- Struktur
- Nomenklatur
- Eigenschaften
- Körperlicher Status
- Löslichkeit
- Eigenschaften von kommerziellen PACs
- Chemische Eigenschaften
- Verhalten des PAC in Wasser
- Funktion von PAC als Flockungsmittel
- Erhalten
- Hydrolyse
- Polymerisation
- Bedeutung Polymer
- Anwendungen
- - In der Wasseraufbereitung
- Wie funktioniert es
- Vorteil
- -In der Zellstoff- und Papierindustrie
- - Um den Zement zu verbessern
- Verweise
Eine Klasse von wasserlöslichen anorganischen Aluminiumprodukte genannt wird Poly Aluminiumchlorid , gebildet durch die teilweise Umsetzung von Aluminiumchlorid AlCl 3 mit einer Base. Es ist ein weißer bis gelber Feststoff. Seine allgemeine Formel wird oft als Al n (OH) m Cl (3n-m) ausgedrückt . Sie sind auch als PAC oder auch PACl (PolyAluminiumchlorid) bekannt.
PACs sind so formuliert, dass sie hochkationische Polymere (Sätze mehrerer Moleküle mit vielen positiven Ladungen) enthalten, die aus Aluminiumionen (Al 3+ ), Chloridionen (Cl - ), Hydroxylionen (OH) - und Wassermolekülen (H) bestehen 2 O).
Polyaluminiumchlorid (PAC) wird verwendet, um organische und anorganische Stoffe aus Wasser in Flockungsgeräten von Kläranlagen zu entfernen. Verfasser: Kubinger. Quelle: Pixabay.
Das wichtigste kationische Polymer dieser Spezies heißt Al 13 oder Keggin-Al13 und ist sehr effektiv bei der Wasseraufbereitung sowie in der Zellstoff- und Papierindustrie.
Bei diesen Anwendungen haften die PACs an der Oberfläche der Partikel, wodurch sie sich zusammenbinden und sich absetzen können, dh auf den Boden 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.
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) m Cl (3n-m) . Wenn diese Art der Ionen A enthalten , in Wasser gelöst 3+ , Hydroxylionen OH - , Chlorid - Ionen Cl - und Wassermoleküle H 2 O.
In wässriger Lösung lautet die allgemeine Formel Al x (OH) y (H 2 O) n (3x-y) + oder auch Al x O z (OH) y (H 2 O) n (3x-y-2z) + .
Das nützlichste dieser Polymere ist das mit Al 13 oder Keggin- Al 13 bezeichnete Polymer, dessen Formel AlO 4 Al 12 (OH) 24 (H 2 O) 12 7+ lautet . Die Art Al 13 hat eine dreidimensionale Form.
Es wird geschätzt, dass der Vorläufer dieses Polykations Al (OH) 4 - ist , das eine tetraedrische Konformation aufweist und sich im Zentrum der Struktur befindet.
Nomenklatur
- Aluminiumpolychlorid
- PAC (Polyaluminiumchlorid)
- PACl (Polyaluminiumchlorid)
- Polyaluminiumchlorid
- Aluminiumpolyhydroxychlorid
- Aluminiumhydrochlorid oder ACH (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 2 O 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) variieren entspricht Aluminiumhydrochlorid oder ACH).
Chemische Eigenschaften
PAC ist eine Art wasserlösliches Aluminiumprodukt. Seine allgemeine Formel wird oft als Al n (OH) m Cl (3n-m) ausgedrückt .
Da sie durch Umsetzung von Aluminiumchlorid (AlCl 3 ) mit einer Base hergestellt werden, hängt die Basizität dieser Produkttypen von der relativen Menge an OH - Ionen im Vergleich zur Menge an Aluminium (Al) ab.
Nach der Formel Al n (OH) m Cl (3n-m) ist die Basizität als m / 3n definiert.
