Aluminium-Polychlorid-Struktur, Eigenschaften, Erhalt, Verwendung

Benannt Aluminiumpolychlorid zu einer Klasse wasserlöslicher anorganischer Aluminiumprodukte, die durch Teilreaktion von Aluminiumchlorid AlCl gebildet werden₃ mit einer Basis. Es ist ein weißer bis gelber Feststoff. Seine allgemeine Formel wird oft als Al ausgedrückt_n(OH)_mCl_(3n-m). Sie sind auch als PAC oder auch PACl (Akronym für Englisch) bekannt PolyAluminiumchlorid).

PACs sind so formuliert, dass sie hochkationische Polymere (Anordnungen mehrerer Moleküle mit vielen positiven Ladungen) aus Aluminiumionen (Al) enthalten³⁺), Chloridionen (Cl^-), Hydroxylionen (OH)^- und Wassermoleküle (H._zweiODER).

Das wichtigste kationische Polymer dieser Spezies heißt Al₁₃ o Keggin-Al13, das bei der Wasseraufbereitung und in der Zellstoff- und Papierindustrie sehr effektiv ist.

Bei diesen Anwendungen haften die PACs an der Oberfläche der Partikel, wodurch sie sich zusammenbinden und sich absetzen können, dh nach unten fallen und gefiltert werden können..

Es wurde auch erfolgreich getestet, um die Eigenschaften von Portlandzement zu verbessern, da es seine Struktur auf Mikroebene modifiziert oder verändert und dies den Zement widerstandsfähiger macht.

Artikelverzeichnis

• 1 Struktur
• 2 Nomenklatur
• 3 Eigenschaften
  • 3.1 Physikalischer Zustand
  • 3.2 Löslichkeit
  • 3.3 Merkmale kommerzieller PACs
  • 3.4 Chemische Eigenschaften
  • 3.5 Verhalten des PAC in Wasser
  • 3.6 Rolle von PAC als Flockungsmittel
• 4 Erhalten
  • 4.1 Hydrolyse
  • 4.2 Polymerisation
  • 4.3 Wichtigkeit Polymer
• 5 Verwendungen
  • 5.1 - In der Wasseraufbereitung
  • 5.2 - In der Zellstoff- und Papierindustrie
  • 5.3 - Zur Verbesserung des Zements
• 6 Referenzen

Struktur

PAC oder PACl besteht aus einer Reihe von Spezies, die von Monomeren (ein einzelnes Molekül), Dimeren (zwei miteinander verbundene Moleküle), Oligomeren (drei bis fünf miteinander verbundene Moleküle) bis zu Polymeren (viele miteinander verbundene Moleküle) reichen..

Seine allgemeine Formel lautet Al_n(OH)_mCl_(3n-m). In Wasser gelöst enthalten diese Spezies Al-Ionen³⁺, Hydroxylionen OH^-, Chloridion Cl^- und Wassermoleküle H._zweiODER.

In wässriger Lösung lautet die allgemeine Formel Al_x(OH)_Y.(H._zweiODER)_n^(3x-y)+ oder auch Al_xODER_z(OH)_Y.(H._zweiODER)_n^(3x-y-2z)+.

Das nützlichste dieser Polymere heißt Al₁₃ oder Keggin-Al13, dessen Formel AlO ist₄Zum₁₂(OH)₂₄(H._zweiODER)₁₂⁷⁺. Die Art Al₁₃ hat eine dreidimensionale Form.

Es wird geschätzt, dass der Vorläufer dieses Polykations Al (OH) ist.₄^-, welches eine tetraedrische Konformation aufweist und sich in der Mitte der Struktur befindet.

Nomenklatur

- Aluminiumpolychlorid

- PAC (Abkürzung für Englisch Polyaluminiumchlorid)

- PACl (Abkürzung für Englisch Polyaluminiumchlorid)

- Polyaluminiumchlorid

- Aluminiumpolyhydroxychlorid

- Aluminiumhydrochlorid oder ACH (Abkürzung für Englisch Aluminiumchlorhydrat).

Eigenschaften

Körperlicher Status

Weißer bis gelber Feststoff (Pulver), der auch in Form von wässrigen Lösungen unterschiedlicher Konzentration erhalten wird.

Löslichkeit

In Wasser löslich.

Eigenschaften von kommerziellen PACs

Die verschiedenen PACs unterscheiden sich hauptsächlich durch zwei Dinge:

- Seine Stärke, ausgedrückt als% Aluminiumoxid Al_zweiODER_3.

- Seine Basizität, die die Menge an Polymermaterial im PAC angibt, kann zwischen 10% (niedrige Basizität), 50% (mittlere Basizität), 70% (hohe Basizität) und 83% (höchste Basizität, was Aluminiumhydrochlorid entspricht) variieren oder ACH).

