Article

 

Novel D2EHPA–polysiloxane–based Sorbent for Titanium (IV) Extraction and Separation

 

León G. Mendoza–Reyes,¹ Eduardo Rodríguez de San Miguel,¹ Juan P. Sánchez–Guerrero,² Diana Y. Pardo–Gaytán¹ and Josefina de Gyves¹*

 

¹ Departamento de Química Analítica. Facultad de Química, UNAM, Ciudad Universitaria, 04510, México, D. F., México. *E–mail: degyves@unam.mx.

² Laboratorio de Evaluación Molecular. Instituto Mexicano del Petróleo. Eje Central Norte Lázaro Cárdenas 152, Apdo. Postal 14–805, 07730, México, D.F. México.

 

Received June 30, 2010.
Accepted November 12, 2010.

 

Abstract

In this work the synthesis, characterization and evaluation of a novel sorbent material used for the solid–phase extraction of titanium (IV) from hydrochloric acid medium is described. The material was prepared by the sol–gel route incorporating bis(2–ethylhexylphos–phoric acid) (D2EHPA) as extractant within a polymeric matrix based on polysiloxanes and characterized through FTIR–ATR, XRD, ²⁹Si and ³¹P NMR, TGA and DSC. In studies of titanium sorption and desorption in batch mode several factors related with the extraction and back–extraction operations were evaluated, such as: contact time, titanium concentration, nature and composition of the aqueous media, and extractant concentration in the sorbent. The maximum sorption was observed at 30 min of contact time in a 1 mol L^–1 HC1 + 0.1% KC1 medium, while the maximum desorption was observed at 60 min in a 1.5 mol L^–1 H₂SO₄ + 20% v/v H₂O₂ medium when titanium concentration was 70 mg L^–1. Under optimal conditions the recovered percent of titanium was nearly 90%. In addition, the characterization of the extraction equilibrium was performed. The selectivity of the method was studied adding Al(III), Fe(III) and V(V) to the extraction medium. A high selectivity for Ti over Al and Fe was observed, even at high concentrations of the interferents; 50% of Ti, only 7%o of Fe, 3% of Al and less than 1% of V were recovered under the established conditions. The method was finally applied for titanium recovery from a certified fly ash sample generated from a municipal incineration plant.

Keywords: titanium (IV), solid–phase extraction, polysiloxanes.

 

Resumen

Se describe la síntesis, caracterización y evaluación de un material adsorbente novedoso utilizado para la extracción en fase sólida de titanio (IV) a partir de medio de ácido clorhídrico. El material se sintetizó mediante la técnica de sol gel, incorporando el ácido bis(2–etilhexilfosfórico) (D2EHPA) como extractante dentro de una matriz polimérica a base de polisiloxanos y fue caracterizado mediante FTIR–ATR, XRD, ²⁹Si y ³¹P NMR, TGA y DSC (por las siglas en inglés). En los estudios de sorción y desorción en lote de titanio se evaluaron diversos parámetros relacionados con las operaciones de extracción y re–extracción tales como: tiempo de contacto, concentración de titanio, naturaleza y concentración de los medios acuosos, y concentración del extractante en el material sorbente. La máxima sorción se presentó a los 30 min de contacto en un medio HC1 1 mol L^–1 + KC1 0.1%, mientras que la máxima desorción ocurrió a un tiempo de 60 min en un medio compuesto de H₂SO₄ 1.5 mol L^–1 + H₂O₂ 20%) v/v para una solución que contenía 70 mg L^–1 de titanio (IV). En condiciones óptimas el porcentaje de recuperación de Ti(IV) fue cercano a 90%. Adicionalmente, se realizó la caracterización del equilibrio de extracción. La selectividad del método se estudió adicionando los cationes Al(III), Fe(III) y V(V) al medio de extracción. Se observó que el método fue selectivo para titanio incluso a concentraciones muy elevadas de Al y Fe bajo las condiciones establecidas, obteniendo una recuperación de 50%o del titanio inicial en comparación al 7% de Fe, 3% de Al y menos del 1% de V. Finalmente el método se aplicó para la recuperación de titanio de una muestra real certificada de cenizas de un incinerador municipal de desechos.

Palabras clave: titanio (IV), extracción en fase sólida, polisiloxanos.

 

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Acknowledgements

This work was supported by DGAPA–UNAM (project IΝ106506), D.Y. Pardo–Gaytán gratefully thanks the scholarship received. Thanks are due to Margarita Portilla Bauza and Cecilia Salcedo (USAI–FQ–UNAM) for the acquisition of thermal analysis data, and Atilano Gutiérrez Carrillo and Marco Antonio Vera Ramírez (UAM–Iztapalapa) for NMR studies.

 

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