알루미늄 폴리 클로라이드 : 구조, 특성, 획득, 용도 - 화학 - 2025

수용성 무기 알루미늄 제품의 클래스 라고 폴리 알루미늄 클로라이드 , 알루미늄 클로라이드의 부분의 AlCl 반응에 의해 형성, ₃ 염기. 흰색에서 노란색으로 고체입니다. 일반적인 공식은 종종 Al _n (OH) _m Cl _{(3n-m)로 표현} 됩니다. PAC 또는 PACl (PolyAluminum Chloride)라고도합니다.

된 PAC들은 알루미늄 이온 (Al으로 만들어 (많은 양전하 여러 분자의 집합)이 높은 양이온 성 중합체를 포함하는 방식으로 제형 화 ³⁺ ), 염화물 이온 (CL ^- , 하이드 록실 이온 (OH)) ^- 물 분자 (H를 ₂ O).

PAC (Poly Aluminum Chloride)는 폐수 처리장의 응집 기에서 물에서 유기 및 무기 물질을 제거하는 데 사용됩니다. 저자 : Kubinger. 출처 : Pixabay.

이들 종의 가장 중요한 양이온 성 중합체는 알이라고 ₁₃ 또는 물 처리 및 펄프 및 종이 제조 산업에 매우 효과적이다 케긴-Al13을.

이러한 응용 분야에서 PAC는 입자 표면에 달라 붙어 서로 결합하여 침전 될 수 있습니다. 즉, 바닥으로 떨어지고 여과 될 수 있습니다.

또한 포틀랜드 시멘트의 구조를 미세 수준에서 변경하거나 변경하여 시멘트의 저항력을 높이기 때문에 포틀랜드 시멘트의 특성을 개선하기 위해 성공적으로 테스트되었습니다.

구조

PAC 또는 PACl은 단량체 (단일 분자), 이량 체 (2 개 분자가 결합), 올리고머 (3 ~ 5 개 분자가 결합)에서 중합체 (여러 분자가 결합)에 이르는 일련의 종으로 구성됩니다.

일반적인 공식은 Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) 입니다. 이들 종은 물에 용해되어있는 이온 A를 포함하는 경우 ³⁺ , 하이드 록실 이온 OH ^- , 염화물 이온 CL ^- 물 분자 H ₂ O.을

수용액에서 일반 공식은 Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} 또는 Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} 입니다.

이들 폴리머의 가장 유용한 알라는 하나 ₍₁₃₎ 또는 그의 화학식이다 ALO 케긴 Al13- ₄ 알 ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ . 종 알 _(13)는 입체적 형상을 갖는다.

또한이 폴리 양이온의 전구체는 알루미늄 (OH) 인 것으로 추정되는 ₄ ^- 사면체 형태를 가지며, 구조의 중심에서 발견된다.

명명법

-알루미늄 폴리 클로라이드

-PAC (Poly Aluminum Chloride)

-PACl (Poly Aluminum Chloride)

-폴리 염화 알루미늄

-알루미늄 폴리 히드 록시 클로라이드

-알루미늄 염산염 또는 ACH (Aluminum ChlorHydrate).

속성

몸 상태

다른 농도의 수용액 형태로도 얻어지는 흰색에서 노란색 고체 (분말).

용해도

물에 용해 됨.

상용 PAC의 특성

다양한 PAC는 주로 두 가지 점에서 서로 다릅니다.

-강도는 알루미나 Al ₂ O _3의 %로 표시됩니다 _.

-염기도는 PAC에 포함 된 고분자 물질의 양을 나타내며 10 % (낮은 염기도), 50 % (중 염기도), 70 % (높은 염기도), 83 % (가장 높은 염기도)까지 다양합니다. 알루미늄 염산염 또는 ACH에 해당).

화학적 특성

PAC는 수용성 알루미늄 제품의 일종입니다. 일반적인 공식은 종종 Al _n (OH) _m Cl _{(3n-m)로 표현} 됩니다.

그들은 알루미늄 클로라이드 (의 AlCl 반응시켜 제조하고 있기 때문에 ₃ 염기), 이러한 유형의 제품의 염기도 OH의 상대적인 양에 따라 달라 ^- 이온이 알루미늄의 양이 알루미늄 (Al)에 비하여.

공식 Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) 에 따라 염기도는 m / 3n으로 정의됩니다.

