ALUMINIUM POLIKLORIDA: STRUKTUR, SIFAT, PEROLEHAN, KEGUNAAN - KIMIA - 2025

Kelas produk aluminium anorganik yang larut dalam air disebut poli aluminium klorida , dibentuk oleh reaksi parsial aluminium klorida AlCl ₃ dengan basa. Ini adalah padatan putih sampai kuning. Rumus umumnya sering dinyatakan sebagai Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Mereka juga dikenal sebagai PAC atau juga PACl (PolyAluminum Chloride).

PAC diformulasikan untuk mengandung polimer yang sangat kationik (kumpulan beberapa molekul dengan banyak muatan positif) yang terdiri dari ion aluminium (Al ³⁺ ), ion klorida (Cl ^- ), ion hidroksil (OH) ^- dan molekul air (H ₂ O).

Poly Aluminium Chloride (PAC) digunakan untuk menghilangkan bahan organik dan anorganik dari air di flokulan pabrik pengolahan air limbah. Penulis: Kubinger. Sumber: Pixabay.

Polimer kationik terpenting dari spesies ini disebut Al ₁₃ atau Keggin-Al13 yang sangat efektif dalam pengolahan air dan dalam industri pembuatan pulp dan kertas.

Dalam aplikasi ini, PAC menempel pada permukaan partikel yang menyebabkan mereka mengikat bersama dan dapat mengendap, yaitu jatuh ke dasar dan dapat disaring.

Semen portland juga telah berhasil diuji untuk memperbaiki sifat-sifat semen portland, dengan memodifikasi atau mengubah strukturnya pada tingkat mikro dan hal ini membuat semen lebih tahan.

Struktur

PAC atau PACl terdiri dari serangkaian spesies mulai dari monomer (satu molekul), dimer (dua molekul bergabung bersama), oligomer (tiga hingga lima molekul bergabung bersama) hingga polimer (banyak molekul bergabung bersama).

Rumus umumnya adalah Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Ketika spesies ini mengandung ion A yang terlarut dalam air ³⁺ , ion hidroksil OH ^- , ion klorida Cl ^- dan molekul air H ₂ O.

Dalam larutan air rumus umumnya adalah Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} atau juga Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

Polimer yang paling berguna adalah polimer yang disebut Al ₁₃ atau Keggin-Al13 yang rumusnya adalah AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ . Spesies Al ₁₃ memiliki bentuk tiga dimensi.

Diperkirakan prekursor dari polycation ini adalah Al (OH) ₄ ^- , yang mempunyai konformasi tetrahedral dan terdapat pada bagian tengah struktur.

Tata nama

- Aluminium poliklorida

- PAC (Poly Aluminium Chloride)

- PACl (Poly Aluminium Chloride)

- Polyaluminum Chloride

- Aluminium polihidroksiklorida

- Aluminium hydrochloride atau ACH (Aluminium ChlorHydrate).

Properti

Keadaan fisik

Padatan putih sampai kuning (bubuk) yang juga diperoleh dalam bentuk larutan encer dengan konsentrasi berbeda.

Kelarutan

Larut dalam air.

Karakteristik PAC komersial

Berbagai PAC berbeda satu sama lain terutama oleh dua hal:

- Kekuatannya, dinyatakan sebagai% alumina Al ₂ O _3.

- Kebasaannya, yang menunjukkan jumlah bahan polimer dalam PAC, dan dapat bervariasi antara 10% (kebasaan rendah), 50% (kebasaan sedang), 70% (kebasaan tinggi) dan 83% (kebasaan tertinggi, yang mana sesuai dengan aluminium hidroklorida atau ACH).

Sifat kimiawi

PAC adalah sejenis produk aluminium yang larut dalam air. Rumus umumnya sering dinyatakan sebagai Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) .

Karena diproduksi dengan mereaksikan aluminium klorida (AlCl ₃ ) dengan basa, kebasaan dari jenis produk ini bergantung pada jumlah relatif ion OH ^- dibandingkan dengan jumlah aluminium (Al).

Menurut rumus Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) , kebasaan didefinisikan sebagai m / 3n.

Itu adalah flokulan. Ia memiliki sifat seperti kemudahan adsorpsi pada partikel lain dengan muatan berlawanan (ia melekat pada permukaan ini), koagulasi (penyatuan beberapa partikel yang telah diadsorbsi) dan pengendapan kelompok partikel yang bersatu ini.

PAC dapat menjadi tidak stabil karena bergantung pada pH. Mereka bisa korosif.

Perilaku PAC di dalam air

Dengan melarutkan PAC dalam air dan bergantung pada pH, berbagai spesies aluminium-hidroksil (Al-OH) terbentuk.

Ini menghidrolisis atau bereaksi dengan air untuk membentuk monomer (molekul kesatuan), oligomer (3 hingga 6 molekul terkait) dan polimer (lebih dari 6 molekul terkait).

Spesies terpenting adalah polimer dengan 13 atom aluminium, yang disebut Keggin-Al13.

