ALÜMINYUM POLIKLORÜR: YAPISI, ÖZELLIKLERI, ELDE EDILMESI, KULLANIMLARI - KIMYA - 2025

Bir suda çözünür inorganik alüminyum ürünlerinin sınıfı olarak adlandırılır poli alüminyum klorür , alüminyum klorür kısmi reaksiyonu AICI oluşturduğu, ₃ bir baz vardır. Beyazdan sarıya bir katıdır. Genel formülü genellikle Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) olarak ifade edilir . Ayrıca PAC veya PACl (PolyAluminum Chloride) olarak da bilinir.

PAC'ler, alüminyum iyonları (Al ³⁺ ), klorür iyonları (Cl ^- ), hidroksil iyonları (OH) ^- ve su moleküllerinden (H ) oluşan yüksek oranda katyonik polimerler (çok sayıda pozitif yüklü birkaç molekül seti) içerecek şekilde formüle edilmiştir. ₂ O).

Poli Alüminyum Klorür (PAC), atık su arıtma tesislerinin flokülatörlerinde organik ve inorganik maddeleri sudan uzaklaştırmak için kullanılır. Yazar: Kubinger. Kaynak: Pixabay.

Bu türlerin en önemli katyonik polimeri, su arıtmada ve kağıt hamuru ve kağıt imalat sanayinde çok etkili olan Al ₁₃ veya Keggin-Al13 olarak adlandırılır .

Bu uygulamalarda PAC'ler partiküllerin yüzeyine yapışarak bunların birbirine yapışmasına neden olur ve çökelebilir, yani dibe düşebilir ve filtre edilebilir.

Ayrıca yapısını mikro düzeyde modifiye ettiği veya değiştirdiği için Portland çimentosunun özelliklerini iyileştirmek için başarıyla test edilmiştir ve bu da çimentoyu daha dirençli hale getirir.

yapı

PAC veya PACl, monomerlerden (tek bir molekül), dimerlerden (iki molekül bir araya getirilir), oligomerlerden (üç ila beş molekül bir araya getirilir) polimerlere (birçok molekül bir araya getirilir) kadar değişen bir dizi türden oluşur.

Genel formülü Al _n (OH) _m Cl _{(3n-m) 'dir} . Bu türler suda ³⁺ çözünmüş A iyonlarını , hidroksil iyonlarını OH ^- , klorür iyonlarını Cl ^- ve su moleküllerini H ₂ O içerdiğinde .

Sulu bir eriyik içinde, genel formül Al'dir _X (OH) _y (H ₂ O) _n, ^{(3x-il) +} ya da Al _X O _z (OH) _y (H ₂ O) _n, ^{(3x-y-2z) +} .

Bu polimerlerin en yararlı Al olarak adlandırılan biri ₁₃ olan ya da formül AIO Keggin-AL13 ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (lH ₂ O) ₁₂ ^{7 +} . Al ₁₃ türü üç boyutlu bir şekle sahiptir.

Bu polikasyonun öncüsünün, dört yüzlü bir yapıya sahip olan ve yapının merkezinde bulunan Al (OH) ₄ ^- olduğu tahmin edilmektedir .

terminoloji

- Alüminyum poliklorür

- PAC (Poli Alüminyum Klorür)

- PACl (Poli Alüminyum Klorür)

- Polialuminyum Klorür

- Alüminyum polihidroksiklorür

- Alüminyum hidroklorür veya ACH (Alüminyum KlorHidrat).

Özellikleri

Fiziksel durum

Farklı konsantrasyonlarda sulu çözeltiler şeklinde de elde edilen beyaz ila sarı katı (toz).

Çözünürlük

Suda çözünebilir.

Ticari PAC'lerin özellikleri

Çeşitli PAC'ler birbirinden temelde iki şeyle farklılık gösterir:

- Alümina Al ₂ O _3'ün % 'si olarak ifade edilen mukavemeti _.

- PAC'deki polimerik malzeme miktarını gösteren ve% 10 (düşük bazlık),% 50 (orta bazlık),% 70 (yüksek bazlık) ve% 83 (en yüksek bazlık) arasında değişebilen bazikliği alüminyum hidroklorür veya ACH'ye karşılık gelir).

