- estructura
- Nomenclatura
- propietats
- estat físic
- solubilitat
- Característiques dels PAC comercials
- propietats químiques
- Comportament de l'PAC en aigua
- Funció de l'PAC com a floculant
- obtenció
- hidròlisi
- polimerització
- Polímer d'importància
- usos
- - En el tractament d'aigües
- Com funciona
- avantatges
- -I n la indústria de fabricació de polpa i paper
- - Per millorar el ciment
- referències
Es diu policlorur d'alumini a una classe de productes inorgànics d'alumini solubles en aigua, formats per la reacció parcial de clorur d'alumini AlCl 3 amb una base. És un sòlid de blanc a groc. La seva fórmula general sovint s'expressa com A l' n (OH) m Cl (3n-m). Se'ls coneix també com PAC o també PACl (sigles de l'anglès PolyAluminum Chloride).
Els PAC són formulats de manera que contenen polímers altament catiònics (conjunts de diverses molècules amb moltes càrregues positives) formats per ions alumini (A l' 3+), ions clorur (Cl -), ions hidroxil (OH) - i molècules d'aigua (H 2 O).
El policlorur d'alumini (PAC) s'utilitza per eliminar matèria orgànica i inorgànica de l'aigua en els floculadors de les plantes de tractament d'aigües residuals. Autor: Kubinger. Font: Pixabay.
El polímer catiònic més important d'aquestes espècies és el denominat A l' 13 o Keggin-al13 el qual és molt efectiu en el tractament d'aigües i en la indústria de fabricació de polpa i paper.
En aquestes aplicacions els PAC s'adhereixen sobre la superfície de les partícules fent que s'uneixin entre si i puguin sedimentar, és a dir, caure cap al fons i puguin ser filtrades.
També ha estat provat amb èxit per millorar les propietats de l'ciment Portland, doncs modifica o canvia la seva estructura a nivell micro i això fa que el ciment sigui més resistent.
estructura
El PAC o PACl està format per una sèrie d'espècies que van des monòmers (una sola molècula), dímers (dues molècules unides), oligòmers (3-5 molècules unides) fins polímers (moltes molècules unides).
La seva fórmula general és A l' n (OH) m Cl (3n-m). Quan es dissolen en aigua aquestes espècies contenen ions A l' 3+, ions hidroxil OH -, ions clorur Cl - i molècules d'aigua H 2 O.
En solució aquosa seva fórmula general és A l' x (OH) i (H 2 O) n (3x-i) + o també A l' x O z (OH) i (H 2 O) n (3x-i-2z) +.
El més útil d'aquests polímers és el denominat A l' 13 o Keggin-al13 la fórmula és AlO 4 A l' 12 (OH) 24 (H 2 O) 12 7+. L'espècie A l' 13 té forma tridimensional.
S'estima que el precursor d'aquest policatión és l'A el (OH) 4 -, el qual presenta una conformació tetraèdrica i es troba al centre de l'estructura.
Nomenclatura
- Policlorur d'alumini
- PAC (sigles de l'anglès Poly Aluminum Chloride)
- PACl (sigles de l'anglès Poly Aluminum Chloride)
- Clorur de polialuminio
- Polihidroxicloruro d'alumini
- Clorhidrat d'alumini o ACH (sigles de l'anglès Aluminum ChlorHydrate).
propietats
estat físic
Sòlid (pols) de blanc a groc que també s'obté en forma de solucions aquoses de diferents concentracions.
solubilitat
Soluble en aigua.
Característiques dels PAC comercials
Els diversos PAC es diferencien entre si principalment per dues coses:
- La seva força, expressada com% d'alúmina A l' 2 O 3.
- La seva basicitat, la qual indica la quantitat de material polimèric al PAC, i pot variar entre 10% (baixa basicitat), 50% (basicitat mitjana), 70% (alta basicitat) i 83% (la més alta basicitat, que correspon a l'clorhidrat d'alumini o ACH).
propietats químiques
El PAC és una classe de productes d'alumini solubles en aigua. La seva fórmula general sovint s'expressa com A l' n (OH) m Cl (3n-m).
Atès que es produeixen a l'fer reaccionar clorur d'alumini (AlCl 3) amb una base, la basicitat d'aquest tipus de productes depèn de la quantitat relativa d'ions OH - comparada amb la quantitat d'alumini (A l').
D'acord amb la fórmula A l' n (OH) m Cl (3n-m), la basicitat es defineix com m / 3n.
És un floculant. Posseeix propietats com facilitat d'adsorció sobre altres partícules de càrrega oposada (s'adhereix a la superfície d'aquestes), coagulació (unió de diverses partícules sobre les quals s'ha adsorbit) i precipitació d'aquests grups de partícules unides.
Els PAC poden ser inestables, ja que depenen de l'pH. Poden ser corrosius.
