聚合氯化鋁( pac)是國(guó)際上近年來(lái)發(fā)展較快的高效水處理劑之一。與傳統(tǒng)藥劑相比，具有用量少、成本低、凈化水質(zhì)優(yōu)、使用方便等一系列特點(diǎn)，目前正迅速取代傳統(tǒng)水處理藥劑。隨著聚合氯化鋁的廣泛應(yīng)用，其形態(tài)結(jié)構(gòu)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)。已有研究表明，絮凝劑的凝聚效率很大程度上取決于混凝過(guò)程中絮凝劑的水解形態(tài)分布特征。
關(guān)于多核聚體羥基鋁聚合物的結(jié)構(gòu)，有2種不同的模型：一種是“core links”或“gibbsite fragment”模型，另一種是al13聚陽(yáng)離子模型。有學(xué)者證明了一種keggin結(jié)構(gòu)的聚陽(yáng)離子[ al130．(oh)24(h20)12]7+的存在。al13聚陽(yáng)離子模型近年來(lái)得到了更多的承認(rèn)。目前一般認(rèn)為，聚十三鋁含量可以在一定程度上反映混凝劑的有效性。70年代后期．研究人員提出用27al nmr鑒定水解鋁溶液中的水解聚合形態(tài)，這種方法可以定量鑒定出具有八面體結(jié)構(gòu)的單體鋁、二聚體鋁和以al0．四面體為核心、外圍結(jié)構(gòu)由12個(gè)al( oh)：八面體組成的、具有keggin分子結(jié)構(gòu)的聚合物，即ai04ai12-(oh)≥。最近allouche等[5]在27 al nmr的研究中，對(duì)3-ai13溶液進(jìn)行熱處理，得到一種新的聚陽(yáng)離子[ai3008(oh)56(h0)2．] 18+（al，o）．這是迄今為止研究發(fā)現(xiàn)的的聚陽(yáng)離子，它含有2個(gè)o-ai13的keggin單元，由4個(gè)[al06]八面體單元的環(huán)連接。以往的研究多數(shù)是通過(guò)向氯化鋁溶液中加入naoh或na2 c03來(lái)制備pac樣品，本實(shí)驗(yàn)所研究的pac樣品則是通過(guò)酸溶一步法，向中直接加入鋁箔制備而成。
實(shí)驗(yàn)所用藥品均為ar級(jí)。在約15%的溶液中加入高純鋁箔，在三口燒瓶中加熱到85℃反應(yīng)。待反應(yīng)溶液澄清透明后，過(guò)濾，即得到聚合氯化鋁產(chǎn)品。通過(guò)調(diào)節(jié)鹽酸和鋁箔的用量比，制備出4種不同鹽基度和鋁含量的聚合氯化鋁樣品。根據(jù)gb15892-1995中的測(cè)試方法，對(duì)上述樣品的鋁含量和鹽基度進(jìn)行測(cè)定。
將實(shí)驗(yàn)室制備的4種聚合氯化鋁樣品全部稀釋為0.1 mol/l，用核磁共振儀進(jìn)行測(cè)試。采用德國(guó)bruker公司的dsx-300型核磁共振儀，共振頻率為78.2 mhz．翻轉(zhuǎn)角為100.2次采樣時(shí)間間隔1s．以al( h20)6+ci3為化學(xué)位移的參考定義6.0。
在燒杯混凝實(shí)驗(yàn)中采用高嶺土配制原水與黃浦江上游的原水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
在20℃下，將高嶺土溶解于水中，混合均勻，配制得到高濁度( 114ntu)和低濁度(9.99ntu)的原水，對(duì)2種原水分別進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)。濁度測(cè)定采用美國(guó)hach公司2100p型濁度儀。燒杯混凝實(shí)驗(yàn)在深圳中潤(rùn)公司zr4-6智能全自動(dòng)混凝實(shí)驗(yàn)攪拌機(jī)中進(jìn)行。4種pac樣品混凝劑的投藥量均為al203 3 mg/l。向燒杯中加入pac．以500 r/min快速攪拌1 min。然后以50 r/min慢速攪拌10 min．同時(shí)，攪拌器自動(dòng)從燒杯中緩慢地移出。沉降20 min后，測(cè)定燒杯中水的剩余濁度。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)黃浦江上游的原水( 20. 5ntu)進(jìn)行燒杯混凝實(shí)驗(yàn)。每種原水進(jìn)行2次平行實(shí)驗(yàn)，取剩余濁度的平均值。
結(jié)果與討論
聚合氯化鋁樣品27 al nmr測(cè)試的綜合圖譜見(jiàn)圖1。在6.0和6.63處，分別有1個(gè)共振峰，代表八面體單聚物al(h：o)f“和a1．，的s．[al13o4(oh) 24(h：o)．：]7+四面體成分。具有keggin形態(tài)結(jié)構(gòu)的聚陽(yáng)離子al13的結(jié)構(gòu)中心為四面體al0．，外圍是12個(gè)鋁八面體，但是其八面體部分由于信號(hào)過(guò)寬在27 al nmr圖譜中很難顯示。因此，6.63處的共振峰代表al13聚合陽(yáng)離子組分的十三分之一。圖1顯示4種pac樣品隨著鹽基度的升高，6.63處的峰逐漸增強(qiáng)，即鹽基度或堿化度b（羥基與3倍鋁離子的摩爾比）增高，al13，的相對(duì)含量逐漸增大。這一趨勢(shì)與已有的文獻(xiàn)報(bào)道相一致。根據(jù)共振峰的積分面積計(jì)算，可得出不同鹽基度pac樣品中al13的相對(duì)含量，并且，n(al13)／n（alm）的值與鹽基度呈線性相關(guān)，變化趨勢(shì)如圖2所示。但是，27 al nmr測(cè)試也存在較明顯的缺點(diǎn)。在較低的磁場(chǎng)強(qiáng)度下，某些鋁形態(tài)無(wú)法被檢測(cè)。由于配位對(duì)稱(chēng)性較差，鋁核有較大的四級(jí)耦合常數(shù)，信號(hào)可能過(guò)寬而不能被檢測(cè)。在本實(shí)驗(yàn)中，只檢測(cè)到單聚體鋁和al13結(jié)構(gòu)中心四面體這2個(gè)共振峰，而總鋁中的某些部分，如一些低聚物，比al13更高聚合態(tài)的鋁離子，有研究人員發(fā)現(xiàn)的al30等形態(tài)都未能檢出。這可能與聚合氯化鋁樣品的制備與處理方法和實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)。