Aluminiumoxid Fluorid

Aluminiumfluorid er et hvidt, krystallinsk stof, der er opløseligt i vand, og som kan forårsage øjen-, næse-, hals- og lungeirritation hos dem, der udsættes for det. Langvarig eksponering kan forværre astmasymptomer.

Aktiveret aluminiumoxid er et effektivt middel til affluoridering. Det skal kombineres med andre behandlingsteknikker og holdes mellem pH 5,5-6,5 for at maksimere fluoridadsorptionen på overfladen.

Kemisk struktur

Aluminiumfluorid (AlF3) er en uorganisk forbindelse, der består af et aluminiumatom og tre fluoratomer. Det er hvidt, tættere end vand, lugtfrit, opløseligt i både alkalier og syrer og modstandsdygtigt over for oxidation; dets molekylære symmetri har D3h-symmetri med 163 pm bindingslængde mellem Al-F-bindinger; ved fordampning danner det molekylære dimerer, som til sidst fordamper helt væk.

Aluminiumfluorid har en ionisk struktur på grund af donationen af tre af aluminiums valenselektroner til fluoridatomer ved hjælp af aluminium, der donerer sine tre valenselektroner; som følge heraf dannes henholdsvis positivt ladede aluminiumioner og negativt ladede fluoridioner. Desuden kaldes den højest besatte molekylære orbital for p-orbital, som kræver otte elektroner for at blive fyldt, og derfor dannes der kovalente bindinger mellem aluminium- og fluoridatomer.

Så snart aluminafluorid udsættes for vand, dannes der et hydrat med formlen Al(F2)3, som har en tetragonal krystalstruktur. Denne form tjener som en vigtig kilde til aluminiumoxid, der bruges i metalaluminiumproduktion som råmateriale; desuden bruges det i vid udstrækning som sputteringmål til fremstilling af film med lavt indeks og som en hæmmer mod gæring og katalysator for organiske reaktioner i keramik- og glasproduktion.

Aktiveret aluminiumoxid kan bruges til at fjerne overskydende fluorid fra drikkevand. For at opnå optimal ydeevne skal behandlingssystemet fungere mellem pH-niveauerne 5,5 og 6,5; ellers kan det udlude urenheder, der overstiger dem, der er fastsat i Kommissionens direktiv 2003/40/EØF eller nationale gældende regler.

Man har set, at aluminiumfluorid interagerer med mange proteiner. Det kan effektivt hæmme aktiviteten af PLD, et enzym, der er involveret i Golgi-vesikeltransport, og som også spiller en vigtig rolle i stofskifte, cellevækst og differentiering, da det overfører fosfat via GTP/ATP-udvekslingsreaktioner, der formidles af disse energikilder til biokemiske reaktioner.

Reaktioner

AlF3 (aluminiumfluorid) produceres, når aluminiumhydroxid reagerer med fluor i vand, hvilket giver et farveløst fast stof med et smeltepunkt på 900 °C og en molekylær struktur, der består af tre fluoratomer bundet til to aluminiumatomer, der danner en tetraederformet struktur. AlF3 findes naturligt som det sjældne mineral rosenbergit.

Aluminiumfluorid er meget opløseligt i vand med sur pH, men dets virkning kan ikke spores i hårdt vand med pH 7, mens det er meget opløseligt i alkaliske opløsninger. Ved høje koncentrationer hæmmer det proteinsyntesen og forstyrrer energimetabolismen i cellerne og fremkalder apoptose i dem; desuden kan det irritere og være giftigt ved indånding; det er også kendt for at forårsage maveproblemer og forværre luftvejssygdomme som astma og kronisk bronkitis.

Aluminafluorid hæmmer også fosfolipase D, et enzym, der er involveret i cellesignaleringsprocesser og cellekommunikationsveje. Fosfolipase D fungerer som en afgørende regulator af flere vigtige biologiske reaktioner, der er involveret i vækst- og differentieringsprocesser, og fungerer som en konkurrencedygtig hæmmer af fosforyloverførselsreaktioner samt har allosteriske egenskaber; dets hæmning af aluminiumoxidfluorid resulterer i dets Hill-type kinetik, der kendetegner allosteriske proteiner.

Aktivt aluminiumoxid er et effektivt sorbent til affluoridering af drikkevand, der kan fjerne op til 76% fluorid, når det er mættet med fugt. Europæiske standarder regulerer brugen af det og kræver, at kvaliteten opfylder disse krav for at sikre et sikkert forbrug. Aluminiumoxid skal udskiftes med jævne mellemrum afhængigt af både den behandlede mængde og de oprindelige fluoridkoncentrationsniveauer; udskiftningsintervallerne varierer alt efter disse faktorer.

