混凝是 水处理 工艺 中 的核心单元 在饮用水和 污水处理 过程 中 ，可以有效去除水体中的 无机 颗粒 物 和 有机物，因此 被 广泛应用 于水 处理 厂。 在 混凝领域中 聚合氯化铝（ Polyaluminum Chloride, 简称 PAC ）是一种新型 的 无机高分子混凝剂 包含低聚态铝 Al 3+ 、 Al(OH) 2+ 、 Al(OH) 2 、 Al 2 OH 24+ 、 Al 6 (O H) 153+和 Al 8 ( 204+ 等）中聚态铝（ Al 13 [AlO 4 Al 12 ( 24 (H 2 O) 127+ 等）和 高 聚态铝等铝形态，其中 [AlO 4 Al 12 ( 24 (H 2 O) 127+7+（简称 Al 13 ）被认为是 PAC 中 优势混凝形态 ，其 混凝 机理包括 电中和、吸附架桥以及静电簇 等 。
      pH值是影响 Al 13 混凝去除水体颗粒物效果的重要因素。碱性条件下 Al 13对 颗粒物有较好的去除 效果，多归结于 Al 13 发挥了 电中和、架桥吸附和静电簇作用，但具体的微观作用过程还不清楚。相关 研究表明 Al13 混凝形成的絮体中存在 Al13 聚集体，而 Al 13 聚集体只有在中性和碱性条件下（ pH>6 ）才会显著生成 ，由此推测 Al 13 的聚集反应 是 其发挥高效混凝作用 的关键因素 。 本文设计了 一系列 混凝 实验 ，拟 研究 Al 13 的 聚集 特性以及 Al 13 聚集体与 颗粒物 的 微界面作用过程，从而揭示 Al 13 发挥高效混凝作用真实的内在机制 。
本文的主要结论如下：
      （1 ）根据 Al 13 的碱 滴定 曲线 可发现 ，在 碱 滴定过程 中， Al 13 的形态发生了一系列变化 。粒度分析表明，随着 pH 值的升高 Al 13 溶液的 粒径 分布逐渐 向 高粒径 尺度转移 。 Ferron 测试 和 固体 27 Al NMR 测试结果 表明， 在 pH=4 9 范围内，Al 13 溶液 中 仍存在有大量 Al 13 ，说明在 pH 值从 4 上升至 9 的过程中 Al 13 发生聚集并形 成 了 粒度 在几百纳米左右 的 Al 13 聚集体。 Al 13 发生聚集反应 会导致 Al 13结构中的 铝氧四面体 产生 变形 ，从而减弱 液体核磁测试时 的峰响应特性 。 XPS分析结果 表明 Al 13 的聚集过程伴随 着 部分 铝氧 八面体 Al VI ）的 解离， 但 铝氧四面体 Al IV ）结构仍保留在 Al 13 聚集体 中 当 pH 值上升 至 9 时 部分 Al 13转化 为氢氧化铝 大部分 Al 13 仍以 聚集体形式存在 于溶液中。 综上所述 调节Al 13 溶液从酸性（ pH=4 至 碱性（ pH=9 ）的过程中 Al 13 首先发生 脱质子反应然后聚集形成 Al 13 聚集体 随着溶液 中 OH 的继续 增加， Al 13 聚集体 会逐渐转化为 氢氧化铝 。 Al 13 聚集体是 A l 13 转化为氢氧化铝 的中间产物 通过调节 Al 13溶液 的 pH 值 可以 控制 Al 13 的 转化过程， 并 将反应停留在 Al 13 聚集 体 阶段。
      （2 ）通过 对比 Al 13 和 预制 Al 13 聚集体的混凝特性 发现 在中性和碱性条件下 Al 13 对 颗粒物 表现出良好 的 去除效果 ，但其混凝特性明显区别于预制 Al 13聚集体，说明 Al 13 原位聚集过程与颗粒物失稳聚集过程有着协同作用效果 。 Zeta电位测试表明， 电中和作用 是两组实验中颗粒物失稳的初始因素 由于 Al 13 的电荷密度高于 Al 13 聚集体 在溶液中分布更加均匀， Al 13 主导 的混凝 过程形成的 絮体粒径约为 预制 Al 13 聚集体形成 的絮体的两倍 。 固体 27 Al NMR 和 XPS 测试结果表明 絮体中 真实存在 Al 13 聚集体，但原位 Al 13 聚集体与预制 Al 13 聚集体存在明显不同，包括高 pH 值条件下的组成以及混凝效果，说明 Al 13 的原位聚集过程与颗 粒物失稳聚集过程是同步进行的，同时发现在 颗粒物存在 时 在pH =7 9 范围内， Al 13 的原位聚集过程 以及絮体的最终特性不受 pH 值 影响 。 S EM和 EDS 结果表明，预制 Al 13 聚集体主要分布于 颗粒物之间的 连接处 ，而 原位 形成 的 Al 13 聚集体则均匀分布于絮体表面 。 综上所述，得出 Al 13 高效混凝的机理如下：在 中 性和 碱性 条件下 将 Al 13 投加到 SiO 2 悬浊液以 后， 首先 被 均匀地吸附到 SiO 2 表面， 通过电中和作用使 颗粒物 失稳，由于颗粒物 间的有效碰撞 可以发生 在表面的任意位置 ，因此 所有 SiO 2 颗粒都可以 直接 参与 到 絮体 的生成，迅速 形 成大而紧密的絮体， 直观表现为颗粒物的高效去除， 但由于颗粒物之间的结合 力较弱 ，此 时 的絮体 容 易破碎 ，导致絮体粒径会自发地不断减小而趋于稳定 。 随着 Al 13 在 SiO 2 表面 不断地 吸附， 特别是颗粒物的接触处，开始逐渐原位形成 Al 13 聚集体 ，生成的聚集体可以有效 提高颗粒物之间的粘附作用 ，从而生成稳定密实的絮体 。因此，整个混凝过程经历了 吸附 电中和 Al 13 原位聚集Al 13 聚集体架桥 三个阶段 。