- Rakenne
- nimistö
- ominaisuudet
- Fyysinen tila
- Liukoisuus
- Kaupallisten PAC-yhdisteiden ominaisuudet
- Kemiallisia ominaisuuksia
- PAC: n käyttäytyminen vedessä
- PAC: n toiminta flokkulanttina
- Saada
- Hydrolyysi
- polymerointi
- Tärkeys polymeeri
- Sovellukset
- - Vedenkäsittelyssä
- Kuinka se toimii
- Etu
- - massa- ja paperiteollisuudessa
- - Sementin parantamiseksi
- Viitteet
Luokka vesiliukoista epäorgaanista alumiini kutsutaan poly alumiini kloridi, joka on muodostettu osittain reagoimaan alumiinikloridin AICI 3 emäksen kanssa. Se on valkoisesta keltaiseen kiinteää ainetta. Sen yleinen kaava ilmaistaan usein Al n (OH) m CI (3n-m). Ne tunnetaan myös nimellä PAC tai myös PACl (polyAluminiumkloridi).
PAC-yhdisteet on formuloitu sisältämään erittäin kationisia polymeerejä (useiden molekyylien sarjoja, joissa on paljon positiivisia varauksia), jotka koostuvat alumiini-ioneista (Al 3+), kloridi-ioneista (Cl -), hydroksyyli-ioneista (OH) - ja vesimolekyyleistä (H 2 O).
Polyalumiinikloridia (PAC) käytetään orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden poistamiseen vedestä jätevedenpuhdistamojen flokkuulaattoreissa. Kirjoittaja: Kubinger. Lähde: Pixabay.
Näiden lajien tärkein kationinen polymeeri on nimeltään Al 13 tai Keggin-Al13, joka on erittäin tehokas vedenkäsittelyssä sekä massa- ja paperiteollisuudessa.
Näissä sovelluksissa PAC: t tarttuvat hiukkasten pintaan aiheuttaen niiden sitoutumisen toisiinsa ja voivat laskeutua, ts. Putoaa pohjaan ja voidaan suodattaa.
Sitä on myös testattu menestyksekkäästi parantamaan portlandsementin ominaisuuksia, koska se muuttaa tai muuttaa sen rakennetta mikrotasolla ja tämä tekee sementistä kestävämmän.
Rakenne
PAC tai PACl koostuu sarjasta lajeja, jotka vaihtelevat monomeereistä (yksi molekyyli), dimeereistä (kaksi molekyyliä liitetty toisiinsa), oligomeereistä (kolme - viisi molekyyliä liittyneet toisiinsa) polymeereihin (monet molekyylit on liittynyt toisiinsa).
Sen yleinen kaava on Al n (OH) m CI (3n-m). Kun nämä lajit sisältävät ionit Liuennut veteen 3+, hydroksyyli-ionien OH -, kloridi-ioneja Cl - ja vesimolekyylien H 2: lla
Vesiliuoksessa sen yleinen kaava on Al x (OH) y (H 2 O) n (3x-y) + tai myös Al x O z (OH) y (H 2 O) n (3x-y-2z) +.
Hyödyllisin näiden polymeerien on yksi nimeltään Al 13 tai Keggin-AL13, jonka kaava on AlO 4 Al 12 (OH) 24 (H 2 O) 12 7+. Lajilla Al 13 on kolmiulotteinen muoto.
On arvioitu, että tämän polykation edeltäjä on Al (OH) 4 -, jolla on tetraedrinen konformaatio ja joka löytyy rakenteen keskeltä.
nimistö
- alumiinipolykloridi
- PAC (polyalumiinikloridi)
- PACl (polyalumiinikloridi)
- Polyalumiinikloridi
- alumiinipolyhydroksikloridi
- alumiinihydrokloridi tai ACH (alumiinikloorihydraatti).
ominaisuudet
Fyysinen tila
Valkoinen tai keltainen kiinteä aine (jauhe), jota saadaan myös eri konsentraatioiden vesiliuoksina.
Liukoisuus
Liukenee veteen.
Kaupallisten PAC-yhdisteiden ominaisuudet
Eri PAC: t eroavat toisistaan lähinnä kahdella asialla:
- Sen lujuus prosentteina alumiinioksidista Al 2 O 3.
