聚合铝与颗粒物(wù)的相互作用(yòng)

聚合铝与颗粒物(wù)的相互作用(yòng)：

聚合铝絮凝剂在水处理(lǐ)过程中投加后，正是由于其以Al13為(wèi)主的形态分(fēn)布和稳定性，在一系列行為(wèi)特征和效能(néng)上与传统铝盐混凝剂有(yǒu)很(hěn)大不同。例如，Zeta電(diàn)位，流动電(diàn)流，絮凝指数，吸附特征，凝聚-絮凝區(qū)域图等都表现出其特异性能(néng)，可(kě)以认為(wèi)，无机高分(fēn)子絮凝剂在形态特征、作用(yòng)机理(lǐ)和行為(wèi)效能(néng)上与铝盐铁盐等传统混凝剂都有(yǒu)區(qū)别，而其优势形态与水體(tǐ)颗粒物(wù)的作用(yòng)机理(lǐ)是核心问题，目前尚缺乏充分(fēn)研究。

传统铝盐混凝剂如硫酸铝或氯化铝的作用(yòng)机理(lǐ)，一般认為(wèi)有(yǒu)：（1）電(diàn)中和凝聚及吸附架桥為(wèi)主和（2）凝胶絮团粘结卷扫為(wèi)主等两类典型过程。何种作用(yòng)為(wèi)主，将决定于水质pH值、颗粒物(wù)浓度及水流扰动强度等条件。实际上是水解反应，吸附过程和流體(tǐ)湍流三种动力學(xué)的综合作用(yòng)结果，而这些作用(yòng)的历程都是在微秒(miǎo)、数秒(miǎo)内进行的。由于水解反应比吸附和颗粒碰撞过程要更快些，一般认為(wèi)混凝剂的水解及形态转化优于在颗粒物(wù)上的吸附，Al13在一般水质条件下只能(néng)少量生成，因此传统混凝剂的主要作用(yòng)形态应是自发水解产物(wù)即初聚物(wù)、低聚物(wù)和凝胶沉淀物(wù)。现有(yǒu)的机理(lǐ)模型和定量模式都是在此概念上提出及应用(yòng)的。

聚合铝中的主要组分(fēn)Al13具有(yǒu)相对的形态稳定性，投入处理(lǐ)水中后，即可(kě)直接吸附在颗粒物(wù)表面，发挥很(hěn)强的電(diàn)中和及架桥粘结作用(yòng)，因此，其过程是首先吸附，水體(tǐ)颗粒物(wù)（例如粘土矿物(wù)和腐植质等）大多(duō)含有(yǒu)大量-OH基团，羟基聚合物(wù)如Al13是-OH基不饱和化合态，它们在界面上的吸附实际是-OH基的配位和互补。随后，也可(kě)发生与溶液中的OH-相互作用(yòng)的水解过程，结果在界面上将生成氢氧化铝凝胶沉淀物(wù)，进一步发挥粘结团聚作用(yòng)。

mOH+nAl12AlO4(OH)247+→[Al(O,OH)x]n→[Al(OH)3]n

mOH-+nAl12AlO4(OH)247+→[Al(O,OH)x]n→[Al(OH)3]n

其中，由含四面體(tǐ)AlO4的Al13转化為(wèi)均匀八面體(tǐ)Al(OH)3的机理(lǐ)，目前并没有(yǒu)完全阐明。有(yǒu)人认為(wèi)在Al13外围八面體(tǐ)增多(duō)时会促使核心四面體(tǐ)转化為(wèi)八面體(tǐ)，也有(yǒu)认為(wèi)是溶液中阴离子的促进作用(yòng)，仍是研究中的问题。

多(duō)核络合物(wù)与颗粒物(wù)固體(tǐ)界面的相互作用(yòng)研究，近年应用(yòng)小(xiǎo)角度X-射線(xiàn)散射（SAXS）、X-射線(xiàn)边缘吸附微结构（EXAFS）、固體(tǐ)核磁共振（MAS NMR）、原子力显微镜（AFMS）等界面结构鉴定仪器进行探讨的文(wén)献日益增多(duō)。文(wén)献提出铝聚合物(wù)与胶體(tǐ)硅颗粒作用(yòng)的模型如图7所示，认為(wèi)（1）表面上首先形成铝硅结合位。（2）吸附进行電(diàn)中和。（3）硅颗粒间架桥，并认為(wèi)作用(yòng)机理(lǐ)与有(yǒu)机高分(fēn)子絮凝剂相同。

本文(wén)认為(wèi)无机高分(fēn)子的絮凝机理(lǐ)并不等同于有(yǒu)机高分(fēn)子，无机羟基聚合物(wù)的分(fēn)子量和尺度遠(yuǎn)低于有(yǒu)机高分(fēn)子，并且是继续发生水解的介稳中间产物(wù)，它们借助于微米级小(xiǎo)颗粒的相互聚集成為(wèi)链状物(wù)进行電(diàn)中和及架桥作用(yòng)，同时本身又(yòu)逐步转化形态為(wèi)凝胶沉淀物(wù)。因此，它们的凝聚絮凝作用(yòng)机理(lǐ)应介于传统混凝剂和阳离子有(yǒu)机絮凝剂之间，属于多(duō)核羟基络合物(wù)的表面络合、表面水解及表面沉淀过程，有(yǒu)特异的机理(lǐ)模型和定量计算模式。