Es ist ein Flockungsmittel. Es hat Eigenschaften wie die Leichtigkeit der Adsorption an anderen Partikeln entgegengesetzter Ladung (es haftet an deren Oberfläche), die Koagulation (Vereinigung mehrerer Partikel, an denen es adsorbiert wurde) und die Ausfällung dieser Gruppen vereinigter Partikel.
PACs können instabil sein, da sie vom pH-Wert abhängen. Sie können ätzend sein.
Verhalten des PAC in Wasser
Durch Auflösen des PAC in Wasser und abhängig vom pH-Wert entstehen verschiedene Aluminiumhydroxyl (Al-OH) -Spezies.
Es hydrolysiert oder reagiert mit Wasser unter Bildung von Monomeren (einheitlichen Molekülen), Oligomeren (3 bis 6 verknüpfte Moleküle) und Polymeren (mehr als 6 verknüpfte Moleküle).
Die wichtigste Spezies ist ein Polymer mit 13 Aluminiumatomen, das als Keggin-Al13 bezeichnet wird.
Funktion von PAC 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.
Flockungs- und Sedimentationstanks einer Wasseraufbereitungsanlage, in der Polyaluminiumchlorid (PAC) verwendet werden kann. Qualit-E bei englischer Wikipedia. Quelle: Wikimedia Commons.
Erhalten
PAC- oder PACl-Lösungen werden im Allgemeinen durch Zugabe einer Base oder einer alkalischen Lösung zu einer Lösung von Aluminiumchlorid (AlCl 3 ) erhalten.
Damit eine hohe Menge an Al 13 -Polymeren erhalten werden kann, darf die zugesetzte Base oder das zugesetzte Alkali keine OH-Ionen liefern - zu schnell und nicht zu langsam.
Einige Studien zeigen, dass es schwierig ist, mit NaOH eine stabil hohe Konzentration von Al 13 zu erzeugen, da es OH-Ionen freisetzt - zu schnell ins Wasser.
Aus diesem Grund basischen Calcium (Ca) Verbindungen bevorzugt, die in Wasser eine geringe Löslichkeit 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 eine spontane Hydrolysereaktion auf, bei der das Aluminium-Al 3+ -Kation Hydroxyl-OH - -Ionen aus Wasser entnimmt und an diese bindet, wobei freie H + -Protonen zurückbleiben :
Al 3+ + H 2 O → Al (OH) 2+ + H +
Al 3+ + 2 H 2 O → Al (OH) 2 + + 2 H +
Dies wird durch Zugabe eines Alkalis, dh OH - -Ionen, unterstützt . Das Aluminiumion Al 3+ verbindet sich zunehmend mit OH - Anionen :
Al 3+ → Al (OH) 2+ → Al (OH) 2 + → Al (OH) 3 0 → Al (OH) 4 -
Zusätzlich werden Spezies wie Al (H 2 O) 6 3+ gebildet , dh 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) 2 + → Al 2 (OH) 2 4+ → Al 3 (OH) 5 4+ → Al 6 (OH) 12 6+ → Al 13 (OH) 32 7+
Diese Art von Spezies ist durch OH-Brücken untereinander und mit Al (H 2 O) 6 3+ verbunden und bildet Sätze von Molekülen, die als Hydroxykomplexe oder Polykationen oder Hydroxypolymere bezeichnet werden.
Die allgemeine Formel dieser kationischen Polymere lautet Al x (OH) y (H 2 O) n (3x-y) + oder auch Al x O z (OH) y (H 2 O) n (3x-y-2z) + .
Bedeutung Polymer
Es wird angenommen, dass das nützlichste dieser Polymere das sogenannte Al 13 ist, dessen Formel AlO 4 Al 12 (OH) 24 (H 2 O) 12 7+ ist , 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 Wasser-H 2 O- Einheiten .
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 Brauchwässern.
Das Wasser kann trinkbar gemacht werden, wenn es mit Polyaluminiumchlorid (PAC) behandelt wird. Autor: ExplorerBob. Quelle: Pixabay.
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.
