前言

目前，世界性水資源短缺與水質污染問題日趨加劇，由于水質質量、水資源可持續利用以及水污染治理問題是關系到國家社會安定、經濟可持續發展的重大問題，因而受到了世界各國政府的高度重視，這極大地促進了世界水處理藥劑的迅速發展，市場需求迅速增長，產品應用范圍逐年擴展。

聚合鋁鹽是目前國內外水處理行業中廣泛使用的無機高分子混凝劑，我國目前用于水處理中的聚合鋁鹽的年用量在1×10⁶t以上，且隨著我國國民經濟的迅速發展和凈水要求的不斷提高，其用量逐年增大。聚合鋁鹽是鋁鹽在水溶液中經過水解-聚合作用形成的羥基多核配合物，它由單體、二聚體、多聚體及部分聚十三鋁（用Al₁₃表示）等鋁的羥基配合物組成，其中Al₁₃{即［Al₁₂AlO₄（OH）₂₄］⁷⁺}形態的粒度已鑒定為約2.5nm，他們時常結合成線性及枝狀的聚集體，Al₁₃形態的聚集體尺寸通常在幾十至幾百納米。由于處于納米級的Al₁₃形態及聚集體投入水中后可在一定時間內具有穩定性而保持原有形態，并能取得優良的凈水效果。因此，Al₁₃形態及聚集體被認為是聚合鋁鹽中最佳凝集-混凝成分，其含量可反映產品的有效性。

納米Al₁₃絮凝劑是通過對傳統聚合鋁絮凝劑中Al₁₃聚合體分離提純的一種絮凝劑，在最佳條件下，納米Al₁₃絮凝劑中Al₁₃聚合體含量可以高達99％。Al₁₃聚合體是鋁鹽的水解溶液最穩定的水解聚合形態，其分子式為［AlO₄Al₁₂（OH）₂₄］⁷⁺，它是由12個六配位的八面體鋁原子圍繞著1個四配位鋁原子通過羥基橋鍵結合而成的“核環”狀結構。比較而言，Al₁₃聚合體具有更高的表面電荷，并能通過降低電荷以及水合層中Cl^-，逐漸聚集形成纖細狀的線性球簇鏈束，因此被認為具有更強的電中和和吸附架橋能力。目前對Al₁₃形態的研究已擴展到了水化學、地球化學及土壤化學等領域，而不局限于水處理混凝技術領域，由于Al₁₃形態單元粒度僅為2.5nm，還被廣泛應用到納米材料和黏土礦物等領域。

高含量Al₁₃形態的絮凝劑成為目前國內外制造聚合鋁鹽產品追求的目標。深入開展Al₁₃形態在混凝行為方面的特效功能研究，為水處理領域提供一種納米級高效能的新型聚合鋁鹽混凝劑，成為了當前水和廢水處理領域的熱點問題之一，也是新型、高效和經濟的絮凝劑的主要發展方向。“十一五”期間，我國針對納米Al₁₃設立了專門的“863計劃”，即“納米型無機高分子絮凝劑制備技術”，主要是圍繞優化制備高純度納米Al₁₃形態的方法及納米Al₁₃形態的鑒定、生成轉化規律及其分離、提純方法等展開工作。

目前，現有技術制備的聚合鋁鹽混凝劑中含有大量的單體及低聚體鋁的羥基配合物，Al₁₃形態的含量較低，當其投入水中后，由于稀釋及pH值升高，將迅速發生水解，向生成初聚體及低聚體方向發展，或直接轉化生成沉淀物Al（OH）₃（am）以及［nAl（OH）₃（am）］，因而其凈水效果欠佳。另外，Al₁₃形態與其他聚合形態的鋁的羥基配合物在凈水行為、效果和機理等方面也存在較大的差異。所以，目前研制開發高Al₁₃形態的聚合鋁鹽混凝劑，并對Al₁₃形態的物化性能、混凝行為和凈水效果進行深入研究，符合我國混凝劑產業創新和發展政策，該新型高效混凝劑的研制成功必將為我國的水工業做出新貢獻。

本書編著者歷年所在的研究團隊與我國絮凝劑的研發和成長同步。自20世紀80年代末以來，承擔了20余項國家級和省部級相關研究課題，在絮凝劑的基礎研究、產品開發、生產工藝和工程應用等諸多方面都進行了全方位的研究。在絮凝劑研究領域已培養博士研究生10余名和碩士研究生30余名，發表研究論文已有400余篇，申請國家發明專利30余項（其中已授權20余項），有多項研究成果獲得了國家級和省部級獎勵。本書最主要的目的是把歷年研究成果加以匯集，形成一本較為系統的納米Al₁₃絮凝劑專著，求得有關同行專家的指正與討論。本書首次全面論述了納米Al₁₃絮凝劑的絮凝基礎理論、制備工藝和應用技術，希望本書的出版能為我國納米Al₁₃絮凝劑的研制、開發和應用有所幫助。

本書共分9章，在粗略回顧了鋁鹽絮凝劑在世界及我國的發展的基礎上，分別介紹了聚合氯化鋁中納米Al₁₃形態分離純化及表征，Al₁₃的混凝效果，Al₁₃形成絮體的生長、破碎及再生能力，絮體分形特性，多次投加工藝對Al₁₃混凝行為和絮體特性的影響，Al₁₃在混凝/超濾聯合工藝中的應用，聚硅酸對Al₁₃混凝行為及混凝/超濾工藝的影響，以及Al₁₃混凝劑的應用。

本書由高寶玉、岳欽艷、王燕等編著，全書由高寶玉統一修改定稿。本書是編著者所在研究團隊和數十位研究生近20多年來在鋁鹽高分子絮凝劑領域從基礎研究到制備工藝和水及廢水處理應用全方位的科技活動和研究成果的總結，期望本書的出版對我國絮凝劑的發展研究起到借鑒促進作用。

限于編著者的水平和學識，書中難免有不妥和疏漏之處，敬請專家和讀者不吝指正。

編著者

2016年8月