Aluminium polyloridestructuur, eigenschappen, verkrijgen, gebruik

Wordt genoemd aluminium polychloride op een klasse anorganische producten van in water oplosbaar aluminium, gevormd door de gedeeltelijke reactie van aluminiumchloride alll₃ Met een basis. Het is een vaste stof van wit naar geel. De algemene formule wordt vaak uitgedrukt als_N(OH)_MKlet_(3N-M). Ze staan ​​ook bekend als PAC of PACL (acroniem voor Engels Polyaluminiumchloride)).

De PAC's zijn geformuleerd op een manier die sterk kationische polymeren (sets van verschillende moleculen met veel positieve belastingen bevatten) gevormd door aluminiumionen (AL³⁺), chloride -ionen (Cl^-), Hydroxyl -ionen (OH)^- en watermoleculen (h₂OF).

Aluminium polychloride (PAC) wordt gebruikt om organisch en anorganisch water te elimineren in de flocculators van afvalwaterzuiveringsinstallaties. Auteur: Kubinger. Bron: Pixabay.

Het belangrijkste kationische polymeer van deze soorten is het zo gezamenlijk₁₃ of Keggin-Al13 die zeer effectief is in waterbehandeling en in de industrie van pulp en papierproductie.

In deze toepassingen houden de PAC's zich aan het oppervlak van de deeltjes waardoor ze zich samenvoegen en sediment, dat wil zeggen, naar beneden vallen en kunnen worden gefilterd.

Het is ook met succes getest om de eigenschappen van het Portland -cement te verbeteren, omdat het zijn structuur op microniveau wijzigt of verandert en dit maakt het cement resistenter.

[TOC]

Structuur

De PAC of PACL wordt gevormd door een reeks soorten die variëren van monomeren (een enkel molecuul), diameters (twee verenigde moleculen), oligomeren (drie tot vijf gebonden moleculen) tot polymeren (veel gebonden moleculen).

De algemene formule is om_N(OH)_MKlet_(3N-M). Wanneer ze in water oplossen, bevatten deze soorten ionen naar de³⁺, OH Hydroxyl -ionen^-, Cloruro cl ionen^- en watermoleculen h₂OF.

In waterige oplossing is de algemene formule van de algemene_X(OH)_En(H₂OF)_N^(3x-y)+ of ook aan_XOF_Z(OH)_En(H₂OF)_N^(3x-y-2z)+.

De meest bruikbare van deze polymeren is de zo gezamenlijk₁₃ of keggin-al13 wiens formule is Al₄Naar de₁₂(OH)₂₄(H₂OF)₁₂⁷⁺. De soort al₁₃ Het heeft een drie -dimensionale vorm.

Naar schatting is de voorloper van deze polycy de AL (OH)₄^-, die een tetraëdrische conformatie presenteert en zich in het midden van de structuur bevindt.

Nomenclatuur

- Aluminium polychloride

- PAC (acroniem voor Engels Polyaluminiumchloride))

- PACL (Engels acroniem Polyaluminiumchloride))

- Polialuminchloride

- Polyhydroxychloride van aluminium

- Aluminium of ACH Hydrochloride (Engels acroniem Aluminium chloorhydraat)).

Eigenschappen

Fysieke staat

Vast (stof) van wit naar geel dat ook wordt verkregen in de vorm van waterige oplossingen van verschillende concentraties.

Oplosbaarheid

Oplosbaar in water.

Kenmerken van commerciële PAC's

De verschillende PAC verschillen voornamelijk van elkaar door twee dingen:

Het kan u van dienst zijn: dibenzalacetona: eigenschappen, reactiemechanisme, gebruik, risico's

- Zijn kracht, uitgedrukt als % van aluminiumoxide₂OF_3.

- De basiciteit, die de hoeveelheid polymeermateriaal in de PAC aangeeft, en kan variëren tussen 10% (lage basiciteit), 50% (medium basic), 70% (hoge basiciteit) en 83% (de hoogste basiciteit, die overeenkomt met aluminium of Ach Hydrochloride).

