ALUMĪNIJA POLIHLORĪDS: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, IEGŪŠANA, PIELIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Klase ūdenī šķīstošo neorganisks alumīnija produktu sauc poli alumīnija hlorīds , kas veidojas ar daļēju reakciju alumīnija hlorīda ALCL ₃ ar bāzi. Tā ir balta vai dzeltena cieta viela. Tās vispārīgo formulu bieži izsaka kā Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Tos sauc arī par PAC vai arī PACl (polialumīnija hlorīds).

PAC ir veidoti tā, lai saturētu ļoti katjonu polimērus (vairāku molekulu komplektus ar daudzām pozitīvām lādiņām), kas sastāv no alumīnija joniem (Al ³⁺ ), hlorīda joniem (Cl ^- ), hidroksiljoniem (OH) ^- un ūdens molekulām (H ₂ O).

Poliumīnija hlorīds (PAC) tiek izmantots organisko un neorganisko vielu noņemšanai no ūdens notekūdeņu attīrīšanas iekārtu flokulatoros. Autors: Kubingers. Avots: Pixabay.

Šo sugu vissvarīgākais katjonu polimērs tiek saukts par Al ₁₃ vai Keggin-Al13, kas ir ļoti efektīvs ūdens attīrīšanā un celulozes un papīra ražošanas nozarē.

Šajos pielietojumos PAC pielīp pie daļiņu virsmas, liekot tām saistīties un var nostāties, tas ir, nokrist apakšā un var tikt filtrēts.

Tas ir arī veiksmīgi pārbaudīts, lai uzlabotu portlandcementa īpašības, jo tas maina vai maina tā struktūru mikro līmenī, un tas padara cementu izturīgāku.

Uzbūve

PAC vai PACl veido sugu virkne, sākot no monomēriem (viena molekula), dimēriem (divām molekulas savienoti kopā), oligomēriem (trīs līdz piecas molekulas, kas savienotas kopā) līdz polimēriem (daudzas molekulas ir savienotas kopā).

Tā vispārējā formula ir Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Kad šīs sugas ietver joniem A ūdenī izšķīdinātu ³⁺ , hidroksilgrupa joni OH ^- , hlorīdjonu Cl ^- un ūdens molekulas, H ₂ O.

Ūdens šķīdumā tā vispārīgā formula ir Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} vai arī Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

Visnoderīgākais no šiem polimēriem ir tas, ko sauc par Al ₁₃ vai Keggin-Al13, kura formula ir AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ . Sugai Al ₁₃ ir trīsdimensiju forma.

Tiek lēsts, ka šīs polikācijas priekšgājējs ir Al (OH) ₄ ^- , kam ir tetraedriska konformācija un kas atrodas struktūras centrā.

Nomenklatūra

- alumīnija polihlorīds

- PAC (polialumīnija hlorīds)

- PACl (polialumīnija hlorīds)

- polialumīnija hlorīds

- alumīnija polihidrohlorīds

- alumīnija hidrohlorīds vai ACH (alumīnija hlorhidrāts).

Īpašības

Fiziskais stāvoklis

Balta līdz dzeltena cieta viela (pulveris), ko iegūst arī dažādu koncentrāciju ūdens šķīdumu veidā.

Šķīdība

Šķīst ūdenī.

Komerciālo PAC raksturojums

Dažādie PAC atšķiras viens no otra galvenokārt ar divām lietām:

- tā stiprums, izteikts procentos no alumīnija oksīda Al ₂ O _3.

- tā pamatīgums, kas norāda uz polimēru materiāla daudzumu PAC, un var mainīties no 10% (zema pamatīgums), 50% (vidēja pamatīgums), 70% (augsta bāziskums) līdz 83% (augstākā pamatne, kas atbilst alumīnija hidrohlorīdam vai ACH).

Ķīmiskās īpašības

PAC ir sava veida ūdenī šķīstoši alumīnija izstrādājumi. Tās vispārīgo formulu bieži izsaka kā Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) .

Tā kā tos ražo, alumīnija hlorīdam (AlCl ₃ ) reaģējot ar bāzi, šāda veida izstrādājumu pamatīgums ir atkarīgs no OH ^- jonu relatīvā daudzuma salīdzinājumā ar alumīnija (Al) daudzumu.

Saskaņā ar formulu Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) , bāziskumu definē kā m / 3n.

Tas ir flokulants. Tam ir tādas īpašības kā viegla adsorbcija uz citām pretēja lādiņa daļiņām (tā pielīp pie šo virsmu), koagulācija (vairāku daļiņu apvienojums, uz kuras tā ir adsorbēta) un šo apvienoto daļiņu grupu izgulsnēšanās.

PAC var būt nestabili, jo tie ir atkarīgi no pH. Tie var būt kodīgi.

PAC izturēšanās ūdenī

Izšķīdinot PAC ūdenī un atkarībā no pH, veidojas dažādas alumīnija hidroksila (Al-OH) sugas.

Tas hidrolizējas vai reaģē ar ūdeni, veidojot monomērus (vienotas molekulas), oligomērus (savienotas 3 līdz 6 molekulas) un polimērus (vairāk nekā 6 savienotas molekulas).