Kimyasal özellikler

PAC, suda çözünebilen bir tür alüminyum üründür. Genel formülü genellikle Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) olarak ifade edilir .

Bunlar alüminyum klorür (AICI reaksiyona sokulması suretiyle üretildiği ₃ , bir baz ile birlikte), bu tür ürünlerin bazlığı OH nispi miktarına bağlıdır ^- iyonları alüminyum miktarı (Al) ile karşılaştırıldığında.

Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) formülüne göre bazlık m / 3n olarak tanımlanır.

Topaklaştırıcıdır. Karşıt yüklü diğer partiküller üzerinde adsorpsiyon kolaylığı (bunların yüzeyine yapışır), pıhtılaşma (adsorbe edildiği birkaç partikülün birleşimi) ve bu birleşik partikül gruplarının çökelmesi gibi özelliklere sahiptir.

PAC'ler pH'a bağlı olduklarından kararsız olabilir. Aşındırıcı olabilirler.

PAC'nin sudaki davranışı

PAC su içinde çözülerek ve pH'a bağlı olarak çeşitli alüminyum-hidroksil (Al-OH) türleri oluşur.

Monomerler (üniter moleküller), oligomerler (3 ila 6 molekül bağlı) ve polimerler (6'dan fazla bağlı molekül) oluşturmak için su ile hidrolize olur veya reaksiyona girer.

En önemli tür, Keggin-Al13 adı verilen 13 alüminyum atomlu bir polimerdir.

PAC'ın topaklaştırıcı işlevi

Keggin-Al13 polimeri, suda bulunan partiküllerin üzerine adsorbe olur yani bunların yüzeyine yapışır ve bunların birbirine eklenerek topaklar oluşturmasına neden olur.

Floklar, çökelebilen, yani sulu çözeltinin dibine gidebilen daha büyük yapılar oluşturmak için aglütine veya birleştirilmiş çok küçük partikül gruplarıdır.

Topak oluşturduktan sonra, yeterince büyük olduklarında dibe inerler ve sulu çözelti temizdir.

Poli alüminyum klorür (PAC) kullanılabilen bir su arıtma tesisinin flokülasyon ve çökeltme tankları. İngilizce Wikipedia'da Qualit-E. Kaynak: Wikimedia Commons.

edinme

PC veya PacL çözeltileri, genel olarak bir taban ya da bir alüminyum klorür çözeltisine alkalin çözeltisi (AICI ilave edilmesiyle elde edilir ₃ ).

Yüksek miktarda Al ₁₃ polimerinin elde edilmesi için, eklenen baz veya alkali OH iyonları sağlamamalıdır ^- çok hızlı ve çok yavaş olmamalıdır.

Bazı çalışmalar, Al stabil bir yüksek konsantrasyon üretmek zor olduğunu göstermektedir ₁₃ o, OH iyonları saldığı için NaOH kullanılarak ^- çok hızlı su içine.

Bu nedenle, temel kalsiyum için (Ca) bileşikleri, su içinde düşük bir çözünürlüğe sahiptir ve bu yüzden, OH iyonları serbest olan, tercih edilir ^- yavaş yavaş eklenmiştir. Bu temel kalsiyum bileşiklerinden biri kalsiyum oksit CaO'dur.

İşte PAC'nin oluşumu için ortaya çıkan adımlar.

Hidroliz

Alüminyum tuzları (iii) suda çözündüğünde, alüminyum Al ^{3 +} katyonunun hidroksil iyonlarını OH ^- sudan alıp onlara bağlandığı ve serbest H ⁺ protonları bıraktığı kendiliğinden bir hidroliz reaksiyonu meydana gelir :

Al ³⁺ + H ₂ O → Al (OH) ²⁺ + H ⁺

Al ³⁺ + 2 H ₂ O → Al (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

Bu, bir alkali, yani OH ^- iyonları eklenerek desteklenir . Alüminyum iyonu Al ³⁺ , OH ^- anyonlarına giderek daha fazla katılıyor :

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

Buna ek olarak, Al gibi türler (H ₂ O) ₆ ^{3+ oluşturulduğu} olduğunu, bir alüminyum iyonu bağlanmış ya da altı su molekülleri ile koordine edilmiştir.

