聚合氯化铝(PAC)是一种典型的无机高分子聚合物,其分子结构和化学性质均符合聚合物定义。以下是详细解析:
一、PAC 的聚合本质
化学结构
PAC 的分子式为 [Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ]ₘ,其中:
n(羟基化程度):为 1~5,决定产品类型(如 PAC14、PAC16)。
m(聚合度):代表聚合单元的数量,m≥10 时表现出明显的高分子特性。
核心结构:通过羟基桥联形成多核络合物(如 Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺),形成长链或环状聚合物。
聚合过程
PAC 的生产需通过水解 - 聚合反应实现:
AlCl₃ → Al(OH)₃ → [Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ]ₘ
通过控制碱化度(B=[OH]/[Al])和反应条件(温度、时间),可调控聚合度 m 和产品性能。
二、PAC 与普通无机盐的差异
对比项聚合氯化铝(PAC)普通铝盐(如 AlCl₃)
分子量 数千至数万(高分子量) 低(AlCl₃分子量 133.34)
溶解性 快速溶解并形成稳定胶体 溶解后直接离解为 Al³⁺和 Cl⁻
絮凝机制 多核络合物直接中和电荷,吸附架桥能力强 依赖 Al³⁺水解生成 Al (OH)₃胶体
pH 适应性 宽(5.0~9.0) 窄(需 pH 5.5~8.0)
絮体特性 絮体大而密实,沉降速度快 絮体小且松散,易破碎
三、聚合特性对性能的影响
电荷中和能力
PAC 的多核结构可同时携带多个正电荷,中和胶体表面负电荷的效率比单体 Al³⁺高 3~5 倍。
吸附架桥能力
长链聚合物能同时吸附多个胶体颗粒,形成网状结构,显著加速絮凝沉淀。
抗干扰性
高聚合度 PAC 在低温、高浊度或高有机物含量水体中仍能保持稳定性能,而普通铝盐易受水质波动影响。
四、PAC 的聚合度分级
聚合度(m)产品类型应用场景
m < 10 低聚合度 PAC 低浊度饮用水处理
10 ≤ m < 50 中聚合度 PAC 市政污水和工业废水处理
m ≥ 50 高聚合度 PAC 高浊度地表水、含油废水处理
五、总结
聚合氯化铝(PAC)是通过羟基桥联形成的无机高分子聚合物,其聚合特性赋予以下优势:
高效絮凝:多核结构强化电荷中和与吸附架桥。
宽适应性:适用于不同水质条件(pH、温度、浊度)。
多功能性:除絮凝外,还能协同去除磷、重金属和有机物。
实际应用建议:根据水质特性选择合适聚合度的 PAC,高聚合度产品在复杂废水处理中更具优势。