呂建曉,崔英

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

總鋁濃度對聚合氯化鋁中Al形態(tài)分布的影響

呂建曉,崔英

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

通過微量加堿法制備了具有不同總鋁濃度、相同堿化度的聚合氯化鋁（PAC）溶液.然后通過Al-Ferron逐時絡(luò)合比色法以及廢水混凝實(shí)驗(yàn),分析了不同條件下制備的PAC樣品中各種鋁形態(tài)的含量及混凝效果.結(jié)果表明：高的總鋁濃度有利于聚合度較高的鋁形態(tài)的形成,但過高會導(dǎo)致不溶性氫氧化鋁沉淀的含量過高,從而影響其混凝效果.常溫條件下,堿化度為2.5時,總鋁濃度為0.5 mol/L條件下制備的的PAC溶液混凝效果最好.

聚合氯化鋁；Al形態(tài)分布；總鋁濃度

混凝是水處理中應(yīng)用非常廣泛的一個操作.當(dāng)前,聚合氯化鋁（PAC）是一種占據(jù)相當(dāng)大市場份額的主流混凝劑,其具有投藥量低、適應(yīng)性高、電中和能力強(qiáng)、形成絮體密度大、絮體生長快、產(chǎn)污泥量少等特點(diǎn)[1-4].而這些特點(diǎn)與PAC中所含的高荷電的羥基聚合鋁陽離子密切相關(guān).鋁的水解反應(yīng)及水解聚合鋁形態(tài)研究,一直是分析、材料、環(huán)境等眾多領(lǐng)域研究的熱點(diǎn).

鋁水解聚合反應(yīng)過程及其形態(tài)分布極其復(fù)雜,涉及制備途徑、反應(yīng)條件和溶液化學(xué)組成等諸多方面,因此對水解聚合鋁形態(tài)分布產(chǎn)生影響的因素就包括總鋁濃度、堿化度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、堿化劑種類以及加堿方式和堿化速率等[5-9].

本研究采用Al-Ferron逐時絡(luò)合比色法以及廢水混凝實(shí)驗(yàn),對不同總鋁濃度條件下制備的具有相同堿化度的PAC樣品中各種鋁形態(tài)的分布以及混凝效果進(jìn)行研究,探討總鋁濃度對PAC中鋁形態(tài)分布的影響.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與藥品

TU-1901雙光束紫外—可見分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）；ACCULAB電子分析天平（德國賽多利斯集團(tuán)）；XK78-1磁力攪拌器（姜堰市新康醫(yī)療器械有限公司）.

KAl（SO4）2·12H2O,AlCl3·6H2O,8-羥基-7-碘-5-喹啉磺酸,NaOH,HCl等,均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水.

1.2 PAC樣品的制備

向錐形瓶中放入一定量的AlCl3水溶液,邊快速攪拌邊向瓶中滴加NaOH溶液,每滴加一滴后,當(dāng)溶液中的絮狀物溶解后,再滴加另一滴,樣品達(dá)到預(yù)定堿化度（B=2.5）后,停止滴加NaOH,繼續(xù)攪拌1 h,然后在室溫下熟化24 h,從而制得總鋁濃度（AlT）分別為0.2、0.5和0.75 mol/L的PAC樣品.

1.3 Al形態(tài)分析

采用Al-Ferron逐時絡(luò)合比色法.Ferron試劑俗稱試鐵靈,即8-羥基-7-碘-5-哇啉磺酸.在水溶液中,Al（Ⅲ）的單核羥基化臺物以及各種共聚物可與Ferron試劑進(jìn)行反應(yīng),改變?nèi)芤侯伾纳疃?共聚物的聚合度與形態(tài)不同,反應(yīng)速率也不同,因而可根據(jù)溶液顏色改變的速率來區(qū)分不同的形態(tài)分布[10].1min內(nèi)參與反應(yīng)的為Ala,即Al單體部分；1～120 min內(nèi)參與反應(yīng)的為Alb,即聚合態(tài)的鋁物種,其中1～60 min內(nèi)反應(yīng)的記作Alb1,聚合度較小,而60～120 min內(nèi)反應(yīng)的記作Alb2,為聚合度較高的Al形態(tài)；120 min內(nèi)不能參與反應(yīng)的記作Alc,主要指不溶性的Al（OH）3.

1.4 廢水混凝實(shí)驗(yàn)

以1 g/L的高嶺土懸濁液作為模擬廢水,取200 mL在快速攪拌下分別加入相同含鋁量的各種PAC樣品,然后慢速攪拌20 min,靜置沉降后,以相同投加量條件下的除濁率為指標(biāo),比較不同PAC樣品的混凝效果.

