聚丙烯酸鈉吸附含鉀溶液的研究

張 磊，袁 軍，張富青

(武漢工程大學，湖北 武漢 430073)

聚丙烯酸鈉吸附含鉀溶液的研究

張 磊，袁 軍，張富青

(武漢工程大學，湖北 武漢 430073)

用聚丙烯酸鈉吸附含鉀溶液，考察了吸附劑種類和用量，鉀溶液濃度，時間，溫度，pH值對吸附含鉀溶液的影響。結果表明，當濃度為0.020mol/L，時間為60min，吸附溫度為40℃，pH值為7，0.1g:100mL(kl-5aSAP:溶液體積)時，負載K+效果相對較好可以達到85%左右，很大程度上保留了溶液中的鉀離子，可以填充土壤層用于減少鉀離子流失。

聚丙烯酸鈉；鉀離子；濃度；吸附性能

聚丙烯酸鈉作為一種含有大量親水基團并有一定交聯度的功能高分子材料，它可以吸收自身重量的幾百倍甚至上千倍的水，不僅吸水速率快，倍率高，而且具有優良的保水性能，越來越受到人們的重視[1-3]。特別是它的網狀結構穩定，環保型材料，所以聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂用途相當廣泛。我國是個農業大國，年需求鉀肥量日益增多，而我國可溶性鉀資源又相對不足，工業儲存量為1.8億t，2010年我國鉀肥生產能力估計約 350萬t，2010年的國產鉀肥與預測需要分別相差580萬t。中國未來十多年鉀鹽進口還將保持在600萬t[4-6]。但另一方面，鉀肥施入土壤后隨水流失嚴重，尤其是在酸性土壤中流失量更大。因此減少鉀肥流失，提高農作物產量具有重要意義。為了提高鉀肥利用率，將一些具有吸附的廉價材料用于減少鉀流失是一個重要舉措。高吸水性樹脂具有良好的吸附功能，因此研究聚丙烯酸鈉對鉀溶液的吸附研究對減少鉀肥損失具有指導意義。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

SAP：5種改良性聚丙烯酸鈉吸水樹脂，實驗前對此粉末顆粒進行篩選分類，分kl-a，kl-2a，kl-3a，kl-4a，kl-5a五個品種，供試水為實驗用的去離子水。試劑，KCl(分析純)鹽酸(分析純)，氫氧化鈉(分析純)，萬分之一電子天平，HJ-3A多功能磁力攪拌器，wtf-120原子吸收光譜儀。

1.2 實驗方法

將SAP投放入含鉀溶液(事先配好不同濃度)的燒杯后，在攪拌一定時間后，去少量懸浮液離心，取其清液用原子分光光度法測其中K+的濃度，根據改變SAP品種，含鉀溶液的濃度，pH值，吸附時間，溫度等條件，分析計算出不同條件下SAP對K+的最佳吸附量。

1.3 測試分析

吸水率的測定：稱取0.100g樣品置于燒杯中，加入100mL待測溶液，室溫下浸泡一定時間后，在自制尼龍網(孔徑為0.046mm)上靜置5min，取下稱重，吸液率按下式計算：

吸液率(g/g)：(吸液后凝膠重量/0.1)-1

K+濃度采用原子吸收分光光度法測定

式中：C0——吸附前K+的濃度，mol/L;

Cm——吸附后K+的濃度，mol/L。

2 結果與討論分析

2.1 不同型號的聚丙烯酸鈉對水和鉀離子的吸附能力

稱取kl-a，kl-2a，kl-3a，kl-4a，kl-5a不同型號的SAP各0.1g，投放入裝有100mL去離子水的燒杯中，放置于控溫磁力攪拌器上40℃攪拌60min，用自制尼龍網測定吸水率，結果見表1。將五種不同型號的SAP各0.1g投放入0.005mol/L的KCl溶液的燒杯中，放置于控溫磁力攪拌器上45℃攪拌60min測定吸鹽水率，結果見表2。

表1 不同型號SAP對去離子水的吸水率測定Tab.1 Determination of water absorption of different types of SAP in water

表2 不同型號SAP對氯化鉀溶液的吸鹽水率Tab.2 The rate of absorption of potassium chloride solution with different types of SAP

由表1可以得知，不同型號的SAP在對去離子水吸收時具有選擇性，其中效果比較好的有kl-5a，kl-3a，kl-a，最好的kl-5a的吸水率達到了600g/g左右。SAP是一種三維網狀結構并含有大量吸水基團，因此可以吸附大量的水分子。由表2可以得知，體系改為鹽溶液時，吸鹽水率也發生了變化，經過檢測發現KCl溶液濃度不在是原來的0.005mol/L，說明不同型號的SAP對鉀溶液的吸附能力有差異，其中kl-5a，kl-a，kl-3a，效果比較好。最高可以達到200g/g左右。為了使實驗方向更加具體，減小不必要實驗方案，kl-2a，kl-4a，以下可不必要考慮。

2.2 聚丙烯酸鈉用量對吸附能力的影響

稱取不同質量的SAP投放入濃度均為0.005mol/LKCl溶液100mL的燒杯中，放置于控溫磁力攪拌器上40℃攪拌60min，測定SAP用量對K+吸附能力的影響，結果見圖1。

圖1 聚丙烯酸鈉用量對K+負載能力的影響Fig.1 Effect of mole ratio of SAP with different dosage

由圖1可以得知，一開始吸附K+的能力隨著SAP的用量增加而上升，在100mL溶液情況下，當SAP的用量接近0.1g左右時開始達到吸附飽和；在這三個不同型號的SAP中，相比效果較好的為kl-5a型SAP可以達到63%左右，SAP用量與溶液體積比控制在0.1g:100mL左右比較合適。為減少土壤中K+的流失，可以考慮使用此型號材料。

