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.     

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.     

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．     

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。     

聚合氯化铝中Alb形态去除腐殖酸的效果及机制研究

Al_b形态［Al₁₂AlO₄(OH)₂₄⁷⁺］是聚合氯化铝（polyaluminium chloride, PAC）水解-聚合作用中形成的一种粒度小、所带正电荷多、聚集程度高及分子量大的多核羟基配合物.本试验采用乙醇-丙酮混合沉淀法分离PAC溶液中各种铝形态,提纯出Al_b形态（Al_b絮凝剂）.研究投加量、pH及无机离子对Al_b絮凝剂处理腐殖酸模拟水样絮凝效果的影响,并利用光散射颗粒分析仪（PDA2000）测定Al_b絮凝剂对腐殖酸絮凝过程中絮体的形成与增长过程的动态变化,结合絮体的Zeta电位,对Al_b絮凝剂的絮凝机制进行了初步探讨.结果表明,当投加量为4.3～6.3 mg/L、pH值为3.0～6.0时,Al_b絮凝剂处理腐殖酸模拟水样达到最佳絮凝效果;NH⁺₄、SiO^2-₃、H₂PO^-₄的存在明显抑制其絮凝性能.絮凝动力学过程和絮体Zeta电位表明,Al_b絮凝剂在水处理中主要是通过电中和作用和吸附网捕卷扫作用共同起絮凝作用的.     

化学沉淀分离-置换法提纯Al13的工艺研究

采用AlCl₃溶液和Na₂CO₃粉末在不同温度下制备了不同浓度的聚合氯化铝(PACl). 以选定的中等浓度、高Al₁₃含量的PACl为原液,研究了Al₁₃与硫酸盐沉淀反应过程中SO₄/Al摩尔比、反应体系起始总铝浓度的影响以及Al₁₃硫酸盐与Ba(NO₃)₂置换反应过程中的Ba/SO₄摩尔比、超声、温度等因素的影响. 实验结果表明,在制备温度为50℃条件下,浓度在0.4～0.6　mol/L范围的PACl含有较高的Al₁₃. 沉淀分离反应的最佳SO₄/Al摩尔比为0.6∶1;生成的 Al₁₃硫酸盐沉淀物为正四面体状晶体. 在Al₁₃硫酸盐与Ba(NO₃)₂溶液置换反应过程中,Ba/SO₄的最佳摩尔比为1∶1,反应温度及超声作用对置换反应的影响较小;提高Ba(NO₃)₂的起始浓度可以得到相应较高浓度的纯化Al₁₃溶液. 所得Al₁₃纯度的统计平均值为92.1％.     

Al13改性羟基磷灰石的除氟性能研究

为了提高羟基磷灰石（HAP）的除氟效果,采用化学沉淀法合成3种不同Al/Ca值的Al₁₃改性后的HAP吸附材料,并对其进行XRD、FTIR、SEM、BET等表征,考察吸附过程中pH的影响,同时通过吸附热力学、吸附动力学等探讨了其除氟性能.结果表明,Al₁₃-HAP材料比HAP更加疏松多孔,当Al/Ca=0.7时,比表面积增大到了137.2 m²·g^-1,孔容增大到0.8217 cm³·g^-1.FTIR结果表明,Al₁₃的掺入给吸附材料中带入了大量—OH.根据Al₁₃-HAP吸附F^-前后的表征,F^-主要通过配体交换取代Al₁₃-HAP中的—OH从环境中被去除.当Al/Ca=0.4时,Al₁₃-HAP最大除氟效果达到5.03 mg·L^-1;零电荷点pH_PZC为8.46,大于HAP的pH_PZC,具体表现为对天然水体pH值适用性较广.吸附过程与Langmuir吸附模型以及拟二级动力学模型契合度高,这也证实了化学吸附为主要作用,吸附热力学结果表明Al₁₃-HAP吸附氟是自发的吸热过程.     

羟基聚合氯化铝铁溶液的形态转化规律

采用改进的 Al-Fe-Ferron逐时络合比色法和酸滴定实验研究了典型羟基聚合铝铁(n_Al/n_Fe=9∶1,5∶5)溶液的形态转化 .结果表明 ,羟基聚合铝铁的形态转化主要由 n_Al/n_Fe值、碱化度和熟化等因素决定 ;羟基聚合铝铁的形态转化特征是优势形态之间的转变 ;当n_Al/n_Fe>5∶5,随碱化度的升高 ,[Al+Fe]_a和 [Al+Fe]_b 2类形态逐渐占优势 ;随n_Al/n_Fe值的减小 ,[Al+Fe]_a和 [Al+Fe]_c增加 ,而 [Al+Fe]_b 减少 .讨论了羟基聚合铝铁的形态转化规律 .     

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.     

生活垃圾焚烧厂渗滤液生化出水的混凝机理研究

分别采用Al₂(SO₄)₃、FeCl₃、PAC、PAFC对垃圾焚烧厂渗滤液生化出水进行混凝研究,并建立混凝处理模型.结果表明,在pH值为6时,单独投加500 mg/L的Al₂(SO₄)₃、FeCl₃、PAC、PAFC时,COD去除率分别为20％、17％、30％、40％.焚烧厂渗滤液生化出水中有机物主要是由相对分子质量小于2 000的可溶性物质组成;通过透射电镜扫描技术(TEM)和Zeta电位分析,发现中和及网捕桥联是渗滤液混凝处理的主要作用机理;相比无机盐混凝剂,聚合物混凝剂具有较强的电中和以及网捕架桥功能.     

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]     

Purification and characterization of Al13 species in coagulant polyaluminum chloride

Nano-Al₁₃ was separated and purified by four methods to investigate its characteristic, and was analyzed by Al-Ferron timed complexation spectrophotometer,²⁷ Al-NMR (nuclear magnetic resonance), and transmission electron microscopy (TEM). Coagulation efficiency of nano-Al₁₃, polyaluminum chloride (PAC), and AlCl₃ in synthetic water were also investigated by jar test. The dynamic process and aggregation state of kaolin suspensions coagulating with nano-Al₁₃, PAC, and AlCl₃ were also investigated. The experimental results indicated that the efficiency of gel column chromatography method was the highest for separating PAC solution with low Al concentration. Ethanol and acetone method was simple and could separated PAC solution with different Al concentrations, while silicon alkylation white block column chromatography method could separate PAC solution only with low Al concentration. The SO₄²−/Ba²⁺ displacement method could separate PAC solution with high Al concentration, but extra inorganic cation and anion could be introduced into the solution during the separation. The coagulation efficiency and dynamic experimental results showed that nano- Al₁₃ with a high positive-charged species was the main species of electric neutralization in coagulation process, and it could reduce the turbidity and increase the effective particles collision rate efficiently in coagulation process. Its coagulation speed and the particle size of coagulant formed were of greatest value in this study.     

聚合氯化铝与有机高分子复合絮凝剂的形态分布研究——AlFerron和~(27)AlNMR相结合

主要研究了Ａｌ－Ｆｅｒｒｏｎ逐时络合比色法和＾２７Ａｌ－ＮＭＲ法应用于聚合铝与有机高分子复合絮凝剂形态分布的测定，结果表明，两种方法分别测定的Ａｌｂ和Ａｌ１３的结果具有一定的相关性；聚合铝与有机高分子复合后其形态分布发生了一定的变化，Ａｌｂ（或Ａｌ１３）的含量有所降低，但仍是优势形态，Ａｌａ（或Ａｌ单）的含量基本保持不变。     

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.     

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.     

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。