Mèsi paske ou te vizite nature.com. Vèsyon navigatè w ap itilize a gen yon sipò CSS limite. Pou pi bon eksperyans lan, nou rekòmande pou w itilize dènye vèsyon navigatè a (oswa dezaktive mòd konpatibilite nan Internet Explorer). Anplis de sa, pou asire sipò kontinyèl, sit sa a p ap gen ladan estil oswa JavaScript.
Etid sa a envestige efè enpurte NH4+ yo ak rapò grenn yo sou mekanis kwasans ak pèfòmans nikèl silfat egzaidrat anba kristalizasyon refwadisman diskontinu, epi li egzamine efè enpurte NH4+ yo sou mekanis kwasans, pwopriyete tèmik, ak gwoup fonksyonèl nikèl silfat egzaidrat. Nan konsantrasyon enpurte ki ba, iyon Ni2+ ak NH4+ yo konkoure ak SO42− pou lyezon, sa ki lakòz yon diminisyon nan sede kristal ak vitès kwasans epi yon ogmantasyon nan enèji aktivasyon kristalizasyon. Nan konsantrasyon enpurte ki wo, iyon NH4+ yo enkòpore nan estrikti kristal la pou fòme yon sèl konplèks (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Fòmasyon sèl konplèks la lakòz yon ogmantasyon nan sede kristal ak vitès kwasans epi yon diminisyon nan enèji aktivasyon kristalizasyon. Prezans tou de konsantrasyon iyon NH4+ ki wo ak ki ba lakòz distòsyon rezo a, epi kristal yo estab tèmikman nan tanperati jiska 80 °C. Anplis de sa, enfliyans enpurte NH4+ yo sou mekanis kwasans kristal la pi gran pase sa rapò grenn yo. Lè konsantrasyon enpurte a ba, enpurte a fasil pou tache ak kristal la; lè konsantrasyon an wo, enpurte a fasil pou entegre nan kristal la. Rapò grenn nan ka ogmante anpil sede kristal la epi amelyore yon ti kras pite kristal la.
Nikèl silfat egzaidrat (NiSO4 6H2O) se kounye a yon materyèl kritik yo itilize nan yon varyete endistri, tankou fabrikasyon batri, galvanoplasti, katalis, e menm nan pwodiksyon manje, lwil, ak pafen. 1,2,3 Enpòtans li ap grandi ak devlopman rapid machin elektrik yo, ki depann anpil sou batri ityòm-ion (LiB) ki baze sou nikèl. Itilizasyon alyaj ki gen anpil nikèl tankou NCM 811 espere domine nan lane 2030, sa ki ogmante plis demann pou nikèl silfat egzaidrat. Sepandan, akòz kontrent resous, pwodiksyon an ka pa kenbe ak demann k ap grandi a, sa ki kreye yon diferans ant òf ak demann. Mank sa a soulve enkyetid sou disponiblite resous ak estabilite pri, sa ki mete aksan sou nesesite pou yon pwodiksyon efikas nikèl silfat ki gen gwo pite epi ki estab pou batri. 1,4
Pwodiksyon egzaidrat silfat nikèl jeneralman reyalize pa kristalizasyon. Pami divès metòd yo, metòd refwadisman an se yon metòd lajman itilize, ki gen avantaj konsomasyon enèji ki ba ak kapasite pou pwodui materyèl ki gen gwo pite. 5,6 Rechèch sou kristalizasyon egzaidrat silfat nikèl lè l sèvi avèk kristalizasyon refwadisman diskontinu te fè pwogrè siyifikatif. Kounye a, pifò rechèch konsantre sou amelyore pwosesis kristalizasyon an lè yo optimize paramèt tankou tanperati, vitès refwadisman, gwosè grenn ak pH. 7,8,9 Objektif la se ogmante sede kristal la ak pite kristal yo jwenn yo. Sepandan, malgre etid konplè sou paramèt sa yo, toujou gen yon gwo diferans nan atansyon yo peye sou enfliyans enpurte yo, espesyalman amonyòm (NH4+), sou rezilta kristalizasyon yo.
