第二章理论基础与文献回顾.pdf

第二章第二章 理論基礎與文獻回顧理論基礎與文獻回顧 第二章第二章 理論基礎與文獻回顧理論基礎與文獻回顧 2-1 鋁的水化學特性鋁的水化學特性 鋁的水化學特性鋁的水化學特性 鋁的水化學反應主要涉及高價金屬離子在水中發生的一系列水解-聚合 -沉澱反應 ，透過水解聚合反應生成各種羥基多核鋁離子，最終則產生氫氧 化鋁沉澱物 。但鋁的水化學特徵有別於其他金屬離子，主要原因為它的兩 性化學特徵及強烈的趨向水解聚合反應 。 2-1-1 鋁的水解特性鋁的水解特性 鋁的水解特性鋁的水解特性 鋁離子在水溶液中通常以水合離子的形式存在，在酸性 (pH ＜3)水溶液 中，鋁與六個水分子配位結合而生成水合鋁離子Al(H2O)63+ ，pH ＞4 時水合 鋁離子將發生一系列的逐級水解反應 ，並釋出 H+離子導致水溶液的 pH 值 下降 ，如式 (2-1 ~ 2-4)所示 ： 3+ 2+ + Al(H O) +HO ←→ Al(OH)(H O)5 +H O ; K (2-1) 2 6 2 2 3 1,1 2+ + + Al(OH)(H O)5 +HO ←→ Al(OH) (H O) +H O ; K (2-2) 2 2 2 2 4 3 1,2 + 0 + Al(OH) (H O) +HO ←→ Al(OH) (H O) +H O ; K (2-3) 2 2 4 2 3 2 3 3 1,3 3+ - + Al +4HO ←→ Al(OH) +4H ; K (2-4) 2 4 1,4 式中 Kx,y 為逐級水解平衡常數 ，而所生成的鋁物種型態取決於溶液的 總鋁濃度 -4 (Al )及 pH 值。如圖 2-1 所示 ，一般當水溶液中Al( Ⅲ) ＜10 M 、 T pH 為 3 ~ 5 時，水中鋁的水解優勢型態以Al3+ 、Al(OH)2+ 、Al(OH)2+ 、Al(OH)4- 等羥基單核鋁離子為主 ；若pH 為 7 ~ 8 時則生成 Al(OH)3(s)膠體沉澱物為 主；而當pH ＞8 時則以Al(OH)4-鋁酸根離子為主要的優勢物種[Sposito, G., 1996] 。 - 3 - 圖2-1 單體鋁於不同 pH 值下的型態分佈[Letterman, R. D., 1999] (a)[ Al ]=10-6 M, (b)[ Al ]=3×10-4 M T T 2-1-2 鋁的聚合特性鋁的聚合特性 鋁的聚合特性鋁的聚合特性 在鋁水解反應的過程中 ，由於所生成的各種水合鋁離子的羥基配位數 尚未達到飽和 ，亦即還有剩餘的孤對電子，因而各個單核鋁離子彼此間會 發生架橋結合稱為羥基架橋作用 。如下式： 2+ 4+ 2Al(OH)(H O)5 ←→ Al (OH) (H O) +2H O (2-5)