ALUMINIUM POLIKLORIDA: STRUKTUR, SIFAT, MEMPEROLEH, PENGGUNAAN - KIMIA - 2026

Satu kelas produk aluminium anorganik larut dalam air disebut polium aluminium klorida , dibentuk oleh reaksi separa aluminium klorida AlCl ₃ dengan pangkalan. Ia adalah pepejal putih hingga kuning. Formula amnya sering dinyatakan sebagai Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Mereka juga dikenali sebagai PAC atau juga PACl (PolyAluminium Chloride).

PAC diformulasikan sedemikian rupa sehingga mengandungi polimer yang sangat kationik (set beberapa molekul dengan banyak muatan positif) yang terdiri daripada ion aluminium (Al ³⁺ ), ion klorida (Cl ^- ), ion hidroksil (OH) ^- dan molekul air (H ₂ O).

Poli Aluminium Klorida (PAC) digunakan untuk membuang bahan organik dan bukan organik dari air di flocculator loji rawatan air sisa. Pengarang: Kubinger. Sumber: Pixabay.

Polimer kationik yang paling penting dari spesies ini dipanggil Al ₁₃ atau Keggin-Al13 yang sangat berkesan dalam rawatan air dan industri pembuatan pulpa dan kertas.

Dalam aplikasi ini, PAC melekat pada permukaan zarah-zarah menyebabkan mereka mengikat bersama dan dapat mengendap, iaitu, jatuh ke bawah dan dapat disaring.

Ia juga berjaya diuji untuk meningkatkan sifat simen Portland, kerana ia mengubah atau mengubah strukturnya pada tahap mikro dan ini menjadikan simen lebih tahan.

Struktur

PAC atau PACl terdiri dari serangkaian spesies mulai dari monomer (satu molekul tunggal), dimer (dua molekul bergabung bersama), oligomer (tiga hingga lima molekul bergabung bersama) hingga polimer (banyak molekul bergabung bersama).

Formula amnya ialah Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Apabila spesies ini mengandungi ion A yang larut dalam air ³⁺ , ion hidroksil OH ^- , ion klorida Cl ^- dan molekul air H ₂ O.

Dalam larutan berair formula amnya ialah Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} atau juga Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

Polimer yang paling berguna ialah polimer yang disebut Al ₁₃ atau Keggin-Al13 yang rumusnya ialah AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ . Spesies Al ₁₃ mempunyai bentuk tiga dimensi.

Dianggarkan bahawa pendahuluan polycation ini adalah Al (OH) ₄ ^- , yang mempunyai konformasi tetrahedral dan dijumpai di tengah struktur.

Tatanama

- Aluminium poliklorida

- PAC (Poli Aluminium Klorida)

- PACl (Poli Aluminium Klorida)

- Polyaluminium Klorida

- Aluminium polyhydroxychloride

- Aluminium hidroklorida atau ACH (Aluminium ChlorHydrate).

Hartanah

Keadaan fizikal

Pepejal putih hingga kuning (serbuk) yang juga diperoleh dalam bentuk larutan berair dengan kepekatan yang berbeza.

Keterlarutan

Larut dalam air.

Ciri-ciri PAC komersial

Pelbagai PAC berbeza antara satu sama lain terutamanya oleh dua perkara:

- Kekuatannya, dinyatakan sebagai% alumina Al ₂ O _3.

- Keasliannya, yang menunjukkan jumlah bahan polimer dalam PAC, dan dapat berbeza antara 10% (asas rendah), 50% (asas sederhana), 70% (asas tinggi) dan 83% (asas tertinggi, yang sepadan dengan aluminium hidroklorida atau ACH).

Sifat kimia

PAC adalah sejenis produk aluminium larut dalam air. Formula amnya sering dinyatakan sebagai Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) .

Sejak ia dihasilkan melalui tindak balas aluminium klorida (AlCl ₃ ) dengan asas, yang kebesan satu jenis produk bergantung kepada jumlah relatif OH ^- ion berbanding jumlah aluminium (Al).

Menurut formula Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) , asas didefinisikan sebagai m / 3n.

Ia adalah flocculant. Ia mempunyai sifat seperti kemudahan penjerapan pada zarah lain yang berlainan cas (ia menempel pada permukaan ini), pembekuan (penyatuan beberapa zarah yang telah diserap) dan pemendakan kumpulan zarah bersatu ini.

PAC boleh menjadi tidak stabil kerana bergantung pada pH. Mereka boleh menghakis.

Kelakuan PAC di dalam air

Dengan melarutkan PAC di dalam air dan bergantung pada pH, pelbagai spesies aluminium-hidroksil (Al-OH) terbentuk.

Ia menghidrolisis atau bertindak balas dengan air untuk membentuk monomer (molekul bersatu), oligomer (3 hingga 6 molekul dihubungkan) dan polimer (lebih daripada 6 molekul yang dihubungkan).

