The ion exchange properties and equilibrium constants of Li+, Na+ and K+ on zirconium phosphate highly dispersed on a cellulose acetate fibers surface

Highly dispersed zirconium phosphate was prepared by reacting celullose acetate/ZrO2 (ZrO2 = 11 wt%, 1.0 mmol g-1 of zirconium atom per gram of the material) with phosphoric acid. High power decoupling magic angle spinning (HPDEC-MAS) 31P NMR and X-ray photoelectron spectroscopy data indicated that HPO4(2-) is the species present on the membrane surface. The specific concentration of acidic centers, determined by ammonia gas adsorption, is 0.60 mmol g-1. The ion exchange capacities for Li+, Na+ and K+ ions were determined from ion exchange isotherms at 298 K and showed the following values (in mmol g-1): Li+= 0.05, Na+= 0.38 and K+= 0.57. Due to the strong cooperative effect, the H+/Na+ and H+/K+ ion exchange is of non ideal nature. These ion exchange equilibria were treated with the use of models of fixed tridentate centers, which consider the surface of the sorbent as polyfunctional sorption centers. Both the observed ion exchange capacities with respect to the alkaline metal ions and the equilibrium constants are discussed by taking into consideration the sequence of the ionic hydration radii for Li+, Na+ and K+. The matrix affinity for the ions decreases with increasing the cations hydration radii from K+ to Li+. The high values of the separation factors S Na+/Li+ and S K+/Li+ (up to several hundreds) support the application of this material for the quantitative separation of Na+ and K+ from Li+ from a mixture containing these three ions.Fosfato de zircônio altamente disperso foi preparado reagindo acetato de celulose/ZrO2 (ZrO2 = 11 wt%, 1,0 mmol g-1 de átomo de zircônio por grama de material) com ácido fosfórico. Os dados de RMN 31P (HPDEC-MAS) com rotação de ângulo mágico desacoplado e Espectroscopia de Fotoelétron de raios-X indicam que a espécie HPO4(2-) está presente na superfície da membrana. A concentração específica de centros ácidos, determinada pela adsorção de gás amônia, foi de 0,60 mmol g-1. As capacidades de troca-iônica dos íons Li+, Na+ e K+ foram determinadas das isotermas de troca-iônica à 298 K e mostraram os seguintes valores ( em mmol g-1): Li+ = 0,05, Na+ = 0,38 e K+ = 0,57. Devido ao forte efeito cooperativo a troca-iônica de H+/Na+ e H+/K+ apresentou natureza não ideal. Esse equilíbrio de troca-iônica foi tratado com o uso de modelos de centros bi ou tridentados que considera a superfície do sorvente como centros de sorção polifuncionais. Tanto as capacidades de troca-iônica observadas com os respectivos íons metálicos alcalinos quanto as constantes de equilíbrio foram discutidas considerando a seqüência dos raios de hidratação iônicos para Li+, Na+ e K+. As afinidades para os íons diminuem com o aumento do raio de hidratação dos cátions, por ex. Li+< Na+ < K+ . Os altos valores dos fatores de separação de S Na+/Li+ e S K+/Li+ permitem aplicar este material para a separação quantitativa de Na+ e K+ de Li+ de uma mistura contendo esses três íons