Enpurte amonyòm yo gen anpil chans pou prezan nan solisyon nikèl ki itilize pou kristalizasyon nikèl la akòz prezans enpurte amonyòm pandan pwosesis ekstraksyon an. Amonyak souvan itilize kòm yon ajan saponifikasyon, ki kite tras NH4+ nan solisyon nikèl la. 10,11,12 Malgre omniprésence enpurte amonyòm yo, efè yo sou pwopriyete kristal tankou estrikti kristal, mekanis kwasans, pwopriyete tèmik, pite, elatriye rete mal konprann. Rechèch limite sou efè yo enpòtan paske enpurte yo ka anpeche oswa modifye kwasans kristal la epi, nan kèk ka, aji kòm inibitè, afekte tranzisyon ant fòm cristalline metastab ak ki estab. 13,14 Se poutèt sa, konprann efè sa yo enpòtan anpil nan yon pèspektiv endistriyèl paske enpurte yo ka konpwomèt kalite pwodwi a.
Baze sou yon kesyon espesifik, etid sa a te vize envestige efè enpurte amonyòm yo sou pwopriyete kristal nikèl yo. Lè yo konprann efè enpurte yo, yo ka devlope nouvo metòd pou kontwole ak minimize efè negatif yo. Etid sa a te envestige tou korelasyon ki genyen ant konsantrasyon enpurte ak chanjman nan rapò grenn yo. Piske grenn yo lajman itilize nan pwosesis pwodiksyon an, paramèt grenn yo te itilize nan etid sa a, epi li esansyèl pou konprann relasyon ki genyen ant de faktè sa yo. 15 Yo te itilize efè de paramèt sa yo pou etidye sede kristal la, mekanis kwasans kristal la, estrikti kristal la, mòfoloji a ak pite a. Anplis de sa, yo te envestige plis konpòtman sinetik, pwopriyete tèmik yo ak gwoup fonksyonèl kristal yo anba enfliyans enpurte NH4+ yo sèlman.
Materyèl yo te itilize nan etid sa a se te nikèl silfat egzaidrat (NiSO₆H2O, ≥ 99.8%) ki soti nan GEM; silfat amonyòm ((NH)SO₄, ≥ 99%) ki te achte nan Tianjin Huasheng Co., Ltd.; dlo distile. Kristal grenn yo te itilize a se te NiSO₆H2O, kraze epi tamize pou jwenn yon gwosè patikil inifòm 0.154 mm. Karakteristik NiSO₆H2O yo montre nan Tablo 1 ak Figi 1.
Yo te envestige efè enpurte NH4+ yo ak rapò grenn yo sou kristalizasyon egzaidrat silfat nikèl la lè yo te itilize refwadisman tanzantan. Yo te fè tout eksperyans yo nan yon tanperati inisyal 25 °C. Yo te chwazi 25 °C kòm tanperati kristalizasyon an lè yo te konsidere limit kontwòl tanperati a pandan filtrasyon an. Kristalizasyon ka pwovoke pa fluktuasyon tanperati toudenkou pandan filtrasyon solisyon cho yo lè l sèvi avèk yon antonwa Buchner tanperati ki ba. Pwosesis sa a ka afekte sinetik la, absòpsyon enpurte a, ak divès pwopriyete kristal yo anpil.
Yo te prepare solisyon nikèl la an premye lè yo te fonn 224 g NiSO4 6H2O nan 200 ml dlo distile. Konsantrasyon yo te chwazi a koresponn ak yon sipèsaturasyon (S) = 1.109. Yo te detèmine sipèsaturasyon an lè yo te konpare solubilite kristal silfat nikèl ki fonn yo ak solubilite egzaidrat silfat nikèl la a 25 °C. Yo te chwazi sipèsaturasyon ki pi ba a pou anpeche kristalizasyon espontane lè yo te bese tanperati a nan nivo inisyal la.