Chemische eigenschappen

De PAC is een klasse van in water oplosbare aluminiumproducten. De algemene formule wordt vaak uitgedrukt als_N(OH)_MKlet_(3N-M).

Omdat ze optreden bij het reageren van aluminiumchloride (ALCL₃) Met een basis hangt de basiciteit van dit type producten af ​​van de relatieve hoeveelheid OH -ionen^- Vergeleken met de hoeveelheid aluminium (AL).

Volgens de formule naar de_N(OH)_MKlet_(3N-M), Basisiteit wordt gedefinieerd als m/3n.

Het is een vlokkoord. Het heeft eigenschappen als gemak van adsorptie ten opzichte van andere tegenovergestelde belastingsdeeltjes (hecht aan het oppervlak hiervan), coagulatie (vereniging van verschillende deeltjes waarop het is geadsorbeerd) en neerslag van deze groepen verenigde deeltjes.

PAC's kunnen onstabiel zijn, omdat ze afhankelijk zijn van pH. Ze kunnen corrosief zijn.

PAC -gedrag in water

Bij het oplossen van de PAC in water en afhankelijk van de pH worden verschillende soorten aluminium-hydroxyl (AL-OH) gevormd.

Het wordt gehydrolyseerd of reageert met water om monomeren te vormen (eenheidsmoleculen), oligomeren (vereniging tussen 3 en 6 moleculen) en polymeren (meer dan 6 verenigde moleculen).

De belangrijkste soort is een polymeer met 13 aluminiumatomen, dat Keggin-Al13 wordt genoemd.

PAC -functie als flrokant

Het Keggin-Al13-polymeer wordt geadsorbeerd op de deeltjes die in het water aanwezig zijn, dat wil zeggen dat het aan het oppervlak hiervan blijft hangen en elkaar aan elkaars vlokken maakt.

De vlokken zijn sets van zeer kleine of verenigde zeer kleine deeltjes die grotere structuren vormen die sediment kunnen, dat wil zeggen, gaan naar de bodem van de waterige oplossing.

Na het vormen van vlokken, wanneer deze groot genoeg zijn, gaan ze naar de achtergrond en is de waterige oplossing schoon.

Floculatie- en sedimentatietanks van een waterzuiveringsinstallatie waar aluminium polychloride (PAC) kan worden gebruikt. Qualit-e bij Engelse Wikipedia [Public Domain]. Bron: Wikimedia Commons.

Het verkrijgen van

PACL- of PACL -oplossingen worden over het algemeen verkregen door een alkalische basis of oplossing toe te voegen aan een aluminiumchloride -oplossing (ALCL₃)).

Om een ​​grote hoeveelheid polymeren te verkrijgen₁₃ De basis of alkali die wordt toegevoegd, mogen geen oh ionen bieden^- Te snel of te langzaam.

Bepaalde studies geven aan dat het moeilijk is om een ​​hoge stabiele concentratie van Al te produceren₁₃ NaOH gebruiken omdat dit OH -ionen vrijgeeft^- Te snel in water.

Om deze reden hebben basiscalciumverbindingen (CA) de voorkeur, die een lage oplosbaarheid in water hebben en dus oh ionen vrijgeven^- langzaam. Een van deze basiscalciumverbindingen is Cao calciumoxide.

Het kan u van dienst zijn: calciumnitraat (Ca (NO3) 2)

Onder de stappen die zich voordoen voor PAC -vorming.

Hydrolyse

Wanneer aluminiumzouten (III) oplossen in water, treedt een spontane hydrolysereactie op waarbij aluminium kation in³⁺ Neem oh hydroxylionen^- van water en voegt zich bij hen, waardoor protonen h achterlaten h⁺ Vrij:

Naar de³⁺ + H₂O → tot (oh)²⁺ + H⁺

Naar de³⁺ + 2 H₂O → tot (oh)₂⁺ + 2 H⁺

Dit wordt begunstigd door een alkali toe te voegen, dat wil zeggen oh ionen^-. Het aluminium ion tot³⁺ Het wordt steeds meer lid van oh anionen^-:

Naar de³⁺ → tot (oh)²⁺ → tot (oh)₂⁺ → tot (oh)₃⁰ → tot (oh)₄^-

Bovendien soorten zoals al (h₂OF)₆³⁺, dat wil zeggen een gekoppeld of gecoördineerd aluminiumion met zes watermoleculen.

