Aliuminio oksido fluoridas

Aliuminio fluoridas yra balta, vandenyje tirpstanti kristalinė medžiaga, kuri gali dirginti akis, nosį, gerklę ir plaučius. Ilgalaikis poveikis gali sustiprinti astmos simptomus.

Aktyvintas aliuminio oksidas yra veiksminga defluoridavimo priemonė. Jis turėtų būti derinamas su kitais apdorojimo būdais ir palaikomas 5,5-6,5 pH intervale, kad fluoridai būtų maksimaliai adsorbuojami ant jo paviršiaus.

Cheminė struktūra

Aliuminio fluoridas (AlF3) yra neorganinis junginys, sudarytas iš vieno aliuminio atomo ir trijų fluoro atomų. Jis yra baltos spalvos, tankesnis už vandenį, bekvapis, tirpus šarmų ir rūgščių tirpaluose, atsparus oksidacijai; jo molekulinė simetrija yra D3h simetrijos, o Al-F ryšių ilgis 163 pm; garuodamas jis sudaro molekulinius dimerus, kurie galiausiai visiškai išgaruoja.

Aliuminio fluoridas yra joninės struktūros, nes aliuminis atiduoda tris savo valentinius elektronus fluorido atomams, o aliuminis atiduoda tris savo valentinius elektronus; dėl to susidaro atitinkamai teigiamai įkrauti aliuminio jonai ir neigiamai įkrauti fluorido jonai. Be to, didžiausia užimta molekulinė orbitalė vadinama p orbitalė, kuriai užpildyti reikia aštuonių elektronų, todėl tarp aliuminio ir fluorido atomų susidaro kovalentiniai ryšiai.

Į vandenį patekus aliuminio oksido fluoridui, susidaro hidratas, kurio formulė yra Al(F2)3, turintis tetragoninę kristalinę struktūrą. Ši forma yra svarbus aliuminio oksido šaltinis, naudojamas metalinio aliuminio gamyboje kaip žaliava; be to, jis plačiai naudojamas kaip dulkinimo taikinys mažo indekso plėvelėms ruošti ir kaip fermentacijos inhibitorius bei organinių reakcijų katalizatorius keramikos ir stiklo gamyboje.

Aktyvintas aliuminio oksidas gali būti naudojamas fluorido pertekliui iš geriamojo vandens pašalinti. Kad valymo sistema veiktų optimaliai, ji turi veikti nuo 5,5 iki 6,5 pH lygio, nes priešingu atveju iš jos gali išsiplauti priemaišos, kurių kiekis viršija Komisijos direktyvoje 2003/40/EEB arba taikomuose nacionaliniuose teisės aktuose nustatytą kiekį.

Pastebėta, kad aliuminio fluoridas sąveikauja su daugeliu baltymų. Jis gali veiksmingai slopinti PLD - fermento, dalyvaujančio Golgio pūslelių pernašoje, kuris taip pat atlieka svarbų vaidmenį medžiagų apykaitoje, ląstelių augime ir diferenciacijoje, nes per GTP/ATP mainų reakcijas, kurioms tarpininkauja šie energijos šaltiniai, perneša fosfatus biocheminėms reakcijoms.

Reakcijos

AlF3 (aliuminio fluoridas) susidaro aliuminio hidroksidui reaguojant su fluoru vandenyje ir gaunant bespalvę kietąją medžiagą, kurios lydymosi temperatūra 900 laipsnių C, o molekulinę struktūrą sudaro trys fluoro atomai, susijungę su dviem aliuminio atomais ir sudarantys tetraedro formos struktūrą. AlF3 natūraliai randamas kaip retas mineralas rosenbergitas.