Yo te envestige efè konsantrasyon iyon NH4+ sou pwosesis kristalizasyon an lè yo te ajoute (NH4)2SO4 nan yon solisyon nikèl. Konsantrasyon iyon NH4+ yo te itilize nan etid sa a se te 0, 1.25, 2.5, 3.75, ak 5 g/L. Yo te chofe solisyon an a 60 °C pandan 30 minit pandan y ap brase a 300 rpm pou asire yon melanj inifòm. Apre sa, yo te refwadi solisyon an nan tanperati reyaksyon yo te vle a. Lè tanperati a te rive nan 25 °C, yo te ajoute diferan kantite kristal grenn (rapò grenn 0.5%, 1%, 1.5%, ak 2%) nan solisyon an. Yo te detèmine rapò grenn nan lè yo te konpare pwa grenn nan ak pwa NiSO4 6H2O nan solisyon an.
Apre yo te fin ajoute kristal grenn yo nan solisyon an, pwosesis kristalizasyon an te fèt natirèlman. Pwosesis kristalizasyon an te dire 30 minit. Yo te filtre solisyon an lè l sèvi avèk yon filtè près pou separe kristal yo ki te akimile yo pi byen nan solisyon an. Pandan pwosesis filtraj la, yo te lave kristal yo regilyèman avèk etanòl pou minimize posiblite rekristalizasyon epi minimize adezyon enpurte ki nan solisyon an sou sifas kristal yo. Yo te chwazi etanòl pou lave kristal yo paske kristal yo pa fonn nan etanòl. Yo te mete kristal yo filtre nan yon enkibatè laboratwa a 50 °C. Paramèt eksperimantal detaye yo itilize nan etid sa a montre nan Tablo 2.
Yo te detèmine estrikti kristal la avèk yon enstriman XRD (SmartLab SE—HyPix-400) epi yo te detekte prezans konpoze NH4+ yo. Yo te fè karakterizasyon SEM (Apreo 2 HiVac) pou analize mòfoloji kristal la. Yo te detèmine pwopriyete tèmik kristal yo avèk yon enstriman TGA (TG-209-F1 Libra). Yo te analize gwoup fonksyonèl yo pa FTIR (JASCO-FT/IR-4X). Yo te detèmine pite echantiyon an avèk yon enstriman ICP-MS (Prodigy DC Arc). Yo te prepare echantiyon an lè yo te fonn 0.5 g kristal nan 100 mL dlo distile. Yo te kalkile rannman kristalizasyon an (x) lè yo te divize mas kristal sòti a pa mas kristal antre a dapre fòmil (1).
kote x se rannman kristal la, varye ant 0 a 1, mout se pwa kristal pwodiksyon yo (g), min se pwa kristal pwodiksyon yo (g), msol se pwa kristal ki nan solisyon an, epi mseed se pwa kristal grenn yo.
Yo te plis envestige rannman kristalizasyon an pou detèmine sinetik kwasans kristal la epi estime valè enèji aktivasyon an. Yo te fè etid sa a avèk yon rapò simen 2% epi menm pwosedi eksperimantal la tankou anvan. Yo te detèmine paramèt sinetik kristalizasyon izotèmik yo lè yo te evalye rannman kristal la nan diferan tan kristalizasyon (10, 20, 30, ak 40 min) ak tanperati inisyal (25, 30, 35, ak 40 °C). Konsantrasyon yo te chwazi nan tanperati inisyal la te koresponn ak valè sipèsaturasyon (S) 1.109, 1.052, 1, ak 0.953, respektivman. Yo te detèmine valè sipèsaturasyon an lè yo te konpare solubilite kristal nikèl silfat ki fonn yo ak solubilite ekzaidrat nikèl silfat nan tanperati inisyal la. Nan etid sa a, solubilite NiSO4 6H2O nan 200 mL dlo nan diferan tanperati san enpurte yo montre nan Figi 2.