Polymerisatie

Vervolgens worden vakbonden gevormd tussen deze soorten, die diameters (sets van 2 moleculen) en trimmer (sets van 3 moleculen) vormen die worden omgezet in oligomeren (sets van 3 tot 5 moleculen) en polymeren (sets van veel verenigde moleculen).

AL (oh)₂⁺ → Al₂(OH)₂⁴⁺ → Al₃(OH)₅⁴⁺ → Al₆(OH)₁₂⁶⁺ → Al₁₃(OH)₃₂⁷⁺

Dit soort soorten voegen zich bij OH -bruggen met elkaar en met de AL (H₂OF)₆³⁺ Het vormen van sets van moleculen genaamd hydroxycomplexen of poliepen of hydroxypolymeren.

De algemene formule van deze kationische polymeren is om_X(OH)_En(H₂OF)_N^(3x-y)+ of ook aan_XOF_Z(OH)_En(H₂OF)_N^(3x-y-2z)+.

Belange polymeer

Er wordt gedacht dat de meest bruikbare van deze polymeren de zo gezamenlijk is₁₃ wiens formule is₄Naar de₁₂(OH)₂₄(H₂OF)₁₂⁷⁺, En het is ook bekend als Keggin-Al13.

Het is een soort met 7 positieve ladingen (dat wil zeggen een heptavalent kation) met 13 aluminiumatomen, 24 eenheden OH, 4 zuurstofatomen en 12 eenheden water h₂OF.

Toepassingen

- Bij waterbehandeling

PACL is een commercieel product om water te behandelen en drinkbaar te maken (schoon en drinkbaar). Het maakt ook mogelijk om afval en industriëlen te behandelen.

Water kan drinkbaar zijn als het wordt behandeld met aluminium polychloride (PAC). Auteur: Explorerbob. Bron: Pixabay.

Het wordt gebruikt als coagulatieagent in waterverbeteringsprocessen. Het is effectiever dan aluminiumsulfaat. De prestaties of het gedrag hangt af van de aanwezige soort, die afhankelijk is van de pH.

Hoe werkt het

PACL maakt organisch materiaal en minerale deeltjes mogelijk. Coagulair betekent dat verbindingen moeten worden geëlimineerd, gaan van opgelost naar vast zijn. Dit bereikt het door de interacties van hun positieve ladingen met de negatieven van de materialen om te storen.

Er wordt aangenomen dat de soort₁₃, Door zoveel positieve ladingen te bezitten (+7), is het het meest effectief voor het neutraliseren van belastingen. Dan treedt de vorming van bruggen op tussen de deeltjes die agglomeraat zijn en flocculus vormen.

Kan u van dienst zijn: mechanische en fysische eigenschappen van staal

Deze vlokken zijn erg zwaar om neer te slaan of sediment, dat wil zeggen om naar de bodem van de container te gaan die het water bevat dat wordt behandeld. Op deze manier kunnen ze worden verwijderd door filtratie.

Aluminium polychloride (PAC) dient om organische en anorganische stof in afvalwaterzuiveringsinstallaties te sediment. OF.S. Army Corps of Engineers Photo [Public Domain]. Bron: Wikimedia Commons.

Voordelen

De PAC is beter dan aluminiumsulfaat omdat het een betere lage temperatuuropbrengst heeft, minder aluminium residuen achterlaat, produceert minder moddervolume, minder effect op de pH van de water en sneller en grotere vlokken worden gevormd. Die allemaal sedimentatie voor latere filtratie vergemakkelijkt.

Poolwater kan worden gezuiverd met aluminium polychloride (PAC). Auteur: Kalhh. Bron: Pixabay.

