АЛУМИНИЈУМ ПОЛИКЛОРИД: СТРУКТУРА, СВОЈСТВА, ДОБИЈАЊЕ, УПОТРЕБА - ХЕМИЈА - 2025

Класа водорастворљивих неоргански алуминијумских производа се назива поли алуминијум хлорид , формиран парцијалном реакцијом алуминијум хлорида АлЦл ₃ са базом. Чврста је бела до жута боја. Његова општа формула се често изражава као Ал _н (ОХ) _м Цл _(3н-м) . Такође су познати и као ПАЦ или такође ПАЦл (ПолиАлуминиум хлориде).

ПАЦ-и су формулисани на начин да садрже високо катионске полимере (скупове неколико молекула са много позитивних наелектрисања) сачињене од јона алуминијума (Ал ³⁺ ), хлоридних јона (Цл ^- ), хидроксилних јона (ОХ) ^- и молекула воде (Х ₂ О).

Поли алуминијум хлорид (ПАЦ) користи се за уклањање органских и неорганских материја из воде у флокулаторима уређаја за пречишћавање отпадних вода. Аутор: Кубингер. Извор: Пикабаи.

Најважнији катионски полимер ове врсте назива се Ал ₁₃ или Кеггин-Ал13 који је веома ефикасан у обради воде и индустрији производње целулозе и папира.

У тим апликацијама, ПАЦ се лепе на површину честица што их изазива да се вежу и могу да се слегну, односно падну на дно и могу да се филтрирају.

Такође је успешно тестирано да побољша својства Портланд цемента, јер модификује или мења структуру на микро нивоу, а то чини цемент отпорнијим.

Структура

ПАЦ или ПАЦл састоји се од низа врста у распону од мономера (једна молекула), димера (две молекуле спојене заједно), олигомера (три до пет молекула спојених заједно) до полимера (много молекула спојених заједно).

Његова општа формула је Ал _н (ОХ) _м Цл _(3н-м) . Када ове врсте садрже јоне раствореног у води ³⁺ , хидроксил јони ОХ ^- , хлорид јона Цл ^{- и} молекуле воде Х ₂ О.

У воденом раствору његов општи формула је Ал _к (ОХ) _и (Х ₂ О) _н ^{(3к-и) +} или такође Ал _к О _з (ОХ) _и (Х ₂ О) _н ^{(3к-и-2з) +} .

Најкориснији од ових полимера је онај зван Ал ₁₃ или Кеггин-Ал13 чија је формула АлО ₄ Ал ₁₂ (ОХ) ₂₄ (Х ₂ О) ₁₂ ⁷⁺ . Врста Ал ₁₃ има тродимензионални облик.

Процењује се да је прекурсор ове поликације Ал (ОХ) ₄ ^- , који има тетраедарску конформацију и налази се у центру структуре.

Номенклатура

- Алуминијум поликлорид

- ПАЦ (Поли алуминијум хлорид)

- ПАЦл (Поли алуминијум хлорид)

- Полиалуминијум хлорид

- Алуминијум полихидроксихлорид

- Алуминијум хидрохлорид или АЦХ (Алуминијум хлорхидрат).

Својства

Физичко стање

Бијела до жута чврста супстанца (прах) која се такође добија у облику водених раствора различитих концентрација.

Растворљивост

Растворљиви у води.

Карактеристике комерцијалних ПАЦ-ова

Различити ПАЦ-ови се међусобно углавном разликују по две ствари:

- Његова чврстоћа, изражена у% глинице Ал ₂ О _3.

- Његова основност, која указује на количину полимерног материјала у ПАЦ, и може варирати између 10% (ниска базичност), 50% (средња базичност), 70% (висока базичност) и 83% (највећа основност, што одговара алуминијум хидрохлориду или АЦХ).

Хемијска својства

ПАЦ је врста алуминијумског производа растворљивог у води. Његова општа формула се често изражава као Ал _н (ОХ) _м Цл _(3н-м) .

Будући да се добијају реакцијом алуминијум хлорида (АлЦл ₃ ) са базом је базност ових врста производа зависи од релативне количине ОХ ^- јона у односу на количину алуминијума (Ал).

Према формули Ал _н (ОХ) _м Цл _(3н-м) , основност је дефинисана као м / 3н.

То је флокулант. Има својства попут лакоће адсорпције на другим честицама супротног набоја (лепи се на површини ових), коагулације (сједињење неколико честица на којима је адсорбована) и таложења ових група уједињених честица.

ПАЦ-ови могу бити нестабилни јер зависе од пХ. Могу бити корозивне.

Понашање ПАЦ-а у води

Растварајући ПАЦ у води и у зависности од пХ, формирају се разне алуминијум-хидроксилне (Ал-ОХ) врсте.

