作為羥基聚氯化鋁絮凝劑的優(yōu)勢(shì)形態(tài)表現(xiàn)出較高的絮凝效能。盡管有研究應(yīng)用PCNM與M-PCNM模式對(duì)聚氯化鋁的凝聚絮凝作用機(jī)理進(jìn)行理論計(jì)算，但主要是針對(duì)電中和凝聚作用機(jī)理作出相應(yīng)解釋，聚合氯化鋁的其他作用機(jī)理，如黏結(jié)架橋和靜電簇效應(yīng)，并末考慮。聚合氯化鋁中形態(tài)分布因素需要進(jìn)一步充分認(rèn)識(shí)，以便提高聚合氯化鋁的絮凝效率和擴(kuò)大應(yīng)用范圍。鋁鹽化學(xué)研究表明Al13的形成、分解反應(yīng)與溶液中的pH、無機(jī)及有機(jī)物質(zhì)濃度相關(guān)。一般來說，如果沒有其他離子干擾，較低濃度(<10*3mol/L)的Al13能在pH為5左右的溶液中穩(wěn)定存在。當(dāng)pH>6時(shí)，Al13出現(xiàn)聚集與沉淀；pH<6時(shí)，Al13的+7價(jià)電荷不變。研究表明當(dāng)溶液稀釋或pH改變時(shí)，聚陽(yáng)離子Al13的局部結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生改變，但溶液中存在腐殖酸時(shí)其結(jié)構(gòu)會(huì)隨著pH的變化而改變。同時(shí)，也有一些報(bào)道認(rèn)為當(dāng)鹽基度B>3.0時(shí)，Al13的結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)重組，隨著水解與熟化由開放的分維結(jié)構(gòu)凝膠轉(zhuǎn)化為拜耳石結(jié)構(gòu)鋁氧化物，然而其形態(tài)的轉(zhuǎn)化仍然缺乏直接的證據(jù)。因此以純Al13為絮凝劑研究高聚陽(yáng)離子的聚集沉淀行為及其凝聚絮凝行為不僅能加深對(duì)聚合氯化鋁絮凝作用機(jī)理的了解，而且對(duì)聚氯化鋁的進(jìn)一步應(yīng)用有著重要的實(shí)際指導(dǎo)意義。

采用硫酸根/硝酸鋇置換提純法制備高純Al13儲(chǔ)備液，濃度為0.1mol/L。以新鮮制得的純Al13溶液和NaOH為原料，采用慢速滴堿法制備鹽基度為2.6和2.8的Al13聚集體(以下簡(jiǎn)稱為B2.6和B2.8)。絮凝劑制備好后冷藏在冰箱內(nèi)，同時(shí)在不同的熟化時(shí)間采用Al-Ferron逐時(shí)絡(luò)合比色法和27Al NMR分析比較絮凝劑的形態(tài)變化特征。在2.5<B<2.8時(shí)，Al13聚集成為較大的聚集體或多核鋁聚合物，但具體結(jié)構(gòu)仍需進(jìn)一步鑒定。有文獻(xiàn)報(bào)道Al13聚集體形成尺度為幾百納米或更大，因此通過堿聚集后的Al13聚集體可以通過電鏡觀察其形貌變化間接推測(cè)其結(jié)構(gòu)的變化。

1. 形貌觀察
   Keggin-Al13的粒徑大約為2nm，從圖6-16可以清晰地看出兩種絮凝劑呈明顯的枝狀結(jié)構(gòu)，而鋁聚合物的不同聚合狀態(tài)差異也同樣顯著。對(duì)于熟化一周的B2.6，單獨(dú)的顆粒以原有的結(jié)構(gòu)連接成為枝狀聚集體。隨著堿化度和時(shí)間的增加，聚集和轉(zhuǎn)變過程加速，其結(jié)構(gòu)變得更為緊密。同時(shí)，聚集體的尺寸也在明顯增加。此時(shí)Al13結(jié)構(gòu)仍有部分保留，在隨后的27Al NMR譜圖中仍會(huì)有Al13響應(yīng)峰。這種聚集體有可能是單獨(dú)的Al13通過外層羥基橋聯(lián)而成，一定條件下四面體結(jié)構(gòu)仍然存在。相應(yīng)地，(Al13)n用米代表這些具有分維特性的鋁鹽多核聚合物。

2. 特性
   采用電動(dòng)點(diǎn)位儀(Zetasizer 2000,Malvern,UK)和pH計(jì)(MP220,Mettlcr Toledo,Swiss)，以加入羥基聚合氯化鋁絮凝劑([AlT]=10^-4mol/L)的二氧化硅懸濁液(0.1g/L，分別用NaOH或HCl調(diào)節(jié)懸濁液pH為4-11，平衡24h)為實(shí)驗(yàn)樣品測(cè)定電動(dòng)電位。測(cè)得二種高堿度絮凝劑(熟化一個(gè)月)的電動(dòng)電位-pH變化趨勢(shì)。根據(jù)定期監(jiān)測(cè)的形態(tài)分布變化結(jié)果(未示出)，熟化一周后絮凝劑形態(tài)在一個(gè)月內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定。因此，圖6-21所示電動(dòng)電位變化仍可結(jié)合表進(jìn)行分析比較。從圖中可看出在pH為4-6時(shí)三種絮凝劑的電動(dòng)電位保持為20-40mV，當(dāng)pH>6后，電動(dòng)電位開始明顯下降，在pH為10左右接近零。聚合氯化鋁PAC22的Al13含量高達(dá)80%，但同樣的pH范圍內(nèi)其電動(dòng)電位值低于純Al13及其聚集體。可以看出，此時(shí)聚集體中的“Alc”與聚合氯化鋁中的“Alc”有所不同。對(duì)于聚合氯化鋁，這部分Alc中所含溶膠態(tài)氫氧化鋁多，因此表面電荷低，反映在電動(dòng)電荷上表現(xiàn)出低的電動(dòng)電位。反之，對(duì)于聚集體，pH<6時(shí)，(Al13)n仍為高價(jià)態(tài)多核羥基聚合物，表面電荷高，相應(yīng)的電動(dòng)電位也高。當(dāng)pH>6時(shí)，羥基濃度增加導(dǎo)致一部分高聚合度聚集體轉(zhuǎn)化為低價(jià)態(tài)多聚體，電荷降低。另外，由于Al13結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在很寬的pH范圍內(nèi)((pH為4-8)，三類高堿化度絮凝劑的電動(dòng)電位始終保持在20mV以上，而此時(shí)硫酸鋁的電動(dòng)電位己接近零?？偟膩碚f，Al13和Al13聚集體具有比聚合氯化鋁更好的穩(wěn)定性和電中和能力，也更能發(fā)揮其吸附絮凝的優(yōu)點(diǎn)。