聚合氯化铝絮凝机理探讨_唐婉莹

第21卷第4期南京理工大学学报Vol.21No.41997年8月JournalofNanjingUniversityofScienceandTechnologyAug.1997聚合氯化铝絮凝机理探讨唐婉莹翟宇峰王连军周申范(南京理工大学化工学院,南京210094)摘要聚合氯化铝(PAC)是一种应用很广的无机高分子絮凝剂。就目前国内外对聚合氯化铝的研究状况,重点介绍了其形态分布及研究方法,水解—聚合机理、絮凝机理,各形态组分的结构以及表征其性质的参数,提出了Al3+在水解过程中通过Al13及六元环形成三维骨架结构及层状结构的聚合模式,并对PAC今后应该着重研究的方向发表了看法。关键词凝聚,机理,水解,聚合;聚合氯化铝,形态分布分类号TQ623.5,TO133.1聚合氯化铝(PAC)是一种应用很广的水处理剂。其改性产品和其它水处理剂,如聚丙烯酰胺混合使用具有更好的水处理效果。在PAC的研究方面,目前多偏重于应用研究,对基础研究工作重视不够,这在一定程度上限制了人们对PAC的认识[1]。PAC也称碱式氯化铝(BAC),化学式为[Al2(OH)nCl6-n]m,n=1～5,m≤10。前者强调“聚合”二字,后者强调在其组成中“羟基”的存在。其实PAC这名称和上述化学式的写法都未反映出该聚合物本质。建议采用氯化聚合铝,其化学式可表示为Aln(OH)mCl3n-m或Aln(OH)mOpCl3n-m-2p。n为聚合度,n、m、p为正整数(p可为零)。目前PAC基础研究主要有如下几个方面。1形态分布及其研究方法论述铝盐水解聚合大致归纳为两种观点。一是认为其形态是由单体到高聚物逐步演变且连续分布,在一定条件下各种形态存在的相对比例由水解一聚合平衡所确定[2];二是认为其形态只是集中于几种形式,且可相互直接转化,在不同条件下占有不同比例[3]。上述两种观点的正确性只有进行更精确的实验和深入的基础研究才能得到进一步阐明。目前可将铝盐水解—聚合产物粗略归纳如下,单体:[Al(H2O)6]3+,[Al(OH)(H2O)5]2+,[Al(OH)2(H2O)4]+,Al(OH)3(H2O)3,Al(OH)-4;Al(OH)52-;二聚体:Al2(OH)4+2,Al2(OH)+5,Al2(OH)-7;多聚体:Al3(OH)5+4,Al3(OH)4+5,Al3(OH)3+6,Al3(OH)+8,Al3(OH)-10,Al4(OH)6+6,Al4(OH)4+8,Al4(OH)3+9,Al6(OH)8+10,Al6(OH)6+12,Al6(OH)4+14,Al6唐婉莹女33岁博士本文于1996年11月11日收到*南京理工大学科研发展基金资助项目DOI:10.14177/j.cnki.32-1397n.1997.04.010(OH)3+15,Al7(OH)5+16,Al8(OH)8+16,Al8(OH)4+20,Al10(OH)8+22,Al13O4(OH)7+24,Al13(OH)7+32,Al15(OH)7+38,Al24(OH)12+60,Al54(OH)18+144。确定其产物形态分布的方法主要有电位滴定,分光光度,光散射,红外光谱,小角X射线衍射,核磁共振等[4]。核磁共振(27AlNMR)技术直接用于鉴定Al(Ⅲ)盐水解—聚合产物形态结构,是70年代以后逐渐发展起来的一种方法。2水解—聚合机理由于鉴定Al(Ⅲ)盐水解—聚合产物中所有各个组分形态的方法目前尚未确立,因此从实验上建立水解—聚合动力学方程还是不可能的。Al(Ⅲ)盐水解—聚合的机理只能根据推测得到。实验事实是,在Al(Ⅲ)盐水解—聚合过程中形成的Al13O4(OH)7+24,由一个四配位四面体铝AlO4通过氧桥和周围12个六配位八面体铝结合而成,当羟铝比B>2.8时,Al13中的四面体铝AlO4逐渐消失,最后在B=3时,形成无定形Al(OH)3。Al(OH)3是层状结构,每一层都由六配位的八面体铝通过羟桥互相联结而成六元环,六元环共边形成单层结构,层与层再相互堆积成三维结构。由此得出,(1)欲形成AlO4Al12(OH)7+24,必须形成四配位的AlO4,在Al(Ⅲ)盐水解—聚合过程中,六配位铝与四配位铝在121的情况下,形成最多的AlO4Al12(OH)7+24。如果PAC的活性组分为Al13,就可以为制备PAC提供有用的信息。(2)在Al(Ⅲ)盐水解—聚合最后形成Al(OH)3的过程中,包含四配位铝的组分Al13是不稳定的。在Al(Ⅲ)的水化物焙烧脱水最后形成α-Al2O3的过程中,包含四配位铝体系的γ-Al2O3也是不稳定的,不稳定的体系往往具有较高的活性。3混凝机理目前一致认为,PAC对水中胶体颗粒或胶体污染物的混凝是Al(Ⅲ)盐水解—聚合产物对其进行电性中和、脱稳和吸附架桥作用生成粗颗粒