- Kết cấu
- Danh pháp
- Tính chất
- Tình trạng thể chất
- Độ hòa tan
- Đặc điểm của PAC thương mại
- Tính chất hóa học
- Hành vi của PAC trong nước
- Chức năng của PAC như một chất keo tụ
- Thu được
- Thủy phân
- Sự trùng hợp
- Polyme quan trọng
- Các ứng dụng
- - Xử lý nước
- Làm thế nào nó hoạt động
- Lợi thế
- -Trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy
- - Để cải thiện xi măng
- Người giới thiệu
Một loại sản phẩm nhôm vô cơ tan trong nước được gọi là poly nhôm clorua , được tạo thành do phản ứng một phần của nhôm clorua AlCl 3 với một bazơ. Nó là một chất rắn màu trắng đến vàng. Công thức chung của nó thường được biểu thị là Al n (OH) m Cl (3n-m) . Chúng còn được gọi là PAC hoặc PACl (PolyAl Aluminum Chloride).
PAC được bào chế để chứa các polyme cation cao (tập hợp một số phân tử có nhiều điện tích dương) được tạo thành từ các ion nhôm (Al 3+ ), ion clorua (Cl - ), ion hydroxyl (OH) - và các phân tử nước (H 2 O).
Poly Aluminium Chloride (PAC) được sử dụng để loại bỏ các chất hữu cơ và vô cơ khỏi nước trong các thiết bị keo tụ của nhà máy xử lý nước thải. Tác giả: Kubinger. Nguồn: Pixabay.
Polyme cation quan trọng nhất của các loài này được gọi là Al 13 hoặc Keggin-Al13 rất hiệu quả trong xử lý nước và trong công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy.
Trong các ứng dụng này, các PAC bám vào bề mặt của các hạt khiến chúng liên kết với nhau và có thể lắng xuống, tức là rơi xuống đáy và có thể được lọc.
Nó cũng đã được thử nghiệm thành công để cải thiện các đặc tính của xi măng Pooclăng, vì nó biến tính hoặc thay đổi cấu trúc của nó ở mức vi mô và điều này làm cho xi măng bền hơn.
Kết cấu
PAC hay PACl được tạo thành từ một loạt các loại khác nhau, từ monome (một phân tử duy nhất), dimers (hai phân tử liên kết với nhau), oligomer (ba đến năm phân tử liên kết với nhau) đến polyme (nhiều phân tử liên kết với nhau).
Công thức chung của nó là Al n (OH) m Cl (3n-m) . Khi các loại này chứa các ion A hòa tan trong nước 3+ , các ion hydroxyl OH - , các ion clorua Cl - và các phân tử nước H 2 O.
Trong dung dịch nước công thức chung của nó là Al x (OH) y (H 2 O) n (3x-y) + hoặc Al x O z (OH) y (H 2 O) n (3x-y-2z) + .
Polyme hữu ích nhất trong số các polyme này là loại được gọi là Al 13 hoặc Keggin-Al13 có công thức là AlO 4 Al 12 (OH) 24 (H 2 O) 12 7+ . Loài Al 13 có hình dạng ba chiều.
Người ta ước tính rằng tiền chất của polycation này là Al (OH) 4 - , có dạng tứ diện và được tìm thấy ở trung tâm của cấu trúc.
Danh pháp
- Nhôm polyclorua
- PAC (Poly nhôm clorua)
- PACl (Poly nhôm clorua)
- Nhôm clorua
- Nhôm polyhydroxyclorua
- Nhôm hydrochloride hoặc ACH (Aluminium ChlorHydrate).
Tính chất
Tình trạng thể chất
Chất rắn (bột) màu trắng đến vàng cũng thu được ở dạng dung dịch nước có nồng độ khác nhau.
Độ hòa tan
Hoà tan trong nước.
Đặc điểm của PAC thương mại
Các PAC khác nhau chủ yếu khác nhau bởi hai điều:
- Độ bền của nó, được biểu thị bằng% của alumin Al 2 O 3.
