POLICHLOREK GLINU: BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, OTRZYMYWANIE, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Klasy produktów aluminiowych nieorganiczne rozpuszczalne w wodzie nazywa polichlorku glinu utworzona przez częściową reakcję chlorku glinu AlCl ₃ z zasadą. Jest to ciało stałe o barwie od białej do żółtej. Jego ogólny wzór jest często wyrażany jako Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Znane są również jako PAC lub PACl (polichlorek glinu).

PAC są formułowane w taki sposób, że zawierają silnie kationowe polimery (zestawy kilku cząsteczek z wieloma dodatnimi ładunkami) złożone z jonów glinu (Al ³⁺ ), jonów chlorkowych (Cl ^- ), jonów hydroksylowych (OH) ^- i cząsteczek wody (H ₂ O).

Polichlorek glinu (PAC) służy do usuwania substancji organicznych i nieorganicznych z wody we flokulatorach oczyszczalni ścieków. Autor: Kubinger. Źródło: Pixabay.

Najważniejszym kationowym polimerem tych gatunków jest Al ₁₃ lub Keggin-Al13, który jest bardzo skuteczny w uzdatnianiu wody oraz w przemyśle celulozowo-papierniczym.

W tych zastosowaniach PAC przylegają do powierzchni cząstek, powodując ich wiązanie i osadzanie się, to znaczy opadanie na dno i można je filtrować.

Z powodzeniem został również przetestowany pod kątem poprawy właściwości cementu portlandzkiego, ponieważ modyfikuje lub zmienia jego strukturę na poziomie mikro, co czyni cement bardziej odpornym.

Struktura

PAC lub PACl składa się z szeregu gatunków, od monomerów (pojedyncza cząsteczka), dimerów (dwie połączone ze sobą cząsteczki), oligomerów (od trzech do pięciu połączonych ze sobą cząsteczek) po polimery (wiele połączonych ze sobą cząsteczek).

Jego ogólny wzór to Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Gdy te rodzaje zawierają jony A rozpuszczone w wodzie ³⁺ , jony hydroksylowe OH ^- , jony chlorkowe Cl ^- i cząsteczki wody H ₂ O.

W roztworze wodnym jego ogólny wzór to Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} lub także Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

Najbardziej przydatnym z tych polimerów jest polimer zwany Al ₁₃ lub Keggin-Al13, którego wzór to AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ . Gatunek Al ₁₃ ma trójwymiarowy kształt.

Szacuje się, że prekursorem tej polikationu jest Al (OH) ₄ ^- , który ma konformację czworościenną i znajduje się w środku struktury.

Nomenklatura

- Polichlorek glinu

- PAC (polichlorek glinu)

- PACl (polichlorek glinu)

- Chlorek poliglinu

- Polihydroksychlorek glinu

- Chlorowodorek glinu lub ACH (chlorowodorek glinu).

Nieruchomości

Stan fizyczny

Białe do żółtego ciało stałe (proszek), które jest również otrzymywane w postaci wodnych roztworów o różnych stężeniach.

Rozpuszczalność

Rozpuszczalny w wodzie.

Charakterystyka komercyjnych publicznie dostępnych komputerów

Różne PAC różnią się od siebie głównie dwiema rzeczami:

- Jego wytrzymałość wyrażona w% tlenku glinu Al ₂ O _3.

- Jego zasadowość, która wskazuje ilość materiału polimerowego w PAC i może wahać się od 10% (niska zasadowość), 50% (średnia zasadowość), 70% (wysoka zasadowość) i 83% (najwyższa zasadowość, która odpowiada chlorowodorkowi glinu lub ACH).

Właściwości chemiczne

PAC to rodzaj rozpuszczalnych w wodzie produktów aluminiowych. Jego ogólny wzór jest często wyrażany jako Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) .

Ponieważ są one wytwarzane w reakcji chlorku glinu (AlCl ₃ ) z zasadą, zasadowość tego typu produktów zależy od względnej ilości jonów OH ^{- w} porównaniu z ilością glinu (Al).

Zgodnie ze wzorem Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) zasadowość określa się jako m / 3n.

Jest flokulantem. Posiada właściwości takie jak łatwość adsorpcji na innych cząstkach o przeciwnym ładunku (przylega do ich powierzchni), koagulację (połączenie kilku cząstek, na których został zaadsorbowany) oraz wytrącanie tych grup zjednoczonych cząstek.

PAC mogą być niestabilne, ponieważ zależą od pH. Mogą powodować korozję.

Zachowanie PAC w wodzie

Rozpuszczając PAC w wodzie i w zależności od pH, powstają różne rodzaje hydroksyloglinu (Al-OH).

Hydrolizuje lub reaguje z wodą, tworząc monomery (jednolite cząsteczki), oligomery (3 do 6 połączonych cząsteczek) i polimery (więcej niż 6 połączonych cząsteczek).

