- Szerkezet
- Elnevezéstan
- Tulajdonságok
- Fizikai állapot
- Oldhatóság
- A kereskedelmi PAC jellemzői
- Kémiai tulajdonságok
- A PAC viselkedése vízben
- A PAC mint flokkuláns funkciója
- beszerzése
- hidrolízis
- Polimerizáció
- Fontosságú polimer
- Alkalmazások
- - Vízkezelésben
- Hogyan működik
- Előny
- -A cellulóz- és papíriparban
- - A cement javítása
- Irodalom
Egy osztály a vízben oldódó szervetlen alumínium termékek az úgynevezett poli-alumínium-klorid, által alkotott részleges reakciójával alumínium-klorid AICI 3 egy bázissal. Fehér-sárga szilárd anyag. A általános képletű gyakran fejezzük Al n (OH) m Cl (3n-m). PAC-ként vagy PACl-ként (PolyAluminium Chloride) is ismertek.
A PAC-k úgy vannak kialakítva, hogy erősen kationos polimereket tartalmaznak (több molekula készlete sok pozitív töltéssel), amelyek alumínium-ionokból (Al 3+), klorid-ionokból (Cl -), hidroxilionokból (OH) - és vízmolekulákból (H 2 O).
A poli (alumínium-klorid) -ot (PAC) arra használják, hogy a szennyvíztisztító telepek flokkulátoraiban eltávolítsák a vízből a szerves és szervetlen anyagokat. Szerző: Kubinger. Forrás: Pixabay.
Ezen fajok legfontosabb kationos polimerét Al 13-nak vagy Keggin-Al13-nak nevezik, amely nagyon hatékony vízkezelésben, valamint a cellulóz- és papírgyártásban.
Ezekben az alkalmazásokban a PAC-k ragaszkodnak a részecskék felületéhez, így összekapcsolódnak és leülepedhetnek, azaz aljára esnek és szűrhetők.
Sikeresen tesztelték a portlandcement tulajdonságainak javítása érdekében is, mivel mikroten módosítja vagy megváltoztatja szerkezetét, és ezáltal a cement ellenállóbbá teszi.
Szerkezet
A PAC vagy a PACl fajok sorozatából áll, kezdve a monomerektől (egyetlen molekula), a dimerektől (két molekula össze van kötve), az oligomerektől (három-öt molekula össze van kötve) a polimerekig (sok molekula össze van kötve).
Az általános képlet Al n (OH) m Cl (3n-m). Amikor ezeket a fajokat tartalmazó ionokat A vízben oldjuk 3+, hidroxil-ionokat OH -, klorid ionok Cl - és víz molekulák H 2 O.
A vizes oldat az általános képletben Al x (OH) y (H 2 O) n (3x-y) +, vagy szintén az Al X O z (OH) y (H 2 O) n (3x-y-2z) +.
A leghasznosabb ilyen polimerek az egyik az úgynevezett Al 13 vagy Keggin-Al13, amelynek képlete AlO 4 Al 12 (OH) 24 (H 2 O) 12 7+. Az Al 13 fajnak háromdimenziós alakja van.
Becslések szerint ennek a polikációnak a prekurzora az Al (OH) 4 -, amelynek tetraedrikus konformációja van és a szerkezet közepén található.
Elnevezéstan
- Alumínium-poliklorid
- PAC (polium-alumínium-klorid)
- PACl (polium-alumínium-klorid)
- Polialumínium-klorid
- Alumínium-polihidroxi-klorid
- alumínium-hidroklorid vagy ACH (alumínium-klór-hidrát).
Tulajdonságok
Fizikai állapot
Fehér vagy sárga szilárd anyag (por), amelyet szintén különféle koncentrációjú vizes oldatok formájában nyernek.
Oldhatóság
Vízben oldódik.
A kereskedelmi PAC jellemzői
A különféle PAC-k alapvetően két dolgot különböznek egymástól:
- Szilárdsága az alumínium-oxid Al 2 O 3 % -ában kifejezve .
