ALUMINIUM POLYCHLORIDE: STRUKTUR, EGENSKAPER, OPPNÅELSE, BRUK - KJEMI - 2026

En klasse av vannoppløselige uorganiske aluminiumprodukter kalles poly- aluminiumklorid , som dannes ved den delvise reaksjon av aluminiumklorid AlCl ₃ med en base. Det er et hvitt til gult fast stoff. Dens generelle formel er ofte uttrykt som Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . De er også kjent som PAC eller også PACl (PolyAluminum Chloride).

PAC er formulert for å inneholde sterkt kationiske polymerer (sett med flere molekyler med mange positive ladninger) som består av aluminiumioner (Al ³⁺ ), kloridioner (Cl ^- ), hydroksylioner (OH) ^- og vannmolekyler (H) ₂ O).

Poly Aluminium Chloride (PAC) brukes til å fjerne organisk og uorganisk materiale fra vann i flokkuleringsanlegg på renseanlegg. Forfatter: Kubinger. Kilde: Pixabay.

Den viktigste kationiske polymeren av disse artene kalles Al ₁₃ eller Keggin-Al13, som er veldig effektiv i vannbehandling og i masse- og papirindustrien.

I disse bruksområdene fester PAC-ene seg til overflaten av partiklene som får dem til å binde sammen og kan sette seg, det vil si falle til bunnen og kan filtreres.

Det har også blitt testet med suksess for å forbedre egenskapene til Portland sement, da det modifiserer eller endrer strukturen på mikronivå og dette gjør sementen mer motstandsdyktig.

Struktur

PAC eller PACl er sammensatt av en serie arter som spenner fra monomerer (et enkelt molekyl), dimerer (to molekyler som er koblet sammen), oligomerer (tre til fem molekyler sammenføyd) til polymerer (mange molekyler satt sammen).

Dens generelle formel er Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Når disse artene inneholder ionet A oppløst i vann ³⁺ , hydroksyl ioner OH ^- , kloridioner Cl ^- og vannmolekyler H ₂ O.

I vandig oppløsning i den generelle formel er Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} eller også Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

De mest nyttige av disse polymerer er en kalt Al ₁₃ eller Keggin-AL13 hvis formel er AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ . Arten Al ₁₃ har en tredimensjonal form.

Det anslås at forløperen til denne polykasjonen er Al (OH) ₄ ^- , som har en tetraedrisk konformasjon og finnes i midten av strukturen.

nomenklatur

- Polyklorid i aluminium

- PAC (poly aluminiumklorid)

- PACl (polyaluminiumklorid)

- Polyaluminumklorid

- Polyhydroksyklorid i aluminium

- Aluminiumhydroklorid eller ACH (Aluminium ChlorHydrate).

Egenskaper

Fysisk tilstand

Hvitt til gult fast stoff (pulver) som også oppnås i form av vandige oppløsninger med forskjellige konsentrasjoner.

løselighet

Løselig i vann.

Kjennetegn på kommersielle PAC-er

De forskjellige PAC-ene skiller seg fra hverandre hovedsakelig av to ting:

- Styrken, uttrykt som% aluminiumoksyd Al ₂ O _3.

- Basaliteten, som indikerer mengden av polymert materiale i PAC, og kan variere mellom 10% (lav basalitet), 50% (middels basalitet), 70% (høy basalitet) og 83% (høyeste basalitet, som tilsvarer aluminiumhydroklorid eller ACH).

Kjemiske egenskaper

PAC er en slags vannløselig aluminiumsprodukter. Dens generelle formel er ofte uttrykt som Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) .

Siden de produseres ved å reagere aluminiumklorid (AlCl ₃ ) med en base, avhenger basaliteten til disse produktene av den relative mengden OH ^- ioner sammenlignet med mengden aluminium (Al).

I henhold til formelen Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) er basisiteten definert som m / 3n.

Det er en flokkulerende middel. Den har egenskaper som enkel adsorpsjon på andre partikler med motsatt ladning (den fester seg til overflaten til disse), koagulering (forening av flere partikler som den har blitt adsorbert på) og utfelling av disse gruppene av forenede partikler.

PAC kan være ustabile ettersom de er avhengige av pH. De kan være etsende.

Oppførsel av PAC i vann

Ved å oppløse PAC i vann og avhengig av pH, dannes forskjellige aluminium-hydroksyl (Al-OH) arter.

Den hydrolyserer eller reagerer med vann for å danne monomerer (enhetsmolekyler), oligomerer (3 til 6 molekyler koblet) og polymerer (mer enn 6 koblede molekyler).