Silica kan bruges i stedet for aluminiumoxid som en inert sorbent, selvom dens kapacitet til at fjerne fluorid er meget lavere og dens porestørrelsesfordeling mindre ensartet; på samme måde er den ikke reversibel. Alun har større kapacitet til at fjerne fluorid, men danner ustabile komplekser med andre ioner i opløsning og mangler derfor stabilitet; desuden har det lav opløselighed i vand, hvilket øger risikoen for korrosion i akvatiske systemer.

Adsorption

Adsorption af fluorid med aluminiumoxid er en af de mest udbredte behandlinger af vand med høje koncentrationer af ionen, ofte brugt af kommuner til at fjerne for meget fluorid, der potentielt kan være giftigt, hvis det indtages i høje niveauer, men hjemmebrugere anvender også denne metode. Adsorption sker på grund af kemisk affinitet mellem fluoridioner og aluminiumoxidpartiklerne på overfladen; stærke kovalente bindinger binder dem tæt sammen og gør fluorid lettere adsorberbart end sulfat-, klorid- og bromidadsorptionsmetoder.

Aluminiumoxidfluorid er meget opløseligt i vandige opløsninger, hvilket gør det til en ideel kandidat til rensning af drikkevand. På grund af dets stærke adsorptionskapacitet og brug i store mængder til fluorreduktion i drikkevand kan brugen af aluminafluorid kun begrænses af den oprindelige fluoridkoncentration, pH-niveau, adsorbentdosis og kontakttid - det er derfor afgørende at optimere denne proces for at opnå maksimal effektivitet med minimale omkostninger.

Denne undersøgelses primære formål er at undersøge effekten af naturlige organiske stoffer (NOM'er) og pH på fluoradsorption af en aluminiumoxid imprægneret med alum imprægnering, specifikt dens fluoradsorptionsegenskaber. Fysisk-kemiske egenskaber blev bestemt ved hjælp af scanning-elektronmikroskopi, Brunauer-Emmett-Teller (BET), Fourier-transformeret infrarød spektroskopi, Fourier-transformeret infrarød spektroskopi, Fourier-transformeret infrarød spektroskopi og røntgendiffraktion. Simulering blev opnået ved modellering med PHREEQC geokemisk modelleringssoftware ved hjælp af input-scripts fra forskellige kilder, der blev fundet online og fra flere kilder, der er offentliggjort i litteraturen.

Resultaterne viste, at fluoridadsorption på en aluminiumoxidoverflade var stærkt påvirket af NOM'er og pH-værdier, hvor fluorid hurtigt blev optaget ved højere pH-værdier på grund af udskiftning af overflade-OH- med fluoridioner. Adsorptionen afhang også af krystalfasen, hvor th-Al2O3(010) var særligt reaktiv på grund af det høje umættede niveau af Al-atomer, der findes i krystalgitterstrukturen.

Overskydende fluor

Fluor er et vigtigt element i menneskers kost, især ved niveauer mellem 1-1,5 mg*L-1, da det styrker tænderne og fremmer knogledannelsen. Højere koncentrationer kan dog forårsage demineralisering af knogler og tænder, hvilket fører til tand- og skeletfluorose1.

Fluor skal kontrolleres nøje i drikkevandsforsyninger over hele verden for at holde sig under det maksimalt tilladte niveau på 1,5 ppm (parts per million). I mange lande er det allerede blevet tilsat som en del af offentlige vandsystemer for at overholde gældende standarder og love vedrørende dets tilstedeværelse.

På grund af deres geografiske oprindelse indeholder visse naturlige mineralvandstyper stadig høje niveauer af fluor. Desuden har nogle grund- og overfladevandskilder også forhøjede koncentrationer af fluorid.

Adsorption er en af de mest effektive og økonomiske teknologier til at reducere fluoridkoncentrationen i drikkevand, idet den har et ekstremt stort forhold mellem overfladeareal og vægt og en høj adsorptionskapacitet. Aktiveret aluminiumoxid (AA) bruges som medium på grund af dets mikroporøse struktur, som muliggør regenerering efter brug i fortyndede kaustiske opløsninger.

Aluminiumoxid blev oprindeligt brugt til at defluoridere drikkevand, men i årenes løb er mange materialer blevet testet og har vist sig at være effektive, herunder billige materialer som calcit, lerkul, savsmuld, risskaller og jordnøddeskaller samt oxider af sjældne jordarter som thallium(VI) og ytterbium(VI). Desværre kan alle disse kun reducere fluorid ved meget høje pH-værdier, og derfor er aluminiumoxid fortsat det foretrukne medie.

Aluminiumfluorid er et irriterende kemikalie, som ved indånding kan forårsage irritation af luftvejene, næseirritation og blødning. Desuden er dette stof også blevet anerkendt af US Department of Transportation's Hazardous Chemical Data Base som giftigt og opført som gift for potentiel lever- og nyreskade. For mere information om ALUMINUM FLUORIDE, besøg CAMEO Chemicals rekordside dedikeret til dette stof.