюмінію).

Властивості

Фізичний стан

Біле до жовтого твердого речовини (порошок), яке також отримують у вигляді водних розчинів різної концентрації.

Розчинність

Розчинний у воді.

Характеристика комерційних ПКС

Різні ПКС відрізняються один від одного головним чином двома речами:

- Його міцність, виражена у% оксиду алюмінію Al ₂ O _3.

- Його основність, яка вказує на кількість полімерного матеріалу в ПАК, і може коливатися між 10% (низька основність), 50% (середня основність), 70% (висока основність) і 83% (найвища основність, яка відповідає гідрохлориду алюмінію або ACH).

Хімічні властивості

PAC - це різновид водорозчинних алюмінієвих виробів. Загальна його формула часто виражається як Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) .

Оскільки вони утворюються при взаємодії хлориду алюмінію (AlCl ₃ ) з основою, то основність цих видів продуктів залежить від відносної кількості іонів ОН ^- порівняно з кількістю алюмінію (Al).

Відповідно до формули Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) , основність визначається як m / 3n.

Це флокулянт. Він має такі властивості, як легкість адсорбції на інших частинках протилежного заряду (вона прилягає до поверхні цих), коагуляція (об'єднання декількох частинок, на яких вона була адсорбована) та осадження цих груп об'єднаних частинок.

PAC можуть бути нестабільними, оскільки вони залежать від pH. Вони можуть бути корозійними.

Поведінка РАС у воді

Розчиняючи РАС у воді та залежно від рН, утворюються різні види алюмінію-гідроксилу (Al-OH).

Він гідролізує або реагує з водою з утворенням мономерів (унітарних молекул), олігомерів (3–6 зв'язаних молекул) та полімерів (понад 6 зв'язаних молекул).

Найважливіший вид - це полімер з 13 атомами алюмінію, який називається Кеггін-Al13.

Функція PAC як флокулянта

Полімер Keggin-Al13 адсорбується на частинках, присутніх у воді, тобто він налипає на їх поверхню і змушує їх додавати один до одного утворюючі частинки.

Флоки - це групи дуже дрібних частинок, аглютинованих або об'єднаних, утворюючи більші структури, які можуть осаджувати, тобто йти на дно водного розчину.

Після утворення флокулей, коли вони досить великі, вони йдуть на дно, і водний розчин чистий.

Резервуари для флокуляції та осадження водоочисних споруд, де можна використовувати хлорид поліетилену (PAC). Qualit-E в англійській Вікіпедії. Джерело: Wikimedia Commons.

Отримання

Розчини PAC або PACl зазвичай отримують додаванням розчину основи або лугу до розчину хлориду алюмінію (AlCl ₃ ).

Для отримання великої кількості полімерів Al _13, додані в основу або луг не повинні забезпечувати іони OH ^- занадто швидкі та не надто повільні.

Деякі дослідження показують, що важко виробляти стабільно високу концентрацію Al ₁₃ за допомогою NaOH, оскільки він виділяє іони ОН ^- занадто швидко у воду.

З цієї причини переважні сполуки кальцію (Са), які мають низьку розчинність у воді і, таким чином, вивільняють іони ОН ^- повільно. Одним із таких основних сполук кальцію є оксид кальцію СаО.

Ось етапи, які відбуваються для формування ПАК.

Гідроліз

Коли солі алюмінію (iii) розчиняються у воді, відбувається спонтанна реакція гідролізу, при якій катіон алюмінію Al ³⁺ забирає з води гідроксильні ОН ^- іони і зв'язується з ними, залишаючи вільні протони H ⁺ :

Al ³⁺ + H ₂ O → Al (OH) ²⁺ + H ⁺

Al ³⁺ + 2 H ₂ O → Al (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

Цьому сприяє додавання лугу, тобто ОН ^- іонів . Іон алюмінію Al ³⁺ все більше приєднується до ОН ^- аніонів :

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

Крім того, ^{утворюються} такі види, як Al (H ₂ O) ₆ ³⁺ , тобто іон алюмінію, зв’язаний або узгоджений з шістьма молекулами води.

Полімеризація

Потім між цими видами утворюються зв’язки, утворюючи димери (набори з 2 молекул) і тримери (набори з 3 молекул), які трансформуються в олігомери (набори від 3 до 5 молекул) та полімери (набори багатьох з’єднаних молекул).

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

Цей тип видів з'єднується мостами ОН один з одним і з Al (H ₂ O) ₆ ^3+, утворюючи набори молекул, які називаються гідрокси комплексами або полікакалами або гідроксиполімерами.

Загальна формула цих катіонних полімерів - Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} або також Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

Важливість полімеру

Найбільш корисним з цих полімерів вважається так званий Al ₁₃ , формулою якого є AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ , і він також відомий як Keggin-Al13.

Це вид із 7 позитивними зарядами (тобто гексавалентним катіоном) з 13 атомами алюмінію, 24 одиницями ОН, 4 атомами кисню та 12 водними одиницями H ₂ O.

Програми

- У очищенні води

PACl - комерційний продукт для очищення води та забезпечення її питністю (чистою та питною). Це також дозволяє очистити стічні та промислові води.