Aliuminio oksido fluoridas labai gerai tirpsta rūgštaus pH vandenyje, tačiau jo poveikis neaptinkamas kietame vandenyje, kurio pH 7; tuo tarpu šarminiuose tirpaluose jis labai gerai tirpsta. Esant didelei koncentracijai, jis slopina baltymų sintezę, taip pat trikdo energijos apykaitą ląstelėse ir sukelia jų apoptozę; be to, įkvėptas jis gali dirginti ir nuodyti; taip pat yra žinoma, kad jis sukelia skrandžio sutrikimus ir sunkina kvėpavimo takų ligas, pavyzdžiui, astmą ir lėtinį bronchitą.

Aliuminio oksido fluoridas taip pat slopina fosfolipazę D - fermentą, dalyvaujantį ląstelių signalizacijos procesuose ir ląstelių komunikacijos keliuose. Fosfolipazė D yra svarbus daugelio svarbių biologinių reakcijų, susijusių su augimo ir diferenciacijos procesais, reguliatorius, veikiantis kaip konkurencinis fosforilo pernašos reakcijų inhibitorius ir turintis alosterinių savybių; ją slopinant aliuminio oksido fluoridu, pasireiškia jos Hill tipo kinetika, būdinga alosteriniams baltymams.

Aktyvintas aliuminio oksidas yra veiksmingas sorbentas geriamajam vandeniui defluoriduoti, galintis pašalinti iki 76% fluorido, kai jis prisotintas drėgmės. Europos standartai reglamentuoja jo naudojimą ir įpareigoja, kad jo kokybė atitiktų šiuos reikalavimus, siekiant užtikrinti saugų vartojimą. Aliuminio oksidas turi būti periodiškai keičiamas priklausomai nuo apdorojamo kiekio ir pradinio fluorido koncentracijos lygio; keitimo intervalai priklauso nuo šių veiksnių.

Silicio dioksidas gali būti naudojamas vietoj aliuminio oksido kaip inertiškas sorbentas, nors jo fluoridų šalinimo pajėgumas yra daug mažesnis, o porų dydžio pasiskirstymas ne toks tolygus; be to, jis nėra grįžtamas. Aliuminio oksidas pasižymi didesniu fluoridų šalinimo pajėgumu, tačiau tirpale sudaro nestabilius kompleksus su kitais jonais, todėl nėra stabilus; be to, jis mažai tirpsta vandenyje, o tai didina korozijos pavojų vandens sistemose.

Adsorbcija

Fluorido adsorbcija aliuminio oksidu yra vienas iš plačiausiai naudojamų didelės koncentracijos jonų turinčio vandens valymo būdų, dažnai naudojamas savivaldybėse, siekiant pašalinti per didelį fluorido kiekį, kuris gali būti toksiškas, jei būtų vartojamas dideliais kiekiais, tačiau šį metodą naudoja ir namų vartotojai. Adsorbcija vyksta dėl cheminio fluorido jonų ir aliuminio oksido dalelių paviršiaus giminingumo; stiprūs kovalentiniai ryšiai juos tvirtai suriša, todėl fluoridas lengviau adsorbuojamas nei sulfatų, chloridų ir bromidų adsorbcijos metodais.

Aliuminio oksido fluoridas labai gerai tirpsta vandeniniuose tirpaluose, todėl jis idealiai tinka geriamajam vandeniui valyti. Dėl stiprios adsorbcijos gebos ir naudojimo dideliais kiekiais fluoridų kiekiui geriamajame vandenyje mažinti, aliuminio oksido fluorido naudojimą gali riboti tik pradinė fluoridų koncentracija, pH lygis, adsorbento dozė ir kontakto laikas - todėl labai svarbu optimizuoti šį procesą, kad jis būtų maksimaliai efektyvus ir kainuotų kuo mažiau.