Najważniejszym gatunkiem jest polimer z 13 atomami glinu, który nazywa się Keggin-Al13.

Funkcja PAC jako flokulanta

Polimer Keggin-Al13 adsorbuje się na cząstkach obecnych w wodzie, to znaczy przykleja się do ich powierzchni i powoduje ich łączenie się, tworząc kłaczki.

Kłaczki to grupy bardzo małych cząstek zlepionych lub połączonych, tworząc większe struktury, które mogą osadzać się, to znaczy spływać na dno roztworu wodnego.

Po utworzeniu kłaczków, gdy są wystarczająco duże, opadają na dno, a wodny roztwór jest czysty.

Zbiorniki flokulacyjne i sedymentacyjne stacji uzdatniania wody, w których można stosować polichlorek glinu (PAC). Qualit-E w angielskiej Wikipedii. Źródło: Wikimedia Commons.

Otrzymywanie

Roztworów PAC lub PACl otrzymuje się na ogół przez dodanie zasady lub zasadowego roztworu do roztworu chlorku glinu (AlCl ₃ ).

W przypadku dużej ilości Al ₁₃ polimerów można uzyskać, podstawę lub zasady dodaje się nie uwalniają jony OH ^- zbyt duża i nie jest zbyt powolny.

Niektóre badania wskazują, że trudno jest uzyskać stabilne wysokie stężenie Al ₁₃ przy użyciu NaOH, ponieważ uwalnia on jony OH ^- zbyt szybko do wody.

Z tego powodu korzystne są podstawowym wapnia (Ca), związki, które mają niską rozpuszczalność w wodzie i w ten sposób uwalniają jony OH, ^- powoli. Jednym z tych podstawowych związków wapnia jest tlenek wapnia CaO.

Oto kroki, które mają miejsce podczas tworzenia PAC.

Hydroliza

Gdy sole glinu (iii) rozpuszczają się w wodzie, zachodzi spontaniczna reakcja hydrolizy, w której kation glinu Al ³⁺ pobiera jony hydroksylowe OH ^- z wody i wiąże się z nimi, pozostawiając wolne protony H ⁺ :

Al ³⁺ + H ₂ O → Al (OH) ²⁺ + H ⁺

Al ³⁺ + 2 H ₂ O → Al (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

Jest to wspomagane przez dodanie zasady, czyli jonów OH ^- . Jon glinu Al ³⁺ coraz częściej łączy się z anionami OH ^- :

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

Ponadto ^powstają takie gatunki, jak Al (H ₂ O) ₆ ³⁺ , to znaczy jon glinu związany lub skoordynowany z sześcioma cząsteczkami wody.

Polimeryzacja

Następnie między tymi gatunkami powstają wiązania, tworząc dimery (zestawy po 2 cząsteczki) i trimery (zestawy po 3 cząsteczki), które są przekształcane w oligomery (zestawy od 3 do 5 cząsteczek) i polimery (zestawy wielu połączonych cząsteczek).

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

Ten typ gatunków jest połączony mostkami OH między sobą oraz z Al (H ₂ O) ₆ ^3+, tworząc zestawy cząsteczek zwanych kompleksami hydroksylowymi lub polikationami lub hydroksypolimerami.

Ogólny wzór tych kationowych polimerów to Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} lub także Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

Ważny polimer

Uważa się, że najbardziej przydatnym z tych polimerów jest tak zwany Al _13, którego wzór to AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ , znany również jako Keggin-Al13.

Jest to gatunek z 7 dodatnimi ładunkami (czyli siedmiowartościowym kationem) z 13 atomami glinu, 24 jednostkami OH, 4 atomami tlenu i 12 wodnymi jednostkami H ₂ O.

Aplikacje

- W uzdatnianiu wody

PACl to komercyjny produkt do uzdatniania wody i nadawania jej do picia (czysta i pitna). Umożliwia również oczyszczanie ścieków i wód przemysłowych.

Woda może być zdatna do picia, jeśli zostanie poddana działaniu polichlorku glinu (PAC). Autor: ExplorerBob. Źródło: Pixabay.

Stosowany jest jako koagulator w procesach uzdatniania wody. Jest bardziej skuteczny niż siarczan glinu. Jego działanie lub zachowanie zależy od obecnego gatunku, co zależy od pH.

Jak to działa

PACl umożliwia koagulację materiału organicznego i cząstek mineralnych. Koagulacja oznacza, że ​​eliminowane związki przechodzą z rozpuszczenia do stanu stałego. Osiąga się to poprzez interakcje jego ładunków dodatnich z ujemnymi ładunków koagulowanych.

Uważa się, że gatunek Al ₁₃ mający tak wiele ładunków dodatnich (+7) jest najbardziej skuteczny w neutralizowaniu ładunków. Następnie między cząstkami tworzą się mostki, które zbrylają się i tworzą kłaczki.