Воду можна зробити питною, якщо її обробити поліетилену хлоридом (PAC). Автор: ExplorerBob. Джерело: Pixabay.

Застосовується як коагуляційний засіб в процесах поліпшення води. Він більш ефективний, ніж сульфат алюмінію. Його продуктивність або поведінка залежить від наявних видів, що залежить від рН.

Як це працює

PACl дозволяє коагулювати органічні матеріали та мінеральні частинки. Коагуляція означає, що сполуки, що підлягають виведенню, переходять від розчинення до твердих. Це досягається завдяки взаємодії його позитивних зарядів з негативними матеріалами, що підлягають коагуляції.

Вважається, що вид Al ₁₃ , маючи стільки позитивних зарядів (+7), є найбільш ефективним для нейтралізації зарядів. Потім відбувається утворення містків між частинками, які агломеруються і утворюють мухи.

Ці флокулі, будучи дуже важкими, мають тенденцію до осадження або осідання, тобто виходу на дно ємності, де міститься вода, яка обробляється. Таким чином їх можна видалити фільтруванням.

Полі хлорид алюмінію (PAC) використовується для осадження органічних та неорганічних речовин на очисних спорудах. Інженерний корпус армії США фото. Джерело: Wikimedia Commons.

Перевага

PAC кращий, ніж сульфат алюмінію, оскільки він має кращі показники низької температури, залишає менше залишків алюмінію, створює менший об'єм мулу, менший вплив на рН води, а також утворюються швидші та більші муки. Все це полегшує осадження для подальшої фільтрації.

Вода в басейні може бути очищена за допомогою поліхлориду алюмінію (PAC). Автор: Kalhh. Джерело: Pixabay.

-У целюлозно-паперовій промисловості

PAC особливо ефективний для модифікації колоїдних наповнювачів при виготовленні паперу. Колоїдні заряди - це заряди суспендованих твердих речовин у сумішах для отримання паперової маси.

Це дозволяє прискорити швидкість зливу (виведення води), особливо в нейтральних та лужних умовах, і допомагає утримувати тверді речовини. Тверді речовини - це ті, які пізніше, висихаючи, утворюють папір.

У цій заявці використовується ПАК з низькими (0-17%) та середніми (17-50%) основами.

На целюлозно-паперових заводах полімери алюмінієвого хлориду (PAC) використовують для сприяння в процесі осадження. Автор: 151390. Джерело: Pixabay.

- Для поліпшення цементу

Нещодавно (2019) було додано тестування на додавання PACl до портландцементу. Було встановлено , що присутність Cl ^- хлорид - іонів і полімерних алюмінієвих груп змінити структуру цементу. Підраховано, що утворюються складні солі формули 3CaO.Al ₂ O ₃ .CaCl ₂ .10H ₂ O.

Будівельний цемент можна поліпшити поліхлоридом алюмінію (PAC). Прокиньте. Джерело: Wikimedia Commons.

Результати показують, що PACl покращує властивості цементу, зменшує кількість мікропор (дуже маленьких отворів) і матриця стає більш щільною і компактною, тому стійкість до стиснення зростає.

Ефект посилюється зі збільшенням вмісту PACl. Дослідження підтверджує, що додавання PACl до портландцементу утворює суміш з чудовими механічними та мікроструктурними властивостями.

При поліхлориду алюмінію пористість цементу зменшується і він стає більш стійким. Blackblack111. Джерело: Wikimedia Commons.

Список літератури

1. Кім, Т. та ін. (2019). Дослідження впливу хлориду поліалюмінію на властивості звичайного портландцементу. Матеріали 2019, 12, 3290. Відновлено з сайту mdpi.com.
2. Лі, Ю. та ін. (2019). Оптимізація флокулянта хлориду-хітозану поліалюмінію для обробки свинячої біогазової суспензії методом поверхневої реакції на коробку. Інт. Res. Public Health 2019, 16, 996. Відновлено з сайту mdpi.com.
3. Хаббе, М. Поліалюмінієвий хлорид (PAC). Міні-енциклопедія виготовлення паперу безмежної хімії. Відновлено з projekt.ncsu.edu.
4. Tang, H. та ін. (2015). Специфікація, стабільність та механізми згортання кластерів гідроксильного алюмінію, утворених PACl та глином: Критичний огляд. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78-85. Відновлено з ncbi.nlm.nih.gov.
5. Bottero, JY та ін. (1980). Дослідження розчинів гідролізованого хлориду алюмінію. 1. Характер видів алюмінію та склад водних розчинів. Журнал фізичної хімії, т. 84, № 22, 1980. Отримано з pubs.acs.org.
6. Чжао, Х.-З. та ін. (2009). Поліалюмінієвий хлорид високої концентрації: Отримання та вплив концентрації Al на розподіл та перетворення видів Al. Хімічний журнал 155 (2009) 528-533. Відновлено з sciencedirect.com.
7. Цзя, З. та ін. (2004). Синтез хлориду поліалюмінію з мембранним реактором: діючі параметри ефекту та шляхи реакції. Інд. Англ. Chem. Res. 2004, 43, 12-17. Відновлено з pubs.acs.org.
8. GEO Specialty Chemicals. Хлорид поліалюмінію (PAC). Відновлено з geosc.com.