Yo itilize Johnson-Mail-Avrami (teori JMA) pou analize konpòtman kristalizasyon izotèmik. Yo chwazi teori JMA paske pwosesis kristalizasyon an pa rive jiskaske yo ajoute kristal grenn nan solisyon an. Yo dekri teori JMA a jan sa a:
Kote x(t) reprezante tranzisyon an nan moman t, k reprezante konstan vitès tranzisyon an, t reprezante tan tranzisyon an, epi n reprezante endèks Avrami a. Fòmil 3 sòti nan fòmil (2). Enèji aktivasyon kristalizasyon an detèmine lè l sèvi avèk ekwasyon Arrhenius la:
Kote kg se konstan vitès reyaksyon an, k0 se yon konstan, Eg se enèji aktivasyon kwasans kristal la, R se konstan gaz molè a (R=8.314 J/mol K), epi T se tanperati kristalizasyon izotèmik la (K).
Figi 3a montre ke rapò simen an ak konsantrasyon dopan an gen yon efè sou rannman kristal nikèl yo. Lè konsantrasyon dopan nan solisyon an ogmante a 2.5 g/L, rannman kristal la diminye soti nan 7.77% a 6.48% (rapò simen 0.5%) ak soti nan 10.89% a 10.32% (rapò simen 2%). Yon ogmantasyon plis nan konsantrasyon dopan an mennen nan yon ogmantasyon korespondan nan rannman kristal la. Pi gwo rannman an te rive nan 17.98% lè rapò simen an te 2% epi konsantrasyon dopan an te 5 g/L. Chanjman nan modèl rannman kristal la ak ogmantasyon konsantrasyon dopan an ka gen rapò ak chanjman nan mekanis kwasans kristal la. Lè konsantrasyon dopan an ba, iyon Ni2+ ak NH4+ yo fè konpetisyon pou lyezon ak SO42−, sa ki mennen nan yon ogmantasyon nan solubilite nikèl nan solisyon an ak yon diminisyon nan rannman kristal la. 14 Lè konsantrasyon enpurte a wo, pwosesis konpetisyon an toujou ap fèt, men gen kèk iyon NH4+ ki kowòdone ak iyon nikèl ak silfat pou fòme yon sèl doub nikèl silfat amonyòm. 16 Fòmasyon sèl doub la mennen nan yon diminisyon nan solubilite solute a, kidonk ogmante rannman kristal la. Ogmante rapò simen an ka amelyore rannman kristal la kontinyèlman. Grenn yo ka inisye pwosesis nikleyasyon an ak kwasans kristal espontane lè yo bay yon sifas inisyal pou iyon solute yo òganize epi fòme kristal. Ofiramezi rapò simen an ogmante, sifas inisyal pou iyon yo òganize ogmante, kidonk plis kristal ka fòme. Se poutèt sa, ogmante rapò simen an gen yon efè dirèk sou to kwasans kristal la ak rannman kristal la. 17
Paramèt NiSO4 6H2O: (a) sede kristal ak (b) pH solisyon nikèl anvan ak apre inokilasyon an.
Figi 3b montre ke rapò grenn yo ak konsantrasyon dopan an afekte pH solisyon nikèl la anvan ak apre adisyon grenn yo. Objektif siveyans pH solisyon an se pou konprann chanjman nan ekilib chimik nan solisyon an. Anvan yo ajoute kristal grenn yo, pH solisyon an gen tandans diminye akòz prezans iyon NH4+ ki libere pwoton H+. Ogmante konsantrasyon dopan an lakòz plis pwoton H+ ki libere, kidonk diminye pH solisyon an. Apre yo fin ajoute kristal grenn yo, pH tout solisyon yo ogmante. Tandans pH la gen yon korelasyon pozitif ak tandans sede kristal la. Valè pH ki pi ba a te jwenn nan yon konsantrasyon dopan 2.5 g/L ak yon rapò grenn 0.5%. Lè konsantrasyon dopan an ogmante a 5 g/L, pH solisyon an ogmante. Fenomèn sa a byen konprann, piske disponiblite iyon NH4+ nan solisyon an diminye swa akòz absòpsyon, oswa akòz enklizyon, oswa akòz absòpsyon ak enklizyon iyon NH4+ pa kristal yo.
