聚氯化鋁形態(tài)分布及轉(zhuǎn)化規(guī)律研究.pdf

1、聚氯化鋁(PAC)是水處理領(lǐng)域應(yīng)用范圍最廣、使用量最大的無機(jī)高分子混凝劑。近100年來，科學(xué)家們對(duì)鋁鹽的水解-絡(luò)合-聚合-膠凝-沉淀-晶化機(jī)理進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)研究和模式分析，并取得了很大進(jìn)展。目前主要有廣泛引用的兩個(gè)模式，即“核鏈”模式(the“Core-links'’model)和“籠狀”模式(the“Keggin-Al<,13>”model)。根據(jù)“籠狀”模式的觀點(diǎn)，許多研究者認(rèn)為，Al<,b>或Al<,13>等高聚物是發(fā)揮混凝作用

2、的最佳成分，因此在PAC生產(chǎn)過程中應(yīng)當(dāng)盡量提高．Alb或Al<,13>的含量。 已有研究絕大多數(shù)局限于試驗(yàn)室理論樣品，而針對(duì)工業(yè)樣品的系統(tǒng)研究幾乎沒有。目前主流工業(yè)PAC產(chǎn)品中Al<,b>或Al<,13>的變化規(guī)律如何，是否提高工業(yè)品中Al<,b>或Al<,13>的含量就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品混凝效果的提高，迄今為止還沒有研究者能夠給出滿意的回答。為了揭示PAC形態(tài)分布的全貌以及提高理論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)作用，非常有必要對(duì)PAC試驗(yàn)室樣品和工業(yè)樣

3、品進(jìn)行全鹽基度和全濃度范圍的形態(tài)分布研究，并得到在相同試驗(yàn)條件下PAC的形態(tài)分布規(guī)律。特別要弄清楚工業(yè)PAC產(chǎn)品中Al<,b>或Al<,13>的含量，以及其含量與混凝效果的關(guān)系，以進(jìn)一步指導(dǎo)PAC的理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐。 本研究采用分析純氫氧化鋁和鹽酸加壓反應(yīng)，調(diào)整鹽基度制得8個(gè)Al濃度為2.50mol·L<'-1>，鹽基度為20﹪～90﹪的A系列樣品。采用慢速滴堿法制得8個(gè)Al濃度為0.150～0.336mol·L<'-1>，鹽

4、基度為20﹪～92﹪的B系列樣品。采用鋁酸鈣調(diào)整法，同時(shí)引入SO<,4><'2->等多價(jià)陰離子制得8個(gè)Al濃度為2.50mol·L<'-1>，鹽基度為20﹪～85﹪的C系列樣品。采用鋁酸鈣調(diào)整法制得8個(gè)Al濃度為2.50mol·L<'-1>，鹽基度為20﹪～92﹪的D系列樣品。A系列樣品代表了國外主要生產(chǎn)工藝的工業(yè)產(chǎn)品，B系列樣品代表了國內(nèi)外研究者使用的試驗(yàn)室樣品，C、D系列樣品則代表目前國內(nèi)的主流工業(yè)產(chǎn)品。本研究采用Al-Ferron

5、逐時(shí)絡(luò)合比色、核磁共振<'27>Al-NMR、燒杯混凝試驗(yàn)、紅外光譜、透射電鏡、ξ電位等方法對(duì)四個(gè)系列32個(gè)樣品的形態(tài)分布和混凝性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。 Ferron試驗(yàn)結(jié)果表明：(1)A、C、D工業(yè)系列樣品的Alb值先隨鹽基度的升高而增加，然后隨鹽基度的升高而減小，最大值分別為27.15﹪、23.12﹪、28.41﹪。B系列樣品的Al<,b>-直隨鹽基度的升高而增加，在鹽基度為92﹪時(shí)，Al<,b>最大值為74.02﹪。(2)A、

6、B、C、D四個(gè)系列所有樣品的Al<,a>均隨鹽基度的升高而減小，Al<,c>則隨鹽基度的升高而增加。(3)低鹽基度B≤20﹪時(shí)，工業(yè)系列樣品中的Al<,b>均比實(shí)驗(yàn)室系列樣品中的Al<,b>高，Al<,b>從大到小的順序依次為C>D>A>B。(4)高鹽基度B>30﹪時(shí)，Al<,b>值的變化規(guī)律正好與B≤20﹪時(shí)相反。實(shí)驗(yàn)室系列樣品中的Alb比工業(yè)系列樣品中的Al<,b>高，Al<,b>從大到小的順序依次為B>A>D>C。(5)中間鹽基度