2.3 溫度對吸附能力的影響

稱取0.1g不同型號的SAP投放入濃度均為0.005mol/LKCl溶液100mL的燒杯中，放置于控溫磁力攪拌器上，調控溫度攪拌60min，測定在不同溫度環境中對SAP負載K+的影響。結果見圖2。

由圖2可以得知，隨著溫度的上升，加快了SAP的負載能力，但當溫度到達40℃左右時出現了峰值，而且三種材料呈現類似規律，為了提高SAP保K+的能力，溶液環境溫度可以選擇40℃為最佳負載溫度。

圖2 不同溫度中對聚丙烯酸鈉負載K+能力的影響Fig.2 Effect of mole ratio of SAP with different temperature

2.4 pH值對吸附能力的影響

稱取0.1g的SAP投放入濃度均為0.005mol/LKCl溶液100mL的燒杯中，放置于控溫磁力攪拌器上40℃攪拌60min，調節溶液環境的pH，測定不同pH環境對SAP負載K+的影響，結果見圖3。

圖3 不同pH對聚丙烯酸鈉負載K+能力的影響Fig.3 Effect of mole ratio of SAP with different pH

由圖3可以得知，溶液的pH值發生變化時會影響到SAP負載K+的能力，酸性環境抑制了SAP的吸附能力；當溶液逐漸變為中性時，負載能力也得到了提升，由于再加大pH值并沒有明顯的提升趨勢，所以可以考慮溶液環境選擇為中性或弱堿性，pH值為7左右，使用去離子水配成鉀溶液同時可以減少經濟成本。

2.5 鉀離子濃度對聚丙烯酸鈉吸附能力的影響

稱取0.1g的SAP投放入不同濃度的KCl溶液100mL的燒杯中，放置于控溫磁力攪拌器上40℃攪拌60min，調節溶液pH值為7，測定不同濃度的鉀溶液對SAP負載能力的影響，結果見圖4。

圖4 不同濃度對聚丙烯酸鈉負載K+能力的影響Fig.4 Effect of mole ratio of SAP with different potassium chlorine concentration

由圖4可以得知，低濃度鉀溶液是可以促進SAP負載鉀離子的，相比一開始濃度為0.005mol/L時提升了很多，但濃度過高反倒會抑制負載效果，選擇濃度為0.020mol/L比較適宜，此刻負載效果可以達到84.35%。

2.6 吸附時間對吸附能力的影響

圖5 不同時間下聚丙烯酸鈉負載K+能力的影響Fig.5 Effect of mole ratio of SAP with different time

稱取0.1g的SAP投放入濃度為0.020mol/L的KCl溶液100mL的燒杯中，放置于控溫磁力攪拌器上40℃攪拌，調節溶液pH值為7，測定不同時間下SAP負載K+能力的影響，結果見圖5。

由圖5可以得知，開始階段隨著時間的增加負載率快速增加，當時間達到60min后，由于SAP負載趨于飽和，增加量開始減少，負載率開始基本穩定。可見60min后，SAP負載K+達到平衡，此時負載效果穩定在85%左右。

3 結論

(1)在吸水測試中，實驗發現此類材料具有不錯的吸附能力，均能達到自身質量的上百倍，可以用來做防滲透和吸水材料。

(2)通過實驗檢發現，在這些材料中，相對比較好的材料是kl-5a，當溶液溫度達到40℃，pH值為7，時間為60min，0.1g:100mL(kl-5aSAP:溶液體積)，濃度為0.020mol/L時，吸附程度可以達到85%左右，很大程度上保留了溶液中的鉀離子，可以考慮作為減少鉀肥流失的防滲透材料。

[1] 鄒新禧.超強吸水劑[M].北京:化學工業出版社,2002.

[2] 陳南羽.淺談開發SAP功能材料[J].遼寧化工,1998(4):206-207.

[3] 金益芬，等.高吸水聚合物的應用與發展[J].化工新型材料,2001(5):6-8.

[4] 馮元琦.我國缺鉀情況及其對策[J].磷肥與復肥,1997(6):1-4.

[5] 謝建昌,周建民.我國土壤鉀素研究和鉀肥使用的進展[J].土壤,1999(5):244-254.

[6] 汪家銘.國內鉀肥供需現狀及市場展望[J].產業發展,2009(9):17-23.

(本文文獻格式：張 磊，袁 軍，張富青.聚丙烯酸鈉吸附含鉀溶液的研究[J].山東化工，2017，46(12)：53-54，57.)

Study on Adsorption of Potassium Containing Solution by Sodium Polyacrylate

ZhangLei,Yuanjun,ZhangFuqing

(Wuhan Institute of Technology ,Wuhan 430073,China)

In this paper, the effect of adsorbent type and dosage, potassium solution concentration, time, temperature and ph on adsorption of potassium-containing solution was investigated by using sodium polyacrylate to adsorb potassium solution. Results showed that when the concentration of 0.020mol/L,60min,adsorption temperature is 40℃, pH=7,0.1g:100mL (kl-5aSAP: the volume of solution), the load about effect of potassium ions is relatively good at 85%, to a large extent retained the potassium ion in solution, it can fill the soil layer is used to reduce the loss of potassium ions.

sodium polyacrylate;potassium ions;concentration ;adsorption property

2017-04-20

張 磊(1992—)，湖北仙桃人，研究生，主要從事高分子材料改性研究。

O647.31

A

1008-021X(2017)12-0053-02