Yo te fè plis eksperyans ak analiz sou sede kristal pou detèmine konpòtman sinetik kwasans kristal la epi kalkile enèji aktivasyon kwasans kristal la. Yo te eksplike paramèt sinetik kristalizasyon izotèmik yo nan seksyon Metòd la. Figi 4 montre graf Johnson-Mehl-Avrami (JMA) ki montre konpòtman sinetik kwasans kristal nikèl silfat la. Yo te pwodui graf la lè yo te trase valè ln[− ln(1− x(t))] kont valè ln t la (Ekwasyon 3). Valè gradyan yo jwenn nan graf la koresponn ak valè endèks JMA (n) yo ki endike dimansyon kristal k ap grandi a ak mekanis kwasans lan. Pandan ke valè koupe a endike to kwasans lan ki reprezante pa konstan ln k la. Valè endèks JMA (n) yo varye ant 0.35 ak 0.75. Valè n sa a endike ke kristal yo gen yon kwasans inidimansyonèl epi yo swiv yon mekanis kwasans kontwole pa difizyon; 0 < n < 1 endike kwasans inidimansyonèl, pandan ke n < 1 endike yon mekanis kwasans kontwole pa difizyon. 18 To kwasans konstan k la diminye lè tanperati a ogmante, sa ki endike ke pwosesis kristalizasyon an fèt pi vit nan tanperati ki pi ba. Sa gen rapò ak ogmantasyon sipèsaturasyon solisyon an nan tanperati ki pi ba.
Graf Johnson-Mehl-Avrami (JMA) nan ekzaidrat silfat nikèl nan diferan tanperati kristalizasyon: (a) 25 °C, (b) 30 °C, (c) 35 °C ak (d) 40 °C.
Adisyon dopan yo te montre menm modèl to kwasans lan nan tout tanperati yo. Lè konsantrasyon dopan an te 2.5 g/L, to kwasans kristal la te diminye, epi lè konsantrasyon dopan an te pi wo pase 2.5 g/L, to kwasans kristal la te ogmante. Jan nou te mansyone pi bonè, chanjman nan modèl to kwasans kristal la se akòz chanjman nan mekanis entèraksyon ant iyon yo nan solisyon an. Lè konsantrasyon dopan an ba, pwosesis konpetisyon ant iyon yo nan solisyon an ogmante solubilite solute a, kidonk diminye to kwasans kristal la. 14 Anplis de sa, adisyon gwo konsantrasyon dopan lakòz pwosesis kwasans lan chanje anpil. Lè konsantrasyon dopan an depase 3.75 g/L, nouvo nwayo kristal adisyonèl fòme, sa ki mennen nan yon diminisyon nan solubilite solute a, kidonk ogmante to kwasans kristal la. Fòmasyon nouvo nwayo kristal yo ka demontre pa fòmasyon sèl doub (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. 16 Lè n ap diskite sou mekanis kwasans kristal la, rezilta difraksyon reyon X yo konfime fòmasyon yon sèl doub.
Yo te evalye fonksyon graf JMA a pi lwen pou detèmine enèji aktivasyon kristalizasyon an. Yo te kalkile enèji aktivasyon an lè l sèvi avèk ekwasyon Arrhenius la (montre nan ekwasyon (4)). Figi 5a montre relasyon ki genyen ant valè ln(kg) la ak valè 1/T la. Apre sa, yo te kalkile enèji aktivasyon an lè l sèvi avèk valè gradyan yo jwenn nan graf la. Figi 5b montre valè enèji aktivasyon kristalizasyon anba diferan konsantrasyon enpurte. Rezilta yo montre ke chanjman nan konsantrasyon enpurte a afekte enèji aktivasyon an. Enèji aktivasyon kristalizasyon kristal silfat nikèl san enpurte se 215.79 kJ/mol. Lè konsantrasyon enpurte a rive nan 2.5 g/L, enèji aktivasyon an ogmante pa 3.99% pou rive nan 224.42 kJ/mol. Ogmantasyon nan enèji aktivasyon an endike ke baryè enèji pwosesis kristalizasyon an ogmante, sa ki pral mennen nan yon diminisyon nan to kwasans kristal la ak sede kristal la. Lè konsantrasyon enpurte a pi plis pase 2.5 g/L, enèji aktivasyon kristalizasyon an diminye anpil. Nan yon konsantrasyon enpurte 5 g/l, enèji aktivasyon an se 205.85 kJ/mol, ki se 8.27% pi ba pase enèji aktivasyon an nan yon konsantrasyon enpurte 2.5 g/l. Yon diminisyon nan enèji aktivasyon an endike ke pwosesis kristalizasyon an fasilite, sa ki mennen nan yon ogmantasyon nan vitès kwasans kristal la ak sede kristal la.
