POLYCHLORID HLINITÝ: STRUKTURA, VLASTNOSTI, ZÍSKÁNÍ, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Třída ve vodě rozpustných anorganických hliníkových výrobků, se nazývá poly chlorid hlinitý, vznikají při částečné reakci chloridu hlinitého AlCl ₃ s bází. Je to bílá až žlutá pevná látka. Jeho obecný vzorec je často vyjádřena jako AI _n (OH) _m Cl _(3n-m). Oni jsou také známí jako PAC nebo také PACl (polyAluminiumchlorid).

PAC jsou formulovány tak, aby obsahovaly vysoce kationtové polymery (sady několika molekul s mnoha pozitivními náboji) tvořené ionty hliníku (Al ³⁺), chloridové ionty (Cl ^-), hydroxylové ionty (OH) ^- a molekuly vody (H ₂ O).

Polychlorid hlinitý (PAC) se používá k odstraňování organických a anorganických látek z vody ve vločkovačích čistíren odpadních vod. Autor: Kubinger. Zdroj: Pixabay.

Nejdůležitější kationtový polymer těchto druhů se nazývá Al ₁₃ nebo Keggin-Al13, který je velmi účinný při úpravě vody a v průmyslu buničiny a papíru.

V těchto aplikacích PAC ulpívají na povrchu částic a způsobují jejich vzájemné spojení a mohou se usazovat, to znamená, spadnout na dno a mohou být filtrovány.

Bylo také úspěšně testováno, aby se zlepšily vlastnosti portlandského cementu, protože modifikuje nebo mění svou strukturu na mikroúrovni, a tím je cement odolnější.

Struktura

PAC nebo PACl je tvořen řadou druhů od monomerů (jedna molekula), dimerů (dvě molekuly spojeny dohromady), oligomerů (tři až pět molekul spojeny dohromady) až po polymery (mnoho molekul spojených dohromady).

Jeho obecný vzorec Al _n (OH) _m Cl _(3n-m). Když se tyto druhy obsahují ionty rozpuštěné ve vodě ³⁺, hydroxylové ionty OH ^-, chloridových iontů Cl ^- a molekul vody H ₂ O.

Ve vodném roztoku jeho obecný vzorec Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3 x-y) +}, nebo také Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3 x-y-2z) +}.

Nejužitečnější z těchto polymerů je ten, s názvem Al ₁₃ nebo Keggin-Al13, jehož vzorec je AIO ₄ AI ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺. Druh Al ₁₃ má trojrozměrný tvar.

Odhaduje se, že předchůdcem této polykationty je Al (OH) ₄ ^-, který má tetrahedrální konformaci a nachází se ve středu struktury.

Nomenklatura

- Polychlorid hlinitý

- PAC (polyaluminiumchlorid)

- PACl (polyaluminiumchlorid)

- Polyaluminiumchlorid

- Hliníkový polyhydroxychlorid

- Hydrochlorid hlinitý nebo ACH (Chlorid hlinitý).

Vlastnosti

Fyzický stav

Bílá až žlutá pevná látka (prášek), která se také získá ve formě vodných roztoků různých koncentrací.

Rozpustnost

Rozpustný ve vodě.

Charakteristika komerčních PAC

Různé PAC se od sebe liší hlavně dvěma věcmi:

- jeho síla vyjádřená jako% aluminy Al ₂ O _3.

- Jeho zásaditost, která udává množství polymerního materiálu v PAC, a může se pohybovat mezi 10% (nízká bazicita), 50% (střední bazicita), 70% (vysoká bazicita) a 83% (nejvyšší bazicita, což odpovídá hydrochloridu hliníku nebo ACH).

Chemické vlastnosti

PAC je druh hliníkových produktů rozpustných ve vodě. Jeho obecný vzorec je často vyjádřena jako AI _n (OH) _m Cl _(3n-m).

Vzhledem k tomu, že se vyrábějí reakcí chloridu hlinitého (AlCl ₃) s bází, bazicity těchto typů výrobků závisí na relativním množství OH ^- iontů ve srovnání s množstvím hliníku (Al).

Podle vzorce Al _n (OH) _m Cl _(3n-m), zásaditost je definován jako m / 3N.

Je to flokulant. Má vlastnosti, jako je snadná adsorpce na jiné částice opačného náboje (přilne k povrchu těchto částic), koagulace (spojení několika částic, na kterých byla adsorbována) a srážení těchto skupin spojených částic.

PAC mohou být nestabilní, protože závisí na pH. Mohou být leptavé.

Chování PAC ve vodě

Rozpuštěním PAC ve vodě a v závislosti na pH vznikají různé druhy hydroxidu hlinitého (Al-OH).

