聚合氯化铝的盐基度与水解形态之间的关系研究
聚合氯化铝( pac)是国际上近年来发展较快的高效水处理剂之一。与传统药剂相比，具有用量少、成本低、净化水质优、使用方便等一系列特点，目前正迅速取代传统水处理药剂。随着聚合氯化铝的广泛应用，其形态结构成为人们日益关注的焦点。已有研究表明，絮凝剂的凝聚效率很大程度上取决于混凝过程中絮凝剂的水解形态分布特征。
关于多核聚体羟基铝聚合物的结构，有2种不同的模型：一种是“core links”或“gibbsite fragment”模型，另一种是al13聚阳离子模型。有学者证明了一种keggin结构的聚阳离子[ al130．(oh)24(h20)12]7+的存在。al13聚阳离子模型近年来得到了更多的承认。目前一般认为，聚十三铝含量可以在一定程度上反映混凝剂的有效性。70年代后期．研究人员提出用27al nmr鉴定水解铝溶液中的水解聚合形态，这种方法可以定量鉴定出具有八面体结构的单体铝、二聚体铝和以al0．四面体为核心、外围结构由12个al( oh)：八面体组成的、具有keggin分子结构的聚合物，即ai04ai12-(oh)≥。最近allouche等[5]在27 al nmr的研究中，对3-ai13溶液进行热处理，得到一种新的聚阳离子[ai3008(oh)56(h0)2．] 18+（al，o）．这是迄今为止研究发现的的聚阳离子，它含有2个o-ai13的keggin单元，由4个[al06]八面体单元的环连接。以往的研究多数是通过向氯化铝溶液中加入naoh或na2 c03来制备pac样品，本实验所研究的pac样品则是通过酸溶一步法，向中直接加入铝箔制备而成。
实验所用药品均为ar级。在约15%的溶液中加入高纯铝箔，在三口烧瓶中加热到85℃反应。待反应溶液澄清透明后，过滤，即得到聚合氯化铝产品。通过调节盐酸和铝箔的用量比，制备出4种不同盐基度和铝含量的聚合氯化铝样品。根据gb15892-1995中的测试方法，对上述样品的铝含量和盐基度进行测定。
将实验室制备的4种聚合氯化铝样品全部稀释为0.1 mol/l，用核磁共振仪进行测试。采用德国bruker公司的dsx-300型核磁共振仪，共振频率为78.2 mhz．翻转角为100.2次采样时间间隔1s．以al( h20)6+ci3为化学位移的参考定义6.0。
在烧杯混凝实验中采用高岭土配制原水与黄浦江上游的原水进行实验。
在20℃下，将高岭土溶解于水中，混合均匀，配制得到高浊度( 114ntu)和低浊度(9.99ntu)的原水，对2种原水分别进行混凝实验。浊度测定采用美国hach公司2100p型浊度仪。烧杯混凝实验在深圳中润公司zr4-6智能全自动混凝实验搅拌机中进行。4种pac样品混凝剂的投药量均为al203 3 mg/l。向烧杯中加入pac．以500 r/min快速搅拌1 min。然后以50 r/min慢速搅拌10 min．同时，搅拌器自动从烧杯中缓慢地移出。沉降20 min后，测定烧杯中水的剩余浊度。在相同的实验条件下，对黄浦江上游的原水( 20. 5ntu)进行烧杯混凝实验。每种原水进行2次平行实验，取剩余浊度的平均值。
结果与讨论
聚合氯化铝样品27 al nmr测试的综合图谱见图1。在6.0和6.63处，分别有1个共振峰，代表八面体单聚物al(h：o)f“和a1．，的s．[al13o4(oh) 24(h：o)．：]7+四面体成分。具有keggin形态结构的聚阳离子al13的结构中心为四面体al0．，外围是12个铝八面体，但是其八面体部分由于信号过宽在27 al nmr图谱中很难显示。因此，6.63处的共振峰代表al13聚合阳离子组分的十三分之一。图1显示4种pac样品随着盐基度的升高，6.63处的峰逐渐增强，即盐基度或碱化度b（羟基与3倍铝离子的摩尔比）增高，al13，的相对含量逐渐增大。这一趋势与已有的文献报道相一致。根据共振峰的积分面积计算，可得出不同盐基度pac样品中al13的相对含量，并且，n(al13)／n（alm）的值与盐基度呈线性相关，变化趋势如图2所示。但是，27 al nmr测试也存在较明显的缺点。在较低的磁场强度下，某些铝形态无法被检测。由于配位对称性较差，铝核有较大的四级耦合常数，信号可能过宽而不能被检测。在本实验中，只检测到单聚体铝和al13结构中心四面体这2个共振峰，而总铝中的某些部分，如一些低聚物，比al13更高聚合态的铝离子，有研究人员发现的al30等形态都未能检出。这可能与聚合氯化铝样品的制备与处理方法和实验条件有关。
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实验所用药品均为ar级。在约15%的溶液中加入高纯铝箔，在三口烧瓶中加热到85℃反应。待反应溶液澄清透明后，过滤，即得到聚合氯化铝产品。通过调节盐酸和铝箔的用量比，制备出4种不同盐基度和铝含量的聚合氯化铝样品。根据gb15892-1995中的测试方法，对上述样品的铝含量和盐基度进行测定。
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