Aluminiumoxid Fluorid

Aluminiumfluorid är ett vitt, kristallint ämne som är lösligt i vatten och som kan orsaka irritation i ögon, näsa, hals och lungor hos dem som utsätts för det. Långvarig exponering kan förvärra astmasymtom.

Aktiverad aluminiumoxid är ett effektivt defluoridationsmedel. Det bör kombineras med andra behandlingstekniker och hållas inom pH-intervallet 5,5-6,5 för att maximera fluoridadsorptionen på dess yta.

Kemisk struktur

Aluminiumfluorid (AlF3) är en oorganisk förening som består av en aluminiumatom och tre fluoratomer. Den är vit till färgen, tätare än vatten, luktfri, löslig i både alkalier och syror och motståndskraftig mot oxidation; dess molekylära symmetri har D3h-symmetri med 163 pm bindningslängd mellan Al-F-bindningar; vid avdunstning bildar den molekylära dimerer som så småningom avdunstar helt.

Aluminiumfluorid har en jonstruktur på grund av donationen av tre av aluminiums valenselektroner till fluoridatomer genom att aluminium donerar sina tre valenselektroner; som ett resultat bildas positivt laddade aluminiumjoner respektive negativt laddade fluoridjoner. Vidare kallas dess högst belagda molekylorbital för p-orbital som kräver att åtta elektroner fyller den och därför bildar kovalenta bindningar mellan aluminium- och fluoridatomer.

Så snart aluminiumoxidfluorid exponeras för vatten bildas ett hydrat med formeln Al(F2)3, som har en tetragonal kristallstruktur. Denna form är en viktig källa till aluminiumoxid som används som råmaterial vid produktion av metallaluminium; dessutom används den ofta som sputtermål för att framställa filmer med lågt index samt som jäshämmande medel och katalysator för organiska reaktioner vid keramik- och glasproduktion.

Aktiverad aluminiumoxid kan användas för att avlägsna överskott av fluorid från dricksvatten. För optimal prestanda måste behandlingssystemet arbeta mellan pH-nivåerna 5,5 och 6,5. Annars kan det laka ut föroreningar som överstiger de som anges i kommissionens direktiv 2003/40/EEG eller nationella tillämpliga bestämmelser.

Aluminiumfluorid har observerats interagera med många proteiner. Det kan effektivt hämma aktiviteten hos PLD, ett enzym som är involverat i Golgi-vesikeltransport som också spelar en integrerad roll i metabolism, celltillväxt och differentiering eftersom det överför fosfat via GTP/ATP-utbytesreaktioner som förmedlas av dessa energikällor för biokemiska reaktioner.

Reaktioner

AlF3 (aluminiumfluorid) produceras när aluminiumhydroxid reagerar med fluor i vatten, vilket ger ett färglöst fast ämne med en smältpunkt på 900 degC och en molekylstruktur som består av tre fluoratomer bundna till två aluminiumatomer som bildar en tetraederformad struktur. AlF3 finns naturligt som det sällsynta mineralet rosenbergit.

Aluminiumfluorid är mycket lösligt i vatten med surt pH, men dess effekt är omöjlig att upptäcka i hårt vatten med pH 7, medan det är mycket lösligt i alkaliska lösningar. Vid höga koncentrationer hämmar det proteinsyntesen, stör cellernas energimetabolism och inducerar apoptos i cellerna; dessutom kan det vara irriterande och giftigt vid inandning; det har också visat sig orsaka magbesvär samt förvärra luftvägssjukdomar som astma och kronisk bronkit.

Aluminafluorid hämmar också fosfolipas D, ett enzym som är involverat i cellsignaleringsprocesser och cellkommunikationsvägar. Fosfolipas D fungerar som en avgörande regulator för flera viktiga biologiska reaktioner som är involverade i tillväxt- och differentieringsprocesser, och fungerar som en konkurrenskraftig hämmare av fosforylöverföringsreaktioner samt har allosteriska egenskaper; dess hämning av aluminiumoxidfluorid resulterar i dess Hill-typkinetik som kännetecknar allosteriska proteiner.

Aktiverad aluminiumoxid är en effektiv sorbent för avfluoridering av dricksvatten, som kan avlägsna upp till 76% fluorid när den är mättad med fukt. Europeiska standarder reglerar användningen och kräver att kvaliteten uppfyller dessa krav för att garantera säker konsumtion. Aluminiumoxid måste bytas ut med jämna mellanrum beroende på både behandlad volym och den ursprungliga fluoridkoncentrationen; bytesintervallen varierar beroende på dessa faktorer.