- Sen emäksisyys, joka ilmaisee polymeerimateriaalin määrän PAC: ssa, ja se voi vaihdella välillä 10% (alhainen emäksisyys), 50% (keskimääräinen emäksisyys), 70% (korkea emäksisyys) ja 83% (korkein emäksisyys, joka vastaa alumiinihydrokloridia tai ACH).
Kemiallisia ominaisuuksia
PAC on eräänlainen vesiliukoinen alumiinituote. Sen yleinen kaava ilmaistaan usein Al n (OH) m CI (3n-m).
Koska ne on valmistettu saattamalla alumiinikloridia (AICI 3), jossa on pohja, emäksisyys tämäntyyppisten tuotteiden riippuu suhteellinen määrä OH - ionien määrään verrattuna alumiini (Al).
Kaavan mukaisesti Al n (OH) m CI (3n-m), emäksisyys on määritelty m / 3n.
Se on flokkulantti. Sillä on ominaisuuksia, kuten adsorption helppous muille vastakkaisella varauksella oleville hiukkasille (se tarttuu näiden pintaan), koagulaatio (useiden hiukkasten yhdistyminen, joille se on adsorboitunut) ja näiden yhdistyneiden hiukkasryhmien saostuminen.
PAC: t voivat olla epävakaita, koska ne riippuvat pH: sta. Ne voivat olla syövyttäviä.
PAC: n käyttäytyminen vedessä
Liuottamalla PAC veteen ja pH: sta riippuen muodostuu erilaisia alumiini-hydroksyyli (Al-OH) -lajeja.
Se hydrolysoituu tai reagoi veden kanssa muodostaen monomeerejä (yksikkömolekyylejä), oligomeerejä (3 - 6 molekyyliä kytkettynä) ja polymeerejä (yli 6 kytkettyä molekyyliä).
Tärkein laji on polymeeri, jossa on 13 alumiiniatomia, jota kutsutaan Keggin-Al13.
PAC: n toiminta flokkulanttina
Keggin-Al13 -polymeeri adsorboituu vedessä oleviin hiukkasiin, ts. Se tarttuu näiden pintaan ja saa ne lisäämään toisiaan muodostaen levykkeitä.
Flokit ovat ryhmiä hyvin pienistä hiukkasista, jotka on agglutinoitu tai yhdistynyt muodostamaan suurempia rakenteita, jotka voivat sedimenttoitua, ts. Mennä vesiliuoksen pohjalle.
Levyjen muodostamisen jälkeen, kun ne ovat riittävän suuria, ne menevät pohjaan ja vesiliuos on puhdas.
Vedenkäsittelylaitoksen flokkulaatio- ja sedimentointisäiliöt, joissa voidaan käyttää polyalumiinikloridia (PAC). Qualit-E englanninkielisessä Wikipediassa. Lähde: Wikimedia Commons.
Saada
PAC tai Pacl liuoksia saadaan yleensä lisäämällä emästä, tai emäksisessä liuoksessa liuokseen, jossa oli alumiinikloridia (AICI 3).
Jotta saadaan suuri määrä Al 13 -polymeerejä, lisätty emäs tai alkali ei saa antaa OH-ioneja - liian nopeasti ja liian hitaasti.
Jotkut tutkimukset osoittavat, että on vaikeaa tuottaa vakaata korkeaa Al 13 -pitoisuutta käyttämällä NaOH: ta, koska se vapauttaa OH-ioneja - liian nopeasti veteen.
Tästä syystä emäksiset kalsium (Ca) -yhdisteet ovat edullisia, joilla on alhainen liukoisuus veteen ja jotka vapauttavat siten OH-ioneja - hitaasti. Yksi näistä emäksisistä kalsiumyhdisteistä on kalsiumoksidi CaO.
Tässä ovat vaiheet, jotka tapahtuvat PAC: n muodostukseen.
