Hydrothermal Synthesis and Transition Metal Cations Exchange Characterization of Titanium and [Titanium+Alkali Metals] Substituted-11Å Tobermorites

Titanium and [titanium+Na(K)] substituted 11${\AA}$ tobermorites solids synthesized under hydrothermal conditions at 180$^{\circ}C$ exhibit cation exchange properties toward heavy transition metal cations, such as Fe$^{2+},\;Zn^{2+},\;Cd^{2+}\;and/or\;Pb^{2+}$. The amount of heavy metal cations taken up by these solids was found in the order: Fe$^{2+}>Zn^{2+}>Cd^{2+}>Pb^{2+}$, and reached maximum at 10% [Ti+K]-substituted tobermorite. The total cation exchange capacity of the 10% Ti+Na (K) - substituted tobermorites synthesized here range from 71 to 89 meq/100 g, and 50-56 meq/100g for Ti-substituted only. Results indicated that 10% [Ti+K] substitution exhibit cation exchange capacity more 2.4 times than the unsubstituted-tobermorite. This is due to the increase of the number of active sites on the exchangers. The incorporation of Ti and/or [Ti+Na(K)] in the lattice structure of synthesized tobermorites is due to exchange of Ti$^{4+}{\Leftrightarrow}2Ca^{2+}\;and/or\;Ti^{4+}+2Na^+(K^+){\Leftrightarrow}3Ca^{2+}$, respectively. The mechanism of Ti and [Ti+Na(K)] incorporations in the crystal lattice of the solids during synthesis and the heavy metal cations uptaken by these solids is studied.

타이테늄과 [타이테늄 + 나트륨 (칼륨)]으로 치환된 11${\AA}$의 토버모라이트 고체가 180 $^{\circ}C$의 수열반응 조건하에서 합성되었고, 이 화합물은 Fe$^{2+},\;Zn^{2+},\;Cd^{2+},\;Pb^{2+}$과 같은 중금속 양이온에 대해서 양이온 교환 성질을 보였다. 이 고체에 흡착된 중금속 양이온은 Fe$^{2+}>Zn^{2+}>Cd^{2+}>Pb^{2+}$의 순서로 그 양이 감소하였고, 10% [타이테늄 + 칼륨]으로 치환된 토버모라이트가 최대값을 보였다. 총 양이온 교환능은 10% [타이테늄 + 칼륨]으로 치환된 토버모라이트와 타이테늄으로만 치환된 토버모라이트에 대해서 각각 71에서 89 meq/100 g와 50에서 56 meq/100 g로 측정되었다. 이 결과는 10% [타이테늄 + 칼륨]치환이 비치환 토버모라이이트 보다 2.4배 이상의 양이온 교환능이 있음을 보여준다. 이는 교환체의 활성자리 수의 증가에 의한 것이다. 합성된 토버모라이트의 격자구조로의 타이테늄과 [타이테늄 + 나트륨 (칼륨)]의 포함은 각각 Ti$^{4+}\;{\Leftrightarrow}\;2Ca^{2+}$와 Ti$^{4+}+2Na^+(K^+)\;{\Leftrightarrow}\;3Ca^{2+}$의 치환에 의한 것이다. 합성과정 중 고체의 결정 격자로의 타이테늄과 [타이테늄 + 나트륨 (칼륨)]의 포함에 관한 메커니즘과 이들 고체에 의한 중금속 양이온 흡수가 연구되었다.