Spesies yang paling penting adalah polimer dengan 13 atom aluminium, yang dipanggil Keggin-Al13.

Fungsi PAC sebagai flokulan

Polimer Keggin-Al13 menyerap pada zarah-zarah yang ada di dalam air, iaitu, ia menempel pada permukaan ini, dan menyebabkannya saling menyatu, membentuk flok.

Flocs adalah kumpulan zarah-zarah yang sangat kecil yang digumpal atau disatukan untuk membentuk struktur yang lebih besar yang dapat mendapan, iaitu menuju ke bahagian bawah larutan berair.

Setelah membentuk floks, apabila cukup besar mereka menuju ke bahagian bawah dan larutan berair bersih.

Tangki flokulasi dan pemendapan kilang rawatan air di mana poli aluminium klorida (PAC) dapat digunakan. Qualit-E di Wikipedia Inggeris. Sumber: Wikimedia Commons.

Mendapatkan

Penyelesaian PAC atau PACl umumnya diperoleh dengan menambahkan larutan asas atau alkali ke larutan aluminium klorida (AlCl ₃ ).

Untuk mendapatkan jumlah polimer Al _{13 yang} tinggi, asas atau alkali yang ditambahkan mestilah tidak memberikan ion OH ^- terlalu cepat dan tidak terlalu perlahan.

Beberapa kajian menunjukkan bahawa sukar untuk menghasilkan kepekatan tinggi Al ₁₃ yang stabil menggunakan NaOH kerana ia melepaskan ion OH ^- terlalu cepat ke dalam air.

Atas sebab ini, sebatian kalsium asas (Ca) lebih disukai, yang mempunyai kelarutan rendah dalam air dan dengan itu melepaskan ion OH ^- perlahan. Salah satu sebatian kalsium asas ini adalah kalsium oksida CaO.

Berikut adalah langkah-langkah yang berlaku untuk pembentukan PAC.

Hidrolisis

Apabila garam aluminium (iii) larut dalam air, satu tindak balas hidrolisis spontan berlaku di mana aluminium Al ³⁺ kation mengambil hidroksil OH ^- ion daripada air dan mengikat kepada mereka, meninggalkan percuma H ⁺ proton :

Al ³⁺ + H ₂ O → Al (OH) ²⁺ + H ⁺

Al ³⁺ + 2 H ₂ O → Al (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

Ini dibantu dengan menambah alkali, iaitu, OH ^- ion . Ion aluminium Al ³⁺ semakin bergabung dengan OH ^- anion :

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

Di samping itu, spesies seperti Al (H ₂ O) ₆ ^{3+ terbentuk} , iaitu ion aluminium yang terikat atau diselaraskan dengan enam molekul air.

Pempolimeran

Kemudian ikatan dibentuk antara spesies ini, membentuk dimer (set 2 molekul) dan trimer (set 3 molekul) yang diubah menjadi oligomer (set 3 hingga 5 molekul) dan polimer (set banyak molekul bergabung).

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

Jenis spesies ini disatukan oleh jambatan OH antara satu sama lain dan dengan Al (H ₂ O) ₆ ^3+, membentuk kumpulan molekul yang dipanggil kompleks hidroksi atau polikasi atau hidroksipolimer.

Formula umum polimer kationik ini ialah Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} atau juga Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

Polimer kepentingan

Yang paling berguna dari polimer ini dianggap sebagai apa yang disebut Al ₁₃ yang rumusnya adalah AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ , dan ia juga dikenali sebagai Keggin-Al13.

Ia adalah spesies dengan 7 muatan positif (iaitu kation heptavalent) dengan 13 atom aluminium, 24 unit OH, 4 atom oksigen, dan 12 unit air H ₂ O.

Permohonan

- Dalam rawatan air

PACl adalah produk komersial untuk merawat air dan menjadikannya boleh diminum (bersih dan boleh diminum). Ia juga membolehkan pengolahan sampah dan perairan industri.

Air dapat dibuat minum jika dirawat dengan polium aluminium klorida (PAC). Pengarang: ExplorerBob. Sumber: Pixabay.

Ia digunakan sebagai agen pembekuan dalam proses peningkatan air. Ia lebih berkesan daripada aluminium sulfat. Prestasi atau tingkah lakunya bergantung pada spesies yang ada, yang bergantung pada pH.

Bagaimanakah ia berfungsi

PACl membolehkan bahan organik dan zarah mineral dibekukan. Pembekuan bermaksud bahawa sebatian yang akan dihilangkan berubah dari larut menjadi padat. Ini dicapai melalui interaksi cas positifnya dengan yang negatif dari bahan yang akan dibekukan.

Dipercayai bahawa spesies Al ₁₃ , yang mempunyai begitu banyak muatan positif (+7), adalah yang paling berkesan dalam meneutralkan cas. Kemudian terdapat pembentukan jambatan antara zarah-zarah yang bergabung dan membentuk flok.