Comportament de l'PAC en aigua
A l'dissoldre el PAC en aigua i depenent de l'pH es formen diverses espècies d'alumini-hidroxil (A el-OH).
S'hidrolitza o reacciona amb l'aigua per formar monòmers (molècules unitàries), oligòmers (unió entre 3 i 6 molècules) i polímers (més de 6 molècules unides).
L'espècie més important és un polímer amb 13 àtoms d'alumini, que s'anomena Keggin-al13.
Funció de l'PAC com a floculant
El polímer Keggin-al13 s'adsorbe sobre les partícules presents en l'aigua, és a dir, s'enganxa sobre la superfície d'aquestes, i fa que s'agreguin unes a les altres formant flòculs.
Els flòculs són conjunts de partícules molt petites aglutinades o unides formant estructures més grans que poden sedimentar, és a dir, anar a fons de la solució aquosa.
Després de formar flòculs, quan aquests són prou grans es van a el fons i la solució aquosa queda neta.
Tancs de floculació i sedimentació d'una planta de tractament d'aigües on es pot utilitzar el policlorur d'alumini (PAC). Qualité-I at English Wikipedia. Font: Wikimedia Commons.
obtenció
Les solucions de PAC o PACl generalment s'obtenen agregant una base o solució alcalina a una solució de clorur d'alumini (AlCl 3).
Perquè s'obtingui una alta quantitat de polímers A l' 13 la base o àlcali que s'afegeixi no ha de proporcionar ions OH - massa ràpid ni massa lent.
Certs estudis indiquen que és difícil produir una concentració alta estable d'A l' 13 usant NaOH perquè aquest allibera els ions OH - massa ràpid a l'aigua.
Per aquesta raó es prefereixen compostos bàsics de calci (Ca), els quals tenen baixa solubilitat en aigua i d'aquesta manera alliberen els ions OH - lentament. Un d'aquests compostos bàsics de calci és l'òxid de calci CaO.
A continuació els passos que ocorren per a la formació de l'PAC.
hidròlisi
Quan les sals d'alumini (iii) es dissolen en aigua ocorre una reacció d'hidròlisi de forma espontània en la qual el catió alumini A l' 3+ pren ions hidroxil OH - de l'aigua i s'uneix a ells, deixant protons H + lliures:
A l' 3+ + H 2 O → A l'(OH) 2+ + H +
A l' 3+ + 2 H 2 O → A l'(OH) 2 + + 2 H +
Això s'afavoreix a l'afegir un àlcali, és a dir, ions OH -. El ió alumini A l' 3+ va unint-se cada vegada més a anions OH -:
A l' 3+ → A l'(OH) 2+ → A l'(OH) 2 + → A l'(OH) 3 0 → A l'(OH) 4 -
A més es formen espècies com A l'(H 2 O) 6 3+, és a dir, un ió alumini unit o coordinat amb sis molècules d'aigua.
polimerització
Després es formen unions entre aquestes espècies, formant dímers (conjunts de 2 molècules) i trímers (conjunts de 3 molècules) que es van transformant en oligòmers (conjunts de 3 a 5 molècules) i polímers (conjunts de moltes molècules unides).
A l'(OH) 2 + → A l' 2 (OH) 2 4+ → A l' 3 (OH) 5 4+ → A l' 6 (OH) 12 6+ → A l' 13 (OH) 32 7 +
Aquest tipus d'espècies s'uneixen mitjançant ponts d'OH entre si i amb els A l'(H 2 O) 6 3+ formant conjunts de molècules que es diuen hidroxicomplejos o policationes o hidroxipolímeros.
La fórmula general d'aquests polímers catiònics és A l' x (OH) i (H 2 O) n (3x-i) + o també A l' x O z (OH) i (H 2 O) n (3x-i-2z) +.
Polímer d'importància
Es pensa que el més útil d'aquests polímers és el denominat A l' 13 la fórmula és AlO 4 A l' 12 (OH) 24 (H 2 O) 12 7 +, i també se li coneix com Keggin-al13.
És una espècie amb 7 càrregues positives (és a dir, un catió heptavalent) amb 13 àtoms d'alumini, 24 unitats OH, 4 àtoms d'oxigen i 12 unitats d'aigua H 2 O.
usos
- En el tractament d'aigües
El PACl és un producte comercial per tractar l'aigua i fer-la potable (neta i bevible). També permet tractar aigües residuals i industrials.
L'aigua pot fer-se potable si es tracta amb policlorur d'alumini (PAC). Autor: ExplorerBob. Font: Pixabay.
S'empra com a agent de coagulació en els processos millorament de les aigües. És més efectiu que el sulfat d'alumini. El seu acompliment o comportament depèn de les espècies presents, la qual cosa depèn de l'pH.
