聚丙烯酸钠吸附含钾溶液的研究

张 磊，袁 军，张富青

(武汉工程大学，湖北 武汉 430073)

聚丙烯酸钠吸附含钾溶液的研究

张 磊，袁 军，张富青

(武汉工程大学，湖北 武汉 430073)

用聚丙烯酸钠吸附含钾溶液，考察了吸附剂种类和用量，钾溶液浓度，时间，温度，pH值对吸附含钾溶液的影响。结果表明，当浓度为0.020mol/L，时间为60min，吸附温度为40℃，pH值为7，0.1g:100mL(kl-5aSAP:溶液体积)时，负载K+效果相对较好可以达到85%左右，很大程度上保留了溶液中的钾离子，可以填充土壤层用于减少钾离子流失。

聚丙烯酸钠；钾离子；浓度；吸附性能

聚丙烯酸钠作为一种含有大量亲水基团并有一定交联度的功能高分子材料，它可以吸收自身重量的几百倍甚至上千倍的水，不仅吸水速率快，倍率高，而且具有优良的保水性能，越来越受到人们的重视[1-3]。特别是它的网状结构稳定，环保型材料，所以聚丙烯酸钠高吸水性树脂用途相当广泛。我国是个农业大国，年需求钾肥量日益增多，而我国可溶性钾资源又相对不足，工业储存量为1.8亿t，2010年我国钾肥生产能力估计约 350万t，2010年的国产钾肥与预测需要分别相差580万t。中国未来十多年钾盐进口还将保持在600万t[4-6]。但另一方面，钾肥施入土壤后随水流失严重，尤其是在酸性土壤中流失量更大。因此减少钾肥流失，提高农作物产量具有重要意义。为了提高钾肥利用率，将一些具有吸附的廉价材料用于减少钾流失是一个重要举措。高吸水性树脂具有良好的吸附功能，因此研究聚丙烯酸钠对钾溶液的吸附研究对减少钾肥损失具有指导意义。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

SAP：5种改良性聚丙烯酸钠吸水树脂，实验前对此粉末颗粒进行筛选分类，分kl-a，kl-2a，kl-3a，kl-4a，kl-5a五个品种，供试水为实验用的去离子水。试剂，KCl(分析纯)盐酸(分析纯)，氢氧化钠(分析纯)，万分之一电子天平，HJ-3A多功能磁力搅拌器，wtf-120原子吸收光谱仪。

1.2 实验方法

将SAP投放入含钾溶液(事先配好不同浓度)的烧杯后，在搅拌一定时间后，去少量悬浮液离心，取其清液用原子分光光度法测其中K+的浓度，根据改变SAP品种，含钾溶液的浓度，pH值，吸附时间，温度等条件，分析计算出不同条件下SAP对K+的最佳吸附量。

1.3 测试分析

吸水率的测定：称取0.100g样品置于烧杯中，加入100mL待测溶液，室温下浸泡一定时间后，在自制尼龙网(孔径为0.046mm)上静置5min，取下称重，吸液率按下式计算：

吸液率(g/g)：(吸液后凝胶重量/0.1)-1

K+浓度采用原子吸收分光光度法测定

式中：C0——吸附前K+的浓度，mol/L;

Cm——吸附后K+的浓度，mol/L。

2 结果与讨论分析

2.1 不同型号的聚丙烯酸钠对水和钾离子的吸附能力

称取kl-a，kl-2a，kl-3a，kl-4a，kl-5a不同型号的SAP各0.1g，投放入装有100mL去离子水的烧杯中，放置于控温磁力搅拌器上40℃搅拌60min，用自制尼龙网测定吸水率，结果见表1。将五种不同型号的SAP各0.1g投放入0.005mol/L的KCl溶液的烧杯中，放置于控温磁力搅拌器上45℃搅拌60min测定吸盐水率，结果见表2。

表1 不同型号SAP对去离子水的吸水率测定Tab.1 Determination of water absorption of different types of SAP in water

表2 不同型号SAP对氯化钾溶液的吸盐水率Tab.2 The rate of absorption of potassium chloride solution with different types of SAP

由表1可以得知，不同型号的SAP在对去离子水吸收时具有选择性，其中效果比较好的有kl-5a，kl-3a，kl-a，最好的kl-5a的吸水率达到了600g/g左右。SAP是一种三维网状结构并含有大量吸水基团，因此可以吸附大量的水分子。由表2可以得知，体系改为盐溶液时，吸盐水率也发生了变化，经过检测发现KCl溶液浓度不在是原来的0.005mol/L，说明不同型号的SAP对钾溶液的吸附能力有差异，其中kl-5a，kl-a，kl-3a，效果比较好。最高可以达到200g/g左右。为了使实验方向更加具体，减小不必要实验方案，kl-2a，kl-4a，以下可不必要考虑。

2.2 聚丙烯酸钠用量对吸附能力的影响

称取不同质量的SAP投放入浓度均为0.005mol/LKCl溶液100mL的烧杯中，放置于控温磁力搅拌器上40℃搅拌60min，测定SAP用量对K+吸附能力的影响，结果见图1。

