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聚合氯化铝的净水原理和吸附作用 聚丙烯酰胺

发表时间:2017-07-08 08:20:37 【

聚合氯化铝由一系列不同聚合度的无机高分子化合物所组成,具最佳形态(pattern)分布。聚氯化铝是一种多羟基,多核络合体的阳离子型无机高分子絮凝剂,固体产品外观为黄色或白色固体粉末,其化学分子式为AL2(OH)nCL6-nm.(式中,1≤n≤5,m≤10) ,且易溶于水。聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂,又被简称为聚铝,英文缩写为PAC,由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂。主要成分为AI4(OH)24(H2O)24(H2O)127+,为具Keggin结构的高电荷(electric charge)聚合环链体形,对水中胶体(Colloid)和颗粒物具有高度电中和及桥联作用,并可强力去除微有毒物及重金属离子,性状稳定。在水中与胶体颗粒所带的负电荷瞬间中和作用。使胶体脱稳,胶体颗粒迅速混凝,并进一步架桥生成絮团而快速沉淀。聚合氯化铝是一种高效净水剂,广泛应用于城乡自来水给水净化,工业水和工业循环水净化及生活污水、制药、造纸和印染等工业污水的净化,具有投加量少、成本低、净化高效稳定的特点,是国家“十五”规划重点发展的环保产品之一。1、压缩双电层: 胶团双电层的构造决定了在胶粒表面处反离子的浓度最大,随着胶粒表面向外的距离越大则反离子浓度越低,最终与溶液中离子浓度相等。当向溶液中投加电解质,使溶液中离子浓度增高,则扩散层的厚度减小。 当两个胶粒互相接近时,由于扩散层厚度减小,ξ电位降低(reduce),因此它们互相排斥的力就减小了,也就是溶液中离子浓度高的胶间斥力比离子浓度低的要小。胶粒间的吸力不受水相组成的影响,但由于扩散层减薄,它们相撞时的距离就减小了,这样相互间的吸力就大了。可见其排斥与吸引的合力由斥力为主变成以吸力为主(排斥势能消失了),胶粒得以迅速凝聚。
这个机理能较好地解释港湾处的沉积现象,因淡水进入海水时,盐类增加,离子浓度增高,淡水挟带胶粒的稳定(解释:稳固安定;没有变动)性降低,所以在港湾处粘土和其它胶体颗粒易沉积。碱式氯化铝与碱作用可使聚合度和碱度提高,最终可形成氢氧化铝沉淀或铝酸盐;与硫酸铝或其他多价酸盐混合时易生成沉淀,可降低或完全失去混凝性能。根据这个机理,当溶液中外加电解质(属性:化合物)超过发生凝聚的临界凝聚浓度很多时,也不会有更多超额的反离子进入扩散层,不可能出现胶粒改变符号而使胶粒重新稳定的情况。这样的机理是藉单纯静电(是一种处于静止状态的电荷)现象来说明电解质对胶粒脱稳的作用,但它没有考虑(consider)脱稳过程中其它性质的作用(如吸附),因此不能解释复杂的其它一些脱稳现象,例如三价铝(Al)盐与铁盐作混凝剂投量过多,凝聚效果反而下降(descend),甚至重新稳定;又如与胶粒带同电号的聚合物或高分子有机物可能有好的凝聚效果:等电状态应有最好的凝聚效果,但往往在生产实践中ξ电位大于零时混凝效果却最好……等。 实际上在水溶液中投加混凝剂使胶粒脱稳现象涉及到胶粒与混凝剂,胶粒与水溶液,混凝剂与水溶液三个方面的相互作用,是一个综合的现象。
  2、吸附电中和: 吸附电中和作用指粒表面对异号离子,异号胶粒或链状离分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用,由于这种吸附作用中和了它的部分电荷,减少了静电斥力,因而容易与其它颗粒接近而互相吸附。此时静电引力常是这些作用的主要方面,但在不少的情况下,其它的作用了超过静电引力。举例来说,用Na+与十二烷基铵离子(C12H25NH3+)去除带负电荷的碘化银溶液造成的浊度,发现同是一价的有机胺离子脱稳的能力比Na+大得多,Na+过量投加不会造成胶粒再稳,而有机胺离子则不然,超过一定投置时能使胶粒发生再稳现象,说明胶粒吸附了过多的反离子,使原来带的负电荷转变成带正电荷。铝(Al)盐、铁盐投加量高时也发生再稳现象以及带来电荷变号。上面的现象用吸附电中和的机理解释是很合适的。
  3、吸附架桥作用: 吸附架桥作用机理主要是指高分子物质与胶粒的吸附与桥连。碱式氯化铝有吸附、凝聚、沉淀等性能,聚合氯化铝稳定性差。毒性及防护有腐蚀性,如不慎溅到皮肤上要立即用水冲洗干净。生产人员要穿工作服,戴口罩、手套,穿长筒胶靴。聚氯化铝是一种多羟基,多核络合体的阳离子型无机高分子絮凝剂,固体产品外观为黄色或白色固体粉末,其化学分子式为AL2(OH)nCL6-nm.(式中,1≤n≤5,m≤10) ,且易溶于水。还可以理解成两个大的同号胶粒中间由于有一个异号胶粒而连接在一起。高分子絮凝(coagulation)剂具有线性结构,它们具有能与胶粒表面某些部位起作用的化学基团,当高聚合物与胶粒接触时,基团能与胶粒表面产生特殊的反应而相互吸附,而高聚物分子的其余部分则伸展在溶液中,可以与另一个表面有空位的胶粒吸附,这样聚合物就起了架桥连接的作用。假如胶粒少,上述聚合物伸 展部分粘连不着第二个胶粒,则这个伸展部分迟早还会被原先的胶粒吸附在其他部位上,这个聚合物就不能起架桥作用了,而胶粒又处于稳定状态。高分子絮凝剂投加量过大时,会使胶粒表面饱和(saturation)产生再稳现象。已经架桥絮凝的胶粒,如受到剧烈的长时间的搅拌,架桥聚合物可能从另一胶粒表面脱开,重又卷回原所在胶粒表面,造成再稳定状态。 聚合物在胶粒表面的吸附来源于各种物理化学作用,如范德华引力、静电(是一种处于静止状态的电荷)引力、氢(Hydrogen)键、配位键等,取决于聚合物同胶粒表面二者化学结构的特点。 这个机理可解释非离子型或带同电号的离子型高分子絮凝剂能得到好的絮凝效果的现象。
  4、沉淀物网捕机理 当金属盐(如硫酸(化学式:H2SO4)铝(Al)或氯化铁)或金属氧化物和氢(Hydrogen)氧化物(如石灰)作凝聚剂时,当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3、Mg(OH)2或金属碳酸盐(如CaCO3)时,水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时所网捕。当沉淀物是带正电荷(electric charge)(Al(OH)3及Fe(OH)3在中性和酸性pH范围内)时,沉淀速度可因溶液中存在阴离子而加快,例如硫酸银离子。此外水中胶粒本身可作为这些金属氧氧化物沉淀物形成的核心,所以凝聚剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比,即胶粒越多,金属凝聚剂投加量越少。

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