Com funciona
El PACl permet coagular material orgànic i partícules minerals. Quallar vol dir que els compostos a eliminar passin d'estar dissolts a estar sòlids. Això ho aconsegueix mitjançant les interaccions de les seves càrregues positives amb les negatives dels materials a coagular.
Es creu que l'espècie A l' 13, a l'posseir tantes càrregues positives (+7), és la més efectiva per neutralitzar càrregues. Després ocorre la formació de ponts entre les partícules les quals s'aglomeren i formen flòculs.
Aquests flòculs a l'ésser molt pesats tendeixen a precipitar o sedimentar, és a dir, a anar a el fons de l'recipient que conté l'aigua que s'està tractant. D'aquesta forma poden ser remoguts per filtració.
El policlorur d'alumini (PAC) serveix per sedimentar matèria orgànica i inorgànica en les plantes de tractament d'aigües de rebuig. US Army Corps of Engineers photo. Font: Wikimedia Commons.
avantatges
El PAC és millor que el sulfat d'alumini perquè té un millor rendiment a baixa temperatura, deixa menys residus d'alumini, produeix menys volum de fang, menys efecte en el pH de l'aigua i es formen flòculs més ràpid i més grans. Tot la qual cosa facilita la sedimentació per a la posterior filtració.
L'aigua de les piscines es pot purificar amb policlorur d'alumini (PAC). Autor: Kalhh. Font: Pixabay.
-I n la indústria de fabricació de polpa i paper
El PAC és especialment efectiu en la modificació de les càrregues col·loïdals en la fabricació de paper. Les càrregues col·loïdals són les càrregues dels sòlids suspesos en les barreges per fer polpa de paper.
Permet accelerar la velocitat de drenatge (eliminació d'aigua) especialment en condicions neutres i alcalines, i ajuda a la retenció dels sòlids. Els sòlids són els que després, a l'assecar-se, formen el paper.
En aquesta aplicació es fan servir PAC amb basicidades baixes (0-17%) i mitjanes (17-50%).
A les fàbriques de polpa i paper s'utilitza el policlorur d'alumini (PAC) per ajudar en el procés de sedimentació. Autor: 151390. Font: Pixabay.
- Per millorar el ciment
Recentment (2019) s'ha provat afegir PACl a el ciment Portland. Es va determinar que la presència d'ions clorur Cl - i dels grups polimèrics d'alumini canvia l'estructura de el ciment. S'estima que es formen sals complexes de fórmula 3CaO.Al 2 O 3.CaCl 2.10H 2 O.
El ciment per a construcció pot millorar-se amb policlorur d'alumini (PAC). Skeeze. Font: Wikimedia Commons.
Els resultats indiquen que el PACl millora les propietats de l'ciment, disminueix el nombre de microporus (huequitos molt petits) i la matriu es fa més densa i compacta per tant la resistència a la compressió augmenta.
L'efecte augmenta a l'augmentar el contingut de PACl. L'estudi confirma que a l'afegir PACl a el ciment Portland s'obté una barreja amb propietats mecàniques i microestructurals superiors.
Amb el policlorur d'alumini la porositat de el ciment disminueix i aquest es fa més resistent. Blackblack111. Font: Wikimedia Commons.
referències
- Kim, T. et al. (2019). Com investigar the Effects of Polyaluminum Chloride on the Properties of Ordinary Portland Cement. Materials 2019, 12, 3290. Recuperat de mdpi.com.
- Li, Y. et al. (2019). Optimization of Polyaluminum Chloride-Chitosan Flocculant for Treating Pig Biogas slurry Using the Box-Behnken Response Surface Method. Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 996. Recuperat de mdpi.com.
- Hubbe, M. Polyaluminum Chloride (PAC). Mini-Encyclopedia of Papermaking Wet-End Chemistry. Recuperat de projects.ncsu.edu.
- Tang, H. et al. (2015). Speciation, stability, and coagulation mechanisms of hydroxyl aluminum clústers formed by PACl and alum: A critical review. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78-85. Recuperat de ncbi.nlm.nih.gov.
- Bottero, JI et al. (1980). Studies of Hydrolized Aluminum Chloride Solutions. 1. Nature of Aluminum Species and Composition of Aqueous Solutions. The Journal of Physical Chemistry, Vol. 84, No. 22, 1980. Recuperat de pubs.acs.org.
- Zhao, H.-Z. et al. (2009). High-concentration polyaluminum chloride: Preparation and effects of the A l'concentration on the distribution and transformation of A l'species. Chemical Engineering Journal 155 (2009) 528-533. Recuperat de sciencedirect.com.
- Jia, Z. et al. (2004). Synthesis of Polyaluminum Chloride with a Membrane Reactor: Operating Parameter Effects and Reaction Pathways. Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 12-17. Recuperat de pubs.acs.org.
- GEO Specialty Chemicals. Polyaluminum Chloride (PAC). Recuperat de geosc.com.