Polimerizasyon

Daha sonra, bu türler arasında bağlar oluşur, dimerler (2 molekül setleri) ve oligomerlere (3 ila 5 molekül setleri) ve polimerlere (birleştirilmiş birçok molekül seti) dönüştürülen trimerler (3 molekül setleri) oluşturur.

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

OH ile birleştirilir türlerin Bu tür birbirleriyle ve Al ile köprü (H ₂ O) ₆ ^3+, hidroksi kompleksleri veya polikatyon ya da hydroxypolymers denir moleküllerin set oluşturan.

Bu katyonik polimerler aşağıdaki genel formüle Al'dir _X (OH) _y (H ₂ O) _n, ^{(3x-il) +} ya da Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n, ^{(3x-y-2z) +} .

Önem polimer

Bu polimerlerin en yararlı olarak adlandırılan Al olduğu düşünülmektedir ₁₃ olan formül AIO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (lH ₂ O) ₁₂ ^{7 +} ve aynı zamanda Keggin-AL13 olarak bilinir.

13 alüminyum atomu, 24 OH birimi, 4 oksijen atomu ve 12 su H ₂ O birimi ile 7 pozitif yüklü (yani bir heptavalan katyon) bir türdür .

Uygulamalar

- Su arıtmada

PACl, suyu arıtmak ve içilebilir (temiz ve içilebilir) hale getirmek için ticari bir üründür. Ayrıca atık ve endüstriyel suların arıtılmasına da izin verir.

Su, poli alüminyum klorür (PAC) ile işlenirse içilebilir hale getirilebilir. Yazar: ExplorerBob. Kaynak: Pixabay.

Su ıslah işlemlerinde pıhtılaşma ajanı olarak kullanılır. Alüminyum sülfattan daha etkilidir. Performansı veya davranışı, pH'a bağlı olan mevcut türe bağlıdır.

O nasıl çalışır

PACl, organik materyalin ve mineral partiküllerin pıhtılaşmasına izin verir. Pıhtılaşma, elimine edilecek bileşiklerin çözünmekten katı hale gelmesi anlamına gelir. Bu, pozitif yüklerinin koagüle edilecek malzemelerin negatifleri ile etkileşimi yoluyla elde edilir.

Çok fazla pozitif yüke (+7) sahip olan Al ₁₃ türlerinin , yükleri etkisiz hale getirmede en etkili olduğuna inanılıyor . Daha sonra topaklaşan ve topaklar oluşturan parçacıklar arasında köprüler oluşur.

Bu topaklar çok ağırdır, çökelme veya çökelme, yani arıtılmakta olan suyu içeren kabın dibine gitme eğilimindedir. Bu şekilde filtrasyonla uzaklaştırılabilirler.

Poli alüminyum klorür (PAC), atık su arıtma tesislerinde organik ve inorganik maddeleri çökeltmek için kullanılır. ABD Ordusu Mühendisler Birliği fotoğrafı. Kaynak: Wikimedia Commons.

avantaj

PAC alüminyum sülfattan daha iyidir çünkü daha düşük sıcaklık performansına sahiptir, daha az alüminyum kalıntısı bırakır, daha az çamur hacmi üretir, su pH'ı üzerinde daha az etkisi vardır ve daha hızlı ve daha büyük topaklar oluşur. Bunların tümü, sonraki filtreleme için sedimantasyonu kolaylaştırır.

Havuz suyu poli alüminyum klorür (PAC) ile arıtılabilir. Yazar: Kalhh. Kaynak: Pixabay.

Selüloz ve kağıt endüstrisinde

PAC özellikle kağıt yapımında koloidal dolgu maddelerinin değiştirilmesinde etkilidir. Koloidal yükler, kağıt hamuru yapmak için karışımlardaki askıda katı maddelerin yükleridir.