Hydrolyzuje nebo reaguje s vodou za vzniku monomerů (jednotné molekuly), oligomerů (3 až 6 spojených molekul) a polymerů (více než 6 spojených molekul).

Nejdůležitějším druhem je polymer s 13 atomy hliníku, který se nazývá Keggin-Al13.

Funkce PAC jako vločkovacího činidla

Polymer Keggin-Al13 adsorbuje na částice přítomné ve vodě, to znamená, že se lepí na jejich povrchu a způsobuje jejich vzájemné přidávání a vytváření vloček.

Vločky jsou skupiny velmi malých částic aglutinovaných nebo sjednocených za vzniku větších struktur, které mohou sedimentovat, to znamená jít na dno vodného roztoku.

Po vytvoření vloček, když jsou dostatečně velké, jdou na dno a vodný roztok je čistý.

Flokulační a sedimentační nádrže úpravny vody, kde lze použít polychlorid hlinitý (PAC). Qualit-E na anglické Wikipedii. Zdroj: Wikimedia Commons.

Získání

Řešení PAC nebo PACL se obecně získají přidáním báze nebo alkalický roztok k roztoku chloridu hlinitého (AlCl ₃).

Aby se získalo velké množství polymerů AI ₁₃, nesmí přidaná báze nebo alkálie poskytovat OH ionty ^- příliš rychle a ne příliš pomalu.

Některé studie ukazují, že je obtížné produkovat stabilní vysokou koncentraci AI ₁₃ pomocí NaOH, protože uvolňuje OH ionty ^- příliš rychle do vody.

Z tohoto důvodu jsou výhodné bazické sloučeniny vápníku (Ca), které mají nízkou rozpustnost ve vodě a tak uvolňují OH ionty ^- pomalu. Jednou z těchto základních sloučenin vápníku je oxid vápenatý CaO.

Zde jsou kroky, které se vyskytují při tvorbě PAC.

Hydrolýza

Když se hlinité soli (iii) rozpustí ve vodě, nastane spontánní hydrolytická reakce, ve které kationt hliníku Al ³⁺ odebírá hydroxylové OH ^- ionty z vody a váže se na ně, přičemž zanechává volné H ⁺ protony:

Al ³⁺ + H ₂ O → AI (OH) ²⁺ + H ⁺

Al ³⁺ + 2 H ₂ O → AI (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

To je podporováno přidáním alkálie, tj. OH ^- iontů. Hliníkový ion Al ³⁺ se stále více spojuje s OH ^- anionty:

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

Kromě toho, druhy, jako je Al (H ₂ O) ₆ ^{3+ jsou vytvořeny}, to znamená, že iontem hliníku vázané nebo koordinován s šesti molekulami vody.

Polymerizace

Pak se vytvoří vazby mezi těmito druhy, čímž se vytvoří dimery (sady 2 molekul) a trimery (sady 3 molekul), které se transformují na oligomery (sady 3 až 5 molekul) a polymery (sady mnoha spojených molekul).

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

Tento typ druhů je spojený OH můstky mezi sebou navzájem a s Al (H ₂ O) ₆ ^3+, tvořící sadu molekul, které se nazývají hydroxylové komplexy nebo polykationty nebo hydroxypolymers.

Obecný vzorec těchto kationtových polymerů Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3 x-y) +}, nebo také Al _x O _Z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3 x-y-2Z) +}.

Význam polymeru

Nejužitečnější z těchto polymerů je považována za tzv Al ₁₃, jehož vzorec je AIO ₄ AI ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ^{7 +}, a to je také známé jako Keggin-Al13.

Jedná se o druh se 7 kladných nábojů (to je, heptavalent kation), s 13 atomy hliníku, 24 OH jednotky, 4 atomy kyslíku, a 12 vody H ₂ O jednotky.

Aplikace

- Při úpravě vody

PACl je komerční produkt, který upravuje vodu a zajišťuje její pitnost (čistá a pitná). Umožňuje také čištění odpadních a průmyslových vod.

Voda se může stát pitnou, pokud je ošetřena polychloridem hlinitým (PAC). Autor: ExplorerBob. Zdroj: Pixabay.

Používá se jako koagulační činidlo v procesech zlepšování vody. Je účinnější než síran hlinitý. Jeho výkon nebo chování závisí na přítomném druhu, který závisí na pH.

Jak to funguje

PACl umožňuje koagulaci organického materiálu a minerálních částic. Koagulace znamená, že sloučeniny, které mají být odstraněny, přecházejí z rozpuštěných v pevné. Toho je dosaženo prostřednictvím interakcí kladných nábojů s negativními materiály, které mají být koagulovány.

