不同制備方法對聚合氯化鋁性能和結構的影響差異

聚合氯化鋁（PAC）作為一種常用的水處理絮凝劑，其性能和結構受到制備方法的顯著影響。不同制備方法會導致 PAC 在氧化鋁含量、鹽基度、分子結構及絮凝性能等方面呈現差異。以下將基于不同制備方法，探討其對 PAC 性能和結構的影響。

一、以工業廢渣為原料制備 PAC

1. 煤矸石制備 PAC：以工業廢渣煤矸石為原料制備 PAC 時，通過確定適宜的制備優化條件，所制得的 PAC 在處理生活污水和印染廢水方面展現出良好效果。在廢水 pH 處于 6.0 - 10.0 時，濁度去除率和 COD 去除率均較好，適宜投加量為 0.3 - 0.5 mL/L，且相比市售 PAC 處理效果更佳。這表明煤矸石制備的 PAC 在結構上可能具有更有利于吸附和絮凝污染物的形態，使得其在性能上對廢水處理有更好的適應性和高效性。
2. 油頁巖灰渣制備 PAC：采用酸溶法利用油頁巖灰渣制備 PAC，煅燒和聚合條件對其性能影響明顯。煅燒破壞灰渣晶體結構，將低活性晶體物質 Al?O?轉化為高活性的 γ - Al?O?，影響鋁浸出率及鹽基度；聚合溫度影響 OH?與氯化鋁的聚合度，進而影響鹽基度。在煅燒溫度 750℃、煅燒時間 2 h、聚合溫度 90℃的最佳條件下，鋁浸出率為 73.65%，鹽基度為 68.73%。由此可見，特定的煅燒和聚合條件促使 PAC 形成特定的結構，從而具備相應的鋁浸出和鹽基度性能。

二、以鋁灰渣等為原料制備 PAC

1. 鋁灰渣與廢鹽酸制備 PAC：以鋁灰渣和廢鹽酸為原料，通過酸溶法制備 PAC。原料配比、反應溫度、反應時間、熟化溫度、熟化時間等因素對其性能影響顯著。最佳工藝參數為：原料配比 m∶V?∶V? = 20∶55∶80，反應溫度 85℃，反應時間 3.5 h，熟化溫度 80℃，熟化時間 42 h。在此條件下，制備的 PAC 中氧化鋁質量分數為 8.15%，鹽基度為 35.6%。紅外光譜分析表明合成的 PAC 中存在聚合態鋁和羥基結構，這種結構決定了其在水處理中具有一定的絮凝性能。
2. 耐火黏土和鋁酸鈣粉制備 PAC：以耐火黏土和鋁酸鈣粉為原料制備 PAC，黏土的活化溫度、酸浸時鹽酸濃度和溫度影響 Al?O?浸出率，黏土與鋁酸鈣粉的用量比和熟化時間影響 PAC 絮凝性能。采用最佳條件下制備的 PAC 處理焦化廠廢水，當 PAC 投加量為 140 mg/L，并與少量 PAM 混合使用時，廢水的色度、濁度、COD 去除率分別可達到 95.7%、94.6%、90.0%。這說明該制備方法下形成的 PAC 結構有利于對焦化廠廢水中污染物的去除，展現出良好的絮凝性能。

三、膜法制備 PAC
采用雜萘聯苯共聚醚砜（PPBES）中空纖維超濾膜作為膜反應器，以 NaOH 溶液和 AlCl?溶液制備 PAC。堿化度、堿液滲透速率和 AlCl?溶液流速對 PAC 中 Alb 含量有影響。通過優化條件，以 0.5 mol/L 的 NaOH 溶液和 1.25 mol/L 的 AlCl?溶液制備出高 Alb 含量的 PAC，其總鋁濃度為 0.22 mol/L，Alb 含量達 81.1%。將該 PAC 應用于模擬染料廢水處理，最高脫色率均達到 96% 以上。膜法制備的 PAC 在結構上可能具有特殊的形態，使其在處理染料廢水時能高效地吸附和絮凝染料分子，從而展現出良好的絮凝性能。

四、不同制備方法對 PAC 性能和結構影響的對比分析

1. 從原料角度：不同原料所含雜質及初始鋁形態不同，影響最終 PAC 的純度和結構。如煤矸石、油頁巖灰渣等廢渣原料本身成分復雜，制備過程需通過特定條件去除雜質、轉化鋁形態，形成的 PAC 結構可能更具多樣性以適應復雜廢水處理；而以較為純凈的鋁鹽溶液為原料通過膜法制備，可更精準控制反應條件，得到結構相對規整、性能穩定的 PAC。
2. 從反應條件角度：反應溫度、時間、pH 等條件對 PAC 分子聚合過程影響重大。高溫煅燒可改變原料晶體結構提高鋁活性，適宜聚合溫度影響 OH?與鋁離子聚合度，從而影響鹽基度和分子結構。如油頁巖灰渣制備中煅燒和聚合溫度的控制，與鋁灰渣制備中反應和熟化溫度的控制，對各自 PAC 性能和結構塑造作用不同。
3. 從結構與性能關系角度：通過不同制備方法得到的 PAC，其結構差異直接反映在性能上。如具備特定聚合態鋁和羥基結構的 PAC，在絮凝過程中通過吸附、架橋等作用去除污染物；高 Alb 含量的 PAC 在處理特定廢水如染料廢水時表現出高脫色率。不同結構的 PAC 對不同類型廢水的適應性和處理效果存在差異，需根據實際廢水性質選擇合適制備方法的 PAC 產品。