Separating method and dynamic processes of Nano-Al13

In order to investigate the characteristics of pure Nano-Al₁₃, Nano-Al₁₃ was separated and purified from a series of poly-aluminum chloride (PAC) solutions which had the same Al₁₃ percentage but different total Al concentrations, by using column chromatography, ethanol-acetone resolving and SO²⁻ ₄/Ba²⁺ displacement. The Al₁₃ species yield was characterized by Al-ferron timed complexation spectrophotometry and ²⁷Al-NMR (nuclear magnetic resonance). The coagulation efficiency of Nano-Al₁₃, PAC and AlCl₃ in synthetic water was also investigated by Jar tests. The dynamic process and aggregation state of kaolin suspensions coagulating with Nano-Al₁₃, PAC and AlCl₃ were similarly investigated using a photometric dispersion analyzer 2000 (PDA2000). The experimental results indicated that the ethanol-acetone resolving method was simple and could separate the PAC solution at different concentrations, while column chromatography could separate PAC solutions at low concentrations. The SO₄ ²⁻/Ba²⁺ displacement method could separate PAC solutions at high concentrations. However, extra inorganic cation and anion could be added in the solution during separation. The coagulation efficiency and dynamic experimental results showed that Nano-Al₁₃ with high positive-charged species was effective in removing turbidity and color. The dynamic process results showed that Nano-Al₁₃ also had the best recovery capability after shearing compared with PAC and AlCl₃ because the Nano-Al₁₃ conformation is more effective in charge neutralization. Translated from Acta Scientiae Circumstantiae, 2005, 25(6): 767–772 [译自: 环境科学学报]     

聚合氯化铝中纳米Al13电荷特性及其混凝效果

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逐时络合比色法和ZATESIZER 3000HSA测定仪对分离所得纳米Al₁₃形态以及AlCl₃和PAC进行了分析表征和电荷特性的对比性研究;采用烧杯实验法对3个样品处理实际和模拟水样的混凝效果进行了对比性研究.Al-Ferron逐时络合比色法的结果表明,采用层析法分离可得到含量99%左右的纳米Al₁₃形态;电荷特性和混凝效果研究结果表明纳米Al₁₃形态较其它两者具有更好的除浊、除腐殖酸和脱色效果并且具有更强的电中和能力,因此Al₁₃形态是一种具有较高正电荷和较高的水解稳定性,在给水和废水处理中的一种较为有效的Al形态.     

Al13形态在混凝中的作用机制

从铝的水解形态转化角度考察了铝盐在高碱度和高有机物浓度水体中的混凝行为.结果表明,铝盐的混凝效能是与混凝过程中的Al₁₃含量成正比.高投药量时氯化铝(AlCl₃)既可以有效调节水体pH值又能在混凝过程中原位水解产生较多的Al₁₃形态,因而混凝效能要高于聚合氯化铝(PACl).在铝盐混凝中,调节pH值到6～7之间可以控制铝形态分布从而达到提高混凝效能和减少残留铝的目的.在调节pH值强化混凝的方法中使用传统铝盐的效果要好于无机高分子絮凝剂.     

聚合氯化铝中纳米Al13形态的分离纯化及形态表征

采用超滤法和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、²⁷Al-NMR、TEM和粒度测定仪对分离纯化所得的Al₁₃形态进行了分析和表征.研究结果表明,超滤法分离纯化的效果受超滤膜的孔径及PAC浓度的影响,选择合适孔径的膜和PAC溶液浓度即可以获得高纯度的Al₁₃,在层析法中则随着洗脱时间延长按分子的大小依次洗脱下来,因此截取中间组分即可得到Al₁₃;Al-Ferron逐时络合比色法和²⁷Al-NMR的分析结果表明,采用上述2种方法分离提纯得到的样品中Al₁₃的含量分别可达到90%以上和100%.TEM和粒度测定结果表明,在B=2.5的PAC溶液中,Al₁₃极少以Al₁₂AlO₄(OH)₂₄(H₂O)⁷⁺₁₂的单体形态存在,而是呈两维结构的线性和枝状的聚集体,Al₁₂AlO₄(OH)₂₄(H₂O)⁷⁺₁₂的聚集体尺寸通常在几十至几百nm.     

聚合氯化铝中纳米Al13形态的混凝效应

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,用透光率脉动检测技术并结合絮凝效能和Zeta电位测定结果,对纳米Al13形态以及PAC、AlCl3絮凝过程中絮集物形成和增长的变化差异作了对比性研究.结果表明,混凝剂的不同铝形态分布在混凝过程中起着十分重要的作用.Al13形态是在絮凝过程中起电中和作用的主要形态,可以大大增加颗粒间的有效碰撞率,其凝聚速度和所形成絮集物颗粒大小在实验条件下呈现最大值.而对于PAC,其Alc含量较高,可起到吸附架桥和网捕卷扫作用,所以在低投加量表现出较快的絮体增长速率.     