Vissvarīgākā suga ir polimērs ar 13 alumīnija atomiem, ko sauc par Keggin-Al13.

PAC kā flokulanta funkcija

Keggin-Al13 polimērs adsorbējas uz ūdenī esošajām daļiņām, tas ir, tas pielīp uz to virsmas un liek tām pievienoties viena otrai, veidojot flokus.

Floki ir ļoti mazu daļiņu grupas, kas aglutētas vai apvienotas, veidojot lielākas struktūras, kas var nogulsnēties, tas ir, aiziet ūdens šķīduma apakšā.

Pēc plēkšņu veidošanas, kad tie ir pietiekami lieli, tie nonāk apakšā un ūdens šķīdums ir tīrs.

Ūdens attīrīšanas iekārtas flokulācijas un sedimentācijas tvertnes, kurās var izmantot poliumīnija hlorīdu (PAC). Qualit-E angļu Vikipēdijā. Avots: Wikimedia Commons.

Iegūšana

PAC vai PACl šķīdumus parasti iegūst, pievienojot bāzes vai sārma šķīdumu alumīnija hlorīda (AlCl ₃ ) šķīdumam .

Lai iegūtu lielu daudzumu Al ₁₃ polimēru, pievienotā bāze vai sārms nedrīkst nodrošināt OH jonus ^- pārāk ātri un ne pārāk lēni.

Daži pētījumi norāda, ka ir grūti iegūt stabilu augstu Al ₁₃ koncentrāciju, izmantojot NaOH, jo tas izdala OH jonus ^- pārāk ātri ūdenī.

Šī iemesla dēļ pamata kalcija ir preferred (CA) savienojumi, kas ir zema šķīdība ūdenī un tādējādi atbrīvot OH jonu ^- lēnām. Viens no šiem pamata kalcija savienojumiem ir kalcija oksīds CaO.

Šeit ir norādītas darbības, kas jāveic, lai izveidotu PAC.

Hidrolīze

Kad alumīnija sāls (iii) izšķīdina ūdenī, spontāna hidrolīze reakciju, kurā alumīnija Al ³⁺ katjons aizņem hidroksilgrupa OH ^- jonus no ūdens un saistās ar tām, atstājot brīvu H ⁺ protonus :

Al ³⁺ + H ₂ O → Al (OH) ²⁺ + H ⁺

Al ³⁺ + 2 H ₂ O → Al (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

Tas tiek atbalstītas, pievienojot sārmu, tas ir, OH ^- joni . Alumīnija jons Al ³⁺ arvien vairāk pievienojas OH ^- anjoniem :

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

Turklāt ^veidojas tādas sugas kā Al (H ₂ O) ₆ ³⁺ , tas ir, alumīnija jons, kas ir saistīts vai koordinēts ar sešām ūdens molekulām.

Polimerizācija

Pēc tam starp šīm sugām veidojas saites, veidojot dimērus (2 molekulu komplektus) un trimerus (3 molekulu komplektus), kas tiek pārveidoti par oligomēriem (3 līdz 5 molekulu komplekti) un polimēriem (daudzu savienotu molekulu komplekti).

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

Šāda veida sugas savstarpēji savieno OH tilti un ar Al (H ₂ O) ₆ ^3+, veidojot molekulu kopas, kuras sauc par hidroksikompleksiem vai polikātiem vai hidroksipolimēriem.

Vispārējā formula no šiem katjonu polimēru ir Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} vai arī Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2Z) +} .

Svarīgums polimērs

Tiek uzskatīts, ka visnoderīgākais no šiem polimēriem ir tā sauktais Al _13, kura formula ir AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ , un to sauc arī par Keggin-Al13.

Tā ir suga ar 7 pozitīviem lādiņiem (tas ir, heptavalentu katjonu) ar 13 alumīnija atomiem, 24 OH vienībām, 4 skābekļa atomiem un 12 ūdens H ₂ O vienībām .

Lietojumprogrammas

- Ūdens attīrīšanā

PACl ir komerciāls produkts, lai apstrādātu ūdeni un padarītu to dzeramu (tīru un dzeramu). Tas arī ļauj apstrādāt atkritumus un rūpnieciskos ūdeņus.

Ūdeni var padarīt dzeramu, ja to apstrādā ar poliumīnija hlorīdu (PAC). Autors: ExplorerBob. Avots: Pixabay.

To izmanto kā koagulācijas līdzekli ūdens uzlabošanas procesos. Tas ir efektīvāks nekā alumīnija sulfāts. Tās darbība vai izturēšanās ir atkarīga no esošajām sugām, tas ir atkarīgs no pH.

Kā tas darbojas

PACl ļauj sarecēt organiskos materiālus un minerālu daļiņas. Koagulācija nozīmē, ka atdalāmie savienojumi no izšķīšanas kļūst par cietiem. To panāk, pozitīvo lādiņu mijiedarbībā ar sarecējamo materiālu negatīvajiem.

Tiek uzskatīts, ka Al ₁₃ sugas , kurām ir tik daudz pozitīvu lādiņu (+7), ir visefektīvākās lādiņu neitralizēšanā. Pēc tam notiek tiltu veidošanās starp daļiņām, kas aglomerējas un veido flokus.