Fungsi PAC sebagai flokulan

Polimer Keggin-Al13 teradsorpsi pada partikel-partikel yang ada di dalam air, yaitu menempel pada permukaan ini, dan menyebabkan mereka saling menambah, membentuk flok.

Flok adalah kelompok partikel yang sangat kecil yang diaglutinasi atau disatukan untuk membentuk struktur yang lebih besar yang dapat mengendap, yaitu menuju ke dasar larutan berair.

Setelah membentuk flok, ketika mereka cukup besar mereka pergi ke dasar dan larutan air bersih.

Tangki flokulasi dan sedimentasi dari instalasi pengolahan air di mana poli aluminium klorida (PAC) dapat digunakan. Qualit-E di Wikipedia bahasa Inggris. Sumber: Wikimedia Commons.

Memperoleh

Larutan PAC atau PACl umumnya diperoleh dengan menambahkan larutan basa atau basa ke larutan aluminium klorida (AlCl ₃ ).

Untuk mendapatkan polimer Al _{13 dalam} jumlah yang tinggi, basa atau alkali yang ditambahkan tidak boleh menghasilkan ion OH ^- terlalu cepat atau terlalu lambat.

Beberapa penelitian menunjukkan bahwa sulit untuk menghasilkan Al ₁₃ konsentrasi tinggi yang stabil menggunakan NaOH karena melepaskan ion OH ^- terlalu cepat ke dalam air.

Untuk alasan ini senyawa kalsium (Ca) basa lebih disukai, yang memiliki kelarutan rendah dalam air dan dengan demikian melepaskan ion OH ^- secara perlahan. Salah satu senyawa kalsium basa tersebut adalah kalsium oksida CaO.

Berikut langkah-langkah yang terjadi untuk pembentukan PAC.

Hidrolisis

Ketika garam aluminium (iii) larut dalam air, reaksi hidrolisis spontan terjadi di mana kation aluminium Al ³⁺ mengambil ion hidroksil OH ^- dari air dan mengikatnya, meninggalkan proton H ⁺ bebas:

Al ³⁺ + H ₂ O → Al (OH) ²⁺ + H ⁺

Al ³⁺ + 2 H ₂ O → Al (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

Ini dibantu dengan menambahkan alkali, yaitu ion OH ^- . Ion aluminium Al ³⁺ semakin bergabung dengan anion OH ^- :

Al ³⁺ → Al (OH) ²⁺ → Al (OH) ₂ ⁺ → Al (OH) ₃ ⁰ → Al (OH) ₄ ^-

Selain itu, ^terbentuk spesies seperti Al (H ₂ O) ₆ ³⁺ , yaitu ion aluminium yang terikat atau terkoordinasi dengan enam molekul air.

Polimerisasi

Kemudian ikatan dibentuk antara spesies ini, membentuk dimer (kumpulan 2 molekul) dan pemangkas (kumpulan 3 molekul) yang diubah menjadi oligomer (kumpulan 3 hingga 5 molekul) dan polimer (kumpulan banyak molekul yang bergabung).

Al (OH) ₂ ⁺ → Al ₂ (OH) ₂ ⁴⁺ → Al ₃ (OH) ₅ ⁴⁺ → Al ₆ (OH) ₁₂ ⁶⁺ → Al ₁₃ (OH) ₃₂ ⁷⁺

Jenis spesies ini bergabung dengan jembatan OH satu sama lain dan dengan Al (H ₂ O) ₆ ^3+, membentuk kumpulan molekul yang disebut kompleks hidroksi atau polikation atau hidroksipolimer.

Rumus umum dari polimer kationik ini adalah Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} atau juga Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

Pentingnya polimer

Polimer yang paling berguna dianggap sebagai Al ₁₃ yang rumusnya adalah AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ , dan juga dikenal sebagai Keggin-Al13.

Ini adalah spesies dengan 7 muatan positif (yaitu, kation heptavalen) dengan 13 atom aluminium, 24 unit OH, 4 atom oksigen, dan 12 unit H ₂ O air .

Aplikasi

- Dalam pengolahan air

PACl adalah produk komersial untuk mengolah air dan menjadikannya dapat diminum (bersih dan dapat diminum). Ini juga memungkinkan pengolahan limbah dan air industri.

Air dapat dibuat menjadi air minum jika diolah dengan poli aluminium klorida (PAC). Penulis: ExplorerBob. Sumber: Pixabay.

Ini digunakan sebagai agen koagulasi dalam proses perbaikan air. Ini lebih efektif daripada aluminium sulfat. Kinerja atau perilakunya tergantung pada spesies yang ada, yang bergantung pada pH.

bagaimana cara kerjanya

PACl memungkinkan bahan organik dan partikel mineral untuk dikoagulasi. Koagulasi berarti senyawa yang akan dieliminasi berubah dari terlarut menjadi padat. Hal ini dicapai melalui interaksi muatan positifnya dengan muatan negatif bahan yang akan dikoagulasi.

Dipercaya bahwa spesies Al ₁₃ , yang memiliki banyak muatan positif (+7), adalah yang paling efektif dalam menetralkan muatan. Kemudian terjadilah pembentukan jembatan antara partikel yang menggumpal dan membentuk gumpalan.

