پلی آلومینیوم کلراید خوراکی

خلاصه پلی آلومینیوم کلراید خوراکی

منعقد کننده های کلرید سولفات آلومینیم بالا (HPACS) با نسبت مولی متفاوت [SO 4 2- ] / [Al 3 + ] ( S ) تهیه شدند و ثابت کردند که دارای راندمان انعقادی بالا برای حذف اسید هیومیک و پایداری قوی برای ذخیره سازی هستند. و کاربرد. نتایج نشان داد که هرچه SO4 2- افزودن بیشتر باشد ، ذرات پلیمریزاسیون آلومینیوم بزرگتر و پلیمریزاسیون Alc در منعقد کننده های HPACS آماده شده وجود دارد. HPACS نسبت به پلی آلومینیوم کلرید (PAC) و سولفات پلی آلومینیوم کلرید (PACS) که قبلا گزارش شده بود، راندمان انعقادی بالاتر، پایداری پیری بهتر و مقاومت پلی آلومینیوم کلراید خوراکی قوی تر در برابر تغییر pH و غلظت Ca2+ آب خام را نشان داد . مدل خنثی سازی جذب Sips برای نشان دادن رابطه بین دوز منعقد کننده و پتانسیل زتا سیستم آب ایجاد شد. ثابت شد که ظرفیت خنثی سازی جذب HPACS ( S = 0) > HPACS ( S = 0.02) > HPACS ( S = 0.06) > HPACS ( S = 0.10) است، که کاملاً با اثر انعقادی HPACS با S مختلف سازگار نیست. مقادیر و نشان داد که علاوه بر خنثی سازی جذب، اقداماتی مانند تجمع پل، بارش و لخته سازی رفت و برگشت پلی آلومینیوم کلراید خوراکی نیز نقش مهمی در انعقاد HPACS داشتند. علاوه بر این، انرژی آزاد گیبس منفی نشان داد که واکنش خنثی سازی جذب منعقد کننده یک فرآیند خود به خودی است.

1. معرفی پلی آلومینیوم کلراید خوراکی 

انعقاد یکی از پرکاربردترین تکنیک ها در زمینه تصفیه آب و فاضلاب با مزایایی چون سادگی، صرفه جویی، راحتی و راندمان بالا می باشد. اگرچه توسعه فناوری انعقاد نسبتاً بالغ است، مکانیسم‌های انعقاد کاملاً مشخص نیستند، زیرا انعقاد شامل زمینه‌های زیادی مانند شیمی آبی، شیمی کلوئیدی و میکروواسطه، و مکانیک سیالات است. علاوه بر این، با توسعه جامعه، ظهور مداوم آلاینده های جدید و افزایش تقاضا برای کیفیت آب، چالش ها و فرصت های جدیدی را برای انعقاد ایجاد می کند.

انعقاد برای حذف ذرات و مواد آلی طبیعی (NOM) مهم است، 1-3 که در آن خنثی سازی بار، تجمع پل، بارش و لخته سازی به عنوان مکانیسم های کلی شناخته شدند. به منظور بهبود کارایی انعقاد، بسیاری از محققان به توسعه گونه‌های منعقدکننده کارآمدتر پلی آلومینیوم کلراید خوراکی و کم‌بقایای آن اختصاص داده‌اند. در مقایسه با منعقد کننده های آلی، منعقد کننده های معدنی به طور گسترده در تامین آب استفاده می شوند و روند توسعه را از نمک های تک مولکولی ( مانند کلرید آلومینیوم، AlCl 3 ) به نمک های پلیمری ( مانند کلرید پلی آلومینیوم، PAC) یا منعقد کننده های کامپوزیت پلیمری تجربه کردند.

