随着全球范围内酸沉降问题的日趋严重和工业酸性排放量的增加以及聚合铝材料和含铝絮凝剂等产品在工业领域中的广泛使用，环境中可溶态铝含量显著增大，并在水体以及水和颗粒物界面上发生聚合、絮凝、沉降以及络合、吸附和电中和等物理化学反应，其聚合态可携带有毒重金属污染物毒害动植物等各类生命体。因此，水解聚合铝形态研究一直是土壤、催化、地球化学、新材料、环境科学以及生物毒理等众多领域的前沿热点课题。 本论文工作分为以下五个部分： 1．由于铝水解聚合反应过程及其形态分布极其复杂，其水解产物属于动力学中间产物，为热力学不稳定状态，其形态时刻处于变化之中，因此人们对不同条件下铝盐在溶液中水解所形成的不同形态的研究还不成熟，很多存在的形态没有得到验证，对铝盐在进行“水解—聚合—胶凝—沉淀—晶化”这一系列转化过程中的化学形态，特别是一些聚合铝形态的形成机制争论甚多难以统一。总之，迄今为止对铝的水解聚合转化规律及其形态分布和水解聚合产物尚无统一的认识。用于催化领域的铝，其精确晶体结构不明确，最近的研究也较多，尤其是在沸石中的结构。为此，本文首先综述了聚合铝形态的研究现状、实验室合成聚合铝的研究进展以及聚合铝在材料领域的研究进展，分析了该领域存在的问题并探讨了解决这些问题的方法和思路。 2．核磁共振波谱分析是一种可以直接进行结构表征的方法，它对所研究的样品体系几乎没有影响，因此，它所测试的结果能准确地反映出所测物质形体结构的真实情况。1H-NMR、17O-NMR、27Al-NMR以及在此之后发展起来的多维核磁共振波谱和魔角旋转固体核磁共振波谱等都被用于羟基聚合铝结构表征工作中。27Al-NMR研究聚合铝已经有了五十多年的历史，自从Akitt JW首先用27Al-NMR证实铝盐水解溶液中确实存在Keggin结构的Al13之后，核磁共振波谱在该领域被广泛地应用与研究，但由于铝形态的复杂多样性，使27Al-NMR的研究比较混乱，本文在系统总结的基础上剖析了前人用27Al-NMR研究聚合铝的文献并对Al30的研究进展状况进行了分析与归纳；汇总了所有出现过的核磁共振峰；总结了27Al-NMR测定时参数条件的设定：总结了27Al-NMR定量测定方法、最佳的测定条件和方法的选择：总结了1H-NMR和17O-NMR研究聚合铝形态的应用进展。 3．采用三种不同的方法对聚合Al13进行了合成，即碱中和法、弱碱缓慢释放均相聚合法以及有机体系中合成法，并着重对弱碱缓慢释放均相聚合法进行了研究，该方法可用于模拟自然界和生物体系中铝离子的水解聚合行为。另外还探索了电喷雾质谱和红外光谱在聚合铝研究中的应用，得到了许多有用的信息，为进一步深入研究打下了基础。 4．由于在不同的非水体系中pH的含义不尽相同，而且非水体系的pH值不能够反映溶液中的绝对H+活性，所以对非水体系中pH值进行测定主要是为了通过该相对值的变化来指示一个反应的进行程度。本文介绍了非水体系中pH测定的方法以及测定时所用的pH计系统，包括电极的组成、填充液的选择、缓冲溶液的配制以及本论文实验中pH的测定方法，并进行了非水溶剂选择实验，即对不同铝盐考察其在各种不同非水有机溶剂中的溶解性实验。 5．在水体系中研究铝离子水解生成的聚合铝形态变化，由于在水溶液环境中，铝离子被水分子包围，所以参加聚合的羟基不可控制也不可计算。但如果在非水体系中，羟基只来自于所加进去的碱中，则可以定量控制和计算，这样我们就可以通过与空白进行比较后计算与铝配位的羟基数，再结合其它的一些检测方法从而可以推算出聚合铝的结构。因此我们提出在非水溶剂中对聚合铝的生成机制进行电位滴定研究，变化温度及混合溶剂中有机溶剂与水的比例来研究其聚合及形态的变化，即通过改变铝盐周围的环境，用不同性质溶剂的碱溶液来滴定该溶剂的铝盐溶液，根据pH值的变化趋势，与水体系进行比较，再结合一些检测手段来分析铝盐的聚合反应机制。非水体系中聚合铝形成的机制可能是这样的：先是铝离子与有机溶剂进行配位，加入碱后，羟基与有机试剂发生竞争配位，然后发生聚合反应，铝离子与有机溶剂的配位强度不同，聚合反应生成的聚合铝形态就有所不同。 另外我们还预测：在水体系中，Al3+周围都被水分子包围，水分子电离出OH-，形成氢键，这样Al3+之间就会相连形成环状结构；而在非水溶剂中，Al3+主要与碱中的OH-反应，氢键大大减少，这样Al3+之间形成环的机会就大大减少，更有可能形成链状聚合物，这可以由pH值与n(OH/Al比)的关系计算得到。