Flok ini, sangat berat, cenderung mengendap atau mengendap, yaitu menuju ke dasar wadah yang berisi air yang sedang dirawat. Dengan cara ini mereka dapat dikeluarkan dengan penapisan.

Poli aluminium klorida (PAC) digunakan untuk mendapan bahan organik dan bukan organik di loji rawatan air sisa. Foto Jurutera Tentera Darat AS. Sumber: Wikimedia Commons.

Kelebihan

PAC lebih baik daripada aluminium sulfat kerana mempunyai prestasi suhu rendah yang lebih baik, meninggalkan lebih sedikit residu aluminium, menghasilkan lebih sedikit isipadu enapcemar, kurang mempengaruhi pH air, dan terbentuk flok yang lebih cepat dan lebih besar. Kesemuanya memudahkan pemendapan untuk penapisan berikutnya.

Air kolam dapat dimurnikan dengan polium aluminium klorida (PAC). Pengarang: Kalhh. Sumber: Pixabay.

-Dalam industri pulpa dan kertas

PAC sangat berkesan dalam mengubah suai pengisi koloid dalam pembuatan kertas. Caj koloid adalah cas pepejal terampai dalam campuran untuk membuat pulpa kertas.

Ini memungkinkan untuk mempercepat kelajuan saliran (penyingkiran air) terutama dalam keadaan neutral dan alkali, dan membantu dalam pengekalan pepejal. Pepejal adalah yang kemudian, ketika pengeringan, membentuk kertas.

Dalam aplikasi ini PAC dengan asas rendah (0-17%) dan sederhana (17-50%) digunakan.

Di kilang pulpa dan kertas, polium aluminium klorida (PAC) digunakan untuk membantu proses pemendapan. Pengarang: 151390. Sumber: Pixabay

- Untuk memperbaiki simen

Baru-baru ini (2019) penambahan PACl ke simen Portland telah diuji. Telah ditentukan bahawa kehadiran ion Cl ^- klorida dan kumpulan aluminium polimerik mengubah struktur simen. Dianggarkan bahawa garam kompleks formula 3CaO.Al ₂ O ₃ .CaCl ₂ .10H ₂ O terbentuk.

Pembinaan simen boleh ditingkatkan dengan polium aluminium klorida (PAC). Skeeze. Sumber: Wikimedia Commons.

Hasilnya menunjukkan bahawa PACl meningkatkan sifat semen, mengurangkan bilangan mikropori (lubang yang sangat kecil) dan matriks menjadi lebih padat dan padat, oleh itu daya tahan terhadap mampatan meningkat.

Kesannya meningkat dengan peningkatan kandungan PACl. Kajian mengesahkan bahawa menambahkan PACl ke simen Portland menghasilkan campuran dengan sifat mekanik dan struktur mikro yang unggul.

Dengan polium aluminium klorida, keliangan simen menurun dan menjadi lebih tahan. Blackblack111. Sumber: Wikimedia Commons.

Rujukan

1. Kim, T. et al. (2019). Menyiasat Kesan Polyaluminium Klorida terhadap Sifat Semen Portland Biasa. Bahan 2019, 12, 3290. Dipulihkan dari mdpi.com.
2. Li, Y. et al. (2019). Pengoptimuman Flocculant Polyaluminium Chloride-Chitosan untuk Merawat Bubur Biogas Babi Menggunakan Kaedah Permukaan Respons Box-Behnken. Int. J. Environ. Res. Kesihatan Awam 2019, 16, 996. Dipulihkan dari mdpi.com.
3. Hubbe, M. Polyaluminium Chloride (PAC). Mini-Encyclopedia of Papermaking Wet-End Chemistry. Dipulihkan dari projeks.ncsu.edu.
4. Tang, H. et al. (2015). Mekanisme spesiasi, kestabilan, dan pembekuan kluster aluminium hidroksil yang dibentuk oleh PACl dan tawas: Kajian kritikal. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78-85. Dipulihkan dari ncbi.nlm.nih.gov.
5. Bottero, JY et al. (1980). Kajian Penyelesaian Aluminium Klorida Terhidrolisis. 1. Sifat Spesies Aluminium dan Komposisi Larutan Berair. Jurnal Kimia Fizikal, Jilid 84, No. 22, 1980. Diperolehi dari pubs.acs.org.
6. Zhao, H.-Z. et al. (2009). Polyaluminium klorida berkepekatan tinggi: Penyediaan dan kesan kepekatan Al terhadap pengedaran dan transformasi spesies Al. Jurnal Kejuruteraan Kimia 155 (2009) 528-533. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
7. Jia, Z. et al. (2004). Sintesis Polyaluminium Klorida dengan Reaktor Membran: Kesan Parameter Operasi dan Laluan Tindak Balas. Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 12-17. Dipulihkan dari pubs.acs.org.
8. Bahan Kimia Khas GEO. Polyaluminium Klorida (PAC). Dipulihkan dari geosc.com.