Gumpalan ini, karena sangat berat, cenderung mengendap atau mengendap, yaitu menuju ke dasar wadah yang berisi air yang diolah. Dengan cara ini mereka dapat dihilangkan dengan penyaringan.

Poli aluminium klorida (PAC) digunakan untuk mengendapkan bahan organik dan anorganik di pabrik pengolahan air limbah. Foto Korps Insinyur Angkatan Darat AS. Sumber: Wikimedia Commons.

Keuntungan

PAC lebih baik daripada aluminium sulfat karena memiliki kinerja suhu rendah yang lebih baik, meninggalkan lebih sedikit residu aluminium, menghasilkan volume lumpur yang lebih sedikit, lebih sedikit efeknya pada pH air, dan lebih cepat dan lebih besar flok terbentuk. Semuanya memfasilitasi sedimentasi untuk penyaringan selanjutnya.

Air kolam dapat dimurnikan dengan poli aluminium klorida (PAC). Penulis: Kalhh. Sumber: Pixabay.

-Dalam industri pulp dan kertas

PAC sangat efektif dalam memodifikasi pengisi koloid dalam pembuatan kertas. Muatan koloid adalah muatan padatan tersuspensi dalam campuran untuk membuat bubur kertas.

Ini memungkinkan untuk mempercepat kecepatan drainase (penghapusan air) terutama dalam kondisi netral dan basa, dan membantu dalam retensi padatan. Padatan adalah zat yang kemudian, saat dikeringkan, membentuk kertas.

Dalam aplikasi ini PAC dengan kebasaan rendah (0-17%) dan sedang (17-50%) digunakan.

Di pabrik pulp dan kertas, poli aluminium klorida (PAC) digunakan untuk membantu proses sedimentasi. Penulis: 151390. Sumber: Pixabay.

- Untuk memperbaiki semen

Baru-baru ini (2019) menambahkan PACl ke semen Portland telah diuji. Keberadaan ion Cl ^- klorida dan gugus aluminium polimer mengubah struktur semen. Diperkirakan akan terbentuk garam kompleks dengan rumus 3CaO.Al ₂ O ₃ .CaCl ₂ .10H ₂ O.

Konstruksi semen dapat ditingkatkan dengan poli aluminium klorida (PAC). Skeeze. Sumber: Wikimedia Commons.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa PACl memperbaiki sifat-sifat semen, menurunkan jumlah mikropori (lubang sangat kecil) dan matriks menjadi lebih rapat dan padat, sehingga ketahanan terhadap kompresi meningkat.

Efeknya meningkat dengan meningkatnya konten PACl. Studi tersebut menegaskan bahwa menambahkan PACl ke semen Portland menghasilkan campuran dengan sifat mekanik dan mikro yang superior.

Dengan poli aluminium klorida, porositas semen berkurang dan menjadi lebih tahan. Blackblack111. Sumber: Wikimedia Commons.

Referensi

1. Kim, T. dkk. (2019). Menyelidiki Pengaruh Polyaluminum Chloride pada Sifat Semen Portland Biasa. Bahan 2019, 12, 3290. Diperoleh dari mdpi.com.
2. Li, Y. dkk. (2019). Optimasi Flokulan Polyaluminum Chloride-Kitosan untuk Pengolahan Bubur Biogas Babi Menggunakan Metode Permukaan Respon Box-Behnken. Int. J. Lingkungan. Res. Kesehatan Masyarakat 2019, 16, 996. Diperoleh dari mdpi.com.
3. Hubbe, M. Polyaluminum Chloride (PAC). Mini-Encyclopedia of Papermaking Wet-End Chemistry. Dipulihkan dari projects.ncsu.edu.
4. Tang, H. et al. (2015). Mekanisme spesiasi, stabilitas, dan koagulasi cluster aluminium hidroksil yang dibentuk oleh PACl dan tawas: Tinjauan kritis. Adv Colloid Interface Sci 2015; 226 (Pt A): 78-85. Dipulihkan dari ncbi.nlm.nih.gov.
5. Bottero, JY dkk. (1980). Studi Larutan Aluminium Klorida Terhidrolisasi. 1. Sifat Spesies Aluminium dan Komposisi Larutan Berair. The Journal of Physical Chemistry, Vol. 84, No. 22, 1980. Diperoleh dari pubs.acs.org.
6. Zhao, H.-Z. dkk. (2009). Polialuminum klorida konsentrasi tinggi: Pembuatan dan pengaruh konsentrasi Al pada distribusi dan transformasi spesies Al. Jurnal Teknik Kimia 155 (2009) 528-533. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
7. Jia, Z. dkk. (2004). Sintesis Polyaluminum Chloride dengan Reaktor Membran: Efek Parameter Operasi dan Jalur Reaksi. Ind. Eng Chem. Res. 2004, 43, 12-17. Dipulihkan dari pubs.acs.org.
8. Bahan Kimia Khusus GEO. Polyaluminum Chloride (PAC). Dipulihkan dari geosc.com.