ALUMINYO POLYCHLORIDE: ISTRAKTURA, MGA KATANGIAN, PAGKUHA, GINAGAMIT - CHEMISTRY - 2025

Ang isang klase ng mga produktong hindi natunaw ng tubig na may organikong aluminyo ay tinatawag na poly aluminyo klorida , na nabuo ng bahagyang reaksyon ng aluminyo klorida AlCl _{3 na} may isang base. Ito ay isang puti hanggang dilaw na solid. Ang pangkalahatang pormula nito ay madalas na ipinahayag bilang Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Kilala rin sila bilang PAC o PACl (PolyAluminum Chloride).

Ang mga PAC ay nabalangkas sa isang paraan na naglalaman sila ng lubos na cationic polymers (mga hanay ng maraming mga molekula na may maraming mga positibong singil) na binubuo ng mga aluminyo ion (Al ³⁺ ), mga klorida na ion (Cl ^- ), mga hydroxyl ion (OH) ^- at mga molekula ng tubig (H ₂ O).

Ginagamit ang Poly Aluminum Chloride (PAC) upang alisin ang organik at hindi organikong bagay mula sa tubig sa mga flocculators ng mga halaman ng paggamot ng wastewater. May-akda: Kubinger. Pinagmulan: Pixabay.

Ang pinakamahalagang cationic polymer ng mga species na ito ay tinatawag na Al ₁₃ o Keggin-Al13 na kung saan ay napaka-epektibo sa paggamot ng tubig at sa industriya ng pulp at industriya ng paggawa ng papel.

Sa mga application na ito, ang mga PAC ay sumunod sa ibabaw ng mga particle na nagdudulot sa kanila na magtali at maaaring manirahan, iyon ay, mahulog sa ilalim at maaaring mai-filter.

Matagumpay din itong nasubok upang mapagbuti ang mga katangian ng Portland semento, dahil binabago o binabago nito ang istraktura sa isang antas ng micro at ginagawa nitong mas lumalaban ang semento.

Istraktura

Ang PAC o PACl ay binubuo ng isang serye ng mga species na sumasaklaw mula sa mga monomer (isang solong molekula), mga dimer (dalawang molekula na sumama), mga oligomer (tatlo hanggang limang molekula ay nagsama-sama) sa mga polymer (maraming mga molekula na sumama).

Ang pangkalahatang pormula nito ay ang Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Kapag ang mga species na ito ay naglalaman ng mga ion Isang natunaw sa tubig ³⁺ , hydroxyl ion OH ^- , chloride ions Cl ^- at mga molekula ng tubig H ₂ O.

Sa isang tubig na solusyon ang pangkalahatang pormula nito ay ang Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} o din ang Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

Ang pinaka-kapaki-pakinabang sa mga polimer na ito ay ang tinatawag na Al ₁₃ o Keggin-Al13 na ang pormula ay AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ . Ang species na Al ₁₃ ay may three-dimensional na hugis.

Tinatayang ang prekursor ng polycation na ito ay ang Al (OH) ₄ ^- , na may pagbabagong tetrahedral at matatagpuan sa gitna ng istraktura.

Pangngalan

- Aluminyo polychloride

- PAC (Poly Aluminum Chloride)

- PACl (Poly Aluminum Chloride)

- Polyaluminum Chloride

- Aluminyo polyhydroxychloride

- Aluminyo hydrochloride o ACH (Aluminum ChlorHydrate).

Ari-arian

Pisikal na estado

Puti hanggang dilaw na solid (pulbos) na nakuha din sa anyo ng isang may tubig na solusyon ng iba't ibang mga konsentrasyon.

Solubility

Natutunaw sa tubig.

Mga katangian ng komersyal na PAC

Ang iba't ibang mga PAC ay naiiba sa bawat isa higit sa lahat sa pamamagitan ng dalawang bagay:

- Ang lakas nito, na ipinahayag bilang% ng alumina Al ₂ O _3.

- Ang pangunahing kaalaman nito, na nagpapahiwatig ng dami ng polymeric material sa PAC, at maaaring mag-iba sa pagitan ng 10% (mababang katwiran), 50% (medium basicity), 70% (mataas na pagiging simple) at 83% (pinakamataas na pagiging pangunahing, tumutugma sa aluminyo hydrochloride o ACH).