图1 聚丙烯酸钠用量对K+负载能力的影响Fig.1 Effect of mole ratio of SAP with different dosage

由图1可以得知，一开始吸附K+的能力随着SAP的用量增加而上升，在100mL溶液情况下，当SAP的用量接近0.1g左右时开始达到吸附饱和；在这三个不同型号的SAP中，相比效果较好的为kl-5a型SAP可以达到63%左右，SAP用量与溶液体积比控制在0.1g:100mL左右比较合适。为减少土壤中K+的流失，可以考虑使用此型号材料。

2.3 温度对吸附能力的影响

称取0.1g不同型号的SAP投放入浓度均为0.005mol/LKCl溶液100mL的烧杯中，放置于控温磁力搅拌器上，调控温度搅拌60min，测定在不同温度环境中对SAP负载K+的影响。结果见图2。

由图2可以得知，随着温度的上升，加快了SAP的负载能力，但当温度到达40℃左右时出现了峰值，而且三种材料呈现类似规律，为了提高SAP保K+的能力，溶液环境温度可以选择40℃为最佳负载温度。

图2 不同温度中对聚丙烯酸钠负载K+能力的影响Fig.2 Effect of mole ratio of SAP with different temperature

2.4 pH值对吸附能力的影响

称取0.1g的SAP投放入浓度均为0.005mol/LKCl溶液100mL的烧杯中，放置于控温磁力搅拌器上40℃搅拌60min，调节溶液环境的pH，测定不同pH环境对SAP负载K+的影响，结果见图3。

图3 不同pH对聚丙烯酸钠负载K+能力的影响Fig.3 Effect of mole ratio of SAP with different pH

由图3可以得知，溶液的pH值发生变化时会影响到SAP负载K+的能力，酸性环境抑制了SAP的吸附能力；当溶液逐渐变为中性时，负载能力也得到了提升，由于再加大pH值并没有明显的提升趋势，所以可以考虑溶液环境选择为中性或弱碱性，pH值为7左右，使用去离子水配成钾溶液同时可以减少经济成本。

2.5 钾离子浓度对聚丙烯酸钠吸附能力的影响

称取0.1g的SAP投放入不同浓度的KCl溶液100mL的烧杯中，放置于控温磁力搅拌器上40℃搅拌60min，调节溶液pH值为7，测定不同浓度的钾溶液对SAP负载能力的影响，结果见图4。

图4 不同浓度对聚丙烯酸钠负载K+能力的影响Fig.4 Effect of mole ratio of SAP with different potassium chlorine concentration

由图4可以得知，低浓度钾溶液是可以促进SAP负载钾离子的，相比一开始浓度为0.005mol/L时提升了很多，但浓度过高反倒会抑制负载效果，选择浓度为0.020mol/L比较适宜，此刻负载效果可以达到84.35%。

2.6 吸附时间对吸附能力的影响

图5 不同时间下聚丙烯酸钠负载K+能力的影响Fig.5 Effect of mole ratio of SAP with different time

称取0.1g的SAP投放入浓度为0.020mol/L的KCl溶液100mL的烧杯中，放置于控温磁力搅拌器上40℃搅拌，调节溶液pH值为7，测定不同时间下SAP负载K+能力的影响，结果见图5。

由图5可以得知，开始阶段随着时间的增加负载率快速增加，当时间达到60min后，由于SAP负载趋于饱和，增加量开始减少，负载率开始基本稳定。可见60min后，SAP负载K+达到平衡，此时负载效果稳定在85%左右。

3 结论

(1)在吸水测试中，实验发现此类材料具有不错的吸附能力，均能达到自身质量的上百倍，可以用来做防渗透和吸水材料。

(2)通过实验检发现，在这些材料中，相对比较好的材料是kl-5a，当溶液温度达到40℃，pH值为7，时间为60min，0.1g:100mL(kl-5aSAP:溶液体积)，浓度为0.020mol/L时，吸附程度可以达到85%左右，很大程度上保留了溶液中的钾离子，可以考虑作为减少钾肥流失的防渗透材料。

[1] 邹新禧.超强吸水剂[M].北京:化学工业出版社,2002.

[2] 陈南羽.浅谈开发SAP功能材料[J].辽宁化工,1998(4):206-207.

[3] 金益芬，等.高吸水聚合物的应用与发展[J].化工新型材料,2001(5):6-8.

[4] 冯元琦.我国缺钾情况及其对策[J].磷肥与复肥,1997(6):1-4.

[5] 谢建昌,周建民.我国土壤钾素研究和钾肥使用的进展[J].土壤,1999(5):244-254.

[6] 汪家铭.国内钾肥供需现状及市场展望[J].产业发展,2009(9):17-23.

(本文文献格式：张 磊，袁 军，张富青.聚丙烯酸钠吸附含钾溶液的研究[J].山东化工，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

张 磊(1992—)，湖北仙桃人，研究生，主要从事高分子材料改性研究。

O647.31

A

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