- Độ cơ bản của nó, cho biết lượng nguyên liệu polyme trong PAC và có thể thay đổi giữa 10% (độ cơ bản thấp), 50% (độ cơ bản trung bình), 70% (độ cơ bản cao) và 83% (độ cơ bản cao nhất, tương ứng với nhôm hydrochloride hoặc ACH).
Tính chất hóa học
PAC là một loại sản phẩm nhôm hòa tan trong nước. Công thức chung của nó thường được biểu thị là Al n (OH) m Cl (3n-m) .
Vì chúng được tạo ra bằng cách phản ứng nhôm clorua (AlCl 3 ) với một bazơ, tính bazơ của các loại sản phẩm này phụ thuộc vào lượng tương đối của ion OH - so với lượng nhôm (Al).
Theo công thức Al n (OH) m Cl (3n-m) , tính bazơ được xác định là m / 3n.
Nó là một chất keo tụ. Nó có các đặc tính như dễ hấp phụ trên các hạt khác mang điện tích trái dấu (nó dính vào bề mặt của chúng), đông tụ (liên kết của một số hạt mà nó đã được hấp phụ) và kết tủa của các nhóm hạt liên kết này.
PAC có thể không ổn định vì chúng phụ thuộc vào độ pH. Chúng có thể ăn mòn.
Hành vi của PAC trong nước
Bằng cách hòa tan PAC trong nước và tùy thuộc vào độ pH, các loại nhôm-hydroxyl (Al-OH) khác nhau được hình thành.
Nó thủy phân hoặc phản ứng với nước để tạo thành monome (phân tử đơn nhất), oligomer (3 đến 6 phân tử liên kết) và polyme (hơn 6 phân tử liên kết).
Loại quan trọng nhất là một polyme có 13 nguyên tử nhôm, được gọi là Keggin-Al13.
Chức năng của PAC như một chất keo tụ
Polyme Keggin-Al13 hấp phụ trên các phần tử có trong nước, tức là nó dính trên bề mặt của các phần tử này, và làm cho chúng thêm vào nhau, tạo thành các bông cặn.
Flocs là nhóm các hạt rất nhỏ bị ngưng kết hoặc liên kết lại để tạo thành các cấu trúc lớn hơn có thể lắng xuống, tức là đi xuống đáy của dung dịch nước.
Sau khi hình thành các bông cặn, khi đủ lớn chúng sẽ đi xuống đáy và dung dịch nước sạch.
Bể keo tụ và bể lắng của nhà máy xử lý nước có thể sử dụng poly nhôm clorua (PAC). Qualit-E tại Wikipedia tiếng Anh. Nguồn: Wikimedia Commons.
Thu được
Các dung dịch PAC hoặc PACl thường thu được bằng cách thêm dung dịch bazơ hoặc kiềm vào dung dịch nhôm clorua (AlCl 3 ).
Để thu được một lượng cao polyme Al 13 , bazơ hoặc kiềm được thêm vào không được cung cấp ion OH - quá nhanh và không quá chậm.
Một số nghiên cứu chỉ ra rằng rất khó để tạo ra nồng độ Al 13 cao ổn định bằng cách sử dụng NaOH vì nó giải phóng các ion OH - vào nước quá nhanh.
Vì lý do này, các hợp chất canxi (Ca) cơ bản được ưa thích hơn, có độ hòa tan thấp trong nước và do đó giải phóng các ion OH - chậm. Một trong những hợp chất canxi cơ bản này là canxi oxit CaO.
Dưới đây là các bước xảy ra để hình thành PAC.
Thủy phân
Khi muối nhôm (iii) hòa tan trong nước, một phản ứng thủy phân tự phát xảy ra trong đó cation nhôm Al 3+ lấy các ion hydroxyl OH - từ nước và liên kết với chúng, để lại các proton H + tự do:
Al 3+ + H 2 O → Al (OH) 2+ + H +
Al 3+ + 2 H 2 O → Al (OH) 2 + + 2 H +
Điều này được hỗ trợ bằng cách thêm một chất kiềm, tức là các ion OH - . Ion nhôm Al 3+ ngày càng tham gia vào các anion OH - :
Al 3+ → Al (OH) 2+ → Al (OH) 2 + → Al (OH) 3 0 → Al (OH) 4 -
Ngoài ra, các loại như Al (H 2 O) 6 3+ được hình thành , nghĩa là, một ion nhôm liên kết hoặc phối hợp với sáu phân tử nước.