Te kłaczki, jako bardzo ciężkie, mają tendencję do wytrącania się lub osadzania, to znaczy opadania na dno zbiornika zawierającego oczyszczaną wodę. W ten sposób można je usunąć przez filtrację.

Polichlorek glinu (PAC) służy do osadzania materii organicznej i nieorganicznej w oczyszczalniach ścieków. Zdjęcie US Army Corps of Engineers. Źródło: Wikimedia Commons.

Korzyść

PAC jest lepszy niż siarczan glinu, ponieważ ma lepsze działanie w niskich temperaturach, pozostawia mniej pozostałości glinu, wytwarza mniejszą objętość szlamu, mniejszy wpływ na pH wody i szybciej tworzy większe kłaczki. Wszystko to ułatwia sedymentację w celu późniejszej filtracji.

Woda w basenie może być oczyszczona za pomocą polichlorku glinu (PAC). Autor: Kalhh. Źródło: Pixabay.

-W przemyśle celulozowo-papierniczym

PAC jest szczególnie skuteczny w modyfikowaniu wypełniaczy koloidalnych w papiernictwie. Ładunki koloidalne to ładunki zawieszonych ciał stałych w mieszankach do produkcji masy papierniczej.

Pozwala przyspieszyć tempo drenażu (eliminacji wody) szczególnie w warunkach obojętnych i zasadowych oraz pomaga w retencji ciał stałych. Ciała stałe to te, które później, podczas wysychania, tworzą papier.

W tej aplikacji stosuje się PAC o niskiej (0-17%) i średniej (17-50%) zasadowości.

W celulozowniach i papierniach do wspomagania procesu sedymentacji stosuje się polichlorek glinu (PAC). Autor: 151390. Źródło: Pixabay.

- Aby poprawić cement

Niedawno (2019) testowano dodawanie PACl do cementu portlandzkiego. Stwierdzono, że obecność Cl ^- jonów chlorkowych i polimerowe grupy aluminium zmienić strukturę cementu. Szacuje się, że powstają złożone sole o wzorze 3CaO.Al ₂ O ₃ .CaCl ₂ .10H ₂ O.

Cement konstrukcyjny można wzmocnić polichlorek glinu (PAC). Skeeze. Źródło: Wikimedia Commons.

Wyniki wskazują, że PACl poprawia właściwości cementu, zmniejsza ilość mikroporów (bardzo małych otworów), a osnowa staje się gęstsza i bardziej zwarta, przez co zwiększa się odporność na ściskanie.

Efekt wzrasta wraz ze wzrostem zawartości PACl. Badanie potwierdza, że ​​dodanie PACl do cementu portlandzkiego daje mieszaninę o doskonałych właściwościach mechanicznych i mikrostrukturalnych.

W przypadku polichlorku glinu porowatość cementu zmniejsza się i staje się bardziej odporny. Blackblack111. Źródło: Wikimedia Commons.

Bibliografia

1. Kim, T. i in. (2019). Badanie wpływu chlorku poliglinu na właściwości zwykłego cementu portlandzkiego. Materiały 2019, 12, 3290. Odzyskane z mdpi.com.
2. Li, Y. i in. (2019). Optymalizacja flokulantu chlorku poliglinu i chitozanu do obróbki gnojowicy z biogazu wieprzowego przy użyciu metody powierzchni odpowiedzi Boxa-Behnkena. Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 996. Odzyskane z mdpi.com.
3. Hubbe, M. chlorek poliglinu (PAC). Mini-encyklopedia papierniczej chemii mokrej. Odzyskany z projects.ncsu.edu.
4. Tang, H. i in. (2015). Specjacja, stabilność i mechanizmy koagulacji klastrów hydroksyloglinu utworzonych przez PACl i ałun: przegląd krytyczny. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78–85. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
5. Bottero, JY i in. (1980). Badania roztworów zhydrolizowanego chlorku glinu. 1. Charakter gatunków aluminium i skład roztworów wodnych. The Journal of Physical Chemistry, tom 84, nr 22, 1980. Pobrane z pubs.acs.org.
6. Zhao, H.-Z. et al. (2009). Chlorek poliglinu o wysokim stężeniu: Przygotowanie i wpływ stężenia Al na dystrybucję i przemianę gatunków Al. Dziennik Inżynierii Chemicznej 155 (2009) 528-533. Odzyskany z sciencedirect.com.
7. Jia, Z. i in. (2004). Synteza chlorku poliglinu za pomocą reaktora membranowego: efekty parametrów operacyjnych i ścieżki reakcji. Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 12-17. Odzyskany z pubs.acs.org.
8. Specjalistyczne środki chemiczne GEO. Chlorek poliglinu (PAC). Odzyskany z geosc.com.