铝系混凝剂是目前水处理过程中应用最广泛的混凝剂，包括传统铝盐和聚合 铝盐。Al30 作为目前已知结构中聚合度最高、表面电荷最大的聚合铝形态，在水 处理过程中表现出了优异的混凝特性。例如，相较于以 Al13 形态为主的聚合氯化 铝（记为 PACl13）来说，PACl30 在更宽的 pH 范围和投加量范围内可以有效去除 浊度和腐殖酸，还对金属离子、有机物、砷等污染物表现出较好的吸附性能。但 是，目前对 Al30 的研究都建立在使用多种铝形态并存的混凝剂的基础上，其他铝 形态（主要是 Al13）的存在会严重干扰 Al30 的实验结果，难以进一步解析其混凝 机制和在不同水质条件下筛选适配混凝剂。在此基础上，本研究使用有机物络合 分解中聚态铝的方法，得到了纯化的 Al30 溶液，并通过烧杯试验对其混凝性能进 行了研究。此外，以碱滴定的方式分析了 Al30的聚集特性，通过对其聚集过程的 研究深入探讨了 Al30 在不同水质条件下的混凝机制。本论文开展了以下研究工 作：

      （1）建立了用有机物络合分解中聚态铝制备高纯度 Al30O8(OH)56(H2O)24 18+ （Al30）的方法。采用沉淀置换法、有机溶剂析出法和有机物络合分解法对 Al30 进行分离纯化。结果表明，只有有机物络合分解法才能经济高效地制备纯度较高 的 Al30 样品。实验中，以苯甲酸为配位剂分解主要杂质 AlO4Al12(OH)24(H2O)12 7+ （Al13），通过沉淀置换得到纯 Al30 样品。苯甲酸可以在 2 h 内完成杂质的分解。 通过 Ferron 络合比色法、27Al-NMR、SEM、XRD 和 TGA 对产物进行了表征。 结果表明，提纯后样品中 Al30 的纯度可达 92%以上。

      （2）选取 AlCl3、Al13 和 Al30 为混凝剂，研究了其对 SiO2、腐殖酸（HA） 和复合污染物体系的混凝效果。初始 pH 值会显著影响混凝效果。对 SiO2 来说， pH = 5 时，颗粒物表面携带正电荷，混凝剂无法发挥电中和作用从而失效；在 pH = 7 的条件下，Al13 由于电荷密度最高，导致颗粒物复稳，无法发挥有效混凝， 但 Al30 较大的分子尺寸使其发挥出独特的优势；当 pH = 9 时，Al13 和 Al30 的最 低有效投加量相对较低。对腐殖酸来说，在初始 pH 值为 7~9 范围内，Al30 混凝 后的剩余 TOC 明显低于 AlCl3 和 Al13。这与不同铝形态的水解特性有关。当 pH > 8 时，AlCl3 水解产物主要为 Al(OH)4 -，难以发挥电中和作用，体系中的悬浮胶体 不易失稳；Al13 在高碱性条件下会发生向凝胶态的转变，电荷密度急剧降低；然 而，Al30 在水中的结构稳定性较高，向凝胶态转变的碱度要求也随之更高。特别 地，Al30 表现出对高分子量部分的有效去除。SiO2 和腐殖酸共存的复合污染物体 系中，携带负电荷的腐殖酸可以中和纯 SiO2体系中较高的正电荷，提高了低 pH 条件下的浊度去除率；但腐殖酸也会对SiO2与混凝剂的相互作用产生竞争关系， 使高 pH 条件下的浊度去除率降低；在 pH = 7 时，Al30 比 AlCl3 和 Al13 的投加量 范围更宽。总体来说，与 AlCl3 和 Al13 相比，Al30 可以在更宽的 pH 范围和投加 量范围内发挥有效的混凝作用。

      （3）通过调控溶液碱化度的方式，对 Al30 从脱质子到发生聚集反应的过程 进行了研究。结果表明，在碱滴定过程中，0.01 M 的 Al30 溶液在碱化度（B）小 于 2.86 时，主要发生脱质子反应和初步聚集反应；B > 2.86 时，Al30 聚集体尺寸 迅速增大，生成凝胶态并逐渐向 Al(OH)3 转化。在此过程中，除了 Al30 脱质子导 致的静电斥力降低诱导聚集反应发生之外，部分 Al30 结构解离所产生的低聚体 也起到了架桥连接的作用。在实验滴加条件下，Al30 聚集体始终保持着正的 Zeta 电位。Al30 的浓度也对聚集过程有影响，表现为滴加临界点存在显著差异。此外， Al30 在较低的 pH 条件下就可以发生脱质子反应并聚集，这是其具有独特混凝特 性的重要原因。Al30 较大的结构尺寸，也导致其容易生成接枝状聚集体，使其可 以在更宽的投加量范围内发挥有效作用。