-In de industrie van pulp en papierfabricage

De PAC is vooral effectief bij de wijziging van colloïdale belastingen in papierproductie. Colloïdale belastingen zijn de ladingen van de vaste stoffen die in de mengsels zijn gesuspendeerd om papieren pulp te maken.

Het maakt het mogelijk om de drainagesnelheid (verwijdering van water) te versnellen, vooral in neutrale en alkalische omstandigheden, en helpt bij het behoud van vaste stoffen. De vaste stoffen zijn die die later, tijdens het drogen, het papier vormen.

In deze toepassing worden PAC gebruikt met lage basis (0-17%) en gemiddelden (17-50%).

In pulp- en papierfabrieken wordt aluminium polychloride (PAC) gebruikt om te helpen bij het sedimentatieproces. Auteur: 151390. Bron: Pixabay.

- Om het cement te verbeteren

Onlangs (2019) is bewezen dat het PACL toevoegt aan het Portland -cement. Er werd vastgesteld dat de aanwezigheid van ionenchloride cl^- en van aluminium polymeergroepen verandert de structuur van het cement. Naar schatting worden complexe formule 3 kopjes gevormd.Naar de₂OF₃.Splitsen₂.10h₂OF.

Constructiecement kan worden verbeterd met aluminium polychloride (PAC). Skeeze [CC0]. Bron: Wikimedia Commons.

De resultaten geven aan dat de PACL de eigenschappen van het cement verbetert, vermindert het aantal microporo's (zeer kleine gaten) en de matrix wordt dichter en compacter de compressiebestendigheid neemt toe.

Het effect neemt toe door het vergroten van het PACL -gehalte. De studie bevestigt dat door het toevoegen van PACL aan het Portland -cement, een mengsel met superieure mechanische en microstructurele eigenschappen is verkregen.

Met aluminium polychloride neemt de porositeit van het cement af en dit wordt resistenter. Blackblack111 [cc by-s (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)]. Bron: Wikimedia Commons.

Referenties

1. Kim, T. et al. (2019). Onderzoek naar de effecten van polyaluminiumchloride op de eigenschappen van gewone Portland -cement. Materialen 2019, 12, 3290. MDPI hersteld.com.
2. Li, en. et al. (2019). Optimalisatie van polyaluminium chloride-chitosan flocculant voor de behandeling van varkensbiogas-slurry met behulp van de Box-Behnken-responsoppervlakmethode. Inteken. J. Omgeving. Rundvlees. Volksgezondheid 2019, 16, 996. MDPI hersteld.com.
3. Hubbe, m. Polyaluminum chloride (PAC). Mini-encentclopedie van papermaking Wet-end chemie. Hersteld van projecten.NCSU.Edu.
4. Tang, h. et al. (2015). Speciatie, stabiliteit en coagulatiemechanismen van hydroxylaluminiumclusters gevormd door PACL en student: een kritische beoordeling. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (PT A): 78-85. NCBI hersteld.NLM.NIH.Gov.
5. Bottero, J.EN. et al. (1980). Studies van gehydroliseerde aluminiumchloride -oplossingen. 1. Aard van aluminium soorten en samenstelling van waterige oplossingen. The Journal of Physical Chemistry, Vol. 84, nee. 22, 1980. Hersteld van pubs.ACS.borg.
6. Zhao, h.-Z. et al. (2009). Polyaluminiumchloride met hoge concentratie: voorbereiding en effecten van de concentratie op de verdeling en transformatie van Al-soorten. Chemical Engineering Journal 155 (2009) 528-533. Hersteld van Scientedirect.com.
7. Jia, Z. et al. (2004). Synthese van polyaluminumchloride met een membraanreactor: werkparametereffecten en reactieroutes. Ind. Eng. Chem. Rundvlees. 2004, 43, 12-17. Hersteld van pubs.ACS.borg.
8. Geo Specialty Chemicals. Polyaluminum chloride (PAC). Hersteld van Geosc.com.