聚合氯化鋁(PolyaluminiumChloride),簡(jiǎn)稱PAC,通常也稱作堿式氯化鋁、聚羥基鋁等,它是介于氯化鋁和氫氧化鋁兩種物質(zhì)之間的一種水溶性無(wú)機(jī)高分子聚合物,通常以通式Aln(OH)mCl3n-m來(lái)表示,其中n代表聚合程度,這取決于制備過(guò)程中的多方面因素,m表示某種聚合氯化鋁產(chǎn)品的中性化程度,即氫氧根離子取代氯離子的多少程度。由此可見(jiàn),聚合氯化鋁所代表的并不是某一種特定的無(wú)機(jī)化合物,而是一系列無(wú)機(jī)聚合物的總稱。
聚合氯化鋁的聚合程度受到多種因素的影響,而其中較直接、對(duì)其中影響較大的是其中氫氧根的含量,因此,人們通常將OH-和Al3+的比值稱為堿化度(也稱作鹽基度),作為其特性參數(shù)來(lái)描述聚合程度,而尤以后者使用更為普遍。
聚合氯化鋁的堿化度按如下公式定義:
堿化度B(%)=[OH-]/3[Al3+]×100
其中,[OH-]和[Al3+]分別表示氫氧根和鋁離子的摩爾濃度,不難發(fā)現(xiàn),堿度還可表示為:
堿化度B(%)=m/3n×100
也有一些習(xí)慣用羥鋁比([OH-]/[Al3+])來(lái)表示的,但其實(shí)質(zhì)上是相同的。
如前所述,聚合氯化鋁是一系列復(fù)雜鋁聚合體的混合物,其中較簡(jiǎn)單的聚鋁形式是二聚體,如圖所示:
它是由兩個(gè)呈正八面體的水合鋁離子生成,其中兩個(gè)共享的羥基取代了原有的四個(gè)水分子而將兩個(gè)鋁離子聯(lián)結(jié)在一起,其化學(xué)式可表達(dá)為:Al2(OH)2(H2O)84+。由于聚合物的絮凝能力是隨其所帶電荷呈指數(shù)上升的,所以,正四價(jià)聚合鋁離子的絮凝能力相當(dāng)于三價(jià)鋁離子單體的十倍。隨著堿化度的提高,聚合鋁的聚合度及其所帶陽(yáng)離子的電荷也會(huì)進(jìn)一步增加。例如,六聚體Al6(OH)12(H2O)126+帶有六個(gè)陽(yáng)電荷,平均每個(gè)鋁單體所帶陽(yáng)電荷為一個(gè),但它對(duì)陰離子物質(zhì)的絮凝能力卻比帶有三個(gè)陽(yáng)電荷的鋁單體和平均每個(gè)鋁單體帶有兩個(gè)陽(yáng)電荷的二聚體要強(qiáng)大得多。
每種聚合氯化鋁所包含的聚核型式和數(shù)量都因生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)條件的不同而不同,甚至于相同堿化度的聚合氯化鋁,其聚合體的組成也各不相同,因?yàn)檫@其中還有一個(gè)聚合鋁產(chǎn)品的有效固含量的因素。工業(yè)上生產(chǎn)的聚合氯化鋁液體產(chǎn)品的濃度(即有效固含量)一般為20-50%,這相當(dāng)于6-23%的Al2O3含量,其pH值在1.5至4.0之間不等。
聚合氯化鋁產(chǎn)品通常按其堿化度(鹽基度)的大小來(lái)區(qū)分,一般可將其分為三類(lèi):低堿化度聚合氯化鋁(堿化度為0-16.67%)、中堿化度聚合氯化鋁(堿化度為16.67-50%)和高堿化度聚合氯化鋁(堿化度為50-83.3%)。用于造紙濕部的典型聚合氯化鋁多數(shù)為低或中等堿化度的聚合氯化鋁,而高堿化度聚合氯化鋁多用作水處理或污水處理的絮凝劑。