Chemische Eigenschaften

PAC ist eine Art wasserlösliches Aluminiumprodukt. Seine allgemeine Formel wird oft als Al ausgedrückt_n(OH)_mCl_(3n-m).

Da sie durch Umsetzung von Aluminiumchlorid (AlCl₃) Bei einer Base hängt die Basizität dieses Produkttyps von der relativen Menge an OH-Ionen ab^- verglichen mit der Menge an Aluminium (Al).

Nach der Formel Al_n(OH)_mCl_(3n-m), Basizität ist definiert als m / 3n.

Es ist ein Flockungsmittel. Es hat Eigenschaften wie die Leichtigkeit der Adsorption an anderen Teilchen mit entgegengesetzter Ladung (es haftet an deren Oberfläche), die Koagulation (Vereinigung mehrerer Teilchen, an denen es adsorbiert wurde) und die Ausfällung dieser Gruppen vereinigter Teilchen.

PACs können instabil sein, da sie vom pH-Wert abhängen. Sie können ätzend sein.

Verhalten von PAC in Wasser

Beim Auflösen des PAC in Wasser und abhängig vom pH-Wert entstehen verschiedene Arten von Aluminiumhydroxyl (Al-OH).

Hydrolysiert oder reagiert mit Wasser unter Bildung von Monomeren (einheitlichen Molekülen), Oligomeren (3 bis 6 Molekülbindung) und Polymeren (mehr als 6 Bindungsmoleküle).

Die wichtigste Spezies ist ein Polymer mit 13 Aluminiumatomen, das als Keggin-Al13 bezeichnet wird.

PACs Rolle als Flockungsmittel

Das Keggin-Al13-Polymer adsorbiert an den im Wasser vorhandenen Partikeln, dh es haftet an deren Oberfläche und bewirkt, dass sie sich unter Bildung von Flocken addieren.

Flocken sind Gruppen sehr kleiner Partikel, die agglutiniert oder zu größeren Strukturen vereinigt sind, die sedimentieren können, dh auf den Boden der wässrigen Lösung gelangen..

Wenn sie nach der Bildung von Flocken groß genug sind, gehen sie nach unten und die wässrige Lösung ist sauber.

Erhalten

PAC- oder PACl-Lösungen werden im Allgemeinen durch Zugabe einer Base oder einer alkalischen Lösung zu einer Lösung von Aluminiumchlorid (AlCl) erhalten₃).

Um eine hohe Menge an Al-Polymeren zu erhalten₁₃ Die zugesetzte Base oder das zugesetzte Alkali dürfen keine OH-Ionen liefern^- zu schnell, nicht zu langsam.

Studien zeigen, dass es schwierig ist, eine stabil hohe Al-Konzentration zu erzeugen₁₃ mit NaOH, weil es OH-Ionen freisetzt^- zu schnell im Wasser.

Aus diesem Grund sind basische Calcium (Ca) -Verbindungen bevorzugt, die eine geringe Löslichkeit in Wasser aufweisen und somit OH-Ionen freisetzen.^- langsam. Eine dieser basischen Calciumverbindungen ist Calciumoxid CaO.

Hier sind die Schritte, die zur Bildung des PAC auftreten.

Hydrolyse

Wenn sich die Aluminiumsalze (iii) in Wasser lösen, tritt spontan eine Hydrolysereaktion auf, bei der das Aluminiumkation Al³⁺ nimmt Hydroxylionen OH^- von Wasser und bindet an sie und hinterlässt Protonen H.⁺ kostenlos:

Zum³⁺ + H._zweiO → Al (OH)^zwei+ + H.⁺

Zum³⁺ + 2 h_zweiO → Al (OH)_zwei⁺ + 2 h⁺

Dies wird durch Zugabe eines Alkalis, dh OH-Ionen, begünstigt.^-. Aluminium-Al-Ion³⁺ bindet zunehmend an OH-Anionen^-::

Zum³⁺ → Al (OH)^zwei+ → Al (OH)_zwei⁺ → Al (OH)₃⁰ → Al (OH)₄^-

Darüber hinaus können Arten wie Al (H._zweiODER)₆³⁺, das heißt, ein Aluminiumion, das an sechs Wassermoleküle gebunden oder koordiniert ist.

Polymerisation

Dann werden Bindungen zwischen diesen Spezies gebildet, wobei Dimere (Sätze von 2 Molekülen) und Trimere (Sätze von 3 Molekülen) gebildet werden, die in Oligomere (Sätze von 3 bis 5 Molekülen) und Polymere (Sätze von vielen verbundenen Molekülen) umgewandelt werden..

