聚合氯化鋁（Poly aluminium chloride，PAC）俗稱羥基氯化鋁、堿式氯化鋁、聚硫氯化鋁、多聚羥基絡(luò)合物，它是一種新型無(wú)機(jī)高分子凈水劑。隨著無(wú)機(jī)高分子凈水劑有逐步成為主流藥劑的趨勢(shì)，PAC也日益受到關(guān)注與廣泛研究。PAC的分子式以前一直沿用[Al₂(OH)_nCl_6-n]_m（n為1-5的整數(shù)，m為≤10的整數(shù)），現(xiàn)已重新改為Al_n(OH)_mCl_3n-m（m＜3n）。新的分子式更具有代表性，是一類聚合氯化鋁聚合物的總稱。

1、聚合氯化鋁在水中存在的形態(tài)

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)工作者對(duì)PAC水解產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和特征做了大量研究。大致可歸納為2種觀點(diǎn)。

① 是六元環(huán)連續(xù)分布模式，或稱為三水鋁石片段模式，認(rèn)為從Al³⁺、Al(OH)²⁺、Al(OH)⁺、Al(OH)₃、Al(OH)₄^-等單體到Al₂(OH)₂⁴⁺、Al₂(OH)₅⁺、Al₃(OH)₄⁵⁺、Al₄(OH)₈⁴⁺、Al₆(OH)₁₂⁶⁺、Al₇(OH)₁₆⁵⁺、Al₈(OH)₂₀⁴⁺、Al₁₀(OH)₂₂⁸⁺、Al₂₄(OH)₆₀¹²⁺、Al₅₄(OH)₁₄₄¹⁸⁺等聚合形態(tài)，呈連續(xù)分布，以類似苯環(huán)結(jié)構(gòu)的六元環(huán)模型為穩(wěn)定形態(tài)，逐步演變發(fā)展，直至生成沉淀物仍保持著拜耳石的結(jié)構(gòu)，在一定條件下各種形態(tài)存在的相對(duì)比例由水解-聚合平衡所確定。其理論基礎(chǔ)是多核配合物的核鏈配合機(jī)理，可以解釋在熟化和高堿度條件下三水鋁石結(jié)構(gòu)的形成。但對(duì)于其中高電荷和高聚合的配離子，目前尚缺少直接的結(jié)構(gòu)鑒定證據(jù)，尤其在室溫的稀溶液中是否存在還不能確定。

② 是聚十三鋁模式。其研究對(duì)象主要是高濃度（Al＞10^-3-2mol/L）和高堿化度的聚合氯化鋁溶液。研究認(rèn)為Al³⁺水解與Be²⁺相似，Be²⁺水解只形成Be²⁺、[Be₂(OH)]³⁺和[Be₃(OH)₃]³⁺，聚合氯化鋁溶液中只存在單體、二聚體、[Al₁₃O₄(OH)₂₄]⁷⁺簡(jiǎn)稱Al₁₃和多個(gè)Al₁₃聚集鏈簇等數(shù)種形態(tài)。Al₁₃結(jié)構(gòu)首先由Johanson根據(jù)堿式硫酸鋁的晶體學(xué)數(shù)據(jù)提出。²⁷Al核磁共振（NMR）、¹⁷ONMR和小角度X射線衍射（SAXS）等分析和推斷，證實(shí)了其存在。認(rèn)為Al₁₃結(jié)構(gòu)中點(diǎn)為AlO₄四面體，外圍為12個(gè)六配位鋁八面體，兩者通過(guò)羥橋連接而成，可寫作[AlO₄Al₁₂(OH)₂₄(H₂O)₁₂]⁷⁺，稱為Keggin結(jié)構(gòu)，粒度約為2-3nm。該觀點(diǎn)同時(shí)指出，某些高聚合鋁處于嚴(yán)重變形結(jié)構(gòu)中的形態(tài)，不能給出NMR信息。