Mga katangian ng kemikal

Ang PAC ay isang uri ng mga produktong nalulusaw sa tubig na aluminyo. Ang pangkalahatang pormula nito ay madalas na ipinahayag bilang Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) .

Dahil ang mga ito ay ginawa sa pamamagitan ng reaksyon ng aluminyo klorido (AlCl ₃ ) na may isang batayan, ang pagiging pangunahing ng mga uri ng mga produktong ito ay nakasalalay sa kamag-anak na halaga ng mga OH ^- ion kumpara sa dami ng aluminyo (Al).

Ayon sa pormula ng Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) , ang pagiging pangunahing ay tinukoy bilang m / 3n.

Ito ay isang flocculant. Mayroon itong mga pag-aari tulad ng kadalian ng adsorption sa iba pang mga particle ng kabaligtaran na singil (ito ay sumasabay sa ibabaw ng mga ito), coagulation (unyon ng ilang mga partido na kung saan ito ay na-adsorbed) at pag-ulan ng mga pangkat na ito ng mga nagkakaisang partido.

Ang mga PAC ay maaaring hindi matatag dahil nakasalalay sila sa pH. Maaari silang maging kinakaingatan.

Pag-uugali ng PAC sa tubig

Sa pamamagitan ng pagtunaw ng PAC sa tubig at depende sa pH, nabuo ang iba't ibang mga species ng aluminyo-hydroxyl (Al-OH).

Ito ay hydrolyzes o reaksyon sa tubig upang makabuo ng mga monomer (unitary molekula), oligomer (3 hanggang 6 na mga molekula na naka-link) at polimer (higit sa 6 na naka-link na molekula).

Ang pinakamahalagang species ay isang polimer na may 13 aluminyo atoms, na tinatawag na Keggin-Al13.

Pag-andar ng PAC bilang isang flocculant

Ang Keggin-Al13 polimer adsorbs sa mga particle na naroroon sa tubig, iyon ay, nananatili ito sa ibabaw ng mga ito, at nagiging sanhi ng mga ito upang magdagdag sa bawat isa, na bumubuo ng mga flocs.

Ang mga flocs ay mga grupo ng napakaliit na mga particle na pinagsama o nagkakaisa upang makabuo ng mas malalaking istruktura na maaaring mapalagan, iyon ay, pumunta sa ilalim ng may tubig na solusyon.

Pagkatapos mabuo ang mga flocs, kapag malaki ang mga ito pumunta sila sa ilalim at malinis ang may tubig na solusyon.

Ang tangke ng flocculation at sedimentation ng isang planta ng paggamot sa tubig kung saan maaaring magamit ang poly aluminyo klorida (PAC). Qualit-E sa English Wikipedia. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Pagkuha

Ang mga solusyon sa PAC o PACl ay pangkalahatang nakuha sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang base o alkalina na solusyon sa isang solusyon ng aluminyo klorida (AlCl ₃ ).

Para sa isang mataas na halaga ng Al ₁₃ polymers na makuha, ang base o alkali na idinagdag ay hindi dapat magbigay ng mga ion ng OH ^- masyadong mabilis o masyadong mabagal.

Ang ilang mga pag-aaral ay nagpapahiwatig na mahirap makagawa ng isang matatag na mataas na konsentrasyon ng Al ₁₃ gamit ang NaOH dahil pinakawalan nito ang mga ion ng OH ^- napakabilis sa tubig.

Para sa kadahilanang ito ang mga pangunahing calcium (Ca) compound ay ginustong, na may mababang solubility sa tubig at sa gayon ay pinakawalan ang mga ion ng OH ^- mabagal. Ang isa sa mga pangunahing sangkap ng calcium na ito ay ang calcium oxide CaO.

Narito ang mga hakbang na nagaganap para sa pagbuo ng PAC.

Hydrolysis

Kapag ang mga asing-gamot ng aluminyo (iii) natunaw sa tubig, ang isang kusang reaksyon ng hydrolysis ay nangyayari kung saan ang aluminyo Al ³⁺ cation ay tumatagal ng mga hydroxyl ion OH ^- mula sa tubig at nagbubuklod sa kanila, nag-iiwan ng mga libreng proton H ⁺ :

Al ³⁺ + H ₂ O → Al (OH) ²⁺ + H ⁺

Al ³⁺ + 2 H ₂ O → Al (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

Ito ay tinulungan sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang alkali, iyon ay, OH ^- ion . Ang aluminyo ion Al ³⁺ ay lalong sumasali sa OH ^- anions :

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

Bilang karagdagan, ang mga species tulad ng Al (H ₂ O) ₆ ^{3+ ay nabuo} , iyon ay, isang aluminyo na nakatali o nakikipag-ugnay sa anim na molekula ng tubig.

