ALUMINIJSKI POLIKLORID: STRUKTURA, SVOJSTVA, DOBIVANJE, UPORABE - KEMIJA - 2025

Klasa vodotopivu aluminija nazivaju poli aluminijev klorid, formirana djelomičnom reakcijom aluminijevog klorida ALCL ₃ s bazom. Čvrste je boje od bijele do žute boje. Njegova opća formula često se izražava kao Al _n (OH) _m Cl _(3n-m). Poznati su i kao PAC ili također PACl (PolyAluminium Chloride).

PAC-i su formulirani tako da sadrže visoko kationske polimere (skupove nekoliko molekula s mnogo pozitivnih naboja) koji čine ioni aluminija (Al ³⁺), kloridni ioni (Cl ^-), hidroksilni ioni (OH) ^- i molekule vode (H ₂ O).

Poli aluminij-klorid (PAC) koristi se za uklanjanje organskih i anorganskih tvari iz vode u flokulatorima uređaja za pročišćavanje otpadnih voda. Autor: Kubinger. Izvor: Pixabay.

Najvažniji kationski polimer ove vrste naziva se Al ₁₃ ili Keggin-Al13 koji je vrlo učinkovit u obradi vode te u industriji proizvodnje celuloze i papira.

U tim se primjenama PAC prilijepe na površinu čestica što ih uzrokuje da se vežu i mogu se taložiti, tj. Pasti na dno i mogu se filtrirati.

Također je uspješno testirano kako poboljšati svojstva Portland cementa, jer modificira ili mijenja strukturu na mikro razini, a to čini cement otpornijim.

Struktura

PAC ili PACl sastoji se od niza vrsta u rasponu od monomera (jedna molekula), dimera (dvije molekule spojene zajedno), oligomera (tri do pet molekula spojenih zajedno) do polimera (mnoge molekule su spojene zajedno).

Njegova opća formula je Al _n (OH) _m Cl _(3n-m). Kada te vrste sadrži ione A se otopi u vodi ³⁺, hidroksilne ione OH ^-, klorid ioni Cl ^- a molekule vode H ₂ O.

U vodenoj otopini njegovo opće formula Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3 x-y) +} ili i Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +}.

Najkorisniji od tih polimera je onaj koji se zove Al ₁₃ ili Keggin-Al13 čija je formula AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ^{7 +}. Vrsta Al ₁₃ ima trodimenzionalni oblik.

Procjenjuje se da je prethodnik ove polikacije Al (OH) ₄ ^-, koji ima tetraedarsku konformaciju i nalazi se u središtu strukture.

Nomenklatura

- Aluminij poliklorid

- PAC (Poli aluminijum klorid)

- PACl (poli aluminij klorid)

- Polialuminijev klorid

- Aluminij polihidroksiklorid

- Aluminij hidroklorid ili ACH (aluminij klor hidrat).

Svojstva

Psihičko stanje

Bijela do žuta kruta tvar (prah) koja se također dobiva u obliku vodenih otopina različitih koncentracija.

Topljivost

Topiv u vodi.

Karakteristike komercijalnih PAC-ova

Različiti PAC-ovi se međusobno razlikuju uglavnom po dvije stvari:

- Njegova čvrstoća, izražena u% glinice Al ₂ O _3.

- Njegova osnovnost, koja označava količinu polimernog materijala u PAC-u, a može varirati između 10% (niska bazičnost), 50% (srednja bazičnost), 70% (visoka bazičnost) i 83% (najveća osnovnost, što odgovara aluminij hidrokloridu ili ACH).

Kemijska svojstva

PAC je vrsta aluminijskih proizvoda topljivih u vodi. Njegova opća formula često se izražava kao Al _n (OH) _m Cl _(3n-m).

Jer su proizvedeni reakcijom aluminijevog klorida (ALCL ₃) sa bazom, bazičnost ove vrste proizvoda ovisi o relativnoj količini OH ^- iona u odnosu na količinu aluminija (Al).

Prema formuli Al _n (OH) _m Cl _(3n-m), osnovnost je definirana kao m / 3n.

To je flokulant. Ima svojstva poput jednostavnosti adsorpcije na drugim česticama suprotnog naboja (prianja na površinu istih), koagulacije (sjedinjenje nekoliko čestica na kojima je adsorbirano) i taloženja ovih skupina ujedinjenih čestica.

PAC-ovi mogu biti nestabilni jer ovise o pH. Mogu biti korozivne.

Ponašanje PAC-a u vodi

Otapanjem PAC-a u vodi i ovisno o pH, nastaju razne aluminij-hidroksilne (Al-OH) vrste.

Hidrolizira ili reagira s vodom, stvarajući monomere (unitarne molekule), oligomere (3 do 6 povezanih molekula) i polimere (više od 6 povezanih molekula).