Šie pūtītes, kas ir ļoti smagas, mēdz izgulsnēties vai nogulst, tas ir, iet uz trauka dibenu, kurā atrodas apstrādātais ūdens. Tādā veidā tos var noņemt filtrējot.

Polija alumīnija hlorīds (PAC) tiek izmantots organisko un neorganisko vielu nogulsnēšanai notekūdeņu attīrīšanas iekārtās. ASV armijas inženieru korpusa foto. Avots: Wikimedia Commons.

Priekšrocība

PAC ir labāks par alumīnija sulfātu, jo tam ir zemākas temperatūras īpašības, tas atstāj mazāk alumīnija atlikumu, rada mazāku dūņu daudzumu, mazāk ietekmē ūdens pH, kā arī veidojas ātrāki un lielāki floksi. Tas viss atvieglo sedimentāciju turpmākai filtrēšanai.

Baseina ūdeni var attīrīt ar poliumīnija hlorīdu (PAC). Autors: Kalhh. Avots: Pixabay.

- Celulozes un papīra rūpniecībā

PAC ir īpaši efektīvs koloidālo pildvielu modificēšanā papīra ražošanā. Koloidālie lādiņi ir maisījumos suspendēto cieto vielu lādiņi papīra masas iegūšanai.

Tas ļauj paātrināt drenāžas ātrumu (ūdens izvadīšana), it īpaši neitrālos un sārmainos apstākļos, kā arī palīdz saglabāt cietās vielas. Cietās vielas ir tās, kas vēlāk, žāvējot, veido papīru.

Šajā pieteikumā tiek izmantots PAC ar zemu (0-17%) un vidēju (17-50%) pamata pakāpi.

Celulozes un papīra rūpnīcās sedimentācijas procesā izmanto poliumīnija hlorīdu (PAC). Autors: 151390. Avots: Pixabay.

- uzlabot cementu

Nesen (2019. gadā) tika pārbaudīta PACl pievienošana portlandcementam. Tika noteikts, ka Cl ^- hlorīda jonu un polimēru alumīnija grupu klātbūtne maina cementa struktūru. Tiek lēsts, ka veidojas sarežģīti sāļi ar formulu 3CaO.Al ₂ O ₃ .CaCl ₂ .10H ₂ O.

Celtniecības cementu var uzlabot ar poliumīnija hlorīdu (PAC). Skeeze. Avots: Wikimedia Commons.

Rezultāti norāda, ka PACl uzlabo cementa īpašības, samazinās mikroporu (ļoti mazu caurumu) skaits un matrica kļūst blīvāka un kompakta, tāpēc palielinās pretestība pret saspiešanu.

Efekts palielinās, palielinoties PACl saturam. Pētījums apstiprina, ka, pievienojot PACl portlandcementam, tiek iegūts maisījums ar izcilām mehāniskām un mikrostrukturālām īpašībām.

Izmantojot poliumīnija hlorīdu, cementa porainība samazinās un tas kļūst izturīgāks. Blackblack111. Avots: Wikimedia Commons.

Atsauces

1. Kim, T. et al. (2019. gads). Polialumīnija hlorīda ietekmes uz parasto portlandcementa īpašību izpēte. Materiāli 2019., 12., 3290. Atgūts no vietnes mdpi.com.
2. Li, Y. et al. (2019. gads). Polialumīna hlorīda-hitozāna flokulanta optimizēšana cūku biogāzes vircas apstrādei, izmantojot Box-Behnken reakcijas virsmas metodi. Int. J. Environ. Res., Sabiedrības veselība 2019, 16, 996. Atgūts no vietnes mdpi.com.
3. Habijs, M. Polialumīna hlorīds (PAC). Papīra ražošanas mitrā ķīmijas mini enciklopēdija. Atgūts no projekti.ncsu.edu.
4. Tang, H. et al. (2015). PACl un alauna veidoto hidroksil-alumīnija kopu specifikācija, stabilitāte un koagulācijas mehānismi: kritisks pārskats. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78.-85. Atgūts no ncbi.nlm.nih.gov.
5. Bottero, JY et al. (1980). Hidrolizēta alumīnija hlorīda šķīdumu pētījumi. 1. Alumīnija sugu veids un ūdens šķīdumu sastāvs. The Journal of Physical Chemistry, 84. sējums, Nr. 22, 1980. Iegūts no pubs.acs.org.
6. Žao, H.-Z. un citi. (2009). Augstas koncentrācijas polialumīnija hlorīds: Al koncentrācijas sagatavošana un ietekme uz Al sugu izplatību un pārveidošanu. Chemical Engineering Journal 155 (2009) 528-533. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
7. Jia, Z. et al. (2004). Polialumīnija hlorīda sintēze ar membrānas reaktoru: darbības parametru efekti un reakcijas ceļi. Ind., Eng., Chem., Res., 2004, 43, 12-17. Atgūts no pubs.acs.org.
8. GEO speciālās ķimikālijas. Polialumīnija hlorīds (PAC). Atgūts no geosc.com.