در دهه‌های اخیر، مردم انواع مختلفی از منعقدکننده‌های پلی آلومینیوم کلراید خوراکی کامپوزیت پلیمری مانند پلی سیلیس کاتیون (PSiCs)، سولفات آهن آلومینیوم 4،5 پلیمری (PAFS)، 6 پلی‌آلومینیوم کلرید سیلیکات آهن (PAFSC) 7،8 و پلی‌آلومینیوم کلرید-کیتوسان تولید کرده‌اند. (PACC)  پلی آلومینیوم کلراید خوراکی 9 و غیره. کارایی این منعقد کننده های جدید بیشتر از آنهایی است که مواد پیچیده ندارند. راندمان پلی آلومینیوم کلراید خوراکی حذف عالی اسید هیومیک (HA) با یک سری از منعقد کننده های پلی آلومینیوم کلرید سولفات (PACS) در مطالعه قبلی پلی آلومینیوم کلراید خوراکی ما به دست آمد. 10 با این حال، ما دریافتیم که پس از وارد کردن مقدار معینی از SO4 2- به PAC، پایداری ذخیره‌سازی منعقدکننده‌ها کاهش یافت و قابلیت انعقاد در کمتر از یک ماه به شدت کاهش یافت.

در واقع، پایداری ضعیف همیشه یک عامل محدود کننده برای همه منعقد کننده های پلی آلومینیوم کلراید خوراکی کامپوزیت پلیمری بوده است که تولید و کاربرد منعقد کننده ها را محدود می کند. گزارش شده است که مواد شیمیایی اسیدی مانند فسفات، استات،  پلی آلومینیوم کلراید خوراکی سیلیکات و اسید سیتریک را می توان به منعقد کننده های کامپوزیت پلیمری به عنوان تثبیت کننده برای افزایش پایداری منعقد کننده ها اضافه کرد. 11 با این حال، این روش برای تامین آب مناسب نیست زیرا این تثبیت کننده های اضافه شده ممکن است در آب باقی بمانند تا آلودگی ثانویه ایجاد کنند. گزارش شده است که علاوه بر افزودن تثبیت کننده ها، عملیات حرارتی می تواند عملکرد انعقاد را نیز بهبود بخشد. 12،13 در این مطالعه، منعقد کننده های کلرید سولفات آلومینیومی بالا (HPACS) با نسبت های مولی متفاوت [SO 4 2- ] / [Al 3 + ] ( S ) با عملیات حرارتی ساده PACS تهیه شدند. مورفولوژی هیدرولیز و اندازه ذرات HPACS تهیه شده مشخص شد. رفتارهای انعقادی پلی آلومینیوم کلراید خوراکی HPACS برای اسید هیومیک (HA، گروهی از مواد آلی طبیعی معمولی (NOM)، که بیش از 50 درصد کل NOM در آب را تشکیل می‌دهد) حذف از آب تحت pH اولیه و دوزهای منعقدکننده مختلف مورد بررسی قرار گرفت. عملکرد خنثی سازی بار HPACS مورد بررسی قرار گرفت و رابطه بین دوز منعقد کننده و پتانسیل زتا نمونه های آب با ایزوترم جذب Sips شبیه سازی شد.

2. مواد و روشهای پلی آلومینیوم کلراید خوراکی

2.1. تهیه HPACS

تمام معرف های مورد استفاده در این تحقیق به جز HA از نوع تحلیلی بودند. HA مخلوطی بود و وزن مولکولی متوسط ​​آن حدود 3000 بود. تمام محلول ها به جز مواردی که به طور خاص ذکر شد با آب دیونیزه تهیه شدند. PACS با مقدار S 0، 0.02، 0.06 و 0.10 مطابق گزارش تهیه شد. 10 HPACS با عملیات حرارتی محلول های PACS در دمای 95 درجه سانتی گراد به مدت 12 ساعت تحت هم زدن و رفلاکس تهیه شد. غلظت کل آلومینیوم (Alt ) تمام محلول های منعقد کننده 200 میلی مول L -1 و مقدار بازی ( B = [OH – ]/[Al3 + ]) 2.0 بود. همه منعقد کننده ها در مایع بودند و در دمای اتاق به مدت 6 روز قبل از آزمایشات انعقادی پیر شدند، به جز اینکه زمان پیری منعقد کننده ها 20 روز بود که اثر همزیستی Ca2 + تجزیه و تحلیل شد .

2.2. نمونه آب و آزمایش انعقاد پلی آلومینیوم کلراید خوراکی

محلول استوک HA و محلول کاری مطابق گزارش تهیه شد. 10 pH محلول های پلی آلومینیوم کلراید خوراکی کاری به جز موارد مشخص شده روی 7.0 تنظیم شد. برای اثر همزیستی Ca 2 + در حذف HA، مقدار محاسبه شده CaCl 2 در محلول کار اضافه شد.