Polymerization

Pagkatapos ay nabuo ang mga bono sa pagitan ng mga species na ito, na bumubuo ng mga dimer (mga hanay ng 2 mga molekula) at mga trimer (mga hanay ng 3 molekula) na binago sa mga oligomer (mga hanay ng 3 hanggang 5 na mga molekula) at mga polimer (mga hanay ng maraming mga sumali na molekula).

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

Ang ganitong uri ng species ay sinamahan ng mga tulay ng OH sa bawat isa at kasama ang Al (H ₂ O) ₆ ^{3+, na} bumubuo ng mga hanay ng mga molekula na tinatawag na mga hydroxy complexes o polycations o hydroxypolymers.

Ang pangkalahatang pormula ng mga cationic polymers na ito ay Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} o din ang Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

Kahalagahan polimer

Ang pinaka-kapaki-pakinabang ng mga polimer na ito ay naisip na tinatawag na Al _{13 na} ang pormula ay AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ , at kilala rin ito bilang Keggin-Al13.

Ito ay isang species na may 7 positibong singil (iyon ay, isang nakakapangit na cation) na may 13 aluminyo atoms, 24 na yunit ng OH, 4 na oxygen atoms, at 12 tubig H ₂ O na yunit .

Aplikasyon

- Sa paggamot ng tubig

Ang PACl ay isang komersyal na produkto upang gamutin ang tubig at gawin itong maiinom (malinis at maiinom). Pinapayagan din nito ang pagpapagamot ng basura at pang-industriya na tubig.

Ang tubig ay maaaring maiinom kung ito ay ginagamot sa poly aluminyo klorida (PAC). May-akda: ExplorerBob. Pinagmulan: Pixabay.

Ginagamit ito bilang isang coagulation agent sa mga proseso ng pagpapabuti ng tubig. Ito ay mas epektibo kaysa sa aluminyo sulpate. Ang pagganap o pag-uugali nito ay nakasalalay sa mga species na naroroon, na nakasalalay sa pH.

Paano ito gumagana

Pinapayagan ng PACl ang mga organikong materyal at mga particle ng mineral na coagulated. Ang coagulate ay nangangahulugang ang mga compound na aalisin ay mula sa matunaw na maging solid. Ito ay nakamit sa pamamagitan ng mga pakikipag-ugnayan ng mga positibong singil nito sa mga negatibong mga materyales na mapapalakas.

Ito ay pinaniniwalaan na ang Al ₁₃ species , na mayroong napakaraming positibong singil (+7), ang pinaka-epektibo sa pag-neutralize ng mga singil. Pagkatapos doon ay ang pagbuo ng mga tulay sa pagitan ng mga particle na nagpapalaki at bumubuo ng mga flocs.

Ang mga flocs na ito, na napakabigat, ay may posibilidad na umunlad o tumira, iyon ay, upang pumunta sa ilalim ng lalagyan na naglalaman ng tubig na ginagamot. Sa ganitong paraan maaari silang matanggal sa pamamagitan ng pagsala.

Ang poly aluminyo klorida (PAC) ay ginagamit upang paglipad organik at bagay na hindi bagay sa mga halaman ng paggamot ng wastewater. Larawan ng US Army Corps ng Engineers. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Kalamangan

Ang PAC ay mas mahusay kaysa sa aluminyo sulpate dahil ito ay may mas mahusay na mababang temperatura ng pagganap, nag-iiwan ng mas kaunting aluminyo na nalalabi, gumagawa ng mas kaunting dami ng putik, hindi gaanong epekto sa pH ng tubig, at mas mabilis at mas malaking flocs ay nabuo. Ang lahat ng kung saan pinapagana ang sedimentation para sa kasunod na pagsasala.

Ang tubig sa pool ay maaaring linisin na may poly aluminyo klorida (PAC). May-akda: Kalhh. Pinagmulan: Pixabay.

-Sa industriya ng pulp at papel

Lalo na epektibo ang PAC sa pagbabago ng mga colloidal filler sa paggawa ng papel. Ang mga singil sa koloidal ay ang mga singil ng nasuspinde na solido sa mga mixtures upang makagawa ng pulp ng papel.