Es wird angenommen, dass die Al 13 -Spezies mit so vielen positiven Ladungen (+7) die Ladungen am effektivsten neutralisiert. Dann bilden sich Brücken zwischen den Partikeln, die agglomerieren und Flocken bilden.
Da diese Flocken sehr schwer sind, neigen sie 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.
Polyaluminiumchlorid (PAC) wird zur Sedimentation organischer und anorganischer Stoffe in Kläranlagen verwendet. Foto des US Army Corps of Engineers. Quelle: Wikimedia Commons.
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 anschließende Filtration.
Poolwasser kann mit Polyaluminiumchlorid (PAC) gereinigt werden. Verfasser: Kalhh. Quelle: Pixabay.
-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.
In Zellstoff- und Papierfabriken wird Polyaluminiumchlorid (PAC) verwendet, um den Sedimentationsprozess zu unterstützen. Autor: 151390. Quelle: Pixabay.
- Um den Zement zu verbessern
Kürzlich (2019) wurde die Zugabe von PACl zu Portlandzement getestet. Es wurde festgestellt, dass das Vorhandensein von Cl - Chloridionen und polymeren Aluminiumgruppen die Struktur des Zements verändert. Es wird geschätzt, dass komplexe Salze der Formel 3CaO.Al 2 O 3 .CaCl 2 .10H 2 O gebildet werden.
Bauzement kann mit Polyaluminiumchlorid (PAC) angereichert werden. Skeeze. Quelle: Wikimedia Commons.
Die Ergebnisse zeigen, dass 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 die Zugabe von PACl zu Portlandzement eine Mischung mit überlegenen mechanischen und mikrostrukturellen Eigenschaften ergibt.
Mit Polyaluminiumchlorid nimmt die Porosität des Zements ab und er wird widerstandsfähiger. Blackblack111. Quelle: Wikimedia Commons.
Verweise
- Kim, T. et al. (2019). Untersuchung der Auswirkungen von Polyaluminiumchlorid auf die Eigenschaften von gewöhnlichem Portlandzement. Materialien 2019, 12, 3290. Von mdpi.com wiederhergestellt.
- Li, Y. et al. (2019). Optimierung des Polyaluminiumchlorid-Chitosan-Flockungsmittels zur Behandlung von Schweine-Biogas-Aufschlämmung unter Verwendung der Box-Behnken-Reaktionsoberflächenmethode. Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 996. Von mdpi.com wiederhergestellt.
- Hubbe, M. Polyaluminiumchlorid (PAC). Mini-Enzyklopädie der Papierherstellung Wet-End-Chemie. Von projects.ncsu.edu wiederhergestellt.
- Tang, H. et al. (2015). Speziations-, Stabilitäts- und Gerinnungsmechanismen von durch PACl und Alaun gebildeten Hydroxylaluminiumclustern: Eine kritische Übersicht. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78 & ndash; 85. Von ncbi.nlm.nih.gov wiederhergestellt.
- Bottero, JY et al. (1980). Untersuchungen zu hydrolysierten Aluminiumchloridlösungen. 1. Art der Aluminiumspezies und Zusammensetzung der wässrigen Lösungen. The Journal of Physical Chemistry, Bd. 84, Nr. 22, 1980. Abgerufen von pubs.acs.org.
- Zhao, H.-Z. et al. (2009). Hochkonzentriertes Polyaluminiumchlorid: Herstellung und Auswirkungen der Al-Konzentration auf die Verteilung und Umwandlung von Al-Spezies. Chemical Engineering Journal 155 (2009) 528-533. Von sciencedirect.com wiederhergestellt.
- Jia, Z. et al. (2004). Synthese von Polyaluminiumchlorid mit einem Membranreaktor: Betriebsparameter Effekte und Reaktionswege. Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 12-17. Von pubs.acs.org wiederhergestellt.
- GEO Spezialchemikalien. Polyaluminiumchlorid (PAC). Von geosc.com wiederhergestellt.