Microsoft Word - European_Journal_of_Chemistry_1_1_2010_47_49_7


European Journal of Chemistry 1 (1) (2010) 47‐49 

 
European Journal of Chemistry 

ISSN 2153‐2249 (Print) / ISSN 2153‐2257 (Online)  2010 EURJCHEM 
DOI:10.5155/eurjchem.1.1.47‐49.7 

   

 

European Journal of Chemistry 
Journal homepage: www.eurjchem.com 

 
     

Study on distribution coefficient of bromide ions from aqueous solution on ion 
exchange resins Indion‐850, Indion‐860 and Indion FF‐IP 

Pravin Singare*,a, Ram Lokhandeb, Vinayak Patilb, Tirtha Prabhavalkarb and Santoshi Tiwarib 
a Department of Chemistry, Bhavan’s College, Munshi Nagar, Andheri, Mumbai, PIN­400 058, India 
b Department of Chemistry, University of Mumbai, Vidyanagari, Kalina, Santacruz, Mumbai, PIN­400 098, India 

*Corresponding author at: Department of Chemistry, Bhavan’s College, Munshi Nagar, Andheri, Mumbai, PIN­400 058, India. Tel: +91.222.6256451; fax: 
+91.222.6256453. E­mail address: pravinsingare@vsnl.net (P.U. Singare). 

 
 
 

   

     
ARTICLE INFORMATION    ABSTRACT
Received: 8 February 2010 
Received in revised form: 15 March 2010 
Accepted: 17 March 2010 
Online: 31 March 2010 

KEYWORDS 

  The  ion  exchange  resin  Indion‐850,  Indion‐860  and  Indion  FF‐IP,  in  bromide  form  were 
equilibrated  separately  with  the  labeled  radioactive  bromide  ion  solution  of  different 
concentrations varying from 0.005 M to 0.100 M in the temperature range of 25.0 oC to 45.0 
oC.  The Kd  values  of  bromide  ions  were  observed  to  be  high  for  Indion‐850  and  least  for 
Indion 860, while  Indion FF‐IP  shows  intermediate Kd  values  under  identical  experimental 
conditions. The difference in Kd values of bromide ions for the three resins is mainly because 
of the swelling pressure which depends on their water holding capacities. 

Ion exchange resin 
Distribution Coefficient 
Indion‐850 
Indion‐860 
Indion FF‐IP 

 
1. Introduction 
 

There are a number of liquid processes and waste streams 
at  nuclear  power  plants,  fuel  reprocessing  plants  and  nuclear 
research  centers  that  require  treatment  for  removal  of 
radioactive contaminants. One of  the most common treatment 
methods  for such aqueous streams  is  the use of  ion exchange, 
which  is  a well  developed  technique  that  has  been  employed 
for  many  years  in  nuclear  industries  [1,2].  The  ion  exchange 
process is very effective at transferring the radioactive content 
of a large volume of liquid into a small volume of solid. Efforts 
to  develop  new  ion  exchangers  for  specific  applications  are 
continuing.  In  spite  of  their  advanced  stage  of  development, 
various  aspects  of  ion  exchange  technologies  have  been 
continuously studied to improve the efficiency and economy of 
their  application  in  radioactive  waste  management.  The 
selection of an appropriate ion exchange material for the liquid 
radioactive  waste  treatment  is  possible  on  the  basis  of 
information provided by the manufacturer. However since the 
selection of the appropriate ion exchange material depends on 
the  needs  of  the  system,  it  is  expected  that  the data  obtained 
from  the  actual  experimental  trials  will  prove  to  be  more 
helpful. Generally the selected ion exchange materials must be 
compatible with  the  chemical  nature  of  the  radioactive  liquid 
waste type and the concentration of the ionic species present as 
well  as  the  operating  parameters  notably  temperature.  Also 
while  designing  an  ion  exchange  processing  system  it  is 
desirable  to  have  adequate  knowledge  of  the  distribution 
coefficient  values  of  the  ion  exchange  resin  towards  different 
ions  present  in  radioactive  liquid  waste.  These  distribution 
coefficients  are  very  important  parameter  for  environmental 
impact assessment on the disposal of radioactive waste arising 
from research institutes [3]. 

Although  there are different alternative methods available 
to  find  the  distribution  coefficient  values,  radioactive  isotopic 
technique is expected to be the most appropriate method as it 
offers  several  advantages  such  as  high  detection  sensitivity, 
capability  of  in‐situ  detection,  and  physico‐chemical 
compatibility with the material under study [4‐8].  