- Lúgossága, amely jelzi a polimer anyag mennyiségét a PAC-ban, és 10% (alacsony lúgosság), 50% (közepes lúgosság), 70% (magas lúgosság) és 83% (legmagasabb lúgosság) között változhat. jelentése alumínium-hidroklorid vagy ACH).
Kémiai tulajdonságok
A PAC egyfajta vízoldható alumínium termék. A általános képletű gyakran fejezzük Al n (OH) m Cl (3n-m).
Mivel úgy állítanak elő, alumínium-klorid (AICI 3) egy bázissal, bázicitása az ilyen típusú termékek függ relatív mennyiségét OH - ionok mennyiségéhez képest az alumínium (Al).
Az Al n (OH) m Cl (3n-m) képlet szerint a lúgosság m / 3n.
Ez egy pelyhesítő. Olyan tulajdonságai vannak, mint például az ellenkező töltésű részecskékön történő adszorpció könnyűsége (tapad ezeknek a felületéhez), koaguláció (több részecske egyesülése, amelyeken adszorbeálódott), és az egyesített részecskék ezen csoportjainak kicsapódása.
A PAC-ok instabilok lehetnek, mivel függnek a pH-tól. Maró hatású lehet.
A PAC viselkedése vízben
A PAC vízben történő feloldásával és a pH-tól függően különféle alumínium-hidroxil (Al-OH) fajok képződnek.
Hidrolizál vagy vízzel reagál, hogy monomereket (egységes molekulákat), oligomereket (3–6 molekula kapcsolódva) és polimereket (több mint 6 kapcsolt molekula) képezzen.
A legfontosabb fajok egy 13 alumíniumatomot tartalmazó polimer, amelyet Keggin-Al13-nak hívnak.
A PAC mint flokkuláns funkciója
A Keggin-Al13 polimer adszorbeál a vízben lévő részecskékre, vagyis ragaszkodik ezek felületéhez, és egymáshoz adódik, és így flokkokat képez.
A pelyhek nagyon kicsi részecskék csoportjai, amelyek agglutináltak vagy egyesültek, hogy nagyobb szerkezeteket képezzenek, amelyek ülepedhetnek, vagyis a vizes oldat aljára mennek.
A flokkok kialakítása után, ha elég nagyok, mennek az aljára és a vizes oldat tiszta.
Flokkulációs és ülepítő tartályok egy vízkezelő üzemben, ahol poli (alumínium-klorid) (PAC) használható. Qualit-E az angol Wikipedia-ban. Forrás: Wikimedia Commons.
beszerzése
A PAC vagy PACl oldatokat általában úgy kapják meg, hogy egy bázist vagy lúgos oldatot adnak az alumínium-klorid (AlCl 3) oldatához.
Nagy mennyiségű Al 13 polimer előállítása érdekében a hozzáadott bázis vagy lúg nem tartalmazhat OH-ionokat - túl gyors és nem túl lassú.
Egyes tanulmányok azt mutatják, hogy NaOH felhasználásával nehéz előállítani stabil magas Al 13 koncentrációt, mivel az OH ionokat szabadít fel - túl gyorsan a vízbe.
Emiatt az alap kalcium (Ca) vegyületek előnyösek, melyek gyengén oldódnak vízben, és így engedje meg OH-ionok - lassan. Ezen bázikus kalciumvegyületek egyike a kalcium-oxid CaO.
Itt vannak a PAC kialakításához szükséges lépések.
hidrolízis
Amikor az alumínium-sók (iii) vízben oldódnak, a spontán hidrolízis reakció megy végbe, amelynek során a-alumínium-Al 3+ kation veszi hidroxil ionokat OH - a víz és kötődik hozzájuk, így szabad H + protonok:
Al 3+ + H 2 O → Al (OH) 2+ + H +
Al 3+ + 2 H 2 O → Al (OH) 2 + + 2 H +
Ehhez lúgot, azaz OH - ionokat adunk hozzá. Az alumínium-ion Al 3+ egyre összekötő OH - anionok:
Al 3+ → Al (OH) 2+ → Al (OH) 2 + → Al (OH) 3 0 → Al (OH) 4 -
Ezen túlmenően olyan fajok alakulnak ki, mint például az Al (H 2 O) 6 3+, vagyis egy alumínium-ion, amely hat vízmolekulával van kötve vagy összehangolva.