آزمایش‌های انعقادی همگی در دمای اتاق (حدود 20 درجه سانتی‌گراد) با استفاده از آزمون jar روی یک همزن شش پارویی (MY3000-6B، Meiyu Co.، چین) انجام شد. 500 میلی لیتر محلول کار به بشر 1000 میلی لیتری اضافه شد. مقدار اندازه گیری شده از منعقد کننده تحت هم زدن سریع در 200 دور در دقیقه به مدت 2 دقیقه و به دنبال آن هم زدن آهسته در 30 دور در دقیقه به مدت 20 دقیقه به محلول کار اضافه شد و سپس به مدت 30 دقیقه ته نشین شد. دوز منعقد کننده 0.02 میلی مول L -1 به عنوان Alt بود (مگر اینکه غیر از این داده شود).

2.3. روش های تحلیلی

آنالیز رنگ سنجی پیچیده از نظر زمان آل فرون برای بررسی اشکال هیدرولیز آلومینیوم در HPACS با استفاده از یک طیف سنج UV-Vis (2550، شرکت Shimadzu، ژاپن) استفاده شد. مقادیر جذب در 370 نانومتر از 1 دقیقه تا 120 دقیقه پس از اختلاط نمونه با معرف فرو انتخاب شد. 14،15 پس از واکنش به مدت 1 دقیقه، گونه واکنش نشان داده شده به عنوان Al a ، برای 1 تا 120 دقیقه به عنوان Alb ، و هیچ پلی آلومینیوم کلراید خوراکی واکنشی قبل از 120 دقیقه به عنوان Alc در نظر گرفته شد . اندازه ذرات HPACS با یک Zetasizer Nano ZS (3000HS، Malvern Co.، UK) پس از فیلتراسیون با یک غشای میکروفیلتراسیون با اندازه منافذ 0.2 میکرومتر اندازه‌گیری شد. UV 254 (جذب در 254 نانومتر) از طریق یک طیف سنج UV-Vis (2550، شرکت Shimadzu، ژاپن) اندازه گیری شد. پتانسیل زتا نمونه آب بلافاصله پس از افزودن ماده منعقد کننده و اختلاط سریع با یک Zetasizer Nano ZS (3000HS, Malvern Co., UK) اندازه گیری شد.

3. نتایج و بحث پلی آلومینیوم کلراید خوراکی 

3.1. مورفولوژی هیدرولیز و اندازه ذرات HPACS

بسیاری از اشکال هیدروکسیل آلومینیوم تاکنون در نمک های آلومینیوم، 16-18 و پلیمرهای تک هسته ای یا اولیه مانند Al 3+ ، Al(OH) 2+ ، Al(OH) 2 + ، Al(OH) 4- ، Al2 یافت شده است . (OH) 2 4 + ، Al 2 (OH) 5 + ، Al 3 (OH) 8 + ، Al 3 (OH) 4 5+ به عنوان Al a تعریف شد ، پلیمر متوسط ​​مانند AlO 4 Al 12 (OH) 24 ( H 2 O ) 12 7 + (Al 13 ) به عنوان Al b و پلیمر یا رسوب بالا مانند Al 15 (OH) 36 9+ , [A1 30 O 8 (OH) 56 (H 2 O) 24 ] 18 تعریف شد . + (Al 30 )، Al x (OH) y ( 3 x – y )+ یا [Al(OH) 30 ] n به عنوان Alc تعریف شد . 19 شکل 1 توزیع مورفولوژی رنگ سنجی پلی آلومینیوم کلراید خوراکی پیچیده Al-ferron HPACS آماده شده را نشان می دهد. با افزایش مقدار S ، مورفولوژی Al a در HPACS در حدود 25٪ باقی ماند، در حالی که Al b به تدریج به Alc منتقل شد . محتوای Alc برای HPACS با S 0، 0.02، 0.06 و 0.10 به ترتیب 40.6 ، 48.4، 58.1 و 60.1 درصد بود.