Attempts were made by the previous researchers to study 
the  concentration  and  temperature  effect  on  cation  exchange 
systems  for  computing  the  distribution  coefficient  values  [9‐
15].  However  very  little  work  was  done  to  study  the 
distribution coefficient values in anion exchange systems [16]. 
Therefore,  in  the  present  investigation,  radioactive  isotopic 
technique  was  applied  to  study  the  factors  affecting  the 
distribution  coefficient  of  bromide  ions  on  anion  exchange 
resins Indion‐850, Indion‐860 and Indion FF‐IP.  
 
2. Experimental 
 

The ion exchange resins Indion‐850, Indion‐860 and Indion 
FF‐IP as supplied by the manufacturer (Ion Exchange India Ltd., 
India) were  in  chloride  form. Details  regarding  the properties 
of the resins used are given in Table 1. 

The resins were converted in bromide form by eluting with 
10%  KBr  solution  in  a  conditioning  column.  1.000  g  (m)  of 
conditioned resins in bromide form was equilibrated with 250 
mL  (V)  of  labeled  radioactive bromide  ion  solution  (0.005 M) 
under  continuous  and  uniform  mechanical  stirring.  The 
solution was uniformly stirred using the mechanical stirrer for 
3  hrs.  at  a  constant  temperature  of  25.0  oC  so  as  to  attain 
equilibrium. 

The  ion‐isotopic  exchange  reaction  taking  place  can  be 
represented as follows: 

 
 

 



48  Singare et al. / European Journal of Chemistry 1 (1) (2010) 47­49 
 

 

Table 1.  Properties of ion exchange resins. 
Ion 

exchange 
resin 

Type/functional group/ionic form 
Particle 
size, 
mm 

Moisture 
content, 

% 

Operating 
pH 

Maximum 
operating 
temp., oC 

Total exchange 
capacity, 
meq/mL 

Indion‐
850 

Weakly basic macroporous crosslinked polystyrene 
resin in Cl‐ form having 
–N+R2 functional group 

0.3‐1.2  49  0‐7  60  1.50 

Indion‐
860 

Weakly basic macroporous crosslinked polystyrene 
resin in Cl‐ form having 
–N+R2 functional group 

0.3‐1.2  54  0‐7  60  1.40 

Indion 
FF‐IP 

(Type‐1) 

Strongly basic isoporous 
cross linked polystyrene resin in Cl‐ form having 

–N+R3 functional group 
0.3‐1.2  51  0‐14  60  1.20 

 
 
Table  2. Effect of ionic concentration on bromide ion distribution coefficients. Temperature = 25.0 oC, amount of ion exchange resin in bromide form = 1.000 g, 
volume of labeled radioactive bromide ion solution = 250 mL. 

Concentration of labeled bromide  
ion solution, (M) 

Amount of bromide ions in  
250 mL solution, (mmol) 

Log Kd 
Indion­850  Indion FF­IP  Indion­860 

0.005  1.25 4.00 3.38   3.00 
0.010  2.50 4.23 3.51   3.08 
0.020  5.00 4.49 3.67   3.19 
0.040  10.00 4.65 3.78   3.34 
0.100  25.00 5.08 3.95  3.50

 
 
Table 3. Effect of temperature on bromide ion distribution coefficients. Concentration of labeled radioactive bromide ion solution = 0.005 M, volume of labeled 
radioactive bromide ion solution = 250 mL, amount of bromide ions in 250 mL solution = 1.25 mmol, amount of ion exchange resin in bromide form = 1.000 g.  

Temperature, oC 
Log Kd 

Indion­850  Indion FF­IP  Indion­860 
25.0  4.00  3.38 3.00 
30.0  3.87  3.20 2.91 
35.0  3.65  3.05 2.78 
40.0  3.49  2.93 2.62 
45.0  3.28  2.81 2.54 

 
 

 
Where Br*‐(aq) represent aqueous bromide ion solution labeled 
with radioactive isotope 82Br. 

The  initial activity (Ai) and  final activity (Af)  in counts per 
minute  (cpm)  of  the  labeled  solution was measured  on  γ‐ray 
spectrometer  having  NaI(Tl)  scintillation  detector.  From  the 
knowledge  of  Ai  and  Af,  the  Kd  value  was  calculated  by  the 
equation  

m

V

A

A(A
Κ

f

fi x
)

d










 
            (1) 

The experimental  sets were  repeated  in  the  same manner 
by  increasing  the  bromide  ion  concentrations  up  to  0.100  M 
and the temperature up to 45.0 oC. The Kd values  for different 
sets  were  calculated  by  Eq.  (1).  The  82Br  isotope  used  in  the 
present  experimental  work  was  an  aqueous  solution  of 
ammonium  bromide  in  dilute  ammonium  hydroxide  having 
activity 5 mCi, γ‐energy 0.55 MeV, and t1/2 36 hrs [17]. 