Polimerizáció
Ezután kötések alakulnak ki ezek között a fajok között, és olyan dimereket (2 molekulakészlet) és trimereket (3 molekulakészlet) alkotnak, amelyek oligomerekké (3–5 molekulás készlet) és polimerekké (sok összekapcsolt molekula készletei) alakulnak át.
Al (OH) 2 + → Al 2 (OH) 2 4+ → Al 3 (OH) 5 4+ + Al 6 (OH) 12 6+ → Al 13 (OH) 32 7+
Az ilyen fajta OH-hidak kapcsolódnak egymáshoz és az Al (H 2 O) 6 3+ -hoz, és molekulák halmazát képezik, amelyeket hidroxi komplexeknek vagy polikációnak vagy hidroxipolimereknek nevezünk.
Az általános képletű Ezeknek a kationos polimerek Al x (OH) y (H 2 O) n (3x-y) +, vagy szintén az Al x O Z (OH) y (H 2 O) n (3x-y-2Z) +.
Fontosságú polimer
Ezen polimerek közül a leghasznosabb az úgynevezett Al 13, amelynek képlete AlO 4 Al 12 (OH) 24 (H 2 O) 12 7+, és Keggin-Al13 néven is ismert.
Ez egy olyan faj, amelynek 7 pozitív töltése van (vagyis egy heptavalens kation) 13 alumíniumatommal, 24 OH egységgel, 4 oxigénatommal és 12 víz H 2 O egységgel.
Alkalmazások
- Vízkezelésben
A PACl kereskedelmi célú termék a víz kezelésére és ivhatóvá tételére (tiszta és ivható). Ezenkívül lehetővé teszi a hulladék és az ipari vizek kezelését.
A víz ivhatóvá tehető, ha polimeralumínium-kloriddal (PAC) kezelik. Szerző: ExplorerBob. Forrás: Pixabay.
Koagulációs szerként alkalmazzák a vízjavító folyamatokban. Hatékonyabb, mint az alumínium-szulfát. Teljesítménye vagy viselkedése a jelenlévő fajoktól függ, ami a pH-tól függ.
Hogyan működik
A PACl lehetővé teszi a szerves anyagok és az ásványi részecskék koagulációját. A koagulátum azt jelenti, hogy az eliminálandó vegyületek feloldódásukról szilárd anyaggá alakulnak. Ezt úgy lehet elérni, hogy pozitív töltései kölcsönhatásba lépnek a koagulálandó anyagok negatív anyagaival.
Úgy gondolják, hogy az Al 13 fajok, amelyeknek oly sok pozitív töltése van (+7), a leghatékonyabbak a töltések semlegesítésében. Ezután hidak alakulnak ki a részecskék között, amelyek agglomerálódnak és pelyheket képeznek.
Ezek a pelyhek, amelyek nagyon nehézek, hajlamosak kicsapódni vagy leülepedni, azaz a kezelendő vizet tartalmazó tartály aljára mennek. Ily módon szűréssel eltávolíthatók.
A poli (alumínium-klorid) -ot (PAC) a szennyvízkezelő üzemekben a szerves és szervetlen anyagok ülepítésére használják. Az Egyesült Államok Hadseregének mérnökei fotó. Forrás: Wikimedia Commons.
Előny
A PAC jobb, mint az alumínium-szulfát, mivel jobb alacsony hőmérsékleti teljesítménye, kevesebb alumíniummaradékot hagy, kevesebb iszapmennyiséget eredményez, kevesebb hatást gyakorol a víz pH-jára, gyorsabb és nagyobb flokkok képződnek. Mindez megkönnyíti az ülepedést a későbbi szűréshez.
A medencevíz polimer alumínium-kloriddal (PAC) tisztítható. Szerző: Kalhh. Forrás: Pixabay.
-A cellulóz- és papíriparban
A PAC különösen hatékonyan módosítja a kolloid töltőanyagokat a papírgyártásban. A kolloid töltések a keverékekben lévő szuszpendált szilárd anyagok töltései a papírpép előállításához.
Ez lehetővé teszi a vízelvezetési sebesség felgyorsítását (a víz eliminációját), különösen semleges és lúgos körülmények között, és segíti a szilárd anyagok visszatartását. A szilárd anyagok azok, amelyek később szárításkor képezik a papírt.
Ebben az alkalmazásban alacsony (0-17%) és közepes (17-50%) bázissal rendelkező PAC-t használunk.
A cellulóz- és papírgyárakban az alumínium-kloridot (PAC) használják az ülepedési folyamat elősegítésére. Szerző: 151390. Forrás: Pixabay.
- A cement javítása
A közelmúltban (2019) tesztelték a PACl hozzáadását a portlandcementhez. Megállapítottuk, hogy a jelenléte Cl - kloridionok és polimer alumínium-csoportok szerkezetének megváltoztatása a cement. Úgy becsülik, hogy komplex képletű sókat 3CaO.Al 2 O 3.CaCl 2.10H 2 O képződnek.
Az építkezési cement polimer-alumínium-kloriddal (PAC) javítható. Skeeze. Forrás: Wikimedia Commons.
Az eredmények azt mutatják, hogy a PACl javítja a cement tulajdonságait, csökkenti a mikropórusok számát (nagyon kicsi lyukak), és a mátrix sűrűbbé és kompaktabbá válik, ezért növekszik a kompresszióval szembeni ellenállás.
A hatás növekszik a PACl-tartalom növekedésével. A tanulmány megerősíti, hogy a PACl hozzáadása a portlandcementhez olyan keveréket eredményez, amelynek kiváló mechanikai és mikroszerkezeti tulajdonságai vannak.
Polium-alumínium-kloriddal a cement porozitása csökken, és ellenállóbbá válik. Blackblack111. Forrás: Wikimedia Commons.
Irodalom
- Kim, T. et al. (2019). A polialumínium-klorid hatása a rendes portlandcement tulajdonságaira. Anyagok 2019, 12, 3290. Helyreállítva: mdpi.com.
- Li, Y. és mtsai. (2019). Polialumínium-klorid-kitozán flokkuláló anyag optimalizálása sertés biogáz iszap kezelésére Box-Behnken válaszfelület módszerrel. Int. J. Environ. Res., Közegészségügy, 2019., 16., 996. Helyreállítva: mdpi.com.
- Hubbe, M. Polialumínium-klorid (PAC). A papírgyártás nedvesvégű kémia mini-enciklopédia. Helyreállítva a Projekt.ncsu.edu webhelyről.
- Tang, H. és mtsai. (2015). A PACl és az alumínium által alkotott hidroxil-alumínium klaszterek specifikációja, stabilitása és koagulációs mechanizmusai: Kritikus áttekintés. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78-85. Helyreállítva az ncbi.nlm.nih.gov webhelyről.
- Bottero, JY és mtsai. (1980). Hidrolizált alumínium-klorid-oldatok vizsgálata. 1. Az alumíniumfajok jellege és a vizes oldatok összetétele. A Journal of Physical Chemistry, 84. kötet, 22. szám, 1980. Beolvasva a pubs.acs.org webhelyről.
- Zhao, H.-Z. et al. (2009). Nagy koncentrációjú polialumínium-klorid: Az Al koncentráció előállítása és hatása az Al fajok elterjedésére és átalakulására. Chemical Engineering Journal, 155 (2009) 528-533. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
- Jia, Z. et al. (2004). Polialumínium-klorid szintézise membránreaktorral: Paraméter-működési hatások és reakcióutak. Ind. Eng. Chem. Res., 2004, 43, 12-17. Helyreállítva a pubs.acs.org webhelyről.
- GEO speciális vegyszerek. Polialumínium-klorid (PAC). Helyreállítva a geosc.com webhelyről.