(a) Ajisteman graf ln(kg) an fonksyon de 1/T ak (b) enèji aktivasyon Eg kristalizasyon an nan diferan konsantrasyon enpurte.
Yo te envestige mekanis kwasans kristal la avèk espektroskopi XRD ak FTIR, epi yo te analize sinetik kwasans kristal la ak enèji aktivasyon an. Figi 6 montre rezilta XRD yo. Done yo konsistan avèk PDF #08–0470, ki endike ke li se α-NiSO4 6H2O (silice wouj). Kristal la fè pati sistèm tetragonal la, gwoup espasyal la se P41212, paramèt selil inite yo se a = b = 6.782 Å, c = 18.28 Å, α = β = γ = 90°, epi volim nan se 840.8 Å3. Rezilta sa yo konsistan avèk rezilta Manomenova et al. te pibliye deja. 19 Entwodiksyon iyon NH4+ yo mennen tou nan fòmasyon (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Done yo fè pati PDF No. 31–0062. Kristal la fè pati sistèm monoklinik la, gwoup espasyal P21/a, paramèt selil inite yo se a = 9.186 Å, b = 12.468 Å, c = 6.242 Å, α = γ = 90°, β = 106.93°, epi volim nan se 684 Å3. Rezilta sa yo konsistan avèk etid anvan an ke Su et al. te rapòte20.
Modèl difraksyon reyon X kristal silfat nikèl: (a–b) 0.5%, (c–d) 1%, (e–f) 1.5%, ak (g–h) 2% rapò grenn. Imaj dwat la se yon vi agrandi imaj gòch la.
Jan yo montre nan Figi 6b, d, f ak h, 2.5 g/L se limit ki pi wo pou konsantrasyon amonyòm nan solisyon san fòmasyon sèl adisyonèl. Lè konsantrasyon enpurte a se 3.75 ak 5 g/L, iyon NH4+ yo enkòpore nan estrikti kristal la pou fòme sèl konplèks la (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Selon done yo, entansite pik sèl konplèks la ogmante pandan konsantrasyon enpurte a ogmante soti nan 3.75 a 5 g/L, espesyalman nan 2θ 16.47° ak 17.44°. Ogmantasyon nan pik sèl konplèks la se sèlman akòz prensip ekilib chimik la. Sepandan, gen kèk pik anòmal ki obsève nan 2θ 16.47°, ki ka atribiye a defòmasyon elastik kristal la. 21 Rezilta karakterizasyon yo montre tou ke yon rapò grenn ki pi wo lakòz yon diminisyon nan entansite pik sèl konplèks la. Yon rapò grenn ki pi wo akselere pwosesis kristalizasyon an, sa ki mennen nan yon diminisyon siyifikatif nan solute a. Nan ka sa a, pwosesis kwasans kristal la konsantre sou grenn nan, epi fòmasyon nouvo faz yo anpeche pa sipèsaturasyon solisyon an ki redwi. Okontrè, lè rapò grenn nan ba, pwosesis kristalizasyon an ralanti, epi sipèsaturasyon solisyon an rete nan yon nivo relativman wo. Sitiyasyon sa a ogmante pwobabilite pou nikleyasyon sèl doub ki mwens idrosolubl la (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Done entansite pik pou sèl doub la bay nan Tablo 3.