응집제입니다. 그것은 반대 전하의 다른 입자에 대한 흡착 용이성 (이들의 표면에 부착), 응집 (흡착 된 여러 입자의 결합) 및 이러한 결합 된 입자 그룹의 침전과 같은 특성을 가지고 있습니다.

PAC는 pH에 의존하기 때문에 불안정 할 수 있습니다. 부식성이있을 수 있습니다.

수중 PAC의 거동

PAC를 물에 용해시키고 pH에 따라 다양한 알루미늄-하이드 록실 (Al-OH) 종을 형성합니다.

물과 가수 분해되거나 반응하여 단량체 (단일 분자), 올리고머 (3 ~ 6 개 분자 연결) 및 중합체 (6 개 이상의 연결된 분자)를 형성합니다.

가장 중요한 종은 13 개의 알루미늄 원자를 가진 고분자로 Keggin-Al13이라고합니다.

응집제로서의 PAC의 기능

Keggin-Al13 폴리머는 물에 존재하는 입자에 흡착하여 표면에 달라 붙어 서로 더해져 플록을 형성합니다.

플록은 응집되거나 결합되어 침전 될 수있는, 즉 수용액의 바닥으로 이동할 수있는 더 큰 구조를 형성하기 위해 매우 작은 입자 그룹입니다.

플록을 형성 한 후 충분히 클 때 바닥으로 이동하여 수용액이 깨끗합니다.

폴리 염화 알루미늄 (PAC)을 사용할 수있는 수 처리장의 응집 및 침전 탱크. English Wikipedia의 Qualit-E. 출처 : Wikimedia Commons.

구하기

PAC 또는 PACl 용액은 일반적으로 염화 알루미늄 (AlCl ₃ ) 용액에 염기 또는 알칼리 용액을 첨가하여 얻습니다 .

알 높은 금액 ₁₃ 중합체, 수득되는 염기 또는 알칼리 OH 이온을 제공하지 않아야 첨가 ^- 너무 빠르고 너무 느리다.

일부 연구는 알의 안정적인 고농도 생산하기 어렵다는 것을 나타낸다 ₍₁₃₎ 이 OH 이온을 방출하기 때문에의 NaOH를 사용하여 ^- 너무 빨리 물에.

따라서 염기성 칼슘 (칼슘) 화합물은 물에서 낮은 용해도를 가지며, 따라서 OH 이온을 방출하는 것이 바람직하다 ^- 천천히. 이러한 염기성 칼슘 화합물 중 하나는 산화 칼슘 CaO입니다.

다음은 PAC 형성을 위해 발생하는 단계입니다.

가수 분해

알루미늄 염 (III)을 물에 용해되면, 자발 가수 분해 반응이있는 알루미늄, 알루미늄 발생 ³⁺ 양이온 OH 수산기 얻어 ^- 이온 두고 그 물로부터 귀속을 무료 H ⁺ 양성자 :

Al ³⁺ + H ₂ O → Al (OH) ²⁺ + H ⁺

Al ³⁺ + 2 H ₂ O → Al (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

이것은 OH 인 알칼리 첨가에 의해 원조된다 ^- 이온 . 알루미늄 이온 알 ^3+가 점점 OH 합류 ^- 음이온 :

알 ³⁺ → 알 (OH) ^{2 +} → 등 (OH) ₂ ⁺ → 등 (OH) ₃ ⁰ → 등 (OH) ₄ ^-

또한 Al (H ₂ O) ₆ ³⁺ 와 같은 종 , 즉 알루미늄 이온이 6 개의 물 분자와 결합되거나 배위되어 형성됩니다.

중합

그런 다음이 종들 사이에 결합이 형성되어 이량 체 (2 개 분자 세트)와 트리머 (3 개 분자 세트)를 형성하여 올리고머 (3 ~ 5 개 분자 세트) 및 폴리머 (많은 결합 분자 세트)로 변환됩니다.

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

이러한 유형의 종은 서로 OH 브릿지 및 Al (H ₂ O) ₆ ³⁺ 와 결합하여 하이드 록시 복합체 또는 폴리 양이온 또는 하이드 록시 폴리머라고하는 분자 세트를 형성합니다.

이러한 양이온 성 중합체의 일반 식은 Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} 또는 또한 Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

중요성 폴리머

이러한 폴리머 중 가장 유용한 것은 공식이 AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ 이고 Keggin-Al13으로도 알려진 소위 Al _13으로 생각됩니다 .

