累托石对钾离子的吸附_解吸动力学研究

由图 4 可知： 随着解吸时间的延长， 解吸量逐渐 + 增加， 而单位时间内释放出来的 K 量越来越小。7 pH 值为 5 的 HCl 溶液对 K + 的解吸 种解吸溶液中， Ca2 + + Mg2 + 浓度为 25. 6 mmol / L 的溶液解 量最小， 吸量最大， 其解吸 270 min 时达到的解吸量为 10. 21 mg / g， 相应的解吸率约为 70% ， 其他解吸溶液介于
发缓释钾肥提供理论依据， 同时对海水提钾、 土壤改 良及杂卤石矿等其他含钾原料中钾元素的分离也具 有一定R—累托石； I—伊利石； Q—α － 石英 * 国家自然科学基金项目（ 40502008 ） 。 621010 四川省绵阳市涪城区青龙大道 汪 惠（ 1989 —） ， 女， 本科生， 59 号。
+ + + +
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3. 1
试验结果与讨论
吸附量与吸附时间的关系
吸附量与吸附时间关系的试验结果及其与 ExpAssoc 模型的拟合曲线见图 2 。ExpAssoc 模型表达 式为 q = q0 + A1 （ 1 － exp（ － t / a1 ） ） + A2 （ 1 － exp（ － t / a2 ） ） .
+ 各上清液的 K 浓度， 可得解吸量与解吸时间之间
的关系， 并将解吸曲线与有关模型进行拟合 ， 以得出 K + 解吸量与解吸时间之间的定量关系 。
总第 424 期
金
属
矿
山
2011 年第 10 期
结果及其与 Langmuir 等温吸附模型和 Freundich 等 温吸附模型的拟合曲线见图 3 （ 图中 q e 为平衡吸附 c e 为 K + 的平衡浓度） ， 拟合结果见表 1 。 量，
我国对钾肥的需求量很大， 但钾资源相对不足， 且钾肥施入土壤后随水流失严重 ， 利用率不高 组成的 1∶ 1 规则间层矿物
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试验材料和仪器
。
累托石是一种二八面体云母和二八面体蒙脱石 ， 其结构中蒙脱石层间 的水化阳离子可以被大量其他无机、 有机阳离子交 能吸附各种无机离子、 有机分子和气体分子， 并 换， 且这种交换和吸附是可逆的。我国湖北钟祥累托石 矿床矿石储量和品位均为国内外罕见， 是目前全球 最具工业价值的累托石资源
Series No. 424 October 2011
金
属
矿
山
METAL MINE
总 第 424 期 2011 年第 10 期
累托石对钾离子的吸附 / 解吸动力学研究
汪 惠 刘爱平 冯启明 余 娟 吴 胜
（ 西南科技大学环境与资源学院 ） 摘 要
*
以 KCl 为钾源， 研究了湖北钟祥累托石对钾离子的吸附和解吸动力学行为 。结果表明： 累托石对 K
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试验方法
不同时间下的吸附试验 将 8 份累托石 （ 每份 1 g ） 分别加入到 100 mL
初始浓度为 1 g / L 的 KCl 溶液中， 置于振荡器上， 在 室温下振荡吸附不同的时间， 离心分离， 采用原子吸 收光谱仪测定上清液的 K 浓度， 根据测试结果计 算各吸附时间下累托石对 K 的吸附量， 确定达到 并将吸附曲线与 ExpAssoc 模 吸附平衡所需的时间， 型进行拟合， 以得出累托石对 K 的吸附量与吸附 时间之间的定量关系。 2. 2 不同 K 初始浓度下的吸附试验 将 9 份累托石 （ 每份 1 g ） 分别加入到 100 mL
+
+ 的吸附速度很快， 吸附动力学过程符合 ExpAssoc 模型， 吸附平衡时间约为 30 min； 累托石对 K 的等温吸附过程符 + Ca2 ++ Mg2 + 混合溶 饱和吸附量为 14. 588 mg / g； pH = 5 的 HCl 溶液对 K 的解吸量最小， 合 Langmuir 等温吸附模式， + 2+ 2+ Elovich 模型和指数模型（ 双常数模型） 可较好地描述 K + 的解 液对 K 的解吸量随着Ca + Mg 浓度的提高而提高， 2+ 2+ 吸过程； 累托石是较好的钾元素缓释载体 ， 环境中Ca + Mg 浓度越低， 缓释效果越好。
Freundich 模型拟合曲线
表1
等温吸附试验数据与模型拟合结果
拟合结果 8. 760 × 21. 182 c e 1 + 8. 760 c e 相关系数 R2 0. 980
▲ —19. 2 mmol / L 混合溶液 ； △ —25. 6 mmol / L 混合溶液
拟合模型 Langmuir 模型 kq m c e qe = 1 + kc e Freundich 模型 /n q e = Kc1 e
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汪
惠等： 累托石对钾离子的吸附 / 解吸动力学研究 2. 4
2011 年第 10 期 吸附量 q、 解吸量 q d 和解吸率 r 的计算 q = （ c0 － c ） × V / m ， q di = （ c di × V di ） / m d ， qd =
