聚合氯化铝镁钛的制备及结构表征

为提高铝基复合混凝剂的混凝效果,以Al Cl_3、Mg Cl_2、Ti Cl_4为原料,通过共聚反应制备出无机复合高分子混凝剂PCAMT(聚合氯化铝镁钛),并探究其混凝机理.采用Ferron(高铁试剂)逐时络合比色法、红外光谱、X-射线衍射谱图、扫描电镜与能谱分析(SEM-EDS)、Zeta电位对产物的Al形态、结构形貌、组成及混凝机理进行分析.结果表明:(1)采用单因素试验法获得最佳合成条件,即反应温度为60℃,MgAl(摩尔比,下同)为0.5,TiAl(摩尔比,下同)为0.5,OH(Al+Mg+Ti)(摩尔比,下同)为0.6.(2)形态分析表明,反应温度、MgAl、TiAl,OH(Al+Mg+Ti)对Al的形态分布均存在影响.随着反应温度的升高,n(Ala)(Ala在Al的水解聚合形态中所占摩尔分数,下同)先减后增,n(Alb)(Alb在Al的水解聚合形态中所占摩尔分数,下同)先增后减,n(Alc)(Alc在Al的水解聚合形态中所占摩尔分数,下同)逐渐减小;随着MgAl的增大,n(Ala)先减后增,n(Alb)、n(Alc)为先增后减的趋势;随着TiAl的增大,n(Ala)逐渐增加,n(Alb)逐渐减少,n(Alc)先增后减;随着OH(Al+Mg+Ti)的增大,n(Ala)逐渐减少,n(Alb)、n(Alc)逐渐增加.(3)通过红外光谱、X-射线衍射,确定了PCAMT的结构组成,表明PCAMT是一种—OH桥联的铝镁钛复杂无定型聚合物,含有Al—OH—Mg与Ti—O—Ti新基团以及形成了Mg_(1.5)Ti_(1.25)O_4、Mg_(1.2)Ti_(1.8)O_5、Al_3Ti_5O_2等共聚物.(4)扫描电镜与能谱结果表明,PCAMT呈紧凑的空间立体网状形貌结构,利于发挥吸附架桥、网捕卷扫作用.(5)由PCAMT投加量对Zeta电位的影响分析可知,低投药量的混凝过程中起主导作用的是电中和作用,高投药量PCAMT处理原水的混凝机制以吸附架桥和网捕卷扫作用为主.研究显示,Al Cl_3、Mg Cl_2和Ti Cl_4通过共聚反应,可生成具有更高聚合度的无定型共聚物PCAMT,利于电中和、吸附架桥和网捕卷扫,具有较好的混凝效果.