Předpokládá se, že druhy Al ₁₃, které mají tolik pozitivních nábojů (+7), jsou nejúčinnější při neutralizaci nábojů. Mezi částicemi se pak vytvoří můstky, které se shlukují a vytvoří vločky.

Tyto vločky jsou velmi těžké a mají sklon se vysrážet nebo usazovat se, tj. Jít na dno nádoby, která obsahuje upravovanou vodu. Tímto způsobem mohou být odstraněny filtrací.

Polychlorid hlinitý (PAC) se používá k usazování organických a anorganických látek v čistírnách odpadních vod. US Army Corps of Engineers photo. Zdroj: Wikimedia Commons.

Výhoda

PAC je lepší než síran hlinitý, protože má lepší výkon při nízkých teplotách, zanechává méně zbytků hliníku, produkuje menší objem kalu, menší účinek na pH vody a vytvářejí se rychlejší a větší vločky. To vše usnadňuje sedimentaci pro následnou filtraci.

Bazénová voda může být čištěna pomocí polyaluminiumchloridu (PAC). Autor: Kalhh. Zdroj: Pixabay.

- V celulózovém a papírenském průmyslu

PAC je zvláště účinný při úpravě koloidních plniv při výrobě papíru. Koloidní nálože jsou náboje suspendovaných pevných látek ve směsích za účelem výroby papírové buničiny.

Umožňuje zrychlit odvodnění (odstranění vody), zejména v neutrálních a alkalických podmínkách, a pomáhá při zadržování pevných látek. Pevné látky jsou ty, které později, když suší, tvoří papír.

V této aplikaci se používají PAC s nízkou (0-17%) a střední (17-50%) zásaditostí.

V celulózkách a papírnách se používá jako pomocný prostředek v procesu sedimentace polychlorid hlinitý (PAC). Autor: 151390. Zdroj: Pixabay.

- Zlepšit cement

Nedávno (2019) bylo testováno přidání PACl do portlandského cementu. Bylo stanoveno, že přítomnost iontů Cl ^- chloridu a polymerních hliníkových skupin mění strukturu cementu. Odhaduje se, že komplexní soli vzorce 3CaO.Al ₂ O ₃.CaCl ₂.10H ₂ O jsou vytvořeny.

Stavební cement lze vylepšit pomocí polyaluminiumchloridu (PAC). Skeeze. Zdroj: Wikimedia Commons.

Výsledky ukazují, že PACl zlepšuje vlastnosti cementu, snižuje počet mikroporéz (velmi malé díry) a matrice je hustší a kompaktnější, proto se zvyšuje odolnost vůči stlačení.

Účinek se zvyšuje se zvyšujícím se obsahem PACl. Studie potvrzuje, že přidání PACl do portlandského cementu vytváří směs s vynikajícími mechanickými a mikrostrukturálními vlastnostmi.

Polychlorid hlinitý snižuje pórovitost cementu a stává se odolnějším. Blackblack111. Zdroj: Wikimedia Commons.

Reference

1. Kim, T. a kol. (2019). Zkoumání účinků polyaluminiumchloridu na vlastnosti běžného portlandského cementu. Materiály 2019, 12, 3290. Získáno z mdpi.com.
2. Li, Y. et al. (2019). Optimalizace floyalgluoraluminiumchloridu a chitosanu pro úpravu suspenze bioplynu prasat pomocí metody Box-Behnken Response Surface. Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 996. Obnoveno z mdpi.com.
3. Hubbe, M. Polyaluminium chlorid (PAC). Mini-encyklopedie papírenské mokré chemie. Obnoveno z projects.ncsu.edu.
4. Tang, H. a kol. (2015). Mechanismy spekulace, stability a koagulace hydroxylových hliníkových shluků vytvořených pomocí PACl a kamence: Kritický přehled. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78-85. Obnoveno z ncbi.nlm.nih.gov.
5. Bottero, JY a kol. (1980). Studie roztoků hydrolyzovaného chloridu hlinitého. 1. Povaha druhů hliníku a složení vodných roztoků. The Journal of Physical Chemistry, svazek 84, č. 22, 1980. Citováno z pubs.acs.org.
6. Zhao, H.-Z. et al. (2009). Vysoce koncentrovaný polyaluminiumchlorid: Příprava a účinky koncentrace Al na distribuci a transformaci druhů Al. Chemical Engineering Journal 155 (2009) 528-533. Obnoveno z sciposedirect.com.
7. Jia, Z. a kol. (2004). Syntéza polyaluminiumchloridu s membránovým reaktorem: účinky provozních parametrů a reakční cesty. Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 12-17. Obnoveno z pubs.acs.org.
8. Speciální chemikálie GEO. Polyaluminiumchlorid (PAC). Obnoveno z geosc.com.