Özellikle nötr ve alkali koşullarda drenaj hızının (suyun giderilmesi) hızlanmasını sağlar ve katıların tutulmasına yardımcı olur. Katılar daha sonra kuruturken kağıdı oluşturanlardır.

Bu uygulamada düşük (% 0-17) ve orta (% 17-50) bazikliklere sahip PAC kullanılmaktadır.

Selüloz ve kağıt fabrikalarında, sedimantasyon sürecine yardımcı olmak için poli alüminyum klorür (PAC) kullanılır. Yazar: 151390. Kaynak: Pixabay.

- Çimentoyu iyileştirmek için

Son zamanlarda (2019) Portland çimentosuna PACl eklenmesi test edilmiştir. Cl ^- klorür iyonlarının ve polimerik alüminyum gruplarının varlığının çimentonun yapısını değiştirdiği belirlenmiştir. Formül kompleks tuzları 3CaO.Al tahmin edilmektedir ₂ O ₃ .CaCl ₂ .10H ₂ O oluşturulur.

İnşaat çimentosu poli alüminyum klorür (PAC) ile zenginleştirilebilir. Skeeze. Kaynak: Wikimedia Commons.

Sonuçlar, PACl'nin çimentonun özelliklerini iyileştirdiğini, mikro gözeneklerin sayısını (çok küçük delikler) azalttığını ve matrisin daha yoğun ve kompakt hale geldiğini, dolayısıyla sıkıştırmaya karşı direncin arttığını göstermektedir.

Etki, artan PACl içeriği ile artar. Çalışma, Portland çimentosuna PACl eklenmesinin üstün mekanik ve mikroyapısal özelliklere sahip bir karışım oluşturduğunu doğrulamaktadır.

Poli alüminyum klorür ile çimentonun gözenekliliği azalır ve daha dayanıklı hale gelir. Blackblack111. Kaynak: Wikimedia Commons.

Referanslar

1. Kim, T. vd. (2019). Polialuminyum Klorürün Normal Portland Çimentosunun Özellikleri Üzerindeki Etkilerinin İncelenmesi. Malzemeler 2019, 12, 3290. mdpi.com'dan kurtarıldı.
2. Li, Y. vd. (2019). Box-Behnken Tepki Yüzey Yöntemi Kullanılarak Domuz Biyogaz Bulamacının İşlenmesi İçin Polialuminyum Klorür-Kitosan Flokülantının Optimizasyonu. Int J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 996. mdpi.com'dan kurtarıldı.
3. Hubbe, M. Polialuminyum Klorür (PAC). Kağıt Yapımı Islak Uç Kimyası Mini Ansiklopedisi. Projects.ncsu.edu'dan kurtarıldı.
4. Tang, H. vd. (2015). PACl ve şap tarafından oluşturulan hidroksil alüminyum kümelerinin türleşmesi, stabilitesi ve pıhtılaşma mekanizmaları: Kritik bir inceleme. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78-85. Ncbi.nlm.nih.gov'dan kurtarıldı.
5. Bottero, JY vd. (1980). Hidrolize Alüminyum Klorür Çözeltilerinin Çalışmaları. 1. Alüminyum Türlerinin Doğası ve Sulu Çözeltilerin Bileşimi. Journal of Physical Chemistry, Cilt 84, No. 22, 1980. pubs.acs.org'dan erişildi.
6. Zhao, H.-Z. et al. (2009). Yüksek konsantrasyonlu polialuminyum klorür: Al konsantrasyonunun hazırlanması ve Al türlerinin dağılımı ve dönüşümü üzerindeki etkileri. Kimya Mühendisliği Dergisi 155 (2009) 528-533. Sciencedirect.com'dan kurtarıldı.
7. Jia, Z. vd. (2004). Polialuminyum Klorürün Membran Reaktörlü Sentezi: Çalışma Parametresi Etkileri ve Reaksiyon Yolları. Ind. Eng.Chem. Res. 2004, 43, 12-17. Pubs.acs.org'dan kurtarıldı.
8. GEO Özel Kimyasallar. Polialuminyum Klorür (PAC). Geosc.com'dan kurtarıldı.