Estrutura de polilorido de alumínio, propriedades, obtenção, usos

Se chama policloreto de alumínio a uma classe de produtos inorgânicos de alumínio solúvel em água, formado pela reação parcial do cloreto de alumínio Alll₃ Com uma base. É um sólido de branco a amarelo. Sua fórmula geral é frequentemente expressa como_n(OH)_mCl_(3n-m). Eles também são conhecidos como PAC ou PACL (sigla para inglês Cloreto de polialumínio).

Os PACs são formulados de uma maneira que contém polímeros altamente catiônicos (conjuntos de várias moléculas com muitas cargas positivas) formadas por íons de alumínio (Al³⁺), íons de cloreto (CL^-), íons hidroxila (OH)^- e moléculas de água (H₂QUALQUER).

O policloreto de alumínio (PAC) é usado para eliminar água orgânica e inorgânica nos floculadores das estações de tratamento de águas residuais. Autor: Kubinger. Fonte: Pixabay.

O polímero catiônico mais importante dessas espécies é o So -chamado₁₃ ou Keggin-Al13, que é muito eficaz no tratamento de água e na indústria de fabricação de celulose e papel.

Nessas aplicações, os PACs aderem à superfície das partículas, fazendo com que elas se unem e sedimentos, isto é, caem em direção ao fundo e podem ser filtradas.

Também foi testado com sucesso para melhorar as propriedades do cimento Portland, pois modifica ou muda sua estrutura no nível micro e isso torna o cimento mais resistente.

[TOC]

Estrutura

O PAC ou PACL é formado por uma série de espécies que variam de monômeros (uma única molécula), diâmetros (duas moléculas unidas), oligômeros (três a cinco moléculas ligadas) a polímeros (muitas moléculas ligadas).

Sua fórmula geral é para_n(OH)_mCl_(3n-m). Quando eles se dissolvem na água, essas espécies contêm íons para o³⁺, Oh íons hidroxila^-, Íons cloruro^- e moléculas de água H₂QUALQUER.

Em solução aquosa, sua fórmula geral é para o_x(OH)_e(H₂QUALQUER)_n^(3x-y)+ ou também para_xQUALQUER_z(OH)_e(H₂QUALQUER)_n^(3x-y-2z)+.

O mais útil desses polímeros é o So So₁₃ ou keggin-al13 cuja fórmula é Al₄Para o₁₂(OH)₂₄(H₂QUALQUER)₁₂⁷⁺. A espécie Al₁₃ Tem uma forma tridimensional.

Estima -se que o precursor desta policia seja o AL (OH)₄^-, que apresenta uma conformação tetraédrica e está localizado no centro da estrutura.

Nomenclatura

- Policloreto de alumínio

- PAC (sigla para inglês Cloreto de alumínio poli)

- Pacl (sigla em inglês Cloreto de alumínio poli)

- Cloreto de polialumina

- Poli -hidroxicloreto de alumínio

- Alumínio ou cloridrato de ACh (sigla inglesa Cloridrato de alumínio).

Propriedades

Estado físico

Sólido (poeira) de branco para amarelo também é obtido na forma de soluções aquosas de diferentes concentrações.

Solubilidade

Solúvel em água.

Características de PACs comerciais

Os vários PAC diferem um do outro principalmente por duas coisas:

Pode atendê -lo: dibenzalacetona: propriedades, mecanismo de reação, usos, riscos

- Sua força, expressa como % de alumina para₂QUALQUER_3.

- Sua basicidade, que indica a quantidade de material polimérico no PAC, e pode variar entre 10% (baixa basicidade), 50% (médio básico), 70% (alta basicidade) e 83% (a mais alta basicidade, que corresponde ao alumínio ou ach cloridrato).

Propriedades quimicas

O PAC é uma classe de produtos de alumínio solúvel em água. Sua fórmula geral é frequentemente expressa como_n(OH)_mCl_(3n-m).

Como eles ocorrem ao reagir cloreto de alumínio (Alcl₃) Com uma base, a basicidade desse tipo de produto depende da quantidade relativa de íons OH^- comparado à quantidade de alumínio (AL).

De acordo com a fórmula para o_n(OH)_mCl_(3n-m), Basicicidade é definida como m/3n.

É um floculante. Possui propriedades como facilidade de adsorção em relação a outras partículas de carga oposta (adere à superfície dessas), coagulação (união de várias partículas nas quais foi adsorvida) e precipitação desses grupos de partículas unidas.

Os PACs podem ser instáveis, porque dependem do pH. Eles podem ser corrosivos.

Comportamento do PAC na água

Ao dissolver o PAC na água e dependendo do pH, várias espécies de alumínio-hidroxil (al-oh) são formadas.

É hidrolisado ou reage com a água para formar monômeros (moléculas de unidade), oligômeros (união entre 3 e 6 moléculas) e polímeros (mais de 6 moléculas unidas).

