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              聚鋁的結構及其絮凝性

              聚鋁的結構及其絮凝性

              聚鋁是指Al3+鹽到Al(OH)3(固)之間的一系列亞穩態物,一般是三鋁到十三鋁的羥基絡合物,其中可能出現共享羥基或共享氧配位的結構特征,由于聚鋁是一系列的亞穩態物,環境條件稍有變化就會出現脫穩現象,這種脫穩是絮凝。

              一種優良的聚鋁水處理劑需要具有適宜的儲存性和適宜的脫穩性,這在結構上是通過控制適宜的堿化度和聚合度來實現,由于堿化度和聚合度是個宏觀概念,因此絮凝性能并非是堿化度和聚合度的線性表征。

              長期以來,科學工作者對聚鋁水解產物的結構和特征作了大量的研究,但至今對其水解聚合形態分布尚不十分清楚。

              目前存在著兩種不同的見解,線性聚合物觀點認為,隨著堿化度增加程度加深,氯化鋁溶液中的水合三價鋁離子Al(H2O)63+八面體通過羥橋(Al-O-Al)聚合成線型多聚體。我國較早發表的論著多數引用這種觀點。

              體型聚合物觀點認為,聚合氯化鋁溶液起碼存在著有平衡關系的四種陽離子:單體、二聚體、體型十三聚體和結構尚未確定的三維團粒。

              體型十三聚鋁的代表式為[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+,它是周圍有十二個(AlO6),中點包圍著一個四配位鋁(AlO4)“球形簇”(Spherical cluster) 狀的絡合離子,是起絮凝作用的主要活性物質。

              文獻報道,Al水解產生單鋁羥基絡合物,根據Al3+與O2-的離子半徑比0.14,可形成四配位體Al(OH)4-,這是一種單鋁多羥基絡合物,單鋁多羥基絡合物間比較鄰近的羥基靠氫鍵集合在一起,即OH...HO鍵型,這種鍵型在酸性環境中失水,使兩個單鋁羥基絡合物共享一個羥基,形成了雙鋁多羥基絡合物,繼續發展下去形成多鋁多羥基絡合物。通過羥基配位叫做羥基式橋聯反應。

              單鋁多羥基絡合物間的氫鍵相連的羥基在堿性環境中脫水形成Al-O-Al鍵:共享氧配位的氧式橋聯反應。處于穩態的聚鋁在不同稀釋比下兩類橋聯反應都會發生。通常能得到的多鋁多羥基絡合物有:Al2(OH)24+、Al3(OH)45+、Al6(OH)153+、Al7(OH)174+、Al13(OH)327+,聚合度再發展下去就產生溶膠氫氧化鋁。

              另外,在水解聚合鋁溶液中較穩定的化學形態分為三類主要形態,單鋁形態[Ala],即Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)+,聚合形態[Alb],即Al2(OH)24+、Al7(OH)174+和Al13O4(OH)24+n(7-n)+(n=0,1,2)以及一種溶膠或凝膠形態[Alc」,即Al(OH)3。這些化學形態的分布和轉化不僅取決于溶液的化學特征,而且也取決于制備的方法。

              例如,Al13(OH)345+,堿化度87%,它在相圖上恰恰是溶膠形Al(OH)3的外延,儲存性較差,不能成為聚鋁的有效成分;Al7(OH)174+堿化度81%,它隨pH變化的分布區域緊靠Al(OH)3區,準穩性也差。較有價值的是Al13O4(OH)247+,堿化度82%,在相圖上遠離Al(OH)3(固)區,準穩性好,脫穩趨勢大,是聚鋁的活性成分,在水中呈簇團的膠粒,FX90O核磁共振儀測定在聚鋁中通常有這種成分,由此可見準穩性是取決于結構而不是宏觀的堿化度的表現。因此堿化度的大小不能準確衡量聚鋁的絮凝性能,因為有更深層次上的結構因素。

              聚鋁的形成大致可分為三個階段:單鋁多羥基絡合物間的氫鍵集合體;集合體中氫鍵羥基的橋聯反應;橋聯反應之后多鋁多羥基離子的立體構型。這三個階段均受到pH值的制約,也受到陰離子,如Cl-、HSO4-、SO2-、H2PO4-、SiO32-的影響,氫鍵的形成是至關重要的階段,它是導致聚鋁離子形成的起點,控制氫鍵數和方向常能控制有效成分的形成,從而控制其絮凝性能。

              作 者:admin 來 源: 日 期:2022/11/19 16:45:58 標 簽:
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