高濃度高含量聚合氯化鋁溶液的制備
1978年，Akitt等采用27AI核磁共振方法檢測(cè)并確認(rèn)在水解聚合鋁溶液中，出了單體和二聚體形態(tài)外，還存在一種具有獨(dú)特Keggin結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)稱AI13聚合形態(tài)。AI13因其納米分子尺寸和高電荷，被認(rèn)為是聚合氯化鋁溶液中最小而且最為穩(wěn)定的納米物種。而且AI13的結(jié)構(gòu)與土壤和催化劑載體中的鋁氧體十分相似，因此AI13的形成及其轉(zhuǎn)化機(jī)理一直是地球化學(xué)、環(huán)境化學(xué)及土壤科學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，同時(shí)AI13還引起水處理、化工催化、納米復(fù)合材料等工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
然而，在以往AI13的大量文獻(xiàn)報(bào)道中，總鋁濃度一般都限制在10-1~10-4mol.L-1,高含量的AL13只有在總鋁濃度小于0.2 mol.L-1的PAC中能夠生成并穩(wěn)定存在，且隨溶液總鋁濃度增加二迅速消失。至今，國(guó)內(nèi)外個(gè)技術(shù)領(lǐng)域嘗試各種合成制備方法，都無(wú)法得到具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的高濃高AI13含量（70%以上）納米型聚合鋁溶液（簡(jiǎn)稱H-PAC溶液），因而限制了其在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展。
膜蒸餾濃縮技術(shù)史利用膜孔兩側(cè)氣相中組分的分壓差作為傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)疏水性微孔膜將兩種不同溫度的溶液分離鈍化的一種新型膜分離技術(shù)。膜蒸餾濃縮的基本過(guò)程是在料液側(cè)截留得到非揮發(fā)性物質(zhì)的濃縮液，同時(shí)在溜出液側(cè)得到高純度的可揮發(fā)性物質(zhì)，理論上可達(dá)到100%的截留率。目前，膜蒸餾濃縮技術(shù)已得到許多工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的重視并在精細(xì)化工領(lǐng)域已有成功應(yīng)用范例，而用于高濃度、高AI13含量PAC溶液的濃縮，目前國(guó)內(nèi)外尚未有報(bào)道。
本文以合成制備具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的高濃度、高AL13含量的納米型的H-PAC溶液為目標(biāo)，采用化學(xué)快速加堿與膜蒸餾濃縮相結(jié)合的技術(shù)，成功地制備了總鋁濃度在2 mol.L-1以上，AI13含量大于70%的納米型H-PAC溶液，并對(duì)膜蒸餾濃縮過(guò)程中AL13含量、溫度、堿化度、初始PH值等影響 因素進(jìn)行了系統(tǒng)地研究和討論，為高濃度納米型H-PAC溶液工業(yè)化制備提供新的制備技術(shù)和科學(xué)依據(jù)。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1裝置與材料
實(shí)驗(yàn)所用AICI3.6H2O、NaOH、鹽酸、重水、高純鋁片等均為分析純?cè)噭?。膜蒸餾濃縮采用美國(guó)疏水性微孔PVDF平板膜，膜孔徑0.45 。
1.2 L-PAC和H-PAC溶液的制備
向2L三口燒瓶中加入150毫升濃度為1.0 mol.L-1的AICI3溶液，用600毫升一定濃度NaOH溶液作堿化劑，82度下以6 mol.L-1的速度加堿，部分中和AICI3水溶液，使其達(dá)到預(yù)定堿化度B=COH-/CAI3+,繼續(xù)反應(yīng)20min，制的總鋁濃度AIT約0.2 mol.L-1，AIb含量約70%的L-PAC。
膜蒸餾試驗(yàn)裝置采用自加工的有機(jī)玻璃平板膜組件，用硅橡膠密封，組件每側(cè)有10個(gè)流道，每個(gè)流道尺寸為100mm*7mm*1.5mm，有效膜面積為70平方厘米。為防止膜兩側(cè)水頭壓差而導(dǎo)致膜的破損，采用并流方式循環(huán)流動(dòng)。
首先將多次合成的L-PAC溶液混合，取2000毫升分批加入膜蒸餾裝置的料液側(cè)1L的平底燒瓶中，經(jīng)玻璃盤管通過(guò)恒溫水浴加熱，溫度控制在實(shí)驗(yàn)設(shè)置的溫度，餾出液經(jīng)玻璃盤管通過(guò)自來(lái)水冷卻，保持恒定低溫。膜兩側(cè)采用雙泵頭蠕動(dòng)泵，控制雙側(cè)流速均為1cm.s-1,進(jìn)行連續(xù)循環(huán)，直至燒瓶和流道中總剩余PAC體積共約200毫升時(shí)，終止循環(huán)。在MD過(guò)程，采用電導(dǎo)率儀不斷檢測(cè)餾出液側(cè)貯瓶中電導(dǎo)率的變化，以確認(rèn)膜疏水性的完好。餾出液貯瓶上部設(shè)置一個(gè)導(dǎo)流管，流入500毫升的量筒中，通過(guò)量筒中液體的體積和此時(shí)溫度，計(jì)算出膜通量。
1.3形態(tài)分析和表征方法
PAC溶液的AIT采用等離子原子發(fā)射光譜測(cè)定，形態(tài)分布采用HACH DR/4000U型分光光度計(jì)按AI-Ferron逐時(shí)絡(luò)合比色分析法進(jìn)行。
Ferron分析時(shí)通過(guò)控制取樣體積保持被測(cè)比色液的總鋁濃度為4.0*10-5 mol.L-1，根據(jù)水解聚合鋁中不同聚合鋁形態(tài)與Ferron試劑的解離、配位反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)速率不同，將鋁形態(tài)分為3種類型：AIa為瞬間反應(yīng)的單體形態(tài)，AIb為緩慢反應(yīng)的聚合形態(tài)，AIc是基本不與Ferron試劑發(fā)生反應(yīng)的溶膠形態(tài)。
27AI核磁共振法在JNM-ECA600型脈沖傅立葉核磁共振儀上測(cè)試，檢測(cè)溫度為70度，主磁場(chǎng)強(qiáng)度為14.096T，共振頻率為156.386MHZ,采樣時(shí)間為0.20939S，間隔為0.50939S，掃描次數(shù)為2048次，馳豫延遲時(shí)間為0.3S。檢測(cè)時(shí)采用直徑為5毫米的樣品管，其中心插入一根毛細(xì)管，毛細(xì)管中注入一定量的NaAI(OH)4溶液和同體積的重水作為鋁含量的內(nèi)標(biāo)及鎖場(chǎng)試劑，標(biāo)準(zhǔn)曲線制作及樣品測(cè)試均采用同一套樣品管及毛細(xì)管內(nèi)標(biāo)，且操作條件相同。
宇升公司主要產(chǎn)品：聚合氯化鋁、 聚合氯化鋁鐵、噴霧干燥型聚合氯化鋁、白色聚合氯化鋁 、板框壓濾型聚合氯化鋁、堿式氯化鋁、陰離子聚丙烯酰胺、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺、非離子聚丙烯酰胺
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