Al13形态的凝胶层析分离及分离级分特性对比

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、透射电镜(TEM)和ZATESIZER测定仪对分离纯化过程中所得3个级分进行了分析表征和电荷特性的研究;采用烧杯实验法对3个级分处理实际和模拟水样的混凝效果进行了对比性研究.Al- Ferron逐时络合比色法和TEM结果表明,在层析法分离中级分随着洗脱时间延长按分子的大小依次洗脱下来,因此截取中间组分即可得到含量95 %左右的纳米Al₁₃形态;电荷特性和混凝效果研究结果表明,第3个级分其他两者具有更好的除浊、除腐殖酸和脱色效果,并且具有更强的电中和能力,因此Al₁₃形态是一种具有较高正电荷和较高的水解稳定性以及宽的pH适用范围,在给水和废水处理中是一种较为有效的Al形态.     

纳米Al13的分离方法及混凝效果动态过程的研究

以相同Al13含量、不同浓度的PAC为原料,利用乙醇-丙酮混合溶剂法、SO4^2-／Ba^2 沉淀置换法以及柱层析法分离提纯纳米Al13形态,同时利用Al-Ferron逐时络合比色法、^27Al-NMR等多种现代分析手段进行分析鉴定,比较其分离效果,并采用烧杯实验法和透光率脉动检测技术对Al13形态以及PAC、AlCl3的絮凝效果及絮凝过程中絮集物形成和增长的变化差异作了对比性研究．实验结果表明,乙醇．丙酮混合溶剂法对Al13分离纯化效果最好,分离所得Al13平均粒径大,聚合程度高．柱层析法受柱体积的影响只对低浓度的PAC有较好的分离效果;SO4^2-／Ba^2 沉淀置换法虽具有较好的分离效果,但分离过程有其他杂质离子的加入,影响到产品品质．混凝效果和动态实验结果表明,Al13形态是在絮凝过程中起电中和作用的主要形态,具有较强的除浊及脱色能力,在混凝过程中当絮体受到剪切力的破坏时Al13形态比PAC和AlCl3具有更强重新絮凝的能力．     

铝盐混凝剂的混凝效果与残留铝含量和组分之间的关系研究

研究了氯化铝、硫酸铝、聚合氯化铝(poly-aluminum chloride, PAC)3种铝盐混凝剂在腐殖酸-高岭土模拟水样中的应用,以比较3种混凝剂在该水样中的混凝效果与残留铝含量和组分之间的关系.结果表明, 3种铝盐混凝剂在试验选取的投加量下对浊度和UV254的去除率最高可达90%左右,PAC能在较高的投加量下达到较好的混凝效果;较高投加量下PAC混凝沉淀出水中残留总铝含量为0.9 mg/L左右,余铝率为-3.0%左右,均明显低于传统的铝盐混凝剂;3种混凝剂混凝处理腐殖酸-高岭土模拟水样时,残留铝均大部分以溶解性总铝的形式存在,且溶解性有机铝在总溶解性铝中所占比例较大;PAC在腐殖酸-高岭土混凝沉淀出水中残留总铝的含量下降最快,且能够有效降低出水中毒性较大的溶解性铝的含量,其混凝沉淀出水中残留总溶解性铝含量为0.6 mg/L左右.     

从铝形态转化角度分析AlCl3的混凝性能

应用Ferron逐时络合比色法,从铝形态转化角度对AlCl₃混凝性能进行了研究. 结果表明,AlCl₃的混凝性能与其发生二次水解反应后水解产物形态中的Al_b所占比例成正比,而影响AlCl₃水解产物中Al_b所占比例的主要因素是体系中的pH. 混凝过程中的水系组成及浓度和AlCl₃投加量的不同均会引起体系pH变化,从而影响AlCl₃水解产物中Al_b所占比例,最终影响AlCl₃的混凝效果.AlCl₃在混凝过程中所表现出的水解程度大、产生H+多的特征,使其在高碱度体系和高浓度有机酸体系的污水处理中效率更高.      

新生态MnO2强化混凝去除苯酚的影响因素研究

以苯酚为目标物,考察钙离子、单宁酸、高岭土投量、新生态二氧化锰投量、pH等条件对新生态二氧化锰强化氯化铝混凝去除苯酚的影响.结果表明,钙离子能够促进新生态二氧化锰强化混凝对苯酚的去除,在钙离子投加范围内（0～1.0mmol.L-1）,苯酚的去除率能提高10%左右;单宁酸与苯酚共存时,能显著促进苯酚的去除,当单宁酸投加1...     