Najvažnija vrsta je polimer s 13 atoma aluminija, koji se naziva Keggin-Al13.

Funkcija PAC-a kao flokulanta

Polimer Keggin-Al13 adsorbira se na česticama koje se nalaze u vodi, to jest, zadržava se na površini istih i uzrokuje njihovo međusobno dodavanje, tvoreći flokove.

Pahuljice su skupine vrlo sitnih čestica agglutiniranih ili sjedinjenih kako bi tvorile veće strukture koje mogu taložiti, odnosno ići na dno vodene otopine.

Nakon formiranja jata, kada su dovoljno velika, odlaze na dno i vodena otopina je čista.

Rezervoari za flokulaciju i sedimentaciju uređaja za pročišćavanje vode u kojima se može koristiti poli-aluminij-klorid (PAC). Qualit-E na engleskoj Wikipediji. Izvor: Wikimedia Commons.

dobivanje

PAC ili pACl otopine obično se postiže dodavanjem baze ili alkalne otopine u otopinu aluminij klorida (ALCL ₃).

Da bi se dobila velika količina Al ₁₃ polimera, baza ili dodani alkaliji ne smiju osigurati OH ione ^- prebrzo i ne previše sporo.

Neke studije pokazuju da je teško proizvesti stabilnu visoku koncentraciju Al ₁₃ pomoću NaOH jer on oslobađa OH ione ^- prebrzo u vodu.

Zbog toga se preferiraju osnovni spojevi kalcija (Ca) koji imaju nisku topivost u vodi i na taj način oslobađaju OH ione ^- polako. Jedan od tih osnovnih spojeva kalcija je kalcijev oksid CaO.

Slijede koraci koji nastaju prilikom formiranja PAC-a.

Hidroliza

Kad se soli aluminija (iii) otope u vodi, dolazi do spontane reakcije hidrolize u kojoj kation aluminij Al ³⁺ uzima hidroksilne ione OH ^- iz vode i veže se za njih, ostavljajući slobodne H ⁺ protone:

Al ³⁺ + H ₂ O → suradnici (OH) ^{2 +} + H ⁺

Al ³⁺ + 2H ₂ O → suradnici (OH) ₂ ⁺ + 2H ⁺

Tome se pomaže dodavanjem alkalija, to jest OH ^- iona. Aluminijski ion Al ³⁺ sve se više pridružuje OH ^- anionima:

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

Osim toga, kao što je vrsta Al (H ₂ O) ₆ ^{3+ nastaju}, odnosno s aluminijevim ionom koordinirane vezan ili šest molekula vode.

Polimerizacija

Tada nastaju veze između ovih vrsta, tvoreći dimere (setovi od 2 molekule) i trimere (skupove od 3 molekule) koji se pretvaraju u oligomere (setovi od 3 do 5 molekula) i polimere (skupovi mnogih pridruženih molekula).

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

Ova vrsta vrsta povezan s OH premošćuje međusobno i Al (H ₂ O) ₆ ^3+, tvoreći skupine molekula koje se nazivaju hidroksi kompleksa ili polikatione ili hidroksipolimeri.

Opća formula tih kationskih polimera Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3 x-y) +} ili i Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2Z) +},

Važnost polimer

Najkorisniji od tih polimera je mislio da se tzv Al ₁₃ čija je formula AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ^{7 +}, a također je poznat kao Keggin-Al13.

Premda je vrsta sa 7 pozitivnih naboja (to jest, heptavalent kation) s aluminijskim 13 atoma, OH 24 jedinica, 4 kisikovih atoma i 12 vode H ₂ O jedinica.

Prijave

- U obradi vode

PACl je komercijalni proizvod koji obrađuje vodu i čini je pitkom (čistom i pitkom). Omogućuje i obradu otpadnih i industrijskih voda.

Voda se može učiniti pitkom ako se obrađuje s poli-aluminij-kloridom (PAC). Autor: ExplorerBob. Izvor: Pixabay.

Koristi se kao sredstvo za koagulaciju u procesima poboljšanja vode. Učinkovitiji je od aluminij-sulfata. Njezin učinak ili ponašanje ovisi o prisutnoj vrsti, što ovisi o pH.

Kako radi

PACl omogućava koagulaciju organskih materijala i mineralnih čestica. Koagulacija znači da spojevi koje treba eliminirati prelaze iz otapanja u krute tvari. To se postiže interakcijama njegovih pozitivnih naboja s negativnim materijalima koje treba koagulirati.

Vjeruje se da je Al ₁₃ vrsta, koja ima toliko pozitivnih naboja (+7), najučinkovitija u neutraliziranju naboja. Tada dolazi do stvaranja mostova između čestica koje aglomerate i tvore floke.