13 개의 알루미늄 원자, 24 개의 OH 단위, 4 개의 산소 원자, 12 개의 물 H ₂ O 단위를 갖는 7 개의 양전하 (즉, 7가 양이온)를 갖는 종입니다 .

응용

-수처리 중

PACl은 물을 처리하고 마실 수 있도록 (깨끗하고 마실 수있는) 상업용 제품입니다. 또한 폐기물 및 산업 용수를 처리 할 수 ​​있습니다.

물은 폴리 염화 알루미늄 (PAC)으로 처리하면 마실 수 있습니다. 저자 : ExplorerBob. 출처 : Pixabay.

수질 개선 공정에서 응고제로 사용됩니다. 황산 알루미늄보다 효과적입니다. 그 성능이나 행동은 pH에 따라 존재하는 종에 따라 다릅니다.

작동 원리

PACl은 유기 물질과 미네랄 입자가 응고되도록합니다. 응고는 제거 할 화합물이 용해 된 상태에서 고체 상태가되는 것을 의미합니다. 이것은 응고 될 물질의 양전하와 음전하의 상호 작용을 통해 달성됩니다.

양전하 (+7)가 너무 많은 Al ₁₃ 종 은 전하를 중화시키는 데 가장 효과적 이라고 믿어집니다 . 그런 다음 응집되어 플록을 형성하는 입자 사이에 다리가 형성됩니다.

이 플록은 매우 무겁고 침전되거나 침전되는 경향이 있습니다. 즉, 처리중인 물이 들어있는 용기의 바닥으로 이동합니다. 이런 식으로 여과를 통해 제거 할 수 있습니다.

폴리 염화 알루미늄 (PAC)은 폐수 처리장에서 유기 및 무기 물질을 침전시키는 데 사용됩니다. 미 육군 공병대 사진. 출처 : Wikimedia Commons.

이점

PAC는 저온 성능이 우수하고, 알루미늄 잔류 물이 적고, 슬러지 양이 적고, 물 pH에 미치는 영향이 적고, 더 빠르고 더 큰 플록이 형성되기 때문에 황산 알루미늄보다 좋습니다. 이 모든 것이 후속 여과를 위해 침전을 촉진합니다.

수영장 물은 폴리 염화 알루미늄 (PAC)으로 정제 할 수 있습니다. 저자 : Kalhh. 출처 : Pixabay.

-펄프 및 제지 산업

PAC는 특히 제지에서 콜로이드 충전제를 수정하는 데 효과적입니다. 콜로이드 전하는 종이 펄프를 만들기 위해 혼합물에있는 부유 물질의 전하입니다.

특히 중성 및 알칼리성 조건에서 배수 속도 (물 제거)를 가속화하고 고형물 유지를 돕습니다. 고체는 나중에 건조 될 때 종이를 형성하는 것들입니다.

이 응용 분야에서 낮은 (0-17 %) 및 중간 (17-50 %) 염기도를 가진 PAC가 사용됩니다.

펄프 및 제지 공장에서는 침전 과정을 돕기 위해 폴리 염화 알루미늄 (PAC)이 사용됩니다. 저자 : 151390. 출처 : Pixabay.

-시멘트 개선

최근 (2019) 포틀랜드 시멘트에 PACl을 추가하는 것이 테스트되었습니다. CL이 존재하는 것으로 확인되었다 ^- 염화물 이온 및 알루미늄 폴리머 그룹은 시멘트의 구조를 변경. 화학식 3CaO.Al ₂ O ₃ .CaCl ₂ .10H ₂ O 의 복합 염이 형성되는 것으로 추정 됩니다.

건설 시멘트는 폴리 염화 알루미늄 (PAC)으로 강화할 수 있습니다. Skeeze. 출처 : Wikimedia Commons.

결과는 PACl이 시멘트의 특성을 향상시키고 미세 기공 (매우 작은 구멍)의 수를 줄이며 매트릭스가 더 조밀하고 조밀 해져 압축에 대한 저항이 증가 함을 나타냅니다.

효과는 PACl 함량이 증가함에 따라 증가합니다. 이 연구는 포틀랜드 시멘트에 PACl을 첨가하면 우수한 기계적 및 미세 구조적 특성을 가진 혼합물이 생성된다는 것을 확인했습니다.

폴리 염화 알루미늄을 사용하면 시멘트의 다공성이 감소하고 저항력이 높아집니다. 블랙 블랙 111. 출처 : Wikimedia Commons.

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