2 結(jié)果與討論

2.1 總鋁濃度對Al形態(tài)分布的影響

圖1為25℃條件下,PAC溶液中各形態(tài)摩爾百分比隨總鋁濃度AlT的變化情況.

圖1 幾種混凝劑中不同Al形態(tài)摩爾百分比的對比Fig.1 Comparison of the molar percent of various Al-species in the several flocculants

由圖1可知,當(dāng)堿化度及制備溫度一定時,總鋁濃度AlT對PAC中含各形態(tài)的量有很大影響.PAC樣品中單體態(tài)的含Ala量遠(yuǎn)低于AlCl3溶液,且隨AlT的增加而略有減少；但不溶性含Alc的量在PAC樣品中要高于AlCl3溶液中,且隨著AlT的增加而有所增加.

對于聚合態(tài)的Alb,PAC樣品中的含量均高于AlCl3溶液,且隨AlT的增加也略有減少,但1～60 min內(nèi)與Ferron反應(yīng)的低聚體Alb1隨AlT的增加減少比較明顯,而60～120 min內(nèi)與Ferron反應(yīng)的高聚體Alb2隨AlT的增加則略有增加.

陳朝陽等[11]曾通過27Al-NMR法研究發(fā)現(xiàn),PAC溶液中Al13的含量隨總鋁濃度AlT的增加而減少,而含Al30的量則隨總鋁濃度AlT的增加而增加,Al13與Al30之和隨AlT的增加而略有減少,若將Al13和Al30分別與Alb1和Alb2對應(yīng)起來,這與本研究所得結(jié)論基本一致.

2.2 混凝效果比較

圖2為幾種混凝劑對高嶺土懸濁液的除濁效果.

圖2 幾種混凝劑對高嶺土懸濁液的除濁效果比較Fig.2 Comparison of turbidity removal efficiency to Kaolin suspension of the several flocculants

由圖2可以看出,幾種PAC的混凝效果均明顯好于AlCl3,這與前述實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致.由于Alb是PAC中起主要混凝作用的物種,由圖1可知,幾種PAC樣品中Alb的含量均遠(yuǎn)高于AlCl3,因此,幾種PAC的混凝效果均明顯好于AlCl3.

由圖2還可以看出,3種不同總鋁濃度條件下制備的具有相同堿化度的PAC溶液相比,總鋁濃度為0.5 mol/L條件下制備的PAC溶液混凝效果較好.PAC2.5（AlT=0.5 mol/L）與PAC2.5（AlT=0.2 mol/L）相比,二者Alb含量相差不大,前者Alb2含量較高,而其恰是混凝效果最佳的成分[11-12]；而PAC2.5（AlT=0.5mol/L）與PAC2.5（AlT=0.75 mol/L）相比,后者Alb含量較低,而不溶性Alc含量則較高,故導(dǎo)致其混凝效果差于前者.

3 小結(jié)

總鋁濃度對聚合氯化鋁中Al形態(tài)分布有很大影響,高的總鋁濃度有利于聚合度較高的鋁形態(tài)的形成,但過高會導(dǎo)致不溶性氫氧化鋁沉淀的含量過高,從而影響其混凝效果.本研究條件下,總鋁濃度為0.5mol/L條件下制備的堿化度為2.5的PAC溶液混凝效果最好.

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（責(zé)任編輯：盧奇）

Influence of total aluminum concentration on Al species distribution in polyaluminum chloride

Lv Jianxiao,Cui Ying
（Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China）

Polyaluminum chloride （PAC）solutions with different total aluminum concentration and the same alkalization degree were prepared through trace addition of alkali method.Al-Ferron complex timed colorimetric method and wastewater flocculation experiments were carried out to analysis the content of every Al species and flocculation effect of different PAC samples.The results showed that the higher of the total aluminum concentration, the more of the high-polymerized Al species.Yet the much higher total aluminum concentration could lead to the formation of insoluble aluminum hydroxide and thus resulted in the worsen of its flocculation effect.Under room temperature and the alkalization degree was 2.5,PAC sample with the best flocculation effect could be prepared when the total aluminum concentration was 0.5 mol/L.

polyaluminum chloride；Al species distribution；total aluminum concentration

X703.5

A

：1008-7516（2015）01-0034-03

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.01.008

2014-11-06

河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（12B610004）

呂建曉（1979—）,女,河南南陽人,講師,博士.主要從事水污染控制的教學(xué)與研究.