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聚合氯化铝的形态组成与分析

  聚合氯化铝的形态组成与分析

  长期以来,各学科的众多研究工编辑对铝的水化学反应及其形态组成进行了大量的研究,采用了许多不同的分析检测手段,其中包括诸如光谱分析、电化学以及热力学等方法。但由于铝的水解化学反应极为复杂,水解形态的组成千变万化,再加上许多实验研究结果均是在不同条件下取得的,尤其是所用实验样品是在不同的物理化学环境中、以不同的操作方法制备出来的。因此到目前为止,仍难以确切地了解反应生成的各种羟基铝络离子,尤其是聚合羟基铝络离子的组成和稳定性。

  铝化合态的传统研究方法是化学分析法和电位滴定法,最初的理论认为,铝水解产物的羟基化合态是由单体到聚合物按六元环的模式发展,直到生成沉淀仍保持着拜耳石的结构,但它缺乏直接的结构分析证实。

  近年来,由于一些新的分析测试手段的出现,铝离子水解产物的结构分析方法也得到进一步发展。最近的一些研究结果表明,铝离子水解产物中的有效基团可能是由更多铝离子形成的具有更强正电性的聚合体。最新兴起采用的核磁共振27AlNMR法和小角度X-射线衍射法的鉴定结果表明,铝盐水解产物中只存在单体、二聚体和Al13,即Al12AlO4(OH)247+及更高聚集体的形态分布,但这种测试方法仍存在许多未知部分。这种方法设备费用昂贵,测试技术要求复杂,目前在众多的测试方法中,相对比较简单实用的当属Ferron逐时络合比色分光光度法。

  Ferron逐时络合比色分光光度法的原理是:由于Ferron试剂与Al(III)的单体及不同聚合物有不同的反应速率,据此可以将它们分为以下三类:

  (1)Ala(反应立即进行)包括单体和初聚物(Al1--3),其超滤规范分子量多在500以下;(2)Alb(反应较快)包括一些低聚物(Al6--8)和中聚物(Al13),其超滤规范分子量分布范围为1000~50000,大多在10000以下;(3)Alc(反应较缓慢)包括高聚物(Al>13)和溶胶态[nAl(OH)3],其超滤规范分子量分布范围为50000~100000。

  其中Alb还可以根据反应时间再细分为Alb1、Alb2、Alb3三部分。Alb1主要是线型低聚物,其特征是聚合度低而电荷有所增长;Alb2主要是由低聚物发展而成的高聚物,但仍以保持线型结构为主,其特征是聚合度中等而电荷较高;Alb3主要是以环状结构为主的高聚物组成,并有部分羟桥转化为氧桥聚合,其特征是聚合度较高,电荷中等,较易进一步聚合而较难解聚。

  这种方法虽然只能粗略地进行分类,但它能测定Alb的含量,有很大的实用价值。进一步的研究结果表明,Ferron法测定的Alb与核磁共振(NMR)法测定的Al13的含量十分接近,Al13/Alb≈1,这说明两种方法的结果具有一定的相关性。因此,核磁共振和Ferron逐时络合比色法共用可能会更有利于水解铝形态组成的结构分析。

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