實驗?zāi)康模貉芯繃鴥?nèi)外聚合氯化鋁性能的影響因子

實驗方法：采用Al-Ferron絡(luò)合比色法和混凝沉淀試驗法

實驗思想：研究認(rèn)為，無機(jī)高分子混凝劑聚合氯化鋁只存在單體、二聚體和Al13［Al12AlO4(OH)247+］及其高聚體的形態(tài)，其中Al13是較佳的凝聚—絮凝成分，其含量可反映產(chǎn)品的有效性［1～3］。

雖然目前尚無一種鑒定鋁水解聚合形態(tài)的準(zhǔn)確方法，但研究表明［2］，Al-Ferron逐時絡(luò)合比色法簡單可行，用該方法可測定聚合氯化鋁中的Ala、Alb、Alc三種形態(tài)，其測定的Alb相對含量與用核磁共振法測定的Al13相對含量十分相近(即Al13/Alb≈1)，因此用Al-Ferron逐時絡(luò)合比色法測定Alb即可得到Al13的相對含量。

1 試驗部分

1.1 試驗樣品

試驗用混凝劑的主要指標(biāo)見表1。
 

　Alb含量高的聚合氯化鋁樣品是在氯化鋁溶液中用0.5 mol/L的NaOH溶液以不大于0.04mL/min的速度滴定而制得；

純聚合氯化鋁樣品用分析純鹽酸和氫氧化鋁試劑制得。

Al-Ferron逐時絡(luò)合比色法采用合加混合比色——緩沖溶液法［2］，F(xiàn)erron試劑為SIGMA公司產(chǎn)品。

1.2 試驗儀器

比色分析采用上海分析儀器總廠722型可見分光光度計；

混凝沉淀試驗采用深圳中潤公司ZR4-6型智能混凝試驗攪拌器；

濁度測定采用美國HACH公司2100P型濁度計。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

Al-Ferron逐時絡(luò)合比色標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

　圖1中的曲線回歸方程為：Y=0.09575X-0.01175。

2.2 工作曲線

　5種國內(nèi)外聚合氯化鋁樣品的Al-Ferron逐時絡(luò)合比色工作曲線見圖2。

從圖2可見，代表國內(nèi)主要產(chǎn)品的3#、4#、5#樣品與代表國外產(chǎn)品的1#樣品及Alb含量高的2#樣品的工作曲線有較大差異，3#、4#、5#樣品曲線靠近橫坐標(biāo)軸，而1#、2#樣品則遠(yuǎn)離橫坐標(biāo)軸，這是由于3#、4#、5#樣品鹽基度較高致使Ala低、Alc高，而1#、2#樣品鹽基度較低致使Ala高、Alc低。

2.3 不同鹽基度聚合氯化鋁的水解聚合形態(tài)

　表2為不同鹽基度聚合氯化鋁的逐時絡(luò)合比色形態(tài)組成。

 

從表2可看出，隨著鹽基度值從小到大的變化，Ala含量相應(yīng)由大逐步變小、Alc含量則由小變大，分別呈現(xiàn)較好的正、負(fù)相關(guān)性。Alb含量隨著鹽基度的變化大體呈正態(tài)曲線分布：鹽基度在0%～45%區(qū)間內(nèi)Alb含量呈上升趨勢，鹽基度在45%～94.5%區(qū)間內(nèi)則Alb呈下降趨勢，與文獻(xiàn)［2、3］中報道的鹽基度越高則Alb含量越高的分布規(guī)律呈現(xiàn)明顯的差異。引起Alb分布差異的原因在于所研究樣品的生產(chǎn)或制作條件不同，國內(nèi)樣品均為鋁酸鈣調(diào)整法生產(chǎn)，鋁的水解聚合是在高鋁濃度(＞2mol/L)、高溫(＞100℃)、短時間(＜4h)條件下進(jìn)行，有利于高鹽基度、高聚合度的Alc形態(tài)的生成，而文獻(xiàn)［2、3］中研究的樣品是采用慢速滴堿法在實驗室制作，鋁的水解是在低鋁濃度(0.1mol/L)、室溫、長時間滴定的條件下進(jìn)行，有利于Alb形態(tài)的生成。

2.4 鈣含量對鋁形態(tài)和混凝效果的影響

　由于國內(nèi)聚合氯化鋁產(chǎn)品中以鋁酸鈣作為主要原料，因而產(chǎn)品普遍含有氯化鈣成分。含鈣聚合氯化鋁和純聚合氯化鋁的鋁形態(tài)及混凝效果的比較見表3。可見在相同鹽基度下，含鈣聚合氯化鋁與純聚合氯化鋁的水解聚合形態(tài)組成相似，但含鈣聚合氯化鋁的Alc含量稍高、Ala和Alb含量稍低、混凝效果相近或稍好。

 

2.5 鋁水解聚合形態(tài)與混凝效果

由混凝沉淀試驗得出的凈化水剩余濁度與鹽基度的關(guān)系見圖3。



 

Alb與混凝效果的關(guān)系為：在鹽基度為0%～45%區(qū)間內(nèi)，剩余濁度和Alb含量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，在鹽基度為45%～94.5%區(qū)間內(nèi)，剩余濁度和Alb含量呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

從表1可看出，國外產(chǎn)品(1#)和文獻(xiàn)研究中常用的由慢速滴堿法得到的樣品(2#)的Alb含量高于國內(nèi)產(chǎn)品(3#、4#、5#)數(shù)倍，但混凝效果卻低于后者。這一現(xiàn)象說明，Alb不是衡量混凝劑有效成分的特征值。

1#、2#樣品和3#、4#、5#樣品的較大差別還反映在前者Alc含量低、Ala含量高。

綜上所述，鹽基度、Alc、Ala均可作為衡量混凝效果的特征指標(biāo)，但是與鹽基度指標(biāo)相比，由于Alc、Ala的分析時間較長、數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較差，故作為定量分析指標(biāo)尚有待于繼續(xù)完善。

3 結(jié)論

通過以上實驗得到以下幾點結(jié)論：

1、鋁水解聚合形態(tài)中的Alb(Al13)含量隨鹽基度的變化呈正態(tài)曲線分布；

2、Alc和Ala指標(biāo)與混凝效果呈較好的相關(guān)性；

3、鹽基度是表征聚合氯化鋁形態(tài)和性能的重要指標(biāo)；

4、提高鹽基度或Alc指標(biāo)是提高聚合氯化鋁混凝性能的重要途徑。

5、Alb不是聚合氯化鋁的較佳組分，提高Alb含量不一定能提高混凝效果；

6、鋁酸鈣調(diào)整法生產(chǎn)的聚合氯化鋁產(chǎn)品具有鹽基度高、Alc含量高、Ala含量低、成本低及混凝效果好等優(yōu)點，與以氫氧化鋁為原料采用壓溶法生產(chǎn)的國外聚合氯化鋁產(chǎn)品比較，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。