A espécie mais importante é um polímero com 13 átomos de alumínio, chamado Keggin-Al13.

PAC função como floculante

O polímero Kegggin-Al13 é adsorvido nas partículas presentes na água, ou seja, gruda na superfície delas e se faz um ao outro, formando flocos.

Os flocos são conjuntos de partículas muito pequenas ou unidas, formando estruturas maiores que podem sedimentar, ou seja, vá para o fundo da solução aquosa.

Depois de formar flocos, quando são grandes o suficiente, eles vão para o fundo e a solução aquosa é limpa.

Tanques de floculação e sedimentação de uma estação de tratamento de água onde o policloreto de alumínio (PAC) pode ser usado. Qualit-e na Wikipedia inglesa [domínio público]. Fonte: Wikimedia Commons.

Obtenção

As soluções PACL ou PACL são geralmente obtidas adicionando uma base alcalina ou solução a uma solução de cloreto de alumínio (ALCL₃).

Para obter uma grande quantidade de polímeros para₁₃ A base ou álcali adicionado não deve fornecer íons OH^- muito rápido ou muito lento.

Certos estudos indicam que é difícil produzir uma alta concentração estável de Al₁₃ Usando o NaOH porque isso libera íons oh^- Muito rápido na água.

Por esse motivo, são preferidos compostos básicos de cálcio (CA), que têm baixa solubilidade em água e, portanto, liberam íons OH^- devagar. Um desses compostos básicos de cálcio é o óxido de cálcio CAO.

Pode servir a você: nitrato de cálcio (CA (NO3) 2)

Abaixo das etapas que ocorrem para a formação de PAC.

Hidrólise

Quando os sais de alumínio (iii) se dissolvem na água, ocorre uma reação espontânea de hidrólise em que o cátion de alumínio em³⁺ Tome oh íons hidroxil^- de água e se junta a eles, deixando prótons h⁺ Livre:

Para o³⁺ + H₂O → para (oh)²⁺ + H⁺

Para o³⁺ + 2 h₂O → para (oh)₂⁺ + 2 h⁺

Isso é preferido pela adição de um álcali, isto é, íons oh^-. O íon de alumínio para³⁺ Está cada vez mais se juntando a ânions oh^-:

Para o³⁺ → para (oh)²⁺ → para (oh)₂⁺ → para (oh)₃⁰ → para (oh)₄^-

Além disso, espécies como Al (H₂QUALQUER)₆³⁺, isto é, um íon de alumínio ligado ou coordenado com seis moléculas de água.

Polimerização

Em seguida, os sindicatos são formados entre essas espécies, formando diâmetros (conjuntos de 2 moléculas) e aparador (conjuntos de 3 moléculas) que são transformados em oligômeros (conjuntos de 3 a 5 moléculas) e polímeros (conjuntos de muitas moléculas unidas).

Al (oh)₂⁺ → Al₂(OH)₂⁴⁺ → Al₃(OH)₅⁴⁺ → Al₆(OH)₁₂⁶⁺ → Al₁₃(OH)₃₂⁷⁺

Esses tipos de espécies se juntam por pontes OH entre si e com o Al (H₂QUALQUER)₆³⁺ Formando conjuntos de moléculas chamadas hidroxiComplexos ou pólipos ou hidroxipolímeros.

A fórmula geral desses polímeros catiônicos é para_x(OH)_e(H₂QUALQUER)_n^(3x-y)+ ou também para_xQUALQUER_z(OH)_e(H₂QUALQUER)_n^(3x-y-2z)+.

Polímero de importância

Pensa -se que o mais útil desses polímeros é o So -chamado₁₃ cuja fórmula é Al₄Para o₁₂(OH)₂₄(H₂QUALQUER)₁₂⁷⁺, E também é conhecido como Keggin-Al13.

É uma espécie com 7 cargas positivas (ou seja, um cátion heptavalente) com 13 átomos de alumínio, 24 unidades OH, 4 átomos de oxigênio e 12 unidades de água H₂QUALQUER.

Formulários

- No tratamento de água

PACL é um produto comercial para tratar a água e torná -lo potável (limpo e potável). Também permite tratar resíduos e industriais.

A água pode ser potável se for tratada com policloreto de alumínio (PAC). Autor: ExplorerBob. Fonte: Pixabay.

É usado como um agente de coagulação nos processos de melhoria de águas. É mais eficaz que o sulfato de alumínio. Seu desempenho ou comportamento depende das espécies presentes, o que depende do pH.

Como funciona

PACL permite material orgânico e partículas minerais. Coaguular significa que os compostos a serem eliminados vão de dissolvidos para serem sólidos. Isso o alcança através das interações de suas cargas positivas com os negativos dos materiais para.