Pagrindinis šio tyrimo tikslas - ištirti natūralių organinių medžiagų (NOM) ir pH poveikį fluoridų adsorbcijai aliuminio oksidu impregnuotu aliuminio oksidu, ypač jo fluoridų adsorbcijos savybėms. Fizikinės-cheminės savybės buvo nustatytos taikant skenuojančiąją elektroninę mikroskopiją, Brunauerio-Emmett-Tellerio (BET), Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių spektroskopiją, Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių spektroskopiją, Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių spektroskopiją ir rentgeno spindulių difrakciją. Modeliavimas atliktas modeliuojant su PHREEQC geocheminio modeliavimo programine įranga, naudojant įvesties scenarijus, paimtus iš įvairių šaltinių, rastų internete, ir iš daugelio literatūroje paskelbtų šaltinių.

Rezultatai parodė, kad fluorido adsorbcijai ant aliuminio oksido paviršiaus didelę įtaką daro NOM ir pH vertės, o esant aukštesnei pH vertei fluoridas greitai absorbuojamas dėl paviršiaus OH- pakeitimo fluorido jonais. Adsorbcija taip pat priklausė nuo kristalinės fazės, o th-Al2O3(010) buvo ypač reaktyvus dėl didelio neprisotinimo lygio jo kristalinės gardelės struktūroje esančių atomų.

Fluorido perteklius

Fluoridas yra būtinas žmogaus mitybos elementas, ypač kai jo kiekis yra 1-1,5 mg*L-1, nes jis stiprina dantis ir skatina kaulų formavimąsi. Tačiau didesnės koncentracijos gali sukelti kaulų ir dantų demineralizaciją, kuri lemia dantų ir skeleto fluorozę1.

Visame pasaulyje reikia atidžiai kontroliuoti fluorido kiekį geriamajame vandenyje, kad jis neviršytų didžiausios leistinos 1,5 milijono dalių (ppm) koncentracijos. Daugelyje šalių jis jau dedamas į viešąsias vandens sistemas, kad būtų laikomasi galiojančių standartų ir įstatymų dėl jo buvimo.

Vis dėlto kai kuriuose natūraliuose mineraliniuose vandenyse dėl jų geografinio šaltinio yra didelis fluorido kiekis. Be to, kai kuriuose požeminio ir paviršinio vandens šaltiniuose taip pat yra padidėjusi fluorido koncentracija.

Adsorbcija yra viena veiksmingiausių ir ekonomiškiausių fluorido koncentracijos geriamajame vandenyje mažinimo technologijų, pasižyminti itin dideliu paviršiaus ploto ir svorio santykiu bei dideliu adsorbcijos pajėgumu. Aktyvintas aliuminio oksidas (AA) naudojamas kaip terpė dėl savo mikroporėtos struktūros, kuri leidžia regeneruoti po naudojimo praskiestuose šarmo tirpaluose.

Iš pradžių geriamajam vandeniui defluorizuoti buvo naudojamas aliuminio oksidas, tačiau per daugelį metų buvo išbandyta ir įrodyta, kad veiksmingos yra įvairios medžiagos, įskaitant nebrangias medžiagas, pavyzdžiui, kalcitą, molio anglis, pjuvenų dulkes, ryžių lukštus ir žemės riešutų lukštus, taip pat retųjų žemių oksidus, pavyzdžiui, talio (VI) ir iterbio (VI). Deja, visos šios medžiagos fluoridą gali sumažinti tik esant labai aukštai pH vertei, todėl aliuminio oksidas tebėra pasirenkama terpė.

Aliuminio fluoridas yra dirginanti cheminė medžiaga, kuri įkvėpus gali sukelti kvėpavimo takų dirginimą, nosies dirginimą ir kraujavimą. Be to, JAV Transporto departamento Pavojingų cheminių medžiagų duomenų bazėje ši medžiaga taip pat pripažinta toksiška ir įtraukta į nuodingų medžiagų sąrašą dėl galimo kepenų ir inkstų pažeidimo. Daugiau informacijos apie ALUMINIO FLUORIDĄ rasite šiai medžiagai skirtame CAMEO cheminių medžiagų įrašų puslapyje.