POLYCHLORID HLINITÝ: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, ZÍSKAVANIE, POUŽITIE - CHÉMIA - 2025

Trieda vo vode rozpustných anorganických hliníkových výrobkov , sa nazýva poly chlorid hlinitý , vznikajú pri čiastočnej reakcii chloridu hlinitého AlCl ₃ s bázou. Je to biela až žltá pevná látka. Jeho všeobecný vzorec je často vyjadrená ako AI _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Sú tiež známe ako PAC alebo PACl (chlorid hlinitý).

PAC sú formulované tak, aby obsahovali vysoko katiónové polyméry (súpravy niekoľkých molekúl s mnohými pozitívnymi nábojmi) pozostávajúce z iónov hliníka (Al ³⁺ ), chloridových iónov (Cl ^- ), hydroxylových iónov (OH) ^- a molekúl vody (H) ₂₀ ).

Polychlorid hlinitý (PAC) sa používa na odstraňovanie organických a anorganických látok z vody vo vločkovačoch čistiarní odpadových vôd. Autor: Kubinger. Zdroj: Pixabay.

Najdôležitejší katiónový polymér tohto druhu sa nazýva Al ₁₃ alebo Keggin-Al13, ktorý je veľmi účinný pri úprave vody a v priemysle výroby buničiny a papiera.

V týchto aplikáciách PAC priľnú k povrchu častíc, čo spôsobuje ich vzájomné spojenie a môže sa usadiť, to znamená, spadnúť na dno a môže sa filtrovať.

Úspešne sa testoval aj na zlepšenie vlastností portlandského cementu, pretože modifikuje alebo mení svoju štruktúru na mikroúrovni, čím je cement viac odolný.

štruktúra

PAC alebo PACl sa skladá z radu druhov od monomérov (jedna molekula), dimérov (dve molekuly spojené dohromady), oligomérov (tri až päť molekúl spojených dohromady) až po polyméry (mnoho molekúl spojených dohromady).

Jeho všeobecný vzorec Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Keď sa tieto druhy obsahujú ióny rozpustené vo vode ³⁺ , hydroxylové ióny OH ^- , chloridových iónov Cl ^- a molekúl vody H ₂ O.

Vo vodnom roztoku jeho všeobecný vzorec Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3 x-y) +} , alebo tiež Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3 x-y-2z) +} .

Najužitočnejšie z týchto polymérov je ten, s názvom Al ₁₃ alebo Keggin-Al13, ktorého vzorec je AIO ₄ AI ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ . Druh Al ₁₃ má trojrozmerný tvar.

Odhaduje sa, že prekurzor tejto polykationtové zlúčeniny je AI (OH) ₄ ^- , ktorý má štvorstenný konformácii a nachádza sa v stredu konštrukcie.

názvoslovie

- Polychlorid hlinitý

- PAC (chlorid hlinitý)

- PACl (polyalumíniumchlorid)

- chlorid hlinitý

- polyhydroxychlorid hlinitý

- Hydrochlorid hlinitý alebo ACH (Chlorid hlinitý).

vlastnosti

Fyzický stav

Biela až žltá pevná látka (prášok), ktorá sa tiež získa vo forme vodných roztokov rôznych koncentrácií.

rozpustnosť

Rozpustný vo vode.

Charakteristiky komerčných PAC

Rôzne PAC sa navzájom líšia hlavne dvoma vecami:

- jeho pevnosť vyjadrená ako% aluminy Al ₂ O _3.

- jeho zásaditosť, ktorá označuje množstvo polymérneho materiálu v PAC, a môže sa pohybovať medzi 10% (nízka zásaditosť), 50% (stredná zásaditosť), 70% (vysoká zásaditosť) a 83% (najvyššia zásaditosť, ktorá zodpovedá hydrochloridu hliníku alebo ACH).

Chemické vlastnosti

PAC je druh vo vode rozpustných hliníkových výrobkov. Jeho všeobecný vzorec je často vyjadrená ako AI _n (OH) _m Cl _(3n-m) .

Vzhľadom k tomu, že sa vyrábajú reakciou chloridu hlinitého (AlCl ₃ ) s bázou, Bázicita týchto typov výrobkov závisí na relatívnom množstve OH ^- iónov v porovnaní s množstvom hliníka (Al).

Podľa vzorca Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) , zásaditosť je definovaný ako m / 3N.

Je to flokulant. Má vlastnosti, ako je ľahká adsorpcia na iné častice opačného náboja (prilieha na ich povrch), koagulácia (spojenie niekoľkých častíc, na ktorých bola adsorbovaná) a zrážanie týchto skupín spojených častíc.

PAC môžu byť nestabilné, pretože závisia od pH. Môžu byť žieravé.

Správanie PAC vo vode

Rozpustením PAC vo vode a v závislosti od pH vznikajú rôzne druhy hydroxidu hlinitého (Al-OH).

Hydrolyzuje alebo reaguje s vodou za vzniku monomérov (jednotné molekuly), oligomérov (spojené 3 až 6 molekúl) a polymérov (viac ako 6 viazaných molekúl).