 
3. Results and Discussion 

 
In  the  present  research  work,  the  ion  exchange  resin  in 

bromide form was equilibrated for 3 hrs. with labeled bromide 
ion  solution  of  known  initial  activity.  From  the  results  of 
previous work  [4‐8,18‐24];  it was observed  that  this duration 
time  was  sufficient  to  attain  equilibrium.  Due  to  ion  isotopic 
exchange  reactions  taking  place  the  activity  of  the  aqueous 
solution  decreases  with  time.  The  decrease  in  activity  of  the 
solution was measured after 3 hrs. which  represents  the  final 
activity exchanged on the resin. From the knowledge of  initial 
and final activities, the Kd values were calculated by Eq. (1), to 
study the effect of temperature and concentration. Heumann et 
al.  [16]  in  the  study  of  chloride  distribution  coefficient  on 
strongly  basic  anion‐exchange  resin  observed  that  the 
selectivity  coefficient  between  halide  ions  increases  at  higher 
electrolyte  concentrations.  Adachi  et al.  [9]  observed  that  the 
swelling  pressure  of  the  resin  decreased  at  higher  solute 

concentrations  resulting  in  larger  distribution  coefficient 
values.  The  temperature  dependence  of  the  distribution 
coefficient of a cation exchange resin was studied by Shuji et al. 
[11], they observed that the distribution coefficients increased 
with decreasing temperature. The present experimental results 
also  indicate  that  the  distribution  coefficient  Kd  values  of 
bromide  ions  for  the  three  resins  increase  with  increasing 
concentration  of  bromide  ion  (Table  2),  however with  rise  in 
the temperature the same calculated values were found to be 
lower (Table 3). The distribution coefficient values of bromide 
ions were observed to be higher  for  Indion‐850 and  lower for 
Indion  860, while  Indion  FF‐IP  shows  intermediate Kd  values 
under  identical experimental conditions (Tables 2 and 3). The 
difference in distribution coefficient values for the three resins 
is mainly because of their water holding capacities which affect 
the  swelling  pressure.  The  comparison  of  bromide  ion 
distribution coefficient values for different ion exchange resins 
obtained  in  present  investigation with  that  obtained  by  other 
researchers is presented in Table 4. The variation in Kd values 
of  bromide  ions with  temperature  and  concentration  of  ionic 
solution  for  the  ion  exchange  resins  Indion‐850,  Indion‐860 
and Indion FF‐IP is graphically represented in Figure 1.  
 
4. Conclusions 
 

In  heavy  metal  removal  processes  the  rate  of  removal  is 
considered to be an important factor from the practical aspect 
of  reactor  design  and  process  optimization  [25].  Earlier 
research  was  performed  to  demonstrate  the  feasibility  of 
bioresin  in  a  continuous  system  for  decontaminating  pool 
water of 60Co [26]. It is important here to note that in all of the 
above  decontamination  processes,  distribution  coefficient 
values  plays  a  very  prominent  role  in  deciding  the  proper 
selection  of  resins.  The  work  carried  out  in  the  present 
experiment  is  a  demonstration  showing  the  application  of 
radioactive  tracer  technique to study the parameters affecting 
the  distribution  coefficient.  The  same  technique  can  be 
extended  further  to  study  the  Kd  values  for  various  ions  in 
liquid  radioactive  waste  using  different  ion  exchange  resins. 

 



Singare et al. / European Journal of Chemistry 1 (1) (2010) 47­49  49 
 

 

 

 
Table  4. Comparison of the present data with those of other references. 
Authors  Resin used  Kd values of Br­, (mL.g­1) 
Van Der Walt et al. [13]  Purolite S‐950 (H+ form) < 1.0* 
Heumann et al. [16]  AG‐1‐X10 (F‐ form) 100 ‐1000 ** 

Present data 
Indion‐850  10000‐120226*** 
Indion FF‐IP  2399‐8913*** 
Indion‐860  1000‐3162*** 

* 1.000 g of ion exchange resin, equilibrated with 200 mL of 0.1 mmol of Br‐ ion solution in HCl medium at 20.0 oC. 
** 0.500 g of ion exchange resin, equilibrated with 10 mL of 0.5 mmol of Br‐ ion solution in KF medium ranging up to 10 M at 20.0 oC. 
*** 1.000 g of ion exchange resin, equilibrated with 250 mL of 1.25–25 mmol of Br‐ ion solution in aqueous medium at 25.0 oC. 
 
 

 
Figure 1. Variation of bromide ion distribution coefficients with bromide concentration and temperature. Amount of ion exchange resin in bromide form = 1.000 
g, volume of labeled radioactive bromide ion solution = 250 mL. 
 