聚硅氯化铝混凝剂中Al(Ⅲ)水解聚合历程及铝硅作用特性研究

采用共聚与复合两种制备工艺，制备出了系列具有不同碱化度和不同Ａｌ／Ｓｉ摩尔比的聚硅氯化铝混凝剂，分析研究了ＰＡＳＣ中Ａｌ（Ⅲ）的水解－聚合历程以及聚硅酸与铝水解聚合产物的相互作用，探讨了ＰＡＳＣ溶液的酸解聚。     

聚合氯化铝中Al_(13)形态水解稳定性的研究

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。     

水解聚合铝溶液中形态分布的定量模拟研究

通过Ａｌ－Ｆｅｒｒｏｎ逐时络合比色法和￣（２７）Ａｌ核磁共振（ＮＭＲ）法，并应用“ＭＩＮＥＱＬ”化学平衡模式计算法，对采用不同反应途径制得的聚合铝（ＰＡＣ）溶液中的化学形态分布规律进行了定量模拟研究和对比。模式计算结果与两种实验定量分析结果都较为吻合，结果表明，在水解聚合铝溶液中较稳定的化学形态主要有五种：一种单体形态［ａｌ＿ａ］，即Ａｌ￣（３＋），Ａｌ（ＯＨ）￣（２＋），Ａｌ（ＯＨ）＿２￣＋；３种聚合形态［Ａｌ＿ｂ］，即和以及一种溶胶或凝胶形态［Ａｌ＿ｃ］，即Ａｌ（ＯＨ）＿３（ａｍ）．这些化学形态的分布和转化不仅取决于溶液的化学特征，而且也取决于制备方法的不同。     

高Al13纳米聚合氯化铝的结构表征及混凝效果

采用AlCl36H2O和Na2CO3制备了聚合氯化铝(PAC),并采用SO42-/Ba2+沉淀-置换法分离提纯了其中的纳米Al13形态,应用27Al-NMR和XRD等现代实验技术对其中的Al13形态进行了分析表征,27Al-NMR结果表明,分离提纯后样品中的Al13含量明显高于PAC,XRD结果表明,Al13的衍射峰出现在2q角为5~25之间;混凝烧杯实验表明,纳米级PAC较传统的混凝剂AlCl3、Al2(SO4)3和PAC具有更好的除浊、脱色效果.     

聚合氯化铝去除污泥水中磷的工艺优化

在对比聚合氯化铝(PAC)对浓缩脱水污泥水及其上清液除磷效果的基础上,通过响应曲面法(RSM)分析了污泥水上清液PAC除磷过程中Al/P摩尔比、pH和搅拌转速(MS)对除磷效果的单独效应和联合效应,并探讨了PAC除磷动力学.结果表明,PAC直接对污泥水混凝除磷会恶化其沉降性能,且除磷效率不高.RSM优化得到的上清液除磷最优工艺条件为:Al/P摩尔比为2.49,pH为8.3,MS为398 r·min-1,除磷效率为97.8%,实验验证结果表明该优化操作模式行之有效.动力学分析结果表明,PAC对污泥水的除磷过程分为化学沉淀与絮凝体快速吸附除磷和二级动力学沉淀除磷两阶段.     

混凝-吸附处理黄河水及对氯消毒中氯衰减的影响

选用2种无机高分子混凝剂聚合氯化铁(PFC)和聚合氯化铝(PAC)处理黄河水,考察了混凝剂的投加量对浊度、UV254、DOC和高锰酸盐指数的去除效果,并结合混凝出水的Zeta电位分析其混凝机制.选择粉末活性炭与混凝联用,研究了混凝剂和吸附剂投加量以及二者的投加顺序对有机物去除效果的影响,并对混凝吸附后出水进行加氯消毒,考察水中残余氯随时间的变化.结果表明,2种混凝剂均有较高的浊度去除率(﹥90%).PAC对UV254、高锰酸盐指数和DOC的去除率分别为29.2%、26.1%和27.9%;PFC对三者的去除率分别为32.3%、23.3%和32.9%.PAC在混凝过程中,电中和作用占主导地位;PFC在混凝过程中,吸附架桥和电中和同时发挥作用.混凝-吸附联用处理黄河水样时,有机物的去除率随混凝剂和吸附剂投加量的增加而升高.先混凝后吸附工艺对UV254和DOC的去除效果优于先吸附后混凝工艺.先使用PAC混凝后吸附对UV254和DOC的去除率分别为95.2%和99.9%;对于PFC,先混凝后吸附对UV254和DOC的去除率分别为90.1%和99.9%.但是先投加粉末活性炭能提高矾花的沉降性能,且处理出水在保持持续消毒效果方面优于前者.     