2、水解-聚合機(jī)理

由于鑒定Al（Ⅲ）鹽水解-聚合產(chǎn)物中所有各個(gè)組分形態(tài)的方法目前尚未確立，因此，也不能從實(shí)驗(yàn)上建立水解-聚合動(dòng)力學(xué)方程。Al（Ⅲ）鹽水解-聚合的機(jī)理只能由推測(cè)得到。有實(shí)驗(yàn)測(cè)得，在Al（Ⅲ）鹽水解-聚合過(guò)程中形成的Al₁₃O₄(OH)₂₄⁷⁺，由1個(gè)四配位四面體鋁AlO₄通過(guò)氧橋和周圍12個(gè)六配位八面體鋁結(jié)合而成。當(dāng)羥鋁比B=2.0-2.5時(shí)，相互聚集成線性結(jié)構(gòu)；B＞2.8時(shí)，Al₁₃中的四面體鋁AlO₄逐漸消失，在B=3時(shí)，形成無(wú)定形Al(OH)₃。Al(OH)₃是層狀結(jié)構(gòu)，每一層都由六配位的八面體鋁通過(guò)羥橋互相聯(lián)結(jié)而成六元環(huán)。六元環(huán)共邊形成單層結(jié)構(gòu)，層與層再相互堆積成三維結(jié)構(gòu)。

由此得出：

① 欲形成AlO₄Al₁₂(OH)₂₄⁷⁺，需要形成四配位的AlO₄。在Al（Ⅲ）鹽水解-聚合過(guò)程中，六配位鋁與四配位鋁在12:1的情況下，形成較多的AlO₄Al₁₂(OH)₂₄⁷⁺。如果聚合氯化鋁的活性組分為Al¹³，就可以為制備聚合氯化鋁提供有用信息。

② 在Al（Ⅲ）鹽水解-聚合后形成Al(OH)₃的過(guò)程中，包含四配位鋁的組分Al₁₃是不穩(wěn)定的。在Al（Ⅲ）的水化物焙燒脫水后形成a-Al₂O₃的過(guò)程中，包含四配位鋁體系的r-Al₂O₃也是不穩(wěn)定的，不穩(wěn)定的體系往往具有較高的活性。

3、混凝機(jī)理

目前一致認(rèn)為，聚合氯化鋁對(duì)水中膠體顆粒或膠體污染物的混凝是由Al（Ⅲ）鹽水解-聚合產(chǎn)物對(duì)其進(jìn)行電性中和、脫穩(wěn)和吸附架橋作用生成粗顆粒絮凝體而去除。為了說(shuō)明Al（Ⅲ）鹽水解-聚合產(chǎn)物的作用條件，一些學(xué)者研究并給出了各種混凝區(qū)域圖，例如，表明藥劑投加量C和顆粒物表面積濃度的C-S圖，C和pH關(guān)系的lgC-pH圖以及l(fā)gC-IgS-pH圖等。而隨著界面與膠體水化學(xué)的發(fā)展，另一些學(xué)者通過(guò)對(duì)有效擴(kuò)散層電荷密度、電位和有效碰撞系數(shù)的計(jì)算得到了絮凝效率。考慮到Al（Ⅲ）鹽水解-聚合產(chǎn)物各組分形態(tài)差異，混凝過(guò)程表面上作用的真實(shí)機(jī)理，還需將水解-聚合產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)研究清楚之后，才能確切闡明。

Al（Ⅲ）鹽水解-聚合產(chǎn)物是由一些不同聚合度的聚合陽(yáng)離子所組成。它不僅可以處理生活用水，也可以處理工業(yè)廢水和去除一些有害的陰、陽(yáng)離子。它們?cè)谒幚砑夹g(shù)領(lǐng)域中的作用可概括為：

① 對(duì)水中膠體顆粒污染物進(jìn)行電性中和脫穩(wěn)的凝聚作用；

② 對(duì)已凝聚的次生粗大顆粒進(jìn)行吸附架橋的絮凝作用；

③ 除去水中有害離子的吸附和絡(luò)合作用。

絮凝作用更多地決定于Al（Ⅲ）鹽水解-聚合產(chǎn)物中多聚體的表面結(jié)構(gòu)特征。多聚體表面上極性活性部位應(yīng)該和被凝聚的次生粗大顆粒表面上活性部分進(jìn)行較強(qiáng)烈的相互作用，即只有二者的表面結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，絮凝過(guò)程才能自動(dòng)向體系能量減小的方向進(jìn)行。其實(shí)水中有害離子的去除，也可能主要是靠其中的多聚體及凝聚產(chǎn)生的次生粗大顆粒表面上極性活性部位和正、負(fù)離子發(fā)生強(qiáng)烈吸引作用完成。由此，為深入揭示混凝機(jī)理，除考慮能量因素外，還需要對(duì)Al（Ⅲ）鹽水解-聚合產(chǎn)物和水中膠體顆粒污染物結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行深入研究。