อลูมิเนียมโพลีคลอไรด์: โครงสร้างคุณสมบัติการได้รับการใช้งาน - เคมี - 2026

ผลิตภัณฑ์อนินทรีย์อนินทรีย์ที่ละลายน้ำได้ประเภทหนึ่งเรียกว่าโพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาบางส่วนของอะลูมิเนียมคลอไรด์ AlCl ₃กับฐาน เป็นของแข็งสีขาวถึงเหลือง สูตรทั่วไปมักจะแสดงเป็นอัล_n (OH) _ม. Cl (3n-M) พวกเขาเรียกอีกอย่างว่า PAC หรือ PACl (PolyAluminum Chloride)

PACs เป็นสูตรที่มีโพลิเมอร์ประจุบวกสูง (ชุดของโมเลกุลหลายตัวที่มีประจุบวกจำนวนมาก) ซึ่งประกอบด้วยไอออนของอลูมิเนียม (Al ³⁺ ), คลอไรด์ไอออน (Cl ^- ), ไฮดรอกซิลไอออน (OH) ^-และโมเลกุลของน้ำ (H ₂ O)

โพลีอลูมิเนียมคลอไรด์ (PAC) ใช้ในการกำจัดสารอินทรีย์และอนินทรีย์ออกจากน้ำในบ่อตกตะกอนของโรงบำบัดน้ำเสีย ผู้แต่ง: Kubinger ที่มา: Pixabay

พอลิเมอร์ประจุบวกที่สำคัญที่สุดของสายพันธุ์เหล่านี้เรียกว่า Al ₁₃หรือ Keggin-Al13 ซึ่งมีประสิทธิภาพมากในการบำบัดน้ำและในอุตสาหกรรมการผลิตเยื่อและกระดาษ

ในการใช้งานเหล่านี้ PAC จะยึดติดกับพื้นผิวของอนุภาคทำให้อนุภาคเหล่านี้จับตัวกันและสามารถตกตะกอนได้นั่นคือตกลงไปที่ด้านล่างและสามารถกรองได้

นอกจากนี้ยังได้รับการทดสอบอย่างประสบความสำเร็จในการปรับปรุงคุณสมบัติของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์เนื่องจากมีการปรับเปลี่ยนหรือเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในระดับจุลภาคและทำให้ปูนซีเมนต์มีความทนทานมากขึ้น

โครงสร้าง

PAC หรือ PACl ประกอบด้วยสายพันธุ์ต่างๆตั้งแต่โมโนเมอร์ (โมเลกุลเดี่ยว), ไดเมอร์ (โมเลกุลสองตัวรวมกัน), โอลิโกเมอร์ (สามถึงห้าโมเลกุลรวมกัน) ไปจนถึงโพลีเมอร์ (หลายโมเลกุลรวมกัน)

สูตรทั่วไปของมันคืออัล_n (OH) _ม. Cl (3n-M) เมื่อสิ่งมีชีวิตเหล่านี้มีไอออน A ที่ละลายในน้ำ³⁺ไฮดรอกซิลไอออน OH ^-คลอไรด์ไอออน Cl ^-และโมเลกุลของน้ำ H ₂ O

ในการแก้ปัญหาน้ำสูตรทั่วไปของมันคืออัล_x (OH) _Y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +}หรือยังอัล_x O _Z (OH) _Y (H ₂ O) _n ^(3x-Y-2Z) +

มีประโยชน์มากที่สุดของโพลิเมอร์เหล่านี้เป็นหนึ่งที่เรียกว่าอัล₁₃หรือ Keggin-Al13 มีสูตร Alo ₄อัล₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ 7+ สายพันธุ์ Al ₁₃มีรูปร่างสามมิติ

ประมาณว่าสารตั้งต้นของโพลีเคชันนี้คืออัล (OH) ₄ ^-ซึ่งมีโครงสร้างเตตระฮีดรอลและพบอยู่ตรงกลางโครงสร้าง

ศัพท์เฉพาะ

- อะลูมิเนียมโพลีคลอไรด์

- PAC (โพลีอลูมิเนียมคลอไรด์)

- PACl (โพลีอลูมิเนียมคลอไรด์)

- โพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์

- อะลูมิเนียมโพลีไฮดรอกซีคลอไรด์

- อะลูมิเนียมไฮโดรคลอไรด์หรือ ACH (Aluminium ChlorHydrate)

คุณสมบัติ

สภาพร่างกาย

ของแข็งสีขาวถึงเหลือง (ผง) ที่ได้รับในรูปของสารละลายในน้ำที่มีความเข้มข้นต่างกัน

การละลาย

ละลายในน้ำ

ลักษณะของ PAC เชิงพาณิชย์

PAC ต่างๆมีความแตกต่างกันโดยหลัก ๆ คือสองสิ่ง:

- ความแข็งแรงแสดงเป็น% ของอลูมินา Al ₂ O ₃

- ความเป็นพื้นฐานซึ่งบ่งบอกถึงปริมาณของวัสดุพอลิเมอร์ใน PAC และอาจแตกต่างกันระหว่าง 10% (พื้นฐานต่ำ), 50% (พื้นฐานปานกลาง), 70% (พื้นฐานสูง) และ 83% (ความเป็นพื้นฐานสูงสุดซึ่ง สอดคล้องกับอลูมิเนียมไฮโดรคลอไรด์หรือ ACH)

คุณสมบัติทางเคมี

PAC เป็นผลิตภัณฑ์อะลูมิเนียมชนิดหนึ่งที่ละลายน้ำได้ สูตรทั่วไปมักจะแสดงเป็นอัล_n (OH) _ม. Cl (3n-M)

เนื่องจากผลิตโดยการทำปฏิกิริยาอะลูมิเนียมคลอไรด์ (AlCl ₃ ) กับฐานความเป็นพื้นฐานของผลิตภัณฑ์ประเภทนี้จึงขึ้นอยู่กับปริมาณของ OH ^-ไอออนเทียบกับปริมาณอลูมิเนียม (Al)

ตามสูตร Al _n (OH) _m Cl _(3n-m)ความเป็นพื้นฐานถูกกำหนดให้เป็น m / 3n

เป็นสารตกตะกอน มันมีคุณสมบัติเช่นความสะดวกในการดูดซับอนุภาคอื่น ๆ ที่มีประจุตรงกันข้าม (มันเกาะอยู่บนพื้นผิวของสิ่งเหล่านี้) การแข็งตัว (การรวมตัวกันของอนุภาคหลายตัวที่ถูกดูดซับ) และการตกตะกอนของอนุภาครวมกลุ่มเหล่านี้

PAC อาจไม่เสถียรเนื่องจากขึ้นอยู่กับ pH พวกมันสามารถกัดกร่อนได้

พฤติกรรมของ PAC ในน้ำ

โดยการละลาย PAC ในน้ำและขึ้นอยู่กับ pH จะเกิดอลูมิเนียม - ไฮดรอกซิล (Al-OH) ชนิดต่างๆ

ไฮโดรไลเซสหรือทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างโมโนเมอร์ (โมเลกุลรวมกัน) โอลิโกเมอร์ (3 ถึง 6 โมเลกุลที่เชื่อมโยงกัน) และโพลีเมอร์ (โมเลกุลที่เชื่อมโยงกันมากกว่า 6 โมเลกุล)

สายพันธุ์ที่สำคัญที่สุดคือพอลิเมอร์ที่มีอะลูมิเนียม 13 อะตอมซึ่งเรียกว่า Keggin-Al13

หน้าที่ของ PAC เป็นสารตกตะกอน

พอลิเมอร์ Keggin-Al13 ดูดซับอนุภาคที่มีอยู่ในน้ำนั่นคือมันเกาะอยู่บนพื้นผิวของสิ่งเหล่านี้และทำให้พวกมันรวมตัวกันกลายเป็นฟลอค

Flocs คือกลุ่มของอนุภาคขนาดเล็กมากที่รวมตัวกันหรือรวมกันเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ที่สามารถตกตะกอนได้นั่นคือไปที่ด้านล่างของสารละลายที่เป็นน้ำ

หลังจากสร้างฟลอคแล้วเมื่อมีขนาดใหญ่พอพวกเขาจะไปที่ด้านล่างและสารละลายที่เป็นน้ำจะสะอาด