Najdôležitejším druhom je polymér s 13 atómami hliníka, ktorý sa nazýva Keggin-Al13.

Funkcia PAC ako vločkovacieho činidla

Polymér Keggin-Al13 adsorbuje na častice prítomné vo vode, to znamená, že sa lepí na ich povrch a spôsobuje, že sa navzájom spájajú a vytvárajú vločky.

Vločky sú skupiny veľmi malých častíc aglutinovaných alebo spojených, aby vytvorili väčšie štruktúry, ktoré môžu sedimentovať, to znamená, ísť až na dno vodného roztoku.

Po vytvorení vločiek, keď sú dostatočne veľké, idú na dno a vodný roztok je čistý.

Flokulačné a sedimentačné nádrže čistiarne odpadových vôd, v ktorých je možné použiť chlorid hlinitý (PAC). Qualit-E na anglickej Wikipédii. Zdroj: Wikimedia Commons.

získanie

Riešenie PAC alebo Pácl sa všeobecne získajú pridaním bázy alebo alkalický roztok k roztoku chloridu hlinitého (AlCl ₃ ).

Pre vysoký množstvo Al ₁₃ polymérov, ktoré majú byť získané, bázy alebo alkálie, ktorá sa pridáva, nesmie poskytovať OH ióny ^- príliš rýchlo alebo príliš pomaly.

Niektoré štúdie naznačujú, že je ťažké vyrobiť stabilnú vysokú koncentráciu AI ₁₃ pomocou NaOH, pretože uvoľňuje ióny OH ^- príliš rýchlo do vody.

Z tohto dôvodu základné vápnika sú výhodné (Ca), zlúčeniny, ktoré majú nízku rozpustnosť vo vode, a tým k uvoľneniu hydroxylové ióny ^- pomaly. Jednou z týchto zásaditých zlúčenín vápnika je oxid vápenatý CaO.

Tu sú kroky, ktoré sa vyskytujú pri tvorbe PAC.

hydrolýza

Keď sa soli hliníka (iii) rozpustia vo vode, nastane spontánna hydrolytická reakcia, pri ktorej katión hliníka Al3 ⁺ odoberá hydroxylové ióny OH ^- z vody a viaže sa na ne, pričom zostávajú voľné protóny H ⁺ :

Al ³⁺ + H ₂ O → AI (OH) ²⁺ + H ⁺

Al ³⁺ + 2 H ₂ O → AI (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

Tomu pomáha pridanie zásady, to znamená OH ^- iónov . Hliníkový ión Al ³⁺ sa stále viac spája s OH ^- aniónmi :

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

Okrem toho, druhy, ako je Al (H ₂ O) ₆ ^{3+ sú vytvorené} , to znamená, že iónom hliníka viazanej alebo koordinovaný s šiestimi molekulami vody.

polymerizácie

Potom sa vytvoria väzby medzi týmito druhmi, čím sa vytvoria diméry (sady 2 molekúl) a triméry (sady 3 molekúl), ktoré sa transformujú na oligoméry (sady 3 až 5 molekúl) a polyméry (sady mnohých spojených molekúl).

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

Tento typ druhov je spojený OH mostíky medzi sebou navzájom a s Al (H ₂ O) ₆ ^3+, tvoriaci sadu molekúl, ktoré sa nazývajú hydroxylové komplexy alebo polykationty alebo hydroxypolymers.

Všeobecný vzorec týchto katiónových polymérov Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3 x-y) +} , alebo tiež Al _x O _Z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3 x-y-2Z) +} ,

Dôležitosť polyméru

Najužitočnejšie z týchto polymérov je považovaná za tzv Al ₁₃ , ktorého vzorec je AIO ₄ AI ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ^{7 +} , a to je tiež známe ako Keggin-Al13.

Jedná sa o druh so 7 kladných nábojov (to je, heptavalent katión), s 13 atómami hliníka, 24 OH jednotky, 4 atómy kyslíka, a 12 vody H ₂ O jednotky .

aplikácia

- Pri úprave vody

PACl je komerčný produkt na úpravu vody a jej pitie (čistej a pitnej). Umožňuje tiež čistenie odpadových a priemyselných vôd.

Voda sa môže pripraviť na pitie, ak sa spracuje s chloridom hlinitým (PAC). Autor: ExplorerBob. Zdroj: Pixabay.

Používa sa ako koagulačné činidlo v procesoch zlepšovania vody. Je účinnejší ako síran hlinitý. Jeho výkonnosť alebo správanie závisí od prítomných druhov, ktoré závisia od pH.

Ako to funguje

PACl umožňuje koaguláciu organických materiálov a minerálnych častíc. Koagulát znamená, že zlúčeniny, ktoré sa majú eliminovať, prechádzajú z rozpustenia na tuhé. To sa dosahuje prostredníctvom interakcií kladných nábojov s negatívnymi nábojmi materiálov, ktoré sa majú zrážať.

