通过解析聚铝化合物的晶体结构研究聚铝形态的形成演变机理及构效关系

从单体铝到各种聚铝直到氢氧化铝的形成演变机理是困扰了科学家近百年的一大难题，因为它既是弄清整个地球生物环境中铝的变迁规律从而有效防治铝污染和铝中毒的关键，也是明晰絮凝机理沟通构效关系从而客观筛选并合理利用高效絮凝剂的关键。这一课题国内外研究很热，两种相互矛盾的聚合模型业已争论并共存了50年。本项目将在上一项目所测相图及在其控制下制备出20余种聚铝化合物，解出其中6种的晶体结构，得出3段聚铝形态形成演变机理、SSSS聚合模型和理论及局部碱化度对称均衡原理，选出比Keggin铝十三絮凝性能更优的"板挂"铝十三高效絮凝剂的基础上，将研究范围扩大到溴化和碘化聚铝，以利改善结晶产物的溶解度，培养出更多单晶并解析其结构，比较其絮凝性能，沟通其构效关系；同时对难于培养单晶的各种聚铝化合物结晶采用粉末衍射法解析其结构，从而得出能够解决学术争议的有说服力的完整统一的聚铝形态形成演变机理、聚合模型和理论。

测绘了50℃和75℃下AlBr3-Al2O3-H2O体系及50℃下AlI3-Al2O3-H2O体系3张相图。补充完善了50℃、75℃和100℃下AlCl3-Al2O3-H2O体系3张相图。找到了从铝盐水解溶液中逐一析出聚铝化合物纯品结晶最有效的控制理论和方法。在相图指导下成功制备了37种聚铝化合物（本项目20种前一项目17种），采用单晶和粉末X-射线结构分析两种手段解析了其中18种聚铝化合物的晶体结构。根据迄今获得的聚铝形态的结构信息，得出从Al(H2O)63+到S─Al32和从Al(H2O)63+到Al(OH)3两条聚铝形态形成演变机理。从中总结出局部碱化度对称均衡（LBDSE）原理——水解聚合反应总是在局部碱化度对称性上最不均衡的地方发生；提炼出SSSS聚合模型和理论——聚铝形态的形成和演变经由“拼挂摆移（Splicing Suspending Swinging Slipping）”聚合模式或其组合交替进行，各种形态按其内部碱化度由小到大的顺序在LBDSE原理作用下连续发展。证明氯化P─Al13的絮凝性能比K─Al13优越得多；发现硝酸P─Al13和碘化P─Al13及碘化flat─Al2的絮凝性能可与氯化P─Al13媲美。以内蒙古优势资源粉煤灰为原料，完成了制备氯化P─Al13的小试并申请了3项发明专利。围绕铝盐水解形态学问题指导研究生开展研究完成11篇硕士学位论文。研究成果在核心期刊、全国水处理化学大会及Inorg. Chem.和Dalton Trans.等国际知名期刊发表后被国内外同行广泛认同关注和引用，这些成果将对加深铝盐水解过程及聚铝形态形成演变规律的认识发挥重要作用，达到了预期的研究目标。