Hydrolyysi
Kun alumiinisuolat (iii) liukenevat veteen, tapahtuu spontaani hydrolyysireaktio, jossa alumiini Al 3+ -kationi ottaa vedestä hydroksyyli-ioneja OH - ja sitoutuu niihin jättäen vapaita H + -proteoneja:
Ai 3+ + H 2 O → AI (OH) 2+ + H +
Ai 3+ + 2 H 2 O → AI (OH) 2 + + 2 H +
Tätä edistää lisäämällä alkalia, joka on, OH - ioneja. Alumiini-ioni Al 3+ on yhä liittyä OH - anionien:
Al 3+ → Al (OH) 2+ → Al (OH) 2 + → Al (OH) 3 0 → Al (OH) 4 -
Lisäksi, lajeja, kuten AI (H 2 O) 6 3+ on muodostettu, että on, alumiini-ionilla sidottu tai koordinoitu kuusi vesimolekyylejä.
polymerointi
Sitten näiden lajien välillä muodostuu sidoksia, jotka muodostavat dimeerejä (2 molekyylisarjaa) ja trimeerejä (3 molekyylisarjaa), jotka muuttuvat oligomeereiksi (3 - 5 molekyylisarjaa) ja polymeereiksi (monien liittyneiden molekyylien sarjat).
Al (OH) 2 + → Al 2 (OH) 2 4+ → Al 3 (OH) 5 4+ → Al 6 (OH) 12 6+ → Al 13 (OH) 32 7+
Tämän tyyppinen laji on liittynyt OH sillat toisiinsa ja Al (H 2 O) 6 3+, muodostaen sarjaa molekyylejä, joita kutsutaan hydroksi-komplekseja tai polykationeja tai hydroksipolymeereistä.
Yleisen kaavan Näiden kationisten polymeerien on Al x (OH) y (H 2 O) n (3x-y) + tai myös Al x O z (OH) y (H 2 O) n (3x-y-2z) +.
Tärkeys polymeeri
Hyödyllisin näiden polymeerien ajatellaan olevan ns Al 13, joiden kaava on AlO 4 Al 12 (OH) 24 (H 2 O) 12 7+, ja se tunnetaan myös Keggin-AL13.
Se on laji, 7 positiiviset varaukset (eli heptavalentti kationi) kanssa 13 alumiini-atomia, 24 OH yksikköä, 4 happiatomia, ja 12 vesi H 2 O yksikköä.
Sovellukset
- Vedenkäsittelyssä
PACl on kaupallinen tuote veden käsittelemiseen ja sen juomakelpoiseksi tekemiseksi (puhdas ja juomakelpoinen). Se mahdollistaa myös jäte- ja teollisuusvesien käsittelyn.
Vesi voidaan tehdä juomakelpoiseksi, jos sitä käsitellään polyalumiinikloridilla (PAC). Kirjoittaja: ExplorerBob. Lähde: Pixabay.
Sitä käytetään hyytymisaineena vedenparannusprosesseissa. Se on tehokkaampi kuin alumiinisulfaatti. Sen suorituskyky tai käyttäytyminen riippuu läsnä olevista lajeista, mikä riippuu pH: sta.
Kuinka se toimii
PACl mahdollistaa orgaanisten aineiden ja mineraalihiukkasten hyytymisen. Koagulaatti tarkoittaa, että poistettavat yhdisteet muuttuvat liuenneista kiinteiksi. Tämä saavutetaan vuorovaikutuksella sen positiivisilla varauksilla hyytyneiden materiaalien negatiivisten kanssa.
Uskotaan, että Al 13 -lajeilla, joilla on niin paljon positiivisia varauksia (+7), on tehokkain neutraloimaan varauksia. Sitten hiukkasten välillä muodostuu siltoja, jotka agglomeroituvat ja muodostavat levykkeitä.
Nämä flokit, jotka ovat erittäin raskaita, pyrkivät saostumaan tai laskeutumaan, eli menemään käsiteltävän veden sisältävän säiliön pohjalle. Tällä tavalla ne voidaan poistaa suodattamalla.
Polyalumiinikloridia (PAC) käytetään orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden saostamiseen jätevedenpuhdistamoissa. Yhdysvaltain armeijan insinööritarkistuksen kuva. Lähde: Wikimedia Commons.
Etu
PAC on parempi kuin alumiinisulfaatti, koska sillä on parempi matalan lämpötilan suorituskyky, se jättää vähemmän alumiinijäännöksiä, tuottaa vähemmän lietteen tilavuutta, vähentää vaikutusta veden pH: hon ja muodostuu nopeampia ja suurempia levyjä. Kaikki tämä helpottaa sedimentaatiota myöhempää suodattamista varten.
Allasvesi voidaan puhdistaa polyalumiinikloridilla (PAC). Kirjoittaja: Kalhh. Lähde: Pixabay.
