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聚合氯化铝的形态结构及其水解稳定性研究表明,聚合铝不是单一的形态组成,而是包含了单体、聚合体在内的各种形态,按一定比例组成的复杂的化合物。聚合铝实际上是在一定条件下铝盐在水解-聚合-沉淀反应动力学过程的中间产物,其化学形态属于多核羟基络合物或无机高分子化合物。一般认为，聚十三铝[Al12AlO4(OH)247+,Al13]是聚合铝中的最佳凝聚絮凝成分,其含量可以反映制品的有效性,因而Al13成为聚合铝制造工艺追求的目标。许多研究者运用27A1-NMR研究不同浓度范围内铝的形态分布，都发现存在一些铝的聚合体。通常认为0.0ppm处的共振峰是铝的单体络合物,如Al(H2O)63+、Al(OH)(H2O)52-、Al(OH)(H2O)4+；4.5ppm处的共振峰是Al2(OH)2(H2O)24+；63.0±0.5ppm处的共振峰是Al12AlO4(OH)247+。聚合铝的聚合过程是逐步进行的，其形成大致可分为3个阶段，即单铝多羟基络合物间的氢键集合体；集合体中氢键羟基的桥联反应；桥联反应后多铝多羟基离子的立体构型。这3个阶段均受pH值制约，也受阴离子影响。氢键形成是关键阶段，它是导致聚合氯化铝形成的起点，控制氢键数和方向常能控制有效成分的形成，从而控制其絮凝性能。近年来，人们对Al13的生成机理进行了许多研究。有人提出Al13的生成需要有Al(OH)4-作为前驱物。作为前驱物的Al(OH)4-据认为是在聚合铝的制备过程中碱的加入点生成的。在加入的强碱与酸性铝溶液的界面上将有局部较高的pH值出现，有可能产生Al(OH)4-，并随后生成聚十三铝。而当铝盐直接投入水中时，由于不具备生成Al(OH)4-的pH值条件，故而聚十三铝难以形成。这样，Al(Ⅲ)在溶液中的形态就有两种途径：一种是铝盐投加到水中的溶解及自发水解过程；另一种是向铝盐溶液中加入强碱导致局部pH值的突然升高而强烈水解的过程，可称为强制水解过程。青岛科技大学研究人员采用聚丙烯酰胺凝胶柱层析法分离纯化聚合氯化铝(PAC)中的Al13形态,并采用Al-Ferron逐时络合比色法对比研究了Al13形态、PAC和Al13三种样品水解稳定性。研究结果表明Al13形态无论是对于稀释倍数、介质的pH值和水解时间都具有较高的水解稳定性,是给水和废水处理中的一种较为有效的Al形态。综上所述,Al13形态较其它铝形态无论是对于稀释倍数、介质的pH值和水解时间都具有较高的水解稳定性。这可以进一步证实在实际水处理过程中,由于Al13形态及聚集体投入水中后可在一定时间内具有稳定性而保持其原有形态,以其较高的电荷及较大的分子量发挥电中和及粘接架桥作用,从而取得优良的净水效果。
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