Sự trùng hợp
Sau đó, các liên kết được hình thành giữa các loài này, tạo thành các chất dimer (bộ 2 phân tử) và bộ ba (bộ 3 phân tử) được chuyển thành oligomer (bộ 3 đến 5 phân tử) và polyme (bộ gồm nhiều phân tử liên kết).
Al (OH) 2 + → Al 2 (OH) 2 4+ → Al 3 (OH) 5 4+ → Al 6 (OH) 12 6+ → Al 13 (OH) 32 7+
Loại phân tử này liên kết bằng các cầu OH với nhau và với Al (H 2 O) 6 3+, tạo thành các tập hợp phân tử được gọi là phức hợp hydroxy hoặc polycation hoặc hydroxypolyme.
Công thức chung của các polyme cation này là Al x (OH) y (H 2 O) n (3x-y) + hoặc Al x O z (OH) y (H 2 O) n (3x-y-2z) + .
Polyme quan trọng
Chất hữu ích nhất trong số các polyme này được cho là cái gọi là Al 13 có công thức là AlO 4 Al 12 (OH) 24 (H 2 O) 12 7+ , và nó còn được gọi là Keggin-Al13.
Nó là một loài có 7 điện tích dương (nghĩa là, một cation nghiêng) với 13 nguyên tử nhôm, 24 đơn vị OH, 4 nguyên tử oxy và 12 đơn vị H 2 O trong nước.
Các ứng dụng
- Xử lý nước
PACl là một sản phẩm thương mại để xử lý nước và làm cho nước có thể uống được (sạch và có thể uống được). Nó cũng cho phép xử lý chất thải và nước công nghiệp.
Nước có thể uống được nếu được xử lý bằng poly nhôm clorua (PAC). Tác giả: ExplorerBob. Nguồn: Pixabay.
Nó được sử dụng như một chất đông tụ trong các quá trình cải thiện nước. Nó hiệu quả hơn nhôm sunfat. Hiệu suất hoặc hành vi của nó phụ thuộc vào loài có mặt, phụ thuộc vào độ pH.
Làm thế nào nó hoạt động
PACl cho phép đông tụ vật chất hữu cơ và các hạt khoáng chất. Đông tụ có nghĩa là các hợp chất cần loại bỏ từ bị hòa tan thành ở thể rắn. Điều này đạt được thông qua tương tác của các điện tích dương của nó với các điện tích âm của các vật liệu được đông tụ.
Người ta tin rằng loại Al 13 , có rất nhiều điện tích dương (+7), là hiệu quả nhất trong việc trung hòa điện tích. Sau đó, có sự hình thành các cầu nối giữa các hạt kết tụ và tạo thành bông.
Những bông cặn này, rất nặng, có xu hướng kết tủa hoặc lắng xuống, tức là, đi xuống đáy của vật chứa chứa nước đang được xử lý. Bằng cách này, chúng có thể được loại bỏ bằng cách lọc.
Poly nhôm clorua (PAC) được sử dụng để lắng các chất hữu cơ và vô cơ trong các nhà máy xử lý nước thải. Ảnh của Công binh Lục quân Hoa Kỳ. Nguồn: Wikimedia Commons.
Lợi thế
PAC tốt hơn nhôm sunfat vì nó có hiệu suất ở nhiệt độ thấp tốt hơn, để lại ít cặn nhôm hơn, tạo ra khối lượng bùn ít hơn, ít ảnh hưởng đến pH của nước, và các bông cặn được hình thành nhanh hơn và lớn hơn. Tất cả điều đó tạo điều kiện cho quá trình lắng cặn cho quá trình lọc tiếp theo.
Nước hồ bơi có thể được làm sạch bằng poly nhôm clorua (PAC). Tác giả: Kalhh. Nguồn: Pixabay.
-Trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy
PAC đặc biệt hiệu quả trong việc thay đổi chất độn dạng keo trong sản xuất giấy. Điện tích keo là điện tích của chất rắn lơ lửng trong hỗn hợp tạo ra bột giấy.