- massa- ja paperiteollisuudessa
PAC on erityisen tehokas muokaamalla kolloidisia täyteaineita paperinvalmistuksessa. Kolloidiset varaukset ovat seosten suspendoituneiden kiintoaineiden varauksia paperimassan valmistamiseksi.
Se antaa mahdollisuuden nopeuttaa kuivatusnopeutta (veden poistaminen) etenkin neutraaleissa ja emäksisissä olosuhteissa ja auttaa kiinteiden aineiden pidättämisessä. Kiinteät aineet ovat niitä, jotka myöhemmin kuivumisen yhteydessä muodostavat paperin.
Tässä hakemuksessa käytetään PAC: ta, jolla on matala (0-17%) ja keskitasoinen (17-50%) emäksisyys.
Sellu- ja paperitehtailla käytetään polyalumiinikloridia (PAC) sedimentaation helpottamiseksi. Kirjoittaja: 151390. Lähde: Pixabay.
- Sementin parantamiseksi
Äskettäin (2019) PACl: n lisääminen Portlandsementtiin on testattu. Se määritettiin, että läsnä on Cl - kloridi-ioneja ja polymeeristen alumiini ryhmien muuttaa rakennetta sementti. On arvioitu, että kompleksi, joilla on kaava 3CaO.Al 2 O 3.CaCl 2.10H 2 O on muodostettu.
Rakennussementtiä voidaan parantaa polyalumiinikloridilla (PAC). Skeeze. Lähde: Wikimedia Commons.
Tulokset osoittavat, että PACl parantaa sementin ominaisuuksia, vähentää mikrohuokojen (erittäin pienten reikien) lukumäärää ja matriisista tulee tiheämpää ja tiiviimpää, joten puristuskestävyys kasvaa.
Vaikutus kasvaa PACl-pitoisuuden lisääntyessä. Tutkimus vahvistaa, että PACl: n lisääminen Portlandsementtiin tuottaa seoksen, jolla on erinomaiset mekaaniset ja mikrorakenteelliset ominaisuudet.
Polyalumiinikloridilla sementin huokoisuus vähenee ja se muuttuu kestävämmäksi. Blackblack111. Lähde: Wikimedia Commons.
Viitteet
- Kim, T. et ai. (2019). Tutkitaan polyalumiinikloridin vaikutuksia tavallisen portlandsementin ominaisuuksiin. Materiaalit 2019, 12, 3290. Palautettu osoitteesta mdpi.com.
- Li, Y. et ai. (2019). Polyalumiinikloridi-kitosaani-flokkulantin optimointi sikojen biokaasulietteen käsittelemiseksi käyttämällä Box-Behnken-vastepintamenetelmää. Int. J. Environ. Res., Kansanterveys 2019, 16, 996. Palautettu osoitteesta mdpi.com.
- Hubbe, M. Polyaluminiumkloridi (PAC). Paperinvalmistuksen märkäpääkemian mini-tietosanakirja. Palautettu projekteista.ncsu.edu.
- Tang, H. et ai. (2015). PACl: n ja alunan muodostamien hydroksyylialumiini-klustereiden erittely, stabiilisuus ja hyytymismekanismit: Kriittinen katsaus. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78 - 85. Palautettu osoitteesta ncbi.nlm.nih.gov.
- Bottero, JY et ai. (1980). Tutkimukset hydrolysoiduista alumiinikloridiliuoksista. 1. Alumiinilajien luonne ja vesipitoisten liuosten koostumus. The Journal of Physical Chemistry, osa 84, nro 22, 1980. Haettu osoitteesta pubs.acs.org.
- Zhao, H.-Z. et ai. (2009). Korkean konsentraation polyalumiinikloridi: Al-pitoisuuden valmistaminen ja vaikutukset Al-lajien jakautumiseen ja muuntumiseen. Chemical Engineering Journal 155 (2009) 528-533. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
- Jia, Z. et ai. (2004). Polyalumiinikloridin synteesi kalvoreaktorin kanssa: Parametrien toimintavaikutukset ja reaktioreitit. Ind., Eng. Chem. Res., 2004, 43, 12 - 17. Palautettu pubs.acs.org-sivustosta.
- GEO-erikoiskemikaalit. Polyalumiinikloridi (PAC). Palautettu geosc.com-sivustolta.