Acredita -se que a espécie₁₃, Ao possuir tantas cargas positivas (+7), é o mais eficaz para neutralizar cargas. Então a formação de pontes ocorre entre as partículas que são aglomeradas e formam floccúlus.

Pode atendê -lo: propriedades mecânicas e físicas do aço

Esses flocos são muito pesados ​​tendem a precipitar ou sedimentos, isto é, ir para o fundo do recipiente que contém a água sendo tratada. Dessa forma, eles podem ser removidos por filtração.

O policloreto de alumínio (PAC) serve para sedimentar a matéria orgânica e inorgânica em estações de tratamento de águas residuais. OU.S. Foto do Corpo de Engenheiros do Exército [domínio público]. Fonte: Wikimedia Commons.

Vantagens

O PAC é melhor que o sulfato de alumínio porque tem um melhor rendimento de baixa temperatura, deixa menos resíduos de alumínio, produz menos volume de lama, menos efeito no pH da água e os flocos mais rápidos e maiores são formados. Tudo isso facilita a sedimentação para a filtração posterior.

A água da piscina pode ser purificada com policloreto de alumínio (PAC). Autor: Kalhh. Fonte: Pixabay.

-Na indústria de fabricação de celulose e papel

O PAC é especialmente eficaz na modificação de cargas coloidais na fabricação de papel. Cargas coloidais são as cargas dos sólidos suspensos nas misturas para fazer polpa de papel.

Permite acelerar a velocidade de drenagem (remoção da água), especialmente em condições neutras e alcalinas, e ajuda na retenção de sólidos. Os sólidos são aqueles que mais tarde, quando secam, formam o papel.

Neste aplicativo, o PAC é usado com baixo básico (0-17%) e meios (17-50%).

Nas fábricas de celulose e papel, o policloreto de alumínio (PAC) é usado para ajudar no processo de sedimentação. Autor: 151390. Fonte: Pixabay.

- Para melhorar o cimento

Recentemente (2019), foi provado adicionar pacl ao cimento Portland. Foi determinado que a presença de íons cloreto cl^- e de grupos de polímeros de alumínio mudam a estrutura do cimento. Estima -se que xícaras complexas de fórmula 3 sejam formadas.Para o₂QUALQUER₃.CACL₂.10h₂QUALQUER.

O cimento de construção pode ser melhorado com policloreto de alumínio (PAC). Skeeze [cc0]. Fonte: Wikimedia Commons.

Os resultados indicam que o PACL melhora as propriedades do cimento, diminui o número de microporos (orifícios muito pequenos) e a matriz se torna mais densa e mais compacta a resistência à compressão aumenta.

O efeito aumenta aumentando o conteúdo de PACL. O estudo confirma que, ao adicionar PACL ao cimento Portland, é obtida uma mistura com propriedades mecânicas e microestruturais superiores.

Com policloreto de alumínio, a porosidade do cimento diminui e isso se torna mais resistente. Blackblack111 [CC BY-S (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]. Fonte: Wikimedia Commons.

Referências

1. Kim, t. et al. (2019). Investigando os efeitos do cloreto de polialumínio nas propriedades do cimento comum de Portland. Materiais 2019, 12, 3290. MDPI se recuperou.com.
2. Li, e. et al. (2019). Otimização do floculante de cloreto-quitosana do polialumínio para tratar a pasta de biogás de porco usando o método da superfície de resposta da caixa de box-behnken. Int. J. Ambiente. Carne bovina. Public Health 2019, 16, 996. MDPI se recuperou.com.
3. Hubbe, m. Cloreto de Polyaluminum (PAC). Mini-icenchopédia de química de molhado para fabricação de papel. Recuperado de projetos.Ncsu.Edu.
4. Tang, h. et al. (2015). Mecanismos de especiação, estabilidade e coagulação de aglomerados de hidroxil alumínio formados por PACL e aluno: uma revisão crítica. ADV COLLOid Interface SCI 2015; 226 (Pt A): 78-85. NCBI se recuperou.Nlm.NIH.Gov.
5. Bottero, J.E. et al. (1980). Estudos de soluções hidrolizadas de cloreto de alumínio. 1. Natureza das espécies de alumínio e composição de soluções aquosas. The Journal of Physical Chemistry, vol. 84, não. 22, 1980. Recuperado de bares.ACS.org.
6. Zhao, h.-Z. et al. (2009). Cloreto de polialumínio de alta concentração: preparação e efeitos da concentração na distribuição e transformação de espécies Al. Jornal de Engenharia Química 155 (2009) 528-533. Recuperado de cientedirect.com.
7. Jia, Z. et al. (2004). Síntese de cloreto de polialumínio com um reator de membrana: efeitos de parâmetros operacionais e vias de reação. Ind. Eng. Chem. Carne bovina. 2004, 43, 12-17. Recuperado de bares.ACS.org.
8. Chemicals especializados Geo. Cloreto de Polyaluminum (PAC). Recuperado de Geosc.com.