Nó cho phép đẩy nhanh tốc độ thoát nước (loại bỏ nước) đặc biệt là trong điều kiện trung tính và kiềm, và giúp giữ lại các chất rắn. Chất rắn là những chất mà sau này khi khô sẽ tạo thành giấy.
Trong ứng dụng này, PAC với mức cơ bản thấp (0-17%) và trung bình (17-50%) được sử dụng.
Trong các nhà máy giấy và bột giấy, poly nhôm clorua (PAC) được sử dụng để hỗ trợ quá trình lắng cặn. Tác giả: 151390. Nguồn: Pixabay.
- Để cải thiện xi măng
Gần đây (2019) việc bổ sung PACl vào xi măng poóc lăng đã được thử nghiệm. Người ta xác định rằng sự có mặt của các ion Cl - clorua và của các nhóm nhôm cao phân tử làm thay đổi cấu trúc của xi măng. Người ta ước lượng muối phức có công thức 3CaO.Al 2 O 3 .CaCl 2 .10H 2 O được tạo thành.
Xi măng xây dựng có thể được tăng cường bằng poly nhôm clorua (PAC). Xiên. Nguồn: Wikimedia Commons.
Kết quả chỉ ra rằng PACl cải thiện các đặc tính của xi măng, giảm số lượng các lỗ nhỏ (lỗ rất nhỏ) và ma trận trở nên dày đặc và chặt chẽ hơn, do đó khả năng chống nén tăng lên.
Hiệu quả tăng khi tăng hàm lượng PACl. Nghiên cứu khẳng định rằng việc thêm PACl vào xi măng poóc lăng tạo ra một hỗn hợp có các đặc tính cơ học và vi cấu trúc vượt trội.
Với poly nhôm clorua, độ xốp của xi măng giảm và nó trở nên bền hơn. Đen đen111. Nguồn: Wikimedia Commons.
Người giới thiệu
- Kim, T. và cộng sự. (2019). Điều tra ảnh hưởng của Polyalumin clorua đến các tính chất của xi măng poóc lăng thông thường. Tài liệu 2019, 12, 3290. Khôi phục từ mdpi.com.
- Li, Y. và cộng sự. (2019). Tối ưu hóa chất kết tụ polyal nhôm clorua-Chitosan để xử lý bùn khí sinh học cho lợn bằng phương pháp xử lý bề mặt Box-Behnken. Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 996. Được khôi phục từ mdpi.com.
- Hubbe, M. Polyal nhôm clorua (PAC). Mini-Encyclopedia of Papermaking Wet-End Chemistry. Đã khôi phục từ các dự án.ncsu.edu.
- Tang, H. và cộng sự. (2015). Đặc điểm, độ ổn định và cơ chế đông tụ của các cụm nhôm hydroxyl được tạo thành bởi PACl và phèn: Một đánh giá quan trọng. Giao diện Adv Colloid Sci 2015; 226 (Tr. A): 78-85. Đã khôi phục từ ncbi.nlm.nih.gov.
- Bottero, JY và cộng sự. (1980). Các nghiên cứu về dung dịch nhôm clorua hydro hóa. 1. Bản chất của các loài nhôm và thành phần của dung dịch nước. Tạp chí Hóa lý, Tập 84, Số 22, 1980. Lấy từ pubs.acs.org.
- Zhao, H.-Z. et al. (2009). Nhôm clorua nồng độ cao: Điều chế và ảnh hưởng của nồng độ Al đến sự phân bố và biến đổi của các loài Al. Tạp chí Kỹ thuật Hóa học 155 (2009) 528-533. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
- Jia, Z. và cộng sự. (2004). Tổng hợp Polyal nhôm clorua với lò phản ứng màng: Hiệu ứng thông số vận hành và lộ trình phản ứng. Ấn Độ, Eng. Chem. Bản nghiên cứu năm 2004, 43, 12-17. Đã khôi phục từ pubs.acs.org.
- Hóa chất đặc biệt của GEO. Nhôm clorua (PAC). Được khôi phục từ geosc.com.