Yo te fè karakterizasyon FTIR pou envestige nenpòt dezòd oswa chanjman estriktirèl nan rezo lame a akòz prezans iyon NH4+ yo. Yo te karakterize echantiyon ki gen yon rapò simen konstan 2%. Figi 7 montre rezilta karakterizasyon FTIR yo. Pik laj yo obsève nan 3444, 3257 ak 1647 cm−1 yo akòz mòd elongasyon O–H molekil yo. Pik yo nan 2370 ak 2078 cm−1 reprezante lyezon idwojèn entèmolekilè ant molekil dlo yo. Bann nan 412 cm−1 atribiye a vibrasyon elongasyon Ni–O yo. Anplis de sa, iyon SO4− lib yo montre kat mòd vibrasyon prensipal nan 450 (υ2), 630 (υ4), 986 (υ1) ak 1143 ak 1100 cm−1 (υ3). Senbòl υ1-υ4 yo reprezante pwopriyete mòd vibrasyon yo, kote υ1 reprezante mòd ki pa dejenere a (etandman simetrik), υ2 reprezante mòd doub dejenere a (koube simetrik), epi υ3 ak υ4 reprezante mòd trip dejenere yo (etandman asimetrik ak koube asimetrik, respektivman). 22,23,24 Rezilta karakterizasyon yo montre ke prezans enpurte amonyòm bay yon pik adisyonèl nan nimewo vag 1143 cm-1 (make ak yon sèk wouj nan figi a). Pik adisyonèl la nan 1143 cm-1 endike ke prezans iyon NH4+ yo, kèlkeswa konsantrasyon an, lakòz yon deformation nan estrikti rezo a, ki mennen nan yon chanjman nan frekans vibrasyon molekil iyon silfat yo andedan kristal la.
Baze sou rezilta XRD ak FTIR ki gen rapò ak konpòtman sinetik kwasans kristal la ak enèji aktivasyon an, Figi 8 montre chema pwosesis kristalizasyon nikèl silfat egzaidrat la avèk adisyon enpurte NH4+ yo. Nan absans enpurte, iyon Ni2+ yo pral reyaji avèk H2O pou fòme idrat nikèl [Ni(6H2O)]2−. Apre sa, idrat nikèl la konbine espontaneman avèk iyon SO42− pou fòme nwayo Ni(SO4)2 6H2O epi li grandi nan kristal nikèl silfat egzaidrat. Lè yo ajoute yon pi ba konsantrasyon enpurte amonyòm (2.5 g/L oswa mwens) nan solisyon an, [Ni(6H2O)]2− difisil pou konbine nèt avèk iyon SO42− paske iyon [Ni(6H2O)]2− ak NH4+ yo ap konkoure pou konbinezon avèk iyon SO42− yo, byenke toujou gen ase iyon silfat pou reyaji avèk tou de iyon yo. Sitiyasyon sa a mennen nan yon ogmantasyon nan enèji aktivasyon kristalizasyon an ak yon ralentissement nan kwasans kristal la. 14,25 Apre nwayo egzaidrat silfat nikèl yo fin fòme epi yo grandi an kristal, plizyè iyon NH4+ ak (NH4)2SO4 yo adsorbe sou sifas kristal la. Sa eksplike poukisa gwoup fonksyonèl iyon SO4− (nimewo vag 1143 cm−1) nan echantiyon NSH-8 ak NSH-12 yo rete fòme san pwosesis dopan. Lè konsantrasyon enpurte a wo, iyon NH4+ yo kòmanse enkòpore nan estrikti kristal la, sa ki fòme sèl doub. 16 Fenomèn sa a rive akòz mank iyon SO42− nan solisyon an, epi iyon SO42− yo mare ak idrat nikèl yo pi vit pase ak iyon amonyòm yo. Mekanis sa a ankouraje nikleyasyon ak kwasans sèl doub yo. Pandan pwosesis alyaj la, nwayo Ni(SO4)2 6H2O ak (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O yo fòme an menm tan, sa ki mennen nan yon ogmantasyon nan kantite nwayo yo jwenn. Yon ogmantasyon nan kantite nwayo yo ankouraje akselerasyon kwasans kristal la epi yon diminisyon nan enèji aktivasyon an.