Preparation of high concentration polyaluminum chloride with high content of Alb or Alc

A novel membrane distillation concentration method was used to prepare high concentration polyaluminum chloride (PACl) with high content of Al_b or Al_c. 2.52 mol/L PACl₁ with 88% Al_b and 2.38 mol/L PACl₂ with 61% Al_c were successfully prepared. Three coagulants, AlCl₃, PACl₁ and PACl₂ were investigated on their hydrolysis behavior and speciation under different conditions. The effects of pH and dilution ratio on Al species distribution were investigated by ferron assay. Experimental result showed that pH had a significant effect on Al species distribution for the three coagulants. Dilution ratio had little effects on Al_b and Al_c distribution in whole dilution process except the beginning for PACl₁ and PACl₂. The results indicated that transformation of Al depends largely on their original composition. AlCl₃ was the most unstable coagulant among these three coagulants during hydrolysis process. PACl₁ and PACl₂ with significant amounts of highly charged and stable polynuclear aluminum hydrolysis products were less affected by the hydrolysis conditions and could maintain high speciation stability under various conditions.     

不同铝形态去除水中腐殖酸的混凝特性

制备了碱化度为2.4、以Al13,为主要成分的聚合铝PAC-All13和碱化度为2.4、以Al30为主要成分的高聚聚合铝PAC-Al30.采用烧杯混凝实验,通过絮体颗粒生长、电中和能力、pH和混凝剂投量对混凝效果的影响,比较了PAC-Al30、PAC-Al13,和AIC3,混凝去除水中腐殖酸的行为,并考察了水中残留铝的含量.实验结果表明,3种混凝剂的絮体形成能力由强到弱为PAC-Al30>PAC-Al13>AlCl3.与AlCl3相比, PAC-Al13和PAC-Al30的适用pH范围更宽,为5.0～8.0.PAC-Al30和PAC-Al13,的电中和能力差别不明显;由于更强的吸附和架桥作用,在低投量下PAC-Al30表现出更好的混凝效果,而且PAC-Al30比AlCl3和PAC-Al13有更宽的有效投量范围,为0.08～0.64mmol/L.对于腐殖酸含量为10m/L的水样,在pH为7.0,投量为0.16mmol/L下, PAC-Al30对腐殖酸去除率达到98.5%,此时出水残留铝浓度为0.066mg/L.结果证实Al30是可用于水中腐殖酸去除的一种新型的混凝/絮凝活性成.     

混凝过程中铝与聚合铝水解形态的动力学转化及其稳定性

采用Ｆｅｒｒｏｎ逐时络合比色法，并结合电泳测定研究了混凝过程中氯化铝和聚合氯化铝的水解形态动力学转化及稳定性。结果表明，ＡＣ在混凝过程中所形成的水解形态完全不同于ＰＡＣ的预制水解聚合形态，其电荷及分子量均明显低于聚合铝且不稳定，ＡＣ随混凝条件如投加浓度、ＰＨ和混合时间而变，而ＰＡＣ－２５水解聚合形态不随混凝条件变化，始终保持稳定状态，ＡＣ水解沉淀规律与理论计算相符并形成无定形Ａｌ（ＯＨ）３絮体颗粒     

制药废水二级出水中溶解性有机物混凝去除特性研究

制药废水二级出水中溶解性有机物(DOM)由于组成复杂、难去除、具有多异质性和分散性,是污水深度处理与回用的主要去除对象和关键限制因子.本论文以发酵制药废水二级出水的DOM为研究对象,采用投加聚合氯化铝(PAC)混凝剂去除DOM,考察混凝剂投加量和混凝pH值对去除效果的影响,并结合分子量分级、亲疏水性分级以及三维荧光光谱-平行因子分析方法等对DOM进行了系统表征和分析,进一步阐述混凝过程DOM的去除特征.结果表明,PAC投加量为250 mg·L~(-1)、pH=7时,混凝沉淀30 min对DOC、UV_(254)、色度和浊度的去除率分别为13.05%±0.29%、23.65%±0.75%、12.66%±1.34%、63.67%±0.89%;混凝对分子量10 kDa的组分和疏水中性(HON)组分去除效果分别为50.33%±0.98%、21.56%±0.42%,而对分子量1 kDa组分去除率较低为2.26%±0.12%;三维荧光光谱-平行因子分析将制药废水二级出水分为2个类腐殖质组分(C1、C3)和1个类蛋白组分(C2),混凝对类腐殖酸组分(C1)最大荧光强度去除率(F_(max))最高为46.22%,而亲水性的小分子和蛋白类物质混凝去除效果较差.