Kiseldioxid kan användas i stället för aluminiumoxid som ett inert sorbent, men dess kapacitet att avlägsna fluorid är mycket lägre och dess porstorleksfördelning mindre enhetlig; på samma sätt är det inte reversibelt. Alun har högre fluoridavskiljningsförmåga men bildar instabila komplex med andra joner i lösning och saknar därför stabilitet; dessutom har det låg löslighet i vatten vilket ökar korrosionsrisken i vattensystem.

Adsorption

Adsorption av fluorid med aluminiumoxid är en av de mest använda behandlingarna för vatten med höga koncentrationer av jonen, och används ofta av kommuner för att avlägsna överskott av fluorid som potentiellt kan vara giftigt om det konsumeras i höga nivåer, men även privatpersoner använder denna metod. Adsorptionen sker på grund av kemisk affinitet mellan fluoridjoner och aluminiumoxidpartiklarna på ytan; starka kovalenta bindningar binder dem tätt samman vilket gör fluorid mer lättadsorberat än adsorberingsmetoder för sulfat, klorid och bromid.

Aluminiumoxidfluorid är mycket lösligt i vattenlösningar, vilket gör det till en idealisk kandidat för rening av dricksvatten. På grund av dess starka adsorptionskapacitet och användning i stora mängder för fluorreduktion i dricksvatten kan användningen av aluminiumoxidfluorid endast begränsas av den ursprungliga fluoridkoncentrationen, pH-nivån, adsorbentdosen och kontakttiden - det är därför viktigt att optimera denna process för maximal effektivitet till minimala kostnader.

Det primära syftet med denna studie är att undersöka effekten av naturliga organiska ämnen (NOM) och pH på fluoridadsorptionen hos en aluminiumoxid impregnerad med alunimpregnering, särskilt dess fluoridadsorptionsegenskaper. Fysikalisk-kemiska egenskaper bestämdes genom svepelektronmikroskopi, Brunauer-Emmett-Teller (BET), Fourier transform infraröd spektroskopi, Fourier transform infraröd spektroskopi, Fourier transform infraröd spektroskopi och röntgendiffraktion. Simuleringen utfördes genom modellering med PHREEQC geokemisk modelleringsprogramvara med hjälp av indataskript från olika källor som finns online och från flera källor som publicerats i litteraturen.

Resultaten visade att fluoridadsorptionen på en aluminiumoxidyta påverkades kraftigt av NOM och pH-värden, där fluorid snabbt togs upp vid högre pH-värden på grund av att ytans OH- ersattes med fluoridjoner. Adsorptionen berodde också på kristallfasen, där th-Al2O3(010) var särskilt reaktiv på grund av den höga omättnadsgraden hos de Al-atomer som finns i dess kristallgitterstruktur.

Överskott av fluorid

Fluor är ett viktigt ämne i människors kost, särskilt i halter mellan 1-1,5 mg*L-1 eftersom det stärker tänderna och främjar benbildning. Högre koncentrationer kan dock orsaka demineralisering av ben och tänder, vilket leder till dental och skelettmässig fluoros1.

Fluorid måste kontrolleras noggrant i dricksvattenförsörjningen runt om i världen för att hålla sig under den högsta tillåtna nivån på 1,5 miljondelar (ppm). I många länder har det redan tillsatts som en del av offentliga vattensystem för att uppfylla tillämpliga standarder och lagar om dess närvaro.

På grund av sin geografiska källa innehåller vissa naturliga mineralvatten ändå höga halter av fluorid. Dessutom har vissa grund- och ytvattenkällor också förhöjda koncentrationer av fluorid.

Adsorption är en av de mest effektiva och ekonomiska teknikerna för att minska fluoridkoncentrationen i dricksvatten, eftersom den har ett extremt stort förhållande mellan yta och vikt och hög adsorptionskapacitet. Aktiverad aluminiumoxid (AA) används som medium på grund av dess mikroporösa struktur som möjliggör regenerering efter användning i utspädda kaustiska lösningar.

Aluminiumoxid användes ursprungligen för att avfluoridera dricksvatten, men under årens lopp har många material testats och visat sig vara effektiva, inklusive lågkostnadsmaterial som kalcit, lerkol, sågspån, risskal och jordnötsskal samt oxider av sällsynta jordartsmetaller som tallium(VI) och ytterbium(VI). Tyvärr kan alla dessa endast reducera fluorid vid mycket höga pH-värden, vilket är anledningen till att aluminiumoxid fortfarande är det medium som väljs.

Aluminiumfluorid är en irriterande kemikalie som vid inandning kan orsaka irritation i andningsvägarna, irritation i näsan och blödning. Ämnet har också identifierats som giftigt av US Department of Transportation's Hazardous Chemical Data Base och listas som gift för potentiell lever- och njurskada. För mer information om ALUMINUM FLUORIDE besök CAMEO Chemicals registersida som är dedikerad till detta ämne.