高濃度高含量聚合氯化鋁溶液的制備
1978年，Akitt等采用27AI核磁共振方法檢測并確認在水解聚合鋁溶液中，出了單體和二聚體形態(tài)外，還存在一種具有獨特Keggin結構的簡稱AI13聚合形態(tài)。AI13因其納米分子尺寸和高電荷，被認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的結構與土壤和催化劑載體中的鋁氧體十分相似，因此AI13的形成及其轉化機理一直是地球化學、環(huán)境化學及土壤科學等領域的研究熱點，同時AI13還引起水處理、化工催化、納米復合材料等工業(yè)技術領域的廣泛關注。
然而，在以往AI13的大量文獻報道中，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，國內外個技術領域嘗試各種合成制備方法，都無法得到具有工業(yè)應用價值的高濃高AI13含量（70%以上）納米型聚合鋁溶液（簡稱H-PAC溶液），因而限制了其在工業(yè)技術領域的潛在應用價值和發(fā)展。
膜蒸餾濃縮技術史利用膜孔兩側氣相中組分的分壓差作為傳質驅動力，通過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。膜蒸餾濃縮的基本過程是在料液側截留得到非揮發(fā)性物質的濃縮液，同時在溜出液側得到高純度的可揮發(fā)性物質，理論上可達到100%的截留率。目前，膜蒸餾濃縮技術已得到許多工業(yè)技術領域的重視并在精細化工領域已有成功應用范例，而用于高濃度、高AI13含量PAC溶液的濃縮，目前國內外尚未有報道。
本文以合成制備具有工業(yè)應用價值的高濃度、高AL13含量的納米型的H-PAC溶液為目標，采用化學快速加堿與膜蒸餾濃縮相結合的技術，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，并對膜蒸餾濃縮過程中AL13含量、溫度、堿化度、初始PH值等影響 因素進行了系統(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和科學依據。
1 實驗部分
1.1裝置與材料
實驗所用AICI3.6H2O、NaOH、鹽酸、重水、高純鋁片等均為分析純試劑。膜蒸餾濃縮采用美國疏水性微孔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，使其達到預定堿化度B=COH-/CAI3+,繼續(xù)反應20min，制的總鋁濃度AIT約0.2 mol.L-1，AIb含量約70%的L-PAC。
膜蒸餾試驗裝置采用自加工的有機玻璃平板膜組件，用硅橡膠密封，組件每側有10個流道，每個流道尺寸為100mm*7mm*1.5mm，有效膜面積為70平方厘米。為防止膜兩側水頭壓差而導致膜的破損，采用并流方式循環(huán)流動。
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1L的平底燒瓶中，經玻璃盤管通過恒溫水浴加熱，溫度控制在實驗設置的溫度，餾出液經玻璃盤管通過自來水冷卻，保持恒定低溫。膜兩側采用雙泵頭蠕動泵，控制雙側流速均為1cm.s-1,進行連續(xù)循環(huán)，直至燒瓶和流道中總剩余PAC體積共約200毫升時，終止循環(huán)。在MD過程，采用電導率儀不斷檢測餾出液側貯瓶中電導率的變化，以確認膜疏水性的完好。餾出液貯瓶上部設置一個導流管，流入500毫升的量筒中，通過量筒中液體的體積和此時溫度，計算出膜通量。
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)射光譜測定，形態(tài)分布采用HACH DR/4000U型分光光度計按AI-Ferron逐時絡合比色分析法進行。
Ferron分析時通過控制取樣體積保持被測比色液的總鋁濃度為4.0*10-5 mol.L-1，根據水解聚合鋁中不同聚合鋁形態(tài)與Ferron試劑的解離、配位反應的動力學速率不同，將鋁形態(tài)分為3種類型：AIa為瞬間反應的單體形態(tài)，AIb為緩慢反應的聚合形態(tài)，AIc是基本不與Ferron試劑發(fā)生反應的溶膠形態(tài)。
27AI核磁共振法在JNM-ECA600型脈沖傅立葉核磁共振儀上測試，檢測溫度為70度，主磁場強度為14.096T，共振頻率為156.386MHZ,采樣時間為0.20939S，間隔為0.50939S，掃描次數為2048次，馳豫延遲時間為0.3S。檢測時采用直徑為5毫米的樣品管，其中心插入一根毛細管，毛細管中注入一定量的NaAI(OH)4溶液和同體積的重水作為鋁含量的內標及鎖場試劑，標準曲線制作及樣品測試均采用同一套樣品管及毛細管內標，且操作條件相同。
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