無機高分子絮凝劑聚合氯化鋁的組成和基本形態

    多年來在絮凝化學領域中的重要進展當屬對上述羥基聚未來十三鋁的研究。羥基聚十三鋁是堿化水解鋁溶液中重要的組分，它有較高的分子量和正電荷，成為聚合氯化鋁中有效的成分。聚合氯化鋁作為無機高分子絮凝劑的主要品種，其發展的方向應是盡量提高聚十三鋁在其制品中的主導成分地位。但是Al13的生成條件卻一直是爭論焦點。近年提出Al13生成需有前驅物(precursor)的論點得到較多贊同。由于Al13的籠狀結構(Keggin)的核心是AlO4四面體配位，不符合其沉淀物以八面體配位的熱力學規律，從而經實驗研究，提出在部分中和的鋁溶液內已存在Al(OH)4-四面體結構作為前驅物的觀點。目前認為，向鋁溶液中加入堿液的界面上存在較大的pH差值，會生成Al(OH)4-及隨后的Al13。這時有影響的因素除Al液的濃度和當時的水解度外，還有堿液的濃度和注入速度、混合攪拌強度、Al(OH)4-與Al13生成速度匹配，等等。各種條件的佳組合才能生成多量的聚十三鋁。

    無機高分子絮凝劑聚合氯化鋁是在傳統的鋁鹽和鐵鹽絮凝劑的基礎上發展起來的一類新型水處理藥劑。由于這類藥劑比原有傳統藥劑具有適應性強，無毒，并可成倍提高效能而相對價廉等優點，因而在近幾年得到了迅速的發展和廣泛的應用，并已逐步發展成為水處理絮凝過程的逐流藥劑。

    鋁鹽的凝聚、絮凝作用主要是以投入水中后產生的帶適當電荷而聚合度較高的無機高分子形態進行的，它們實質上是鋁鹽在水解—聚合—沉淀的動力學過程中的中間產物，其化學形態屬于多核羥基配合物。向原水中投加絮凝劑時，溶液中的影響因素錯綜復雜，諸如鋁鹽濃度，其他離子組成，懸濁物的性質和數量、吸附作用、溫度、攪拌混合條件，反應時間等都會對生成無機高分子優形態的鋁化合物產生影響和干擾，所以在水處理現場一般投加 鋁鹽并不能經常保證達到佳的絮凝效果?？梢栽O想，如果能夠把鋁鹽在控制適宜的條件下預先制成優形態的產物，然后投加到被處理的水中，可能會迅速發揮優異的絮凝作用，聚合鋁絮凝劑的出現正是符合這一投想的。按照這一設想采取預制的方法制得的聚合氯化鋁(PAC)，不但能夠更有保證地達到現場投加鋁鹽所能達到的優形態，而且可以制出現場投加后不能達到的更優異產物。由此可見，聚合鋁的基本形態應該是多核羥基配合物形成的無機高分子。對聚合氯化鋁的組成和形態進行了多年的研究，被廣泛接受的化學式為[Al2(OH)nCl6-n]m，該化學式實際上是把羥基配合物Al2(OH)nCl6-n看成是高分子化合物的單體，而m為其聚合度。這種表達方式既考慮了Al數目為2的基本結構，又考慮了高分子聚合物的發展形態。近年來對PAC形態的研究取得了長足進展，簡述如下：

    用27AlNMR(核磁共振）對聚合氯化鋁（PAC）的研究。根據對PAC樣品進行測定實驗后得出0.0和62.9這兩個共振峰。對這兩個共振峰所代表的鋁離子水解聚合組分的解釋，是與用其他實驗方法獲得的結果進行比較后得到的。一般的看法是：0.0共振峰是Al(H2O)63+及其他單核羥基配離子的特征峰;62.9共振峰是由多核組分Al13O4(OH)24(H2O)127+(簡寫為Al13)引起的。該組分由12個鋁氯八面體(AlO6)圍繞著1個鋁氯四面體(AlO4)形成，成為一個近似球狀的籠狀結構(Keggin)原子團。實質上62.9共振峰是由Al13中的AlO4產生的，12個AlO6能產生共振峰，其位置在0.0附件，因峰過于扁平而不能看出。Al13籠式結構的聚集模板在電鏡下顯示出的形貌像是向四面發散的樹枝。