Хидролизује или реагује са водом и формира мономере (унитарне молекуле), олигомере (3 до 6 повезаних молекула) и полимере (више од 6 повезаних молекула).

Најважнија врста је полимер са 13 атома алуминијума, који се назива Кеггин-Ал13.

Функција ПАЦ-а као флокуланта

Полимер Кеггин-Ал13 адсорбира се на честицама које су присутне у води, односно задржава се на површини леђа и изазива их да се међусобно додају, формирајући слојеве.

Пахуљице су групе веома ситних честица агглутираних или сједињених да би формирале веће структуре које могу таложити, односно ићи на дно воденог раствора.

Након формирања јата, када су довољно велика, прелазе на дно и водени раствор је чист.

Резервоари за флокулацију и седиментацију постројења за пречишћавање воде у којима се може користити поли алуминијум хлорид (ПАЦ). Куалит-Е на енглеској Википедији. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Прибављање

ПАЦ или ПАЦЛ раствори се обично добија додавањем базе или алкалном раствору у раствор алуминијум хлорида (АлЦл ₃ ).

Да би се добила велика количина Ал ₁₃ полимера, додата база или лужина не смеју да обезбеђују ОХ јоне ^- пребрзо и не превише споро.

Нека истраживања показују да је тешко произвести стабилну високу концентрацију Ал ₁₃ користећи НаОХ, јер он ослобађа ОХ јоне ^- пребрзо у воду.

Због тога се преферирају основна једињења калцијума (Ца), која имају ниску растворљивост у води и на тај начин ослобађају ОХ јоне ^- споро. Једно од ових основних једињења калцијума је калцијум оксид ЦаО.

Ево корака који се јављају за формирање ПАЦ-а.

Хидролиза

Кад се соли алуминија (иии) растварају у води, долази до спонтане реакције хидролизе у којој катион алуминијума Ал ³⁺ узима хидроксилне јоне ОХ ^- из воде и веже се за њих, остављајући слободне Х ⁺ протоне :

Ал ³⁺ + Х ₂ О → Ал (ОХ) ²⁺ + Х ⁺

Ал ³⁺ + 2 Х ₂ О → Ал (ОХ) ₂ ⁺ + 2 Х ⁺

Томе се помаже додавањем алкалија, односно ОХ ^- јона . Ал ион алуминијума Ал ³⁺ се све више придружује ОХ ^- анионима :

Ал ³⁺ → Ал (ОХ) ²⁺ → Ал (ОХ) ₂ ⁺ → Ал (ОХ) ₃ ⁰ → Ал (ОХ) ₄ ^-

Поред тога, врсте попут Ал (Х ₂ О) ₆ ^{3+ формирају} , односно јоном алуминијума везан или координисане са шест молекула воде.

Полимеризација

Затим се стварају везе између ових врста, формирајући димере (сетови од 2 молекуле) и тримере (сетови од 3 молекуле) који се трансформишу у олигомере (сетови од 3 до 5 молекула) и полимере (скупови многих придружених молекула).

Ал (ОХ) ₂ ⁺ → Ал ₂ (ОХ) ₂ ⁴⁺ → Ал ₃ (ОХ) ₅ ⁴⁺ → Ал ₆ (ОХ) ₁₂ ⁶⁺ → Ал ₁₃ (ОХ) ₃₂ ⁷⁺

Ова врста врста је спојена ОХ мостовима једни са другима и са Ал (Х ₂ О) ₆ ^3+, формирајући скупове молекула који се називају хидрокси комплекси или поликације или хидроксиполимери.

Општа формула ових катјонских полимера је Ал _к (ОХ) _и (Х ₂ О) _н ^{(3к-и) +} или такође Ал _к О _з (ОХ) _и (Х ₂ О) _н ^{(3к-и-2З) +} .

Важност полимера

Сматра се да је најкориснији од ових полимера такозвани Ал ₁₃ чија је формула АлО ₄ Ал ₁₂ (ОХ) ₂₄ (Х ₂ О) ₁₂ ⁷⁺ , а познат је и као Кеггин-Ал13.

То је врста са 7 позитивних трошкове (то јест, хептавалент катјон) са 13 алуминијумских атомима, 24 ОХ јединице, 4 атома кисеоника, и 12 вода Х ₂ О јединице .

Апликације

- У третману воде

ПАЦл је комерцијални производ који третира воду и чини је питком (чистом и питком). Омогућава и пречишћавање отпадних и индустријских вода.

Вода се може учинити питком ако је третирана поли-алуминијум-хлоридом (ПАЦ). Аутор: ЕкплорерБоб. Извор: Пикабаи.

Користи се као средство за коагулацију у процесима побољшања воде. Ефикаснији је од алуминијум сулфата. Његове перформансе или понашање зависи од присутних врста, што зависи од пХ.