ถังตกตะกอนและถังตกตะกอนของโรงบำบัดน้ำที่สามารถใช้โพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์ (PAC) ได้ Qualit-E ที่ English Wikipedia ที่มา: Wikimedia Commons

การได้รับ

โดยทั่วไปแล้วสารละลาย PAC หรือ PACl หาได้จากการเติมสารละลายเบสหรือด่างลงในสารละลายอลูมิเนียมคลอไรด์ (AlCl ₃ )

เพื่อให้ได้โพลีเมอร์ Al _{13 ใน}ปริมาณสูงเบสหรืออัลคาไลที่เติมจะต้องไม่ให้ไอออน OH ^-เร็วเกินไปและไม่ช้าเกินไป

การศึกษาบางชิ้นระบุว่าเป็นการยากที่จะสร้าง Al _{13 ที่}มีความเข้มข้นสูงโดยใช้ NaOH เนื่องจากปล่อยไอออน OH ^-ลงในน้ำเร็วเกินไป

ด้วยเหตุนี้แคลเซียมพื้นฐาน (Ca) สารประกอบที่ต้องการซึ่งมีการละลายในน้ำต่ำและทำให้การปล่อย OH ไอออน^-ช้า หนึ่งในสารประกอบแคลเซียมพื้นฐานเหล่านี้คือแคลเซียมออกไซด์ CaO

นี่คือขั้นตอนที่เกิดขึ้นสำหรับการก่อตัวของ PAC

การย่อยสลาย

เมื่อเกลืออลูมิเนียม (iii) ละลายในน้ำปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสที่เกิดขึ้นเองจะเกิดขึ้นซึ่งอะลูมิเนียม Al ³⁺ไอออนบวกรับไฮดรอกซิลไอออน OH ^-จากน้ำและจับตัวกับพวกมันโดยปล่อยให้โปรตอน H ^{+ เป็น}อิสระ:

อัล³⁺ + H ₂ O → Al (OH) ²⁺ + H ⁺

อัล³⁺ + 2 H ₂ O → Al (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

นี้จะได้รับความช่วยเหลือโดยการเพิ่มด่าง, ที่อยู่, OH ^-ไอออน อลูมิเนียมไอออน Al ³⁺กำลังเข้าร่วม OH มากขึ้น^-แอนไอออน:

อัล³⁺ →อัล (OH) ²⁺ →อัล (OH) ₂ ⁺ →อัล (OH) ₃ ⁰ →อัล (OH) ₄ ^-

นอกจากนี้สปีชีส์เช่น Al (H ₂ O) ₆ ^{3+ จะเกิดขึ้น}นั่นคืออิออนอลูมิเนียมผูกมัดหรือประสานงานกับโมเลกุลของน้ำหกโมเลกุล

พอลิเมอไรเซชัน

จากนั้นพันธะจะเกิดขึ้นระหว่างสิ่งมีชีวิตเหล่านี้กลายเป็นไดเมอร์ (ชุดของ 2 โมเลกุล) และทริมเมอร์ (ชุด 3 โมเลกุล) ที่เปลี่ยนเป็นโอลิโกเมอร์ (ชุด 3 ถึง 5 โมเลกุล) และโพลีเมอร์ (ชุดของโมเลกุลที่เชื่อมต่อกันจำนวนมาก)

อัล (OH) ₂ ⁺ →อัล₂ (OH) ₂ ⁴⁺ →อัล₃ (OH) ₅ ⁴⁺ →อัล₆ (OH) ₁₂ ⁶⁺ →อัล₁₃ (OH) ₃₂ ⁷⁺

สายพันธุ์ประเภทนี้เชื่อมต่อด้วยสะพาน OH ซึ่งกันและกันและด้วย Al (H ₂ O) ₆ ³⁺สร้างชุดของโมเลกุลที่เรียกว่าไฮดรอกซีคอมเพล็กซ์หรือโพลีเคชันหรือไฮดรอกซีโพลีเมอร์

สูตรทั่วไปของโพลิเมอร์ประจุบวกเหล่านี้คือ Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +}หรือ Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

ความสำคัญของพอลิเมอร์

คิดว่าโพลีเมอร์ที่มีประโยชน์ที่สุดคือสิ่งที่เรียกว่า Al ₁₃ซึ่งมีสูตรคือ AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺และเป็นที่รู้จักกันในชื่อ Keggin-Al13

มันเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีประจุบวก 7 ชนิด (นั่นคือไอออนบวกเฮปตาวาเลนต์) โดยมีอะลูมิเนียม 13 อะตอมหน่วย 24 โอห์มออกซิเจน 4 อะตอมและหน่วย H ₂ O ของน้ำ 12 หน่วย

การประยุกต์ใช้งาน

- ในการบำบัดน้ำ

PACl เป็นผลิตภัณฑ์ทางการค้าเพื่อบำบัดน้ำและทำให้ดื่มได้ (สะอาดและดื่มได้) นอกจากนี้ยังช่วยบำบัดของเสียและแหล่งน้ำอุตสาหกรรม

น้ำสามารถดื่มได้หากผ่านการบำบัดด้วยโพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์ (PAC) ผู้เขียน: ExplorerBob ที่มา: Pixabay

ใช้เป็นสารจับตัวเป็นก้อนในกระบวนการปรับปรุงน้ำ มีประสิทธิภาพมากกว่าอะลูมิเนียมซัลเฟต ประสิทธิภาพหรือพฤติกรรมของมันขึ้นอยู่กับพันธุ์ที่มีอยู่ซึ่งขึ้นอยู่กับ pH

มันทำงานอย่างไร

PACl ช่วยให้วัสดุอินทรีย์และอนุภาคแร่สามารถจับตัวเป็นก้อนได้ การจับตัวเป็นก้อนหมายความว่าสารประกอบที่จะกำจัดไปจากการละลายกลายเป็นของแข็ง สิ่งนี้เกิดขึ้นได้จากปฏิสัมพันธ์ของประจุบวกกับประจุลบของวัสดุที่จะจับตัวเป็นก้อน

เชื่อกันว่าสายพันธุ์ Al ₁₃ซึ่งมีประจุบวกจำนวนมาก (+7) มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการทำให้ประจุเป็นกลาง จากนั้นมีการก่อตัวของสะพานเชื่อมระหว่างอนุภาคที่รวมตัวกันและก่อตัวเป็นฟลอค

ฟลอคเหล่านี้ซึ่งมีน้ำหนักมากมักจะตกตะกอนหรือตกตะกอนกล่าวคือไปที่ด้านล่างของภาชนะที่บรรจุน้ำที่กำลังบำบัด ด้วยวิธีนี้พวกเขาสามารถลบออกได้โดยการกรอง

โพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์ (PAC) ใช้ในการตกตะกอนสารอินทรีย์และอนินทรีย์ในโรงบำบัดน้ำเสีย ภาพกองทัพวิศวกรสหรัฐฯ ที่มา: Wikimedia Commons

ความได้เปรียบ

PAC ดีกว่าอลูมิเนียมซัลเฟตเนื่องจากมีประสิทธิภาพในอุณหภูมิต่ำที่ดีกว่าทิ้งกากอลูมิเนียมน้อยลงสร้างปริมาณตะกอนน้อยลงมีผลต่อ pH ของน้ำน้อยลงและเกิดฟลอคที่เร็วขึ้นและมีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งทั้งหมดนี้อำนวยความสะดวกในการตกตะกอนสำหรับการกรองในภายหลัง

น้ำในสระสามารถทำให้บริสุทธิ์ด้วยโพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์ (PAC) ผู้แต่ง: Kalhh ที่มา: Pixabay

- ในอุตสาหกรรมเยื่อและกระดาษ

PAC มีประสิทธิภาพอย่างยิ่งในการปรับเปลี่ยนสารเติมคอลลอยด์ในการผลิตกระดาษ คอลลอยด์เป็นประจุไฟฟ้าของสารแขวนลอยในสารผสมเพื่อทำเยื่อกระดาษ

ช่วยเร่งความเร็วในการระบายน้ำ (การกำจัดน้ำ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะที่เป็นกลางและเป็นด่างและช่วยในการกักเก็บของแข็ง ของแข็งคือสิ่งที่ต่อมาเมื่อทำให้แห้งจะก่อตัวเป็นกระดาษ

ในแอปพลิเคชั่นนี้ใช้ PAC ที่มีพื้นฐานต่ำ (0-17%) และปานกลาง (17-50%)