Reyaksyon chimik pou fonn nikèl silfat egzaidrat nan dlo, ajoute yon ti kantite ak yon gwo kantite silfat amonyòm, epi answit fè pwosesis kristalizasyon an, kapab eksprime jan sa a:
Rezilta karakterizasyon SEM yo montre nan Figi 9. Rezilta karakterizasyon yo endike ke kantite sèl amonyòm ki ajoute a ak rapò simen an pa afekte fòm kristal la anpil. Gwosè kristal ki fòme yo rete relativman konstan, byenke kristal ki pi gwo parèt nan kèk pwen. Sepandan, plis karakterizasyon toujou nesesè pou detèmine efè konsantrasyon sèl amonyòm ak rapò simen an sou gwosè mwayèn kristal ki fòme yo.
Mòfoloji kristal NiSO4 6H2O: (a–e) 0.5%, (f–j) 1%, (h–o) 1.5% ak (p–u) 2% rapò grenn ki montre chanjman konsantrasyon NH4+ soti anwo pou rive anba, ki se 0, 1.25, 2.5, 3.75 ak 5 g/L, respektivman.
Figi 10a montre koub TGA kristal yo ak diferan konsantrasyon enpurte. Yo te fè analiz TGA a sou echantiyon yo ak yon rapò simen 2%. Yo te fè analiz XRD a tou sou echantiyon NSH-20 la pou detèmine konpoze ki te fòme yo. Rezilta XRD yo montre nan Figi 10b konfime chanjman nan estrikti kristal la. Mezi tèmogravimetrik yo montre ke tout kristal sentetize yo montre estabilite tèmik jiska 80°C. Apre sa, pwa kristal la diminye de 35% lè tanperati a ogmante a 200°C. Pèt pwa kristal yo se akòz pwosesis dekonpozisyon an, ki enplike pèt 5 molekil dlo pou fòme NiSO4 H2O. Lè tanperati a ogmante a 300–400°C, pwa kristal yo diminye ankò. Pèt pwa kristal yo te anviwon 6.5%, alòske pèt pwa echantiyon kristal NSH-20 la te yon ti kras pi wo, egzakteman 6.65%. Dekonpozisyon iyon NH4+ yo an gaz NH3 nan echantiyon NSH-20 la te lakòz yon rediksyon yon ti kras pi wo. Lè tanperati a te ogmante soti nan 300 a 400°C, pwa kristal yo te diminye, sa ki te lakòz tout kristal yo te gen estrikti NiSO4 la. Ogmante tanperati a soti nan 700°C a 800°C te lakòz estrikti kristal la transfòme an NiO, sa ki te lakòz liberasyon gaz SO2 ak O2.25,26
Yo te detèmine pite kristal ekzaidrat silfat nikèl yo lè yo te evalye konsantrasyon NH4+ la avèk yon enstriman DC-Arc ICP-MS. Yo te detèmine pite kristal silfat nikèl yo avèk fòmil (5).
Kote Ma se mas enpurte ki nan kristal la (mg), Mo se mas kristal la (mg), Ca se konsantrasyon enpurte ki nan solisyon an (mg/l), V se volim solisyon an (l).
Figi 11 montre pite kristal ekzaidrat silfat nikèl yo. Valè pite a se valè mwayèn 3 karakteristik. Rezilta yo montre ke rapò simen an ak konsantrasyon enpurte a afekte dirèkteman pite kristal silfat nikèl ki fòme yo. Plis konsantrasyon enpurte a wo, se plis absòpsyon enpurte yo ogmante, sa ki lakòz yon pite kristal ki fòme yo pi ba. Sepandan, modèl absòpsyon enpurte yo ka chanje selon konsantrasyon enpurte a, epi graf rezilta a montre ke absòpsyon jeneral enpurte pa kristal yo pa chanje anpil. Anplis de sa, rezilta sa yo montre tou ke yon rapò simen ki pi wo ka amelