【背景及概况】[1][2]
现在混凝剂的种类有很多，分为无机与有机两大类。无机混凝剂的优点是原料比较容易获得，成本较低，市场售价低廉，且一般无毒或者毒较低，受市场认可度较高。传统的无机混凝剂主要指的是由铝盐、铁盐等构成的无机低分子混凝剂，而无机高分子混凝剂（IPF）在六十年代初问世后就成为水处理技术领域的主要化学药剂，在混凝剂发展趋势中成为了主要研究开发对象。IPF与传统无机低分子混凝剂相比叫它的净化效能更高，具体表现在沉淀性能更加好，投加用量更加少，适应水体种类范围更广等方面，因此得到迅速发展。在20世纪80年代初期，无机高分子混凝剂的聚合形态和海凝机理成为热口研究象，人们在这期间发现了一种无机高分子混凝剂叫做聚合氯化铝（PAC），与传统铝盐混凝剂相比，它的形态结构待征和絮凝机理都有着本质区别。
目前我国自来水厂大多用到了聚合氯化铝，可谓水厂必加药剂之一。而聚合氯化侣的用途范围不仅可Ｗ用在自来水厂的给水净化，还可在污泥脱水方面大蟲作用，提高污泥脱水率。另外在各类污废水处理前段、中段、后端等都会用到聚合氯化铝，更多时候还会与助凝剂PAC联用。聚合氯化铝作为混凝剂，它的混凝机理可简单概括为：压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、网捕。聚合氯化铝中对于混凝沉淀作用的成分是Al，目前关于其作用机理还有大量相关研究。PAC在混凝沉淀中，在投加量较少的情况下，产的絮体大，且沉淀很快，提高了水处理的效率，对各类水体都十分有效，总体混凝性能好，这使PAC成为了目前世界上销量的混凝剂。目前，我国PAC市场需求庞大且一直呈上升趋势，对PAC的生产研发还有很大的市场空间另一方面，目前聚合氯化铝除了单独投加使用外，还可和其他药剂联用，比如与氧化剂高铁酸钾联用，与高锰酸钾联用，与次氯酸钠联用等，针对不同水体，其处理效果优于常规混凝剂。除此之外，在制备聚合氯化铝的过程中，还可加入一些化学药品，提高其混凝效果，生产出高效复合的新型混凝剂，比如可考虑加入氯化铁、凹凸棒土、活性硅酸钠等原材料。
【作用机理】[3]
水解后的带有正电荷的PAC在静电库仑力、分子间范德华力、憎水斥力以及羟基与表面的键合力等的作用下，吸附在水中悬浮的胶体上。PAC在颗粒物表面结合后，颗粒物所带负电荷转化为正电荷，PAC则在颗粒物表面发生进一步的水解，在高浓度、高pH条件下单核络合物缩聚为一系列多核络合物，最后形成表面无限聚合度氢氧化铝沉淀，此时的凝聚作用转化为絮凝作用为主，电中和作用转化为粘附卷扫作用为主。絮凝法处理可以分为凝聚阶段、絮凝阶段和沉降阶段。
凝聚几乎是瞬时发生的，因此絮凝剂必须以尽快的速度(<0.1s)在水解反应完成之前就分散到水，以便在0.01-1s内生成的水解和聚合形态并被吸附在粒子上引起胶粒脱稳。该阶段以异向絮凝为主，由布朗运动引起，并在强烈水力作用下进一步加剧了，胶体表面发生物理化学状况变化，形成的矾花小而密实。
絮凝阶段是以同向絮凝为主。在此阶段要控制好适当范围的湍流程度，同时又要求在此阶段有足够的停留时间，使矾花完成其长大的过程，这是一种以物理的集合为主的过程。适当的湍流程度有利于同向絮凝进行和使小矾花碰撞长大，但湍流程度又不能太大，否则不利于吸附进行，并有可能使已的矾花又被破碎。
沉降阶段在凝聚和絮凝阶段结束后，絮体处于悬浮态，絮体主要依靠重力作用而沉降。在开始阶段，水中矾花浓度高，在沉降过程中会出现一个清水和浑水的交界面，该交界面逐渐下降，大部分矾花在此阶段被去除，悬浮物的沉降速度可用水相中悬浮物的浓度变化曲线的斜率近似表示；当大部分悬浮物已沉降，余下的粒径小、密度小的矾花以小于开始阶段的沉降速度缓慢下沉，同时相互碰撞结大；最终水相中悬浮物浓度基本不变。
【制备方法】[1]
制备PAC的方法有多种，目前实现了工业化生产的方法只有碱法和酸法。酸法的优点是制备工艺简单，产品稳定性较好，投资较少，缺点是制备PAC过程中会产生较大的酸雾。碱法的主要缺点是产品稳定性较差，因为采用碱法制备的PAC产品中会有较多的游离碱残留，容易产生氢氧化铝凝胶沉淀。目前酸法在我国使用较多，为解决其产品盐基度不高的问题，会在酸法制备后再増加一道工艺调碱，即加入铝酸钙粉或其他碱性溶液中和多余酸。
根据生产原料的不同，PAC生产工艺分为四大类：含铝矿物法、金属铝法、氯化铝法、氢氧化铝法。
1. 含铝矿物为原料生产聚合氯化铝
