聚合铝与颗粒物的相互作用

聚合铝与颗粒物的相互作用：

聚合铝絮凝剂在水处理过程中投加后，正是由于其以Al₁₃为主的形态分布和稳定性，在一系列行为特征和效能上与传统铝盐混凝剂有很大不同。例如，Zeta电位，流动电流，絮凝指数，吸附特征，凝聚-絮凝区域图等都表现出其特异性能，可以认为，无机高分子絮凝剂在形态特征、作用机理和行为效能上与铝盐铁盐等传统混凝剂都有区别，而其优势形态与水体颗粒物的作用机理是核心问题，目前尚缺乏充分研究。

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

聚合铝中的主要组分Al₁₃具有相对的形态稳定性，投入处理水中后，即可直接吸附在颗粒物表面，发挥很强的电中和及架桥粘结作用，因此，其过程是首先吸附，水体颗粒物（例如粘土矿物和腐植质等）大多含有大量-OH基团，羟基聚合物如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，也可发生与溶液中的OH^-相互作用的水解过程，结果在界面上将生成氢氧化铝凝胶沉淀物，进一步发挥粘结团聚作用。

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，由含四面体AlO₄的Al₁₃转化为均匀八面体Al(OH)₃的机理，目前并没有完全阐明。有人认为在Al₁₃外围八面体增多时会促使核心四面体转化为八面体，也有认为是溶液中阴离子的促进作用，仍是研究中的问题。

多核络合物与颗粒物固体界面的相互作用研究，近年应用小角度X-射线散射（SAXS）、X-射线边缘吸附微结构（EXAFS）、固体核磁共振（MAS NMR）、原子力显微镜（AFMS）等界面结构鉴定仪器进行探讨的文献日益增多。文献提出铝聚合物与胶体硅颗粒作用的模型如图7所示，认为（1）表面上首先形成铝硅结合位。（2）吸附进行电中和。（3）硅颗粒间架桥，并认为作用机理与有机高分子絮凝剂相同。

本文认为无机高分子的絮凝机理并不等同于有机高分子，无机羟基聚合物的分子量和尺度远低于有机高分子，并且是继续发生水解的介稳中间产物，它们借助于微米级小颗粒的相互聚集成为链状物进行电中和及架桥作用，同时本身又逐步转化形态为凝胶沉淀物。因此，它们的凝聚絮凝作用机理应介于传统混凝剂和阳离子有机絮凝剂之间，属于多核羟基络合物的表面络合、表面水解及表面沉淀过程，有特异的机理模型和定量计算模式。