ในโรงงานผลิตเยื่อและกระดาษจะใช้โพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์ (PAC) เพื่อช่วยในกระบวนการตกตะกอน ผู้แต่ง: 151390 ที่มา: Pixabay

- เพื่อปรับปรุงปูนซีเมนต์

เมื่อเร็ว ๆ นี้ (2019) การเพิ่ม PACl ลงในปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ได้รับการทดสอบ พบว่าการมี Cl ^-คลอไรด์ไอออนและกลุ่มอะลูมิเนียมโพลีเมอร์ทำให้โครงสร้างของปูนซีเมนต์เปลี่ยนไป ประมาณว่าเกลือเชิงซ้อนของสูตร 3CaO Al ₂ O ₃ .CaCl ₂ .10H ₂ O จะเกิดขึ้น

ปูนซีเมนต์ก่อสร้างสามารถเสริมด้วยโพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์ (PAC) Skeeze ที่มา: Wikimedia Commons

ผลการวิจัยบ่งชี้ว่า PACl ช่วยเพิ่มคุณสมบัติของปูนซีเมนต์ลดจำนวน micropores (รูเล็กมาก) และเมทริกซ์มีความหนาแน่นและกระชับมากขึ้นดังนั้นความต้านทานต่อการบีบอัดจึงเพิ่มขึ้น

ผลจะเพิ่มขึ้นตามเนื้อหาที่เพิ่มขึ้นของ PACl การศึกษายืนยันว่าการเติม PACl ลงในปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ทำให้เกิดส่วนผสมที่มีคุณสมบัติทางกลและจุลภาคที่เหนือกว่า

ด้วยโพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์ความพรุนของปูนซีเมนต์จะลดลงและมีความทนทานมากขึ้น แบล็คแบล็ค 111. ที่มา: Wikimedia Commons

อ้างอิง

1. Kim, T. et al. (2019) การตรวจสอบผลของโพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์ต่อคุณสมบัติของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ธรรมดา วัสดุ 2019, 12, 3290 กู้คืนจาก mdpi.com.
2. Li, Y. และคณะ (2019) การเพิ่มประสิทธิภาพของสารตกตะกอนโพลีอลูมิเนียมคลอไรด์ - ไคโตซานสำหรับการบำบัดสารละลายก๊าซชีวภาพในสุกรโดยใช้วิธีพื้นผิวตอบสนองแบบ Box-Behnken Int. J. Environ. Res. สาธารณสุข 2019, 16, 996 กู้คืนจาก mdpi.com.
3. Hubbe, M. Polyaluminum Chloride (PAC). Mini-Encyclopedia of Papermaking Wet-End Chemistry. กู้คืนจาก projects.ncsu.edu.
4. Tang, H. et al. (2015) กลไกการสเปคเสถียรภาพและการแข็งตัวของคลัสเตอร์อะลูมิเนียมไฮดรอกซิลที่เกิดจาก PACl และสารส้ม: การทบทวนเชิงวิพากษ์ Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (จุด A): 78-85 กู้คืนจาก ncbi.nlm.nih.gov
5. Bottero, JY และคณะ (1980) การศึกษาโซลูชันอลูมิเนียมคลอไรด์ไฮโดรไลซ์ 1. ลักษณะของสายพันธุ์อลูมิเนียมและองค์ประกอบของสารละลายในน้ำ The Journal of Physical Chemistry, Vol. 84, No. 22, 1980. ดึงมาจาก pubs.acs.org.
6. จ่าว, H.-Z. และคณะ (2009) โพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์ความเข้มข้นสูง: การเตรียมและผลของความเข้มข้นของ Al ต่อการกระจายและการเปลี่ยนแปลงของสายพันธุ์ Al วารสารวิศวกรรมเคมี 155 (2552) 528-533. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
7. Jia, Z. และคณะ (2004) การสังเคราะห์โพลีอลูมิเนียมคลอไรด์ด้วยเครื่องปฏิกรณ์แบบเมมเบรน: ผลของพารามิเตอร์การดำเนินงานและวิถีของปฏิกิริยา Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 12-17. กู้คืนจาก pubs.acs.org.
8. GEO เคมีภัณฑ์พิเศษ โพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์ (PAC) กู้คืนจาก geosc.com