Den viktigste arten er en polymer med 13 aluminiumatomer, som kalles Keggin-Al13.

Funksjon av PAC som flokkuleringsmiddel

Keggin-Al13-polymeren adsorberer på partiklene som er til stede i vannet, det vil si at den fester seg på overflaten til disse, og får dem til å legge til hverandre og danne flokker.

Flokker er grupper av svært små partikler agglutinert eller forenet for å danne større strukturer som kan sedimentere, det vil si gå til bunnen av den vandige løsningen.

Når de er dannet flokker, når de er store nok, går de til bunnen og den vandige løsningen er ren.

Flokkulerings- og sedimentasjonstanker i et vannbehandlingsanlegg der polyaluminiumklorid (PAC) kan brukes. Qualit-E på engelsk Wikipedia. Kilde: Wikimedia Commons.

Å skaffe

PAC eller PACl løsninger er vanligvis oppnådd ved å tilsette en base eller alkalisk løsning til en løsning av aluminiumklorid (AlCl ₃ ).

For å oppnå en høy mengde Al _13- polymerer, må basen eller alkalien som er tilsatt ikke gi OH-ioner ^- for raskt og ikke for tregt.

Noen studier indikerer at det er vanskelig å produsere en stabil høy konsentrasjon av Al ₁₃ ved bruk av NaOH fordi det frigjør OH-ioner ^- for fort i vannet.

Av denne grunn foretrekkes basiske kalsiumforbindelser (Ca), som har lav oppløselighet i vann og dermed frigjør OH -ioner ^- sakte. En av disse basiske kalsiumforbindelsene er kalsiumoksyd CaO.

Her er trinnene som oppstår for dannelsen av PAC.

Hydrolyse

Når aluminiumsalter (iii) oppløses i vann, oppstår en spontan hydrolysereaksjon hvor aluminium Al ³⁺ -kationen tar hydroksylioner OH ^- fra vann og binder seg til dem, og etterlater frie H ⁺ -protoner :

Al ³⁺ + H ₂ O → Al (OH) ²⁺ + H ⁺

Al ³⁺ + 2 H ₂ O → Al (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

Dette hjelper ved å tilsette et alkali, det vil si OH ^- ioner . Aluminiumion Al ³⁺ blir stadig mer med i OH ^- anioner :

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

I tillegg arter som Al (H ₂ O) ₆ ^{3+ er dannet} , det vil si en aluminiumioner bundet eller koordinert med seks vannmolekyler.

polymerisering

Deretter dannes bindinger mellom disse artene, og danner dimerer (sett med 2 molekyler) og trimere (sett med 3 molekyler) som omdannes til oligomerer (sett med 3 til 5 molekyler) og polymerer (sett med mange sammenføyede molekyler).

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

Denne typen arter er forbundet av OH-broer med hverandre og med Al (H ₂ O) ₆ ^{3+, og} danner sett med molekyler som kalles hydroksykomplekser eller polykasjoner eller hydroksypolymerer.

Den generelle formel for disse kationiske polymerer er Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} eller også Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2Z) +} .

Betydningspolymer

De mest nyttige av disse polymerer er antatt å være den såkalte Al ₁₃ hvis formel er AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ , og det er også kjent som Keggin-AL13.

Det er en art med 7 positive ladninger (dvs. et kation heptavalent) med 13 aluminiumatomene, 24 OH enheter, 4 oksygenatomer, og 12 vann H ₂ O enheter .

applikasjoner

- Ved vannbehandling

PACl er et kommersielt produkt for å behandle vann og gjøre det drikkbart (rent og drikkbart). Det gjør det også mulig å behandle avfall og industrielt farvann.

Vannet kan gjøres drikkbart hvis det behandles med polyaluminiumklorid (PAC). Forfatter: ExplorerBob. Kilde: Pixabay.

Det brukes som et koagulasjonsmiddel i vannforbedringsprosesser. Det er mer effektivt enn aluminiumsulfat. Dens ytelse eller oppførsel avhenger av tilstedeværende art, som avhenger av pH.

Hvordan virker det

PACl gjør det mulig å koagulere organisk materiale og mineralpartikler. Koagulering betyr at forbindelsene som skal elimineres går fra å bli oppløst til å være faste. Dette oppnås gjennom samspillet mellom de positive ladningene og de negative materialene som skal koaguleres.

Det antas at Al _13- artene , som har så mange positive ladninger (+7), er de mest effektive for å nøytralisere ladninger. Så er det dannelse av broer mellom partiklene som agglomererer og danner flokker.