Pinapayagan nitong mapabilis ang bilis ng kanal (pag-aalis ng tubig) lalo na sa mga neutral at mga kondisyon ng alkalina, at tumutulong sa pagpapanatili ng mga solido. Ang mga solido ay ang mga kalaunan, kapag ang pagpapatayo, form ang papel.

Sa application na ito PAC na may mababang (0-17%) at daluyan (17-50%) na mga pangunahing katangian ay ginagamit.

Sa mga pulp at papel mills, ang poly aluminyo klorida (PAC) ay ginagamit upang makatulong sa proseso ng sedimentation. May-akda: 151390. Pinagmulan: Pixabay.

- Upang mapabuti ang semento

Kamakailan (2019) ang pagdaragdag ng PACl sa semento ng Portland ay nasubok. Napagpasyahan na ang pagkakaroon ng mga Cl ^- chloride ions at ng mga polymeric na mga grupo ng aluminyo ay nagbabago ng istraktura ng semento. Tinatayang ang mga kumplikadong asing-gamot ng formula 3CaO.Al ₂ O ₃ .CaCl ₂ .10H ₂ O ay nabuo.

Ang semento ng konstruksyon ay maaaring mapahusay sa poly aluminyo klorida (PAC). Sungit. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang mga resulta ay nagpapahiwatig na pinapabuti ng PACl ang mga katangian ng semento, binabawasan ang bilang ng mga micropores (napakaliit na butas) at ang matrix ay nagiging mas siksik at siksik, samakatuwid ang paglaban sa pagtaas ng compression.

Ang pagtaas ng epekto sa pagtaas ng nilalaman ng PACl. Kinumpirma ng pag-aaral na ang pagdaragdag ng PACl sa semento ng Portland ay gumagawa ng isang halo na may higit na mahusay na mga katangian ng mekanikal at microstructural.

Sa poly aluminyo klorido, ang porosity ng semento ay bumababa at nagiging mas lumalaban ito. Blackblack111. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Mga Sanggunian

1. Kim, T. et al. (2019). Pagsisiyasat ng Mga Epekto ng Polyaluminum Chloride sa Mga Katangian ng Ordinaryong Portland Cement. Mga materyales 2019, 12, 3290. Nabawi mula sa mdpi.com.
2. Li, Y. et al. (2019). Ang pag-optimize ng Polyaluminum Chloride-Chitosan Flocculant para sa Paggamot sa Baboy Biogas Slurry Gamit ang Paraan ng Paraan ng Resulta ng Box-Behnken. Int. J. Kalikasan. Kalusugan ng Pampublikong Kalusugan 2019, 16, 996. Nabawi mula sa mdpi.com.
3. Hubbe, M. Polyaluminum Chloride (PAC). Mini-Encyclopedia ng Papermaking Wet-End Chemistry. Nabawi mula sa mga proyekto.ncsu.edu.
4. Tang, H. et al. (2015). Ang mga mekanismo ng pagpapahalaga, katatagan, at coagulation ng mga kumpol ng hydroxyl aluminyo na nabuo ng PACl at alum: Isang kritikal na pagsusuri. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78-85. Nabawi mula sa ncbi.nlm.nih.gov.
5. Bottero, JY et al. (1980). Mga pag-aaral ng Hydrolized Aluminum Chloride Solutions. 1. Kalikasan ng Mga species ng aluminyo at Komposisyon ng Aqueous Solutions. Ang Journal of Physical Chemistry, Tomo 84, No. 22, 1980. Nakuha mula sa pubs.acs.org.
6. Zhao, H.-Z. et al. (2009). Mataas na konsentrasyon polyaluminum chloride: Paghahanda at epekto ng konsentrasyon ng Al sa pamamahagi at pagbabagong-anyo ng mga species ng Al. Chemical Engineering Journal 155 (2009) 528-533. Nabawi mula sa sciencedirect.com.
7. Jia, Z. et al. (2004). Sintesis ng Polyaluminum Chloride na may isang Membrane Reactor: Operating Parameter effects at Reaction Pathways. Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 12-17. Nabawi mula sa pubs.acs.org.
8. Ang GEO Specialty Chemical. Polyaluminum Chloride (PAC). Nabawi mula sa geosc.com.