1）铝矾土、铝酸钙粉生产PAC：我国目前采用最多的方法。铝矾土中的铝不能酸溶，需预处理后才会溶出铝，所亥方法一般较为复杂。铝矾土属于铝硅酸盐类矿物中的一种。生产工艺流程是先将一水软铝石矿石粉粹并磨细，然后放在650-8000℃的沸腾炉中烧，中间会生产熟矿粉，在高温高压条件下，加入盐酸与之反应，为防止反应过于激烈，盐酸应缓慢分批次加之，为提高铝的溶出率，可适当加入少许氢氟酸，为提高产品的盐基度，可加入适量的铝酸钙粉。该方法的优点是溶出时间较短且溶出率较高。
2）高岭土生产PAC：我国拥有丰富的高岭土，且遍布全国，高岭高岭土制备PAC的优点就是成本低廉。目前，我国用其制备聚合氯化铝的方法主要是酸溶两步法。该法工艺流程是将高岭土培烧后与酸反应，然后调节盐基度。该法优点是工艺十分简单，操作便捷，不足之处是铝的浸出铝不高，因此，在賠烧工艺之前，将盐酸与高岭土浸泡。盐酸与高岭土按比例混合，烘干后将高岭土研磨，最后与盐酸在一定配比下反应并匀速揽拌。该工艺的反应温度要控制在140—150℃，压力控制在0.4-0.5MPa，反应时间为1.5-2.0h，反应结束后需加入适量的铝酸钙粉，目的是调节盐基度，最后得到液体产品。
3）煤矸石吧生产PAC：采煤过程中产生废矿石就叫做煤矸石，培烧后主要成为二氧化硅、三氧化二铁、三氧化二铝，其质量分数依次为50-60％、3-5％、20-40％。目前我国用其制备聚合氯化铝的方法主要是酸溶法。酸溶法的主要反应式：
2. 以氢氧化铝为原料生产聚合氯化铝
用氢氧化铝制备PAC也是目前国内外常用的方法之一，因为氢氧化铝纯度高，所制备所得的聚合氯化铝产品的重金属含量就很低。为了解决氢氧化铝酸溶性不好的缺点，在制备过程中需要对反应加温加压，只有这样才能使铝浸出，浸出液经过一定时间熟化、取上清液即为PAC液体产品。只要对反应的温度和压力控制得当，可使铝的溶出率达到90%上。
3. 从氯化铝为原料生产聚合氯化铝
沸腾热解法原理是利用结晶氯化铝加热到一定温度后发生热分解，分解产物是氯化氢与水，最后发生聚合反应产生粉状聚合氯化铝。目前我国很少采用该方法，因为相比而言，结晶氯化铝在一定温度条件下可与铝酸巧粉直接发生反应，生成的聚合氯化铝盐基度可达80-90％，而且不会产生污染，原料和能源更加节省。
4. 金属锅为原料生产聚合氯化锅
金属铝法所用原料主要来自铝加工产生的下脚料，如铝屑、铝灰、铝渣和铝型材废渣等。制备工艺主要有酸法、碱法和原电池法种。酸法的优点是反应速度快、工艺流程简单，操作简便、且设备投资较少。缺点是制得的聚合氯化铝产品中的杂质含量较高，至于产品的质量不够稳定，且在制备过程中酸对反应设备的腐蚀较为严重。碱法采用较少的主耍原因是制备工艺难度较大，设备投资高。原电池法工芝是采用电化学原理，反应釜底用金属材料作阴极，原料铝屑作阳极，加入盐酸反应制得PAC。故目前该法在国内生产厂家应用的较少。
【应用】[3][4][5]
1. 聚合氯化铝单独应用
高纯聚合氯化铝生产在生产原料、反应过程、反应装置、工艺选择等方面获得创新成果，性能明显好于普通PAC，投加量可降低20％左右，降低了成本，提高了产量。以高效除油剂复配物以心环氧氯丙烧胺阳离子聚合物、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺为主要原料，采用将聚合氯化铝和聚丙烯酰胺引入环氧氯丙烷胺阳离子聚合物溶液中的方法，制备条件相对温和、简单、环保。产品采用先进的聚合和接枝技术，表面活性、涧湿性能、絮凝能力和聚结效果好，加药工艺简化，加药量少，不影响原油脱水，除油破乳效果好。在国内滩海及陆上油田不同现场应用，均取得了很好的效果，并于15年销售到了国外。
2. 聚合氯化铝复合应用
以PAC等无机絮凝剂为原料制备出一种有机－无机复合型絮凝剂（PMSF），并用于某油墨生产企业，试验发现，PMSF对油墨废水有很强的絮凝和脱色效果，废水的COD去除率可达到86.8％，色度去除率可达到94.6％。对比试验结果表明，PMSF处理油墨废水的絮凝综合性能明显优于季铵化淀粉絮凝剂（MSF）。
3. 聚合氯化铝与药剂联用
采用聚合氯化铝和聚丙婦醜胺（PAM）对煤化工废水进行混凝预处理，在PAC和PAM投加量分别为2g/L和1mg/L、初始pH值为8的条件下，对抑制生物生长的色度组分和油类物质去除率分别可达97.3％和66.2％，对COD去除率也达到44.7％。
【参考文献】
[1] 柴彬. 聚合氯化铝制备条件优化与应用研究[D]. 西南交通大学, 2017.
[2] 高桂梅. 聚合氯化铝 (PAC) 的絮凝作用在污水处理中的应用研究[J]. 广州化工, 2016, 44(5): 129-130.
[3] 王亚芝, 曹培锋, 任毅斌. 聚合氯化铝 (PAC) 混凝剂研究的进展[J]. 内蒙古石油化工, 2009 (10): 13-16.