Surface characterization of zirconium and thorium phosphate compounds

Abstract
As part of a study involving sorption experiments with actinide ions sorbed onto phosphate compounds and to understand the sorption mechanisms, we have first synthesized the following three solids: ZrP2O7 (zirconium diphosphate), Zr2O(PO4)2 (zirconium oxophosphate) and Th4(PO4)4P2O7 (thorium phosphate diphosphate). These compounds have been characterized using X-ray powder diffraction, IR spectroscopy and EPMA. The specific surface areas, measured by the N2-BET method, are 5.5±0.1, 0.9±0.2 and 1.2±0.2 g-1, respectively. The average grain size of the powdered samples is around 10 µm. The pHIEP (pH corresponding to the isoelectric point) determined by electrokinetic measurements is 3.6 for ZrP2O7, 4.0 for Zr2O(PO4)2 and 6.8 for Th4(PO4)4P2O7. By simulation of the titration curves obtained for the three solids, we have determined, using the FITEQL code (constant capacitance model), the surface acidity constants using a sorption site number close to 7 sites nm-2 for the zirconium diphosphate, 7.5 sites nm-2 for the zirconium oxophosphate and 4 sites nm-2 for the thorium phosphate diphosphate. Caracte′risation des proprie′te′s acido-basiques de surface de compose′s phosphate′s à base de zirconium et de thorium. Dans le cadre d'une e′tude des me′canismes d'adsorption d'ions actinides sur des surfaces mine′rales phosphate′es, nous avons re′alise′ la synthèse des trois compose′s suivants: ZrP2O7 (diphosphate de zirconium), Zr2O(PO4)2 (oxophosphate de zirconium) et Th4(PO4)4P2O7 (phosphate diphosphate de thorium). Les solides obtenus ont e′te′ caracte′rise′s par diffraction des rayons X, spectroscopie infrarouge et microanalyse par sonde e′lectronique (EPMA). La surface spe′cifique, de′termine′e par la me′thode BET d'adsorption d'azote, est de 5,5±0,1, 0,9±0,2 et 1,2±0,2 g-1, respectivement. La taille moyenne des e′chantillons pulve′rulents est voisine de 10 µm. La valeur du pHPIE (pH du point isoe′lectrique), de′termine′e par mesures e′lectrocine′tiques, est de 3,6 pour ZrP2O7, 4,0 pour Zr2O(PO4)2 et 6,8 pour Th4(PO4)4P2O7. La simulation des courbes de titrage de suspensions de chacun des solides a e′te′ re′alise′e à l'aide du code FITEQL (modèle à capacite′ constante), ce qui a permis de de′terminer les constantes d'acidite′ de surface en utilisant des densite′s de sites de surface voisines de 7 sites nm-2 pour le diphosphate de zirconium, 7,5 sites nm-2 pour l'oxophosphate de zirconium et 4 sites nm-2 pour le phospate diphosphate de thorium.