Како то функционише

ПАЦл омогућава коагулацију органских материјала и минералних честица. Коагулација значи да једињења која треба да се елиминишу прелазе из растварања у чврсто. То се постиже интеракцијама његових позитивних набоја са негативним материјалима које треба коагулирати.

Верује се да је врста Ал ₁₃ , која има толико позитивних набоја (+7), најефикаснија у неутрализацији набоја. Тада долази до стварања мостова између честица које се агломерате и творе флоке.

Ова јата, која су веома тешка, имају тенденцију да се таложе или таложе, односно да иду на дно посуде у којој се налази вода која се третира. На тај начин се могу уклонити филтрацијом.

Поли алуминијум хлорид (ПАЦ) користи се за таложење органских и неорганских материја у постројењима за пречишћавање отпадних вода. Фотографија инжењерског корпуса војске САД. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Предност

ПАЦ је бољи од алуминијум сулфата, јер има боље ниске температуре, оставља мање остатака алуминија, ствара мању запремину муља, мање утиче на пХ воде и формирају се бржи и већи слојеви. Све то олакшава седиментацију за накнадну филтрацију.

Вода из базена може се прочистити поли-алуминијум-хлоридом (ПАЦ). Аутор: Калхх. Извор: Пикабаи.

У индустрији целулозе и папира

ПАЦ је посебно ефикасан у модификацији колоидних пунила у производњи папира. Колоидни набоји су набоји суспендованих чврстих материја у мешавине да би се направила папирна каша.

Омогућује убрзање брзине исушивања (уклањање воде) посебно у неутралним и алкалним условима и помаже у задржавању чврстих материја. Чврсти састојци су они који касније, када се суше, формирају папир.

У овој апликацији се користи ПАЦ са ниским (0-17%) и средњим (17-50%) основним основама.

У творницама целулозе и папира користи се поли-алуминијум-хлорид (ПАЦ) који помаже у процесу таложења. Аутор: 151390. Извор: Пикабаи.

- За побољшање цемента

Недавно (2019.) додавање ПАЦл у Портланд цемент је тестирано. Утврђено је да присуство Цл ^- хлоридних јона и полимерних алуминијумских група мења структуру цемента. Процењује се да комплексне соли формуле 3ЦаО.Ал ₂ О ₃ .ЦаЦл ₂ .10Х ₂ О се формирају.

Грађевински цемент се може побољшати поли-алуминијум-хлоридом (ПАЦ). Скеезе. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Резултати показују да ПАЦл побољшава својства цемента, смањује број микропора (врло малих рупа) и матрица постаје гушћа и компактнија, па се отпорност на компресију повећава.

Ефекат се повећава са повећањем садржаја ПАЦл. Студија потврђује да додавање ПАЦл Портланд цементу производи мешавину врхунских механичких и микроструктурних својстава.

Са поли-алуминијум-хлоридом, порозност цемента се смањује и постаје отпорнија. Блацкблацк111. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Референце

1. Ким, Т. и др. (2019). Испитивање утицаја полиалијум-хлорида на својства обичног портланд-цемента. Материјали 2019, 12, 3290. Обновљено са мдпи.цом.
2. Ли, И. ет ал. (2019). Оптимизација флоакуланта од полиалијум-хлорид-хитозана за третирање свињске биоплинске смеше употребом површинске реакционе методе Бок-Бехнкен. Инт. Ј. Енвиронмент. Ресурс Публиц Хеалтх 2019, 16, 996. опорављено са мдпи.цом.
3. Хуббе, М. Полиалуминијум хлорид (ПАЦ). Мини-енциклопедија хемијске хемијске производње. Опоравак од пројецт.нцсу.еду.
4. Танг, Х. и др. (2015). Спецификација, стабилност и механизми коагулације хидроксил алуминијумских кластера формираних од ПАЦл и алум: Критични преглед. Адв Цоллоид Интерфаце Сци 2015; 226 (Пт. А): 78-85. Опоравак од нцби.нлм.них.гов.
5. Боттеро, ЈИ и др. (1980). Студије хидролизованих раствора алуминијум хлорида. 1. Природа врста алуминијума и састав водених раствора. Часопис за физичку хемију, вол. 84, бр. 22, 1980. Преузето са пубс.ацс.орг.
6. Зхао, Х.-З. ет ал. (2009). Високо концентрацијски полиалуминијев хлорид: Припрема и ефекти концентрације Ал на дистрибуцију и трансформацију Ал врста. Цхемицал Енгинееринг Јоурнал 155 (2009) 528-533. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
7. Јиа, З. ет ал. (2004). Синтеза полиалијум-хлорида са мембранским реактором: радни ефекти параметара и реакциони путеви. Енг. Цхем. Рес. 2004, 43, 12-17. Опоравак од пубс.ацс.орг.
8. ГЕО Специалти Хемикалије. Полиалуминијум хлорид (ПАЦ). Опоравак од геосц.цом.