ADSORPTION PROPERTIES OF HYDROUS TITANIUM-ZIRCONIUM MIXED OXIDE HEATED TO

DIFFERENT TEMPERATURES *

TADROUS, N.A., MORCOS, T.N. and  MOUSSA, S.I.

Nuclear Chemistry Department, Hot Labs. Centre, AEA, Cairo, Egypt.

Key words: Ion- exchange, Sorption, Cs⁺, Co²⁺, Zn²⁺ and Eu³⁺ ions,
Hydrous mixed oxides.

خصائص لإمتزاز أكاسيد التيتانيوم- زركونيوم المائية المختلطة
عند تسخينها لدرجات حرارة مختلفة

نادية عبده تادروس و تيسير نصيف مرقص و صابر إبراهيم موسى

خلاصـــة

تعد الأكاسيد المائية والأكاسيد المائية المختلطة واعدة بين مثيلاتها من المبادلات الأيونية لإزالة العناصر المشعة من السوائل الملوثة، لذا تم دراسة توصيفا لاثنين من هذه المبادلات والتى تحتوى على كل من عنصرى التيتانيوم والزركونيوم من حيث ثباتها حراريا وخواصها الإمتزازية. وهذه المبادلات تحتوى على عنصرين أحدهما له جهد  أيونى عالى (التيتانيوم) والآخر منخفض (الزركونيوم). تم فحص هذه المبادلات من حيث خواصها التركيبية ومساحة السطح والثبات الحرارى للعينات المحضرة وذلك من خلال دراسة الخواص الفيزوكيميائية باستخدام طرق مختلفة مثل الأشعة فوق الحمراء (IR) وحيود الأشعة السينية الحيودية  (XRD) والتحليل الحرارى  (TGA , DTA)وأيضاً قياس مساحة السطح بطريقة إمتزاز النيتروجين (BET ).

أوضحت الدراسة أن العينات المحضرة غير متبلورة ظاهرياً ولها مساحة سطح كبيرة بالإضافة لوجود مجموعات المياه والهيدروكسيل على السطح. ولهذه المبادلات سعة كبيرة للكاتيونات الموجبة، كما نتوقع أن تكون لها قابلية للأنيونات السالبة حيث أن للزركونيوم خواص مترددة. وبدراسة الإتزان، وجد أن لهذه المبادلات قابلية عالية لإمتزاز العناصر التى تم دراستها وهى السيزيوم والكوبلت والزنك والايروبيوم. وبدراسة الثبات الحرارى لتلك المبادلات، اتضح أن لها سعات لهذه العناصر عند درجات حرارة تصل إلى 400°م وخاصة فى حالة الايوربيوم ومن المتوقع أن تكون هناك مواقع بها جزيئات للمياه المرتبطة بالسطح عند درجات الحرارة العالية.

ABSTRACT

Hydrous oxides as well as mixed oxides are promising materials, among other types of inorganic ion-exchangers, for the removal of radioactive elements from waste solutions. Characterization, ion exchange property and thermal stability were studied for two synthetic hydrous titanium-zirconium mixed oxides. These oxides mainly consist of metal ions having both large (titanium) and small (zirconium) ionic potentials. The structural features, surface area and thermal stability of the prepared samples were investigated through the study of their physicochemical properties using appropriate techniques such as IR, X-rays and thermal analyses (TGA , DTA) and surface area by nitrogen adsorption (BET). The results of the physicochemical properties proved that both the prepared samples were virtually amorphous and posses high surface areas with a large number of exchange sites (OH and H­­₂O). These exchangers possess a high cation exchange capacity and were expected to be anion exchangers since hydrous zirconium oxide has an amphoteric character. Equilibrium measurements showed high affinity to Cs⁺, Co²⁺, Zn²⁺and Eu³⁺. Thermal stability of the hydrous oxides indicated high resistance towards high temperatures up to 400º C where the oxide retained some of its capacity, especially in case of Eu³⁺. The exchange sites available at relatively high temperature were probably surface H₂O groups.