Al (OH)_zwei⁺ → Al_zwei(OH)_zwei⁴⁺ → Al₃(OH)₅⁴⁺ → Al₆(OH)₁₂⁶⁺ → Al₁₃(OH)₃₂⁷⁺

Diese Art von Spezies ist durch OH-Brücken miteinander und mit dem Al (H) verbunden_zweiODER)₆³⁺ Bildung von Molekülsätzen, die als Hydroxykomplexe oder Polykationen oder Hydroxypolymere bezeichnet werden.

Die allgemeine Formel dieser kationischen Polymere lautet Al_x(OH)_Y.(H._zweiODER)_n^(3x-y)+ oder auch Al_xODER_z(OH)_Y.(H._zweiODER)_n^(3x-y-2z)+.

Polymer von Bedeutung

Es wird angenommen, dass das nützlichste dieser Polymere Al heißt₁₃ deren Formel ist AlO₄Zum₁₂(OH)₂₄(H._zweiODER)₁₂⁷⁺, und es ist auch als Keggin-Al13 bekannt.

Es ist eine Spezies mit 7 positiven Ladungen (dh einem siebenwertigen Kation) mit 13 Aluminiumatomen, 24 OH-Einheiten, 4 Sauerstoffatomen und 12 H-Wassereinheiten._zweiODER.

Anwendungen

- In der Wasseraufbereitung

PACl ist ein kommerzielles Produkt zur Aufbereitung und Trinkbarkeit von Wasser (sauber und trinkbar). Es ermöglicht auch die Behandlung von Abfällen und Brauchwasser.

Es wird als Gerinnungsmittel bei Wasserverbesserungsprozessen eingesetzt. Es ist wirksamer als Aluminiumsulfat. Seine Leistung oder sein Verhalten hängt von der vorhandenen Spezies ab, die vom pH-Wert abhängt.

Wie funktioniert es

Mit PACl können organisches Material und Mineralpartikel koaguliert werden. Koagulieren bedeutet, dass die zu eliminierenden Verbindungen nicht mehr gelöst, sondern fest sind. Dies wird durch die Wechselwirkungen seiner positiven Ladungen mit den negativen der zu koagulierenden Materialien erreicht..

Die Art Al₁₃, Da es so viele positive Ladungen hat (+7), ist es am effektivsten bei der Neutralisierung von Ladungen. Dann bilden sich Brücken zwischen den Partikeln, die agglomerieren und Flocken bilden.

Diese Flocken, die sehr schwer sind, neigen dazu, auszufallen oder sich abzusetzen, dh zum Boden des Behälters zu gelangen, der das zu behandelnde Wasser enthält. Auf diese Weise können sie durch Filtration entfernt werden.

Vorteil

PAC ist besser als Aluminiumsulfat, da es eine bessere Leistung bei niedrigen Temperaturen aufweist, weniger Aluminiumrückstände hinterlässt, weniger Schlammvolumen erzeugt, weniger Einfluss auf den pH-Wert des Wassers hat und schnellere und größere Flocken gebildet werden. All dies erleichtert die Sedimentation für die spätere Filtration..

-In der Zellstoff- und Papierindustrie

PAC ist besonders wirksam bei der Modifizierung kolloidaler Füllstoffe bei der Papierherstellung. Kolloidale Ladungen sind die Ladungen der suspendierten Feststoffe in den Gemischen zur Herstellung von Papierzellstoff..

Es ermöglicht die Beschleunigung der Entwässerungsgeschwindigkeit (Beseitigung von Wasser), insbesondere unter neutralen und alkalischen Bedingungen, und hilft bei der Rückhaltung von Feststoffen. Die Feststoffe sind diejenigen, die später beim Trocknen das Papier bilden.

In dieser Anwendung wird PAC mit niedrigen (0-17%) und mittleren (17-50%) Basizitäten verwendet.

- Den Zement verbessern

Kürzlich (2019) wurde die Zugabe von PACl zu Portlandzement getestet. Es wurde festgestellt, dass die Anwesenheit von Chloridionen Cl^- und der polymeren Gruppen von Aluminium verändert die Struktur des Zements. Es wird geschätzt, dass komplexe Salze der Formel 3CaO gebildet werden._zweiODER₃.CaCl_zwei.10H_zweiODER.

Die Ergebnisse zeigen, dass das PACl die Eigenschaften des Zements verbessert, die Anzahl der Mikroporen (sehr kleine Löcher) verringert und die Matrix dichter und kompakter wird, wodurch die Beständigkeit gegen Kompression zunimmt..

Der Effekt nimmt mit zunehmendem Gehalt an PACl zu. Die Studie bestätigt, dass durch Zugabe von PACl zu Portlandzement eine Mischung mit überlegenen mechanischen und mikrostrukturellen Eigenschaften erhalten wird..

Verweise

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