Disse flokkene, som er veldig tunge, har en tendens til å utfelle eller slå seg ned, det vil si å gå til bunnen av beholderen som inneholder vannet som blir behandlet. På denne måten kan de fjernes ved filtrering.

Poly aluminiumklorid (PAC) brukes til å sedimentere organisk og uorganisk materiale i renseanlegg. US Army Corps of Engineers foto. Kilde: Wikimedia Commons.

Fordel

PAC er bedre enn aluminiumsulfat fordi det har bedre ytelse ved lav temperatur, etterlater mindre aluminiumsrester, gir mindre slamvolum, mindre effekt på vannets pH, og det dannes raskere og større flokker. Alt dette letter sedimentasjon for påfølgende filtrering.

Bassengvann kan renses med polyaluminiumklorid (PAC). Forfatter: Kalhh. Kilde: Pixabay.

-I masse- og papirindustrien

PAC er spesielt effektiv i modifisering av kolloidale fyllstoffer i papirfremstilling. Kolloidale ladninger er ladningene til de suspenderte faste stoffer i blandingene for å lage papirmasse.

Det gjør det mulig å akselerere dreneringshastigheten (eliminering av vann), spesielt under nøytrale og alkaliske forhold, og hjelper til med å opprettholde faste stoffer. Det faste stoffet er det som senere, når du tørker, danner papiret.

I denne applikasjonen brukes PAC med lave (0-17%) og middels (17-50%) basaliteter.

I masse- og papirfabrikker brukes poly-aluminiumklorid (PAC) som hjelpemiddel i sedimentasjonsprosessen. Forfatter: 151390. Kilde: Pixabay.

- For å forbedre sementen

Nylig (2019) er det blitt testet å legge PACl til Portland sement. Det ble bestemt at tilstedeværelsen av Cl ^- kloridioner og av polymere aluminiumgrupper endrer strukturen til sementen. Det er anslått at komplekssalter med den generelle formel 3CaO.Al ₂ O ₃ .CaCl ₂ .10H ₂ O dannes.

Konstruksjonssement kan forbedres med polyaluminiumklorid (PAC). Skeeze. Kilde: Wikimedia Commons.

Resultatene indikerer at PACl forbedrer sementets egenskaper, reduserer antall mikroporer (veldig små hull) og matrisen blir mer tett og kompakt, derfor øker motstanden mot kompresjon.

Effekten øker med økende innhold av PACl. Studien bekrefter at tilsetning av PACl til Portland sement gir en blanding med overlegne mekaniske og mikrostrukturelle egenskaper.

Med polyaluminiumklorid synker porøsiteten til sementen, og den blir mer motstandsdyktig. Blackblack111. Kilde: Wikimedia Commons.

referanser

1. Kim, T. et al. (2019). Undersøkelse av effektene av Polyaluminum Chloride på egenskapene til vanlig Portland Cement. Materialer 2019, 12, 3290. Gjenopprettet fra mdpi.com.
2. Li, Y. et al. (2019). Optimalisering av polyaluminumklorid-kitosan-flokkuleringsmiddel for behandling av svin biogassoppslemming ved bruk av metoden Box-Behnken Response Surface. Int. J. Environ. Res. Folkehelse 2019, 16, 996. Gjenopprettet fra mdpi.com.
3. Hubbe, M. Polyaluminum Chloride (PAC). Mini-leksikon for papermaking Wet-End Chemistry. Gjenopprettet fra projects.ncsu.edu.
4. Tang, H. et al. (2015). Spesifikasjon, stabilitet og koagulasjonsmekanismer for hydroksylaluminiumklynger dannet av PACl og alun: En kritisk gjennomgang. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78-85. Gjenopprettet fra ncbi.nlm.nih.gov.
5. Bottero, JY et al. (1980). Studier av hydroliserte aluminiumkloridløsninger. 1. Arten av aluminiumsarter og sammensetningen av vandige løsninger. Journal of Physical Chemistry, bind 84, nr. 22, 1980. Hentet fra pubs.acs.org.
6. Zhao, H.-Z. et al. (2009). Polyaluminiumklorid med høy konsentrasjon: Forberedelse og effekter av Al-konsentrasjonen på distribusjon og transformasjon av Al-arter. Chemical Engineering Journal 155 (2009) 528-533. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
7. Jia, Z. et al. (2004). Syntese av polyaluminumklorid med en membranreaktor: Operasjonsparametereffekter og reaksjonsveier. Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 12-17. Gjenopprettet fra pubs.acs.org.
8. GEO Spesialkjemikalier. Polyaluminum Chloride (PAC). Gjenopprettet fra geosc.com.