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        聚合鋁與顆粒物的相互作用

        時間:2021/06/03 點擊:

        聚合鋁與顆粒物的相互作用:

        聚合鋁絮凝劑在水處理過程中投加后,正是由于其以Al13為主的形態分布和穩定性,在一系列行為特征和效能上與傳統鋁鹽混凝劑有很大不同。例如,Zeta電位,流動電流,絮凝指數,吸附特征,凝聚-絮凝區域圖等都表現出其特異性能,可以認為,無機高分子絮凝劑在形態特征、作用機理和行為效能上與鋁鹽鐵鹽等傳統混凝劑都有區別,而其優勢形態與水體顆粒物的作用機理是核心問題,目前尚缺乏充分研究。

        傳統鋁鹽混凝劑如硫酸鋁或氯化鋁的作用機理,一般認為有:(1)電中和凝聚及吸附架橋為主和(2)凝膠絮團粘結卷掃為主等兩類典型過程。何種作用為主,將決定于水質pH值、顆粒物濃度及水流擾動強度等條件。實際上是水解反應,吸附過程和流體湍流三種動力學的綜合作用結果,而這些作用的歷程都是在微秒、數秒內進行的。由于水解反應比吸附和顆粒碰撞過程要更快些,一般認為混凝劑的水解及形態轉化優于在顆粒物上的吸附,Al13在一般水質條件下只能少量生成,因此傳統混凝劑的主要作用形態應是自發水解產物即初聚物、低聚物和凝膠沉淀物?,F有的機理模型和定量模式都是在此概念上提出及應用的。

        聚合鋁中的主要組分Al13具有相對的形態穩定性,投入處理水中后,即可直接吸附在顆粒物表面,發揮很強的電中和及架橋粘結作用,因此,其過程是首先吸附,水體顆粒物(例如粘土礦物和腐植質等)大多含有大量-OH基團,羥基聚合物如Al13是-OH基不飽和化合態,它們在界面上的吸附實際是-OH基的配位和互補。隨后,也可發生與溶液中的OH-相互作用的水解過程,結果在界面上將生成氫氧化鋁凝膠沉淀物,進一步發揮粘結團聚作用。

        mOH+nAl12AlO4(OH)247+→[Al(O,OH)x]n→[Al(OH)3]n

        mOH-+nAl12AlO4(OH)247+→[Al(O,OH)x]n→[Al(OH)3]n

        其中,由含四面體AlO4的Al13轉化為均勻八面體Al(OH)3的機理,目前并沒有完全闡明。有人認為在Al13外圍八面體增多時會促使核心四面體轉化為八面體,也有認為是溶液中陰離子的促進作用,仍是研究中的問題。

        多核絡合物與顆粒物固體界面的相互作用研究,近年應用小角度X-射線散射(SAXS)、X-射線邊緣吸附微結構(EXAFS)、固體核磁共振(MAS NMR)、原子力顯微鏡(AFMS)等界面結構鑒定儀器進行探討的文獻日益增多。文獻提出鋁聚合物與膠體硅顆粒作用的模型如圖7所示,認為(1)表面上首先形成鋁硅結合位。(2)吸附進行電中和。(3)硅顆粒間架橋,并認為作用機理與有機高分子絮凝劑相同。

        聚合鋁與顆粒物的相互作用

        本文認為無機高分子的絮凝機理并不等同于有機高分子,無機羥基聚合物的分子量和尺度遠低于有機高分子,并且是繼續發生水解的介穩中間產物,它們借助于微米級小顆粒的相互聚集成為鏈狀物進行電中和及架橋作用,同時本身又逐步轉化形態為凝膠沉淀物。因此,它們的凝聚絮凝作用機理應介于傳統混凝劑和陽離子有機絮凝劑之間,屬于多核羥基絡合物的表面絡合、表面水解及表面沉淀過程,有特異的機理模型和定量計算模式。

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