Predpokladá sa, že druhy Al ₁₃ , ktoré majú toľko pozitívnych nábojov (+7), sú najúčinnejšie pri neutralizácii nábojov. Potom medzi formami častíc vznikajú mostíky, ktoré sa zhlukujú a vytvárajú vločky.

Tieto vločky sú veľmi ťažké a majú sklon k vyzrážaniu alebo usadzovaniu, to znamená k dnu nádoby, ktorá obsahuje upravovanú vodu. Týmto spôsobom môžu byť odstránené filtráciou.

Polychlorid hlinitý (PAC) sa používa na sedimentovanie organických a anorganických látok v čistiarňach odpadových vôd. US Army Corps of Engineers photo. Zdroj: Wikimedia Commons.

výhoda

PAC je lepší ako síran hlinitý, pretože má lepšiu výkonnosť pri nízkych teplotách, zanecháva menej zvyškov hliníka, vytvára menší objem kalu, menší vplyv na pH vody a tvoria sa rýchlejšie a väčšie vločky. To všetko uľahčuje sedimentáciu pre následnú filtráciu.

Bazénová voda sa môže čistiť poly-chloridom hlinitým (PAC). Autor: Kalhh. Zdroj: Pixabay.

- V celulózovom a papierenskom priemysle

PAC je zvlášť účinný pri modifikácii koloidných plnív pri výrobe papiera. Koloidné nálože sú náboje suspendovaných pevných látok v zmesiach na výrobu papierovej buničiny.

Umožňuje zrýchlenie odtokovej rýchlosti (eliminácia vody) najmä v neutrálnych a zásaditých podmienkach a pomáha pri zadržiavaní tuhých látok. Pevné látky sú tie, ktoré neskôr pri sušení tvoria papier.

V tejto aplikácii sa používajú PAC s nízkou (0-17%) a strednou (17-50%) zásaditosťou.

V celulózkach a papierňach sa na sedimentáciu používa polychlorid hlinitý (PAC). Autor: 151390. Zdroj: Pixabay.

- Zlepšiť cement

Nedávno (2019) sa testovalo pridávanie PACl do portlandského cementu. Zistilo sa, že prítomnosť iónov Cl ^- chloridu a polymérnych hliníkových skupín mení štruktúru cementu. Odhaduje sa, že komplexné soli vzorca 3CaO.Al ₂ O ₃ .CaCl ₂ .10H ₂ O sú vytvorené.

Stavebný cement je možné vylepšiť polyalumíniumchloridom (PAC). Skeeze. Zdroj: Wikimedia Commons.

Výsledky naznačujú, že PACl zlepšuje vlastnosti cementu, znižuje počet mikropórov (veľmi malé otvory) a matrica je hustejšia a kompaktnejšia, a preto sa zvyšuje odolnosť proti stlačeniu.

Účinok sa zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom PACl. Štúdia potvrdzuje, že pridaním PACl do portlandského cementu sa získa zmes s vynikajúcimi mechanickými a mikroštrukturálnymi vlastnosťami.

S chloridom hlinitým klesá pórovitosť cementu a stáva sa odolnejším. Blackblack111. Zdroj: Wikimedia Commons.

Referencie

1. Kim, T. a kol. (2019). Skúmanie účinkov polyaluminiumchloridu na vlastnosti bežného portlandského cementu. Materiály 2019, 12, 3290. Získané z mdpi.com.
2. Li, Y. a kol. (2019). Optimalizácia vločkovacieho činidla polyaluminiumchlorid-chitosan na ošetrenie suspenzie bioplynu z ošípaných s použitím metódy Box-Behnken Response Surface Surface. Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 996. Získané z mdpi.com.
3. Hubbe, M. Polyaluminium Chloride (PAC). Mini-encyklopédia výroby papiera za mokra. Obnovené z projects.ncsu.edu.
4. Tang, H. a kol. (2015). Mechanizmy špekulácie, stability a koagulácie hydroxylových hliníkových zhlukov tvorených PACl a kamencom: kritický prehľad. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78 - 85. Získané z ncbi.nlm.nih.gov.
5. Bottero, JY a kol. (1980). Štúdie hydrolyzovaných roztokov chloridu hlinitého. 1. Povaha druhov hliníka a zloženie vodných roztokov. The Journal of Physical Chemistry, zv. 84, č. 22, 1980. Zdroj: pubs.acs.org.
6. Zhao, H.-Z. a kol. (2009). Vysoko koncentrovaný polyalumíniumchlorid: Príprava a účinky koncentrácie Al na distribúciu a transformáciu druhov Al. Chemical Engineering Journal 155 (2009) 528-533. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
7. Jia, Z. a kol. (2004). Syntéza polyaluminiumchloridu s membránovým reaktorom: účinky prevádzkových parametrov a reakčné dráhy. Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 12-17. Obnovené z adresy pubs.acs.org.
8. GEO špeciálne chemikálie. Chlorid hlinitý (PAC). Obnovené z lokality geosc.com.