 

 
The data  obtained on Kd  value will  serve  as  a  very  important 
parameter  for  environmental  impact  assessment  on  the 
disposal of radioactive waste [3].  
 
References 
 
[1]. International  Atomic  Energy  Agency,  Operation  and  Control  of  Ion 

Exchange  Processes  for  Treatment  of  Radioactive Wastes,  Technical 
Reports Series, No.78, IAEA, Vienna, 1967. 

[2]. International  Atomic  Energy  Agency,  Treatment  of  Low‐  and 
Intermediate‐level  Liquid  Radioactive  Wastes,  Technical  Reports 
Series No. 236, IAEA, Vienna, 1984. 

[3]. Shin’ichi,  T.;  Masayoshi,  A. Nippon Genshiryoku Kenkyujo  Jaeri,  Data, 
Code 2001, 102P.  

[4]. Lokhande, R.  S.;  Singare,  P. U.;  Patil,  A. B. Radiochim. Acta 2007, 95, 
111‐114. 

[5]. Lokhande, R. S.; Singare, P. U.; Kolte, A. R. Radiochim. Acta 2007, 95, 
595‐600. 

[6]. Lokhande, R.  S.;  Singare,  P.  U.; Karthikeyan,  P. Russ.  J. Phys. Chem.  A 
2007, 81, 1768‐1773. 

[7]. Singare, P. U.; Lokhande, R. S. Patil, A. B. Radiochim. Acta 2008, 96, 99‐
104. 

[8]. Lokhande, R. S.; Singare, P. U.; Prabhavalkar, T. S.  Russ. J. Phys. Chem. A 
2008, 82, 1589‐1595. 

[9]. Adachi,  S.;  Mizuno,  T.;  Matsuno,  R.  J.  Chromatography  A  1995,  708, 
177‐183. 

[10]. Adachi, S.; Watanabe, T.; Kohashi, M. Agr. Biol. Chem. Tokyo 1989, 53, 
3203‐3208. 

[11]. Shuji, A.; Takcshi, M.; Ryuichi, M. Biosci. Biotech. Bioch. 1996, 60, 338‐
340. 

[12]. Adachi, S.; Matsuno, R. J. Appl. Glycosci. 1999, 46, 9‐14.  
[13]. Van Der Walt, T. N.; Coetzee, P. P. Anal. Bioanal. Chem. 1996, 356, 420‐

424. 
[14]. Strelow, F. W. E. Solvent Ext. Ion Exc. 1986, 4, 1193‐1208. 
[15]. Sangurdekar, P. R.; Melo, J. S.; D’Souza, S. F. In Proceedings of Nuclear 

and Radiochemistry Symposium, Amritsar, India, 2005; pp. 361‐362. 

[16]. Heumann, K. G.; Baier, K. Chromatographia 1982, 15, 701‐703. 
[17]. Sood, D. D. In Proceedings of International Conference on Applications 

of Radioisotopes and Radiation in Industrial Development, Sood, D.D.; 
Reddy,  A.V.R.;  Iyer,  S.R.K.;  Gangadharan,  S.;  Singh,  G.,  Eds.  BARC: 
Mumbai, 1998; pp 35‐53. 

[18]. Lokhande, R. S.; Singare, P. U.; Dole, M. H. J. Nuc. Radiochem. Sci. 2006, 
7, 29‐32. 

[19]. Lokhande,  R.  S.;  Singare,  P.  U.;  Dole, M. H. Radiochemistry 2007, 49, 
519‐522. 

[20]. Lokhande, R. S.; Singare, P. U. Radiochim. Acta 2007, 95, 173‐176. 
[21]. Lokhande, R. S.; Singare, P. U. J. Porous Mater. 2008, 15, 253‐258. 
[22]. Lokhande,  R.  S.;  Singare,  P.  U.;  Patil,  V.  V. Radiochemistry 2008,  50, 

638‐641. 
[23]. Lokhande, R.  S.;  Singare,  P. U.;  Parab,  S. A. Radiochemistry 2008, 50, 

642‐644. 
[24]. Lokhande, R. S.; Singare, P. U.; Tiwari, S. R. D. Radiochemistry 2008, 50, 

633‐637. 
[25]. Suh, J. H.; Kim, D.S. J. Chem.Technol. Biotechnol. 2000, 75, 279‐284. 
[26]. Sangurdekar,  P.  R.;  Melo,  J.  S.;  D’Souza,  S.  F.;  Pimputkar,  D.  P.,  In 

Proceedings  of  Nuclear  and  Radiochemistry  Symposium,  BARC: 
Mumbai, 2003; pp 545‐546.