以分析纯 KCl 为钾源， 配制成不同浓度的溶液 。 使用 CaCl2 、 MgCl2 为解吸剂。 HCl 稀 以分析纯 HCl、 CaCl2 和 MgCl2 配制成不 释至 pH = 5 的溶液使用，
关键词
累托石
钾离子
吸附
解吸
Research of Dynamic Adsorption / Desorption of Rectorite to Potassium Ion Wang Hui
Abstract
Liu Aiping
Feng Qiming
Yu Juan
Wu Sheng
（ College of Environment ＆ Resources， South West University of Science ＆ Technology） By using KCl as potassium source， the dynamic adsorption and desorption property of Zhongxiang rectorite
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+
+ 作为解吸 溶 液。 称 取 饱 和 吸 附 K 的 累 托 石 7 份
（ 每份 5 g） ， 分别加入到 50 mL 上述 7 种解吸溶液 5、 15 、 30 、 60 、 90 、 中， 振荡解吸， 每份样品分别在 1 、 120 、 150 、 210 、 270 min 时进行离心分离， 取出全部上 清液， 再补加 50 mL 相同的解吸溶液， 然后测定所取
5. 0 g / L 的 KCl 溶液中振荡 30 min， 制得饱和吸附 K + 的累托石样品， 对其进行解吸试验， 解吸量随解 吸时间的变化如图 4 所示。
图3
▲—与
等温吸附曲线
Langmuir 模型拟合曲线；
■— HCl
图4
◆ —6.
解吸量随解吸时间的变化
■ — 试验曲线 ； ● — 与
溶液； ●—1. 6 mmol / L 混合溶液； ○—3. 2 mmol / L 混合溶液； 4 mmol / L 混合溶液； ◇—12. 8 mmol / L 混合溶液；
2+ 2+ 2+ 2+ 同 Ca + Mg 浓度（ Ca 和 Mg 的物质的量各占一
∑ q di ，
半） 的混合溶液使用。 1. 2 试验仪器 JA － 1104N 型万分之一电子天平， SHA － C 型 80 － 2 型电动离心机， AA700 往返水浴恒温振荡器， 型原子吸收光谱仪。
r = q d / q m × 100 % ， q 为吸附量， mg / g； c0 为 K + 的初始浓度， mg / 式中， L； c 为吸附后溶液的 K + 浓度， mg / L； V 为吸附时 KCl 溶液的体积， L； m 为吸附时累托石的质量， g； q di 为第 i 次解吸量， mg / g； c di 为第 i 次所测解吸液的 K + 浓度， mg / L； V di 为解吸时加入的解吸液体积， L； q d 为总的解吸量， mg / g； m d 为解吸时累托石的质 g； r 为解吸率， % ； q m 为饱和吸附量， mg / g。 量，
0. 2 、 0. 4 、 0. 6 、 1. 0 、 2. 0 、 4. 0 、 5. 0 、 初始浓度 为 0. 1 、 6. 0 g / L 的 KCl 溶液中， 置于振荡器上， 在室温下振 荡 30 min 使吸附达到平衡， 离心分离， 采用原子吸
+ + 收光谱仪测定上清液的 K 浓度， 计算各 K 平衡浓 + 度下累托石对 K 的吸附量， 确定单位质量累托石
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试验材料 以钟祥累托石矿样为吸附剂， 其主要矿物为累托 石、 伊利石和 α － 石英（ 见图 1） ， 阳离子交换量为 0. 36 mmol / g。矿样经 105 ℃ 干燥后加工至 － 140 目备用。
。 本试验研究钟祥
累托石对钾离子的吸附和解吸动力学行为 ， 考察吸
+ + 附时间和 K 初始浓度对 K 吸附量的影响及不同 + 解吸液对 K 解吸量的影响， 为利用钟祥累托石研
3. 2 、 6. 4 、 12. 8 、 19. 2 、 25. 6 mmol / L 的 度分别为 1. 6 、 混合溶液（ 其中 Ca
2+
和 Mg
2+
的物质的量各占一半 ）
附平衡， 相应的平衡吸附量 q e 为 4. 994 mg / g。 试验数据与 ExpAssoc 模型的拟合结果为 q = － 0. 198 06 + 2. 386 75 （ 1 － exp（ － t / 0. 750 34 ） ） + 2. 809 50 （ 1 － exp（ － t / 6. 084 06 ） ） ， R2 = 0. 999 9. 根据拟合公式， 可以计算出 t 无穷大时的吸附量为 4. 998 mg / g， 在 5 min 左右时吸附量达到 t 无穷大时 的 75% ， 在 30 min 时 吸 附 量 达 到 t 无 穷 大 时 的 99. 6% 以上， 因此可将 30 min 作为平衡吸附时间。 3. 2 等温吸附曲线 由不同 K 初始浓度的吸附试验所得等温吸附