Ta se jata, budući da su vrlo teška, imaju tendenciju taloženja ili taloženja, odnosno odlaska na dno spremnika koji sadrži vodu koja se obrađuje. Na taj se način mogu ukloniti filtracijom.

Poli aluminij-klorid (PAC) koristi se za taloženje organskih i anorganskih tvari u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda. Fotografija inženjerskog korpusa američke vojske. Izvor: Wikimedia Commons.

Prednost

PAC je bolji od aluminij sulfata, jer ima bolje niske temperature, ostavlja manje ostataka aluminija, stvara manje zapremine mulja, manje utječe na pH vode i formiraju se brži i veći slojevi. Sve to olakšava taloženje za kasnije filtriranje.

Voda u bazenu može se pročistiti poli-aluminij-kloridom (PAC). Autor: Kalhh. Izvor: Pixabay.

-U industriji celuloze i papira

PAC je posebno učinkovit u modificiranju koloidnih punila u proizvodnji papira. Koloidni naboji su naboji suspendiranih krutih tvari u smjese kako bi se stvorila papirna kaša.

Omogućuje ubrzanje brzine isušivanja (uklanjanje vode), posebno u neutralnim i alkalnim uvjetima, i pomaže u zadržavanju krutih tvari. Krute tvari su one koje kasnije, prilikom sušenja, formiraju papir.

U ovoj se aplikaciji koristi PAC s niskim (0-17%) i srednjim (17-50%) osnovnim osnovama.

U tvornicama celuloze i papira koristi se poli-aluminij-klorid (PAC) koji pomaže u procesu taloženja. Autor: 151390. Izvor: Pixabay.

- Za poboljšanje cementa

Nedavno (2019.) dodavanje PACl u Portland cement testirano je. Utvrđeno je da prisutnost Cl ^- kloridnih iona i polimernih aluminijskih skupina mijenja strukturu cementa. Procjenjuje se da kompleks soli formule 3CaO.Al ₂ O ₃.CaCl ₂.10H ₂ O nastaju.

Građevinski cement može se poboljšati poli-aluminij-kloridom (PAC). Skeeze. Izvor: Wikimedia Commons.

Rezultati pokazuju da PACl poboljšava svojstva cementa, smanjuje broj mikropora (vrlo malih rupa), a matrica postaje gušća i kompaktnija, pa se povećava otpornost na kompresiju.

Učinak se povećava s povećanjem sadržaja PACl. Studija potvrđuje da dodavanje PACl Portland cementu proizvodi smjesu vrhunskih mehaničkih i mikrostrukturnih svojstava.

S poli-aluminij-kloridom poroznost cementa smanjuje se i postaje otpornija. Blackblack111. Izvor: Wikimedia Commons.

Reference

1. Kim, T. i sur. (2019). Ispitivanje utjecaja polialuminijevog klorida na svojstva običnog Portland cementa. Materijali 2019, 12, 3290. Preuzeto s mdpi.com.
2. Li, Y. i sur. (2019). Optimizacija flokululata polialuminij-klorid-hitosan za obradu svinjske bioplinske suspenzije primjenom metode površinske reakcije u obliku kutije. Int. J. Environment. Res. Public Health 2019, 16, 996. Oporavilo s mdpi.com.
3. Hubbe, M. Polialuminijev klorid (PAC). Mini-enciklopedija papirne kemije za proizvodnju papira. Oporavak od projekata.ncsu.edu.
4. Tang, H. i sur. (2015). Specifikacija, stabilnost i mehanizmi koagulacije hidroksil aluminijskih klastera formiranih od PACl i aluma: Kritični pregled. Adv koloidno sučelje Sci 2015; 226 (Pt. A): 78-85. Oporavak od ncbi.nlm.nih.gov.
5. Bottero, JY i sur. (1980). Studije hidroliziranih otopina aluminij-klorida. 1. Priroda vrsta aluminija i sastav vodenih otopina. Časopis za fizičku kemiju, svezak 84, broj 22, 1980. Preuzeto s pubs.acs.org.
6. Zhao, H.-Z. i sur. (2009). Visoko koncentracijski polialuminijev klorid: Priprema i učinci koncentracije Al na distribuciju i transformaciju Al vrsta. Journal of Chemical Engineering 155 (2009) 528-533. Oporavljeno od sciencedirect.com.
7. Jia, Z. i sur. (2004). Sinteza polialuminijevog klorida s membranskim reaktorom: radni parametrski efekti i reakcijski putevi. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 12-17. Oporavak od pubs.acs.org.
8. GEO Specialty Chemicals. Polialuminijev klorid (PAC). Oporavak od geosc.com.