7、20﹪的大小關(guān)系與B>30﹪時(shí)一致，為A>D>C。該階段Alb從大到小的順序依次為A>D>B>C。 核磁共振<'27>Al-NMR．測(cè)試結(jié)果表明：(1)A、B、C、D四個(gè)系列所有樣品的Al<,單>單均隨鹽基度的升高而減小。(2)A、c、D工業(yè)系列樣品的Al<,13>值均較小，C系列的Al<,13>均為0﹪，A、D系列的Al<,13>最大值僅5.05﹪。A、C、D工業(yè)系列

8、樣品中Al<,13>不是其主要形態(tài)。B系列樣品的Al<,13>一直隨鹽基度升高而升高，最大值為B8樣品的68.69﹪，高鹽基度時(shí)Al<,13>為其中主要形態(tài)。(3)A、C、D工業(yè)系列樣品的Al<,其他>均隨鹽基度的升高而增加，其最大值分別為95.15﹪、85.40﹪、93.30﹪。B系列樣品的Al<,其他>則先隨鹽基度的升高而增加，達(dá)到最大值后開始降低，然后再開始上升，最大值為B4．樣品的44.40﹪。 Al<,b與Al<,13

9、>比較分析表明：A、C、D工業(yè)系列樣品中Al<,b>、Al<,13>的絕對(duì)數(shù)值均較小，Al<,b>最大值為28.41﹪，Al<,13>最大值為5.50﹪，Al<,b>、Al<,13>不是其中的優(yōu)勢(shì)形態(tài)。B系列樣品中Al<,b>、Al<,13>的絕對(duì)數(shù)值相對(duì)較大，鹽基度大于60﹪時(shí)，Al<,b>、Al<,13>成為優(yōu)勢(shì)形態(tài)。 混凝試驗(yàn)結(jié)果表明：同一系列PAC樣品加藥量相同時(shí)，鹽基度越高，混凝效果越好。相同鹽基度的不同系列樣品加藥量

10、相同時(shí)，混凝效果由好到差依次為C>D>A>B，混凝效果最好的是C系列樣品。而前面試驗(yàn)結(jié)果又表明，相同鹽基度不同系列樣品中Al<,b>、Al<,13>值大小順序?yàn)锽>A>D>C，也就是說，Al<,b>、Al<,13>含量高的樣品混凝效果反而較差，Al<,b>、Al<,13>含量較低的工業(yè)系列樣品的混凝效果卻比Al<,b>、Al<,13>含量相對(duì)較高的實(shí)驗(yàn)室系列樣品好得多。因此聚氯化鋁工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量控制應(yīng)以盡可能提高產(chǎn)品的鹽基度或Al<,c

11、>為目標(biāo)，而不是Al<,b>、Al<,13>含量最大。紅外光譜測(cè)試結(jié)果表明：對(duì)于同一系列PAC樣品，隨鹽基度的增大，3417 cm<'-1>、1642cm<'-1>和615 cm<'-1>處的吸收峰面積均略有增大，表明鹽基度的增大增強(qiáng)了Al-OH的健合力，有利于保持聚合物的穩(wěn)定性。在989cm<'-1>不同系列樣品吸收峰強(qiáng)度從大到小的變化趨勢(shì)依次為C>D>A>B，也就是說不同系列樣品水解時(shí)形成多核羥鋁絡(luò)合物的能力為C>D>A>B。

12、 透射電鏡測(cè)試結(jié)果表明：A、C、D三個(gè)工業(yè)系列PAC樣品顆粒均呈分散顆粒狀，沒有絮團(tuán)狀或樹枝狀顆粒出現(xiàn)，而B系列樣品在中低鹽基度時(shí)顆粒呈絮團(tuán)狀或樹枝狀，高鹽基度時(shí)顆粒呈分散顆粒狀。 ξ電位測(cè)試結(jié)果表明：不同系列、不同鹽基度樣品混凝后溶液的ξ電位均呈上升趨勢(shì)，并在投加量達(dá)到某一最佳值時(shí)電位由負(fù)變正。同一系列樣品中，鹽基度越大，到達(dá)零電位時(shí)的藥劑加量越小。相同鹽基度的不同系列樣品加藥量相同時(shí)，溶液的毛電位大小順序?yàn)镃>D>A>B。

13、 PAC的經(jīng)濟(jì)分析表明：采用鋁酸鈣調(diào)整法生產(chǎn)的PAC產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯優(yōu)于比較的其它工業(yè)混凝劑。 綜合本研究的試驗(yàn)結(jié)果，作者提出了基于“雙水解”模型的PAC形態(tài)分布及轉(zhuǎn)化的“雙水解連續(xù)”模型，并應(yīng)用該模型對(duì)四個(gè)系列PAC樣品的形態(tài)分布進(jìn)行了成功解釋。該模型認(rèn)為高聚物與多核聚合物之間、多核聚合物之間可以相互轉(zhuǎn)化，只要條件改變，就會(huì)由一種形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N形態(tài)。 最后本研究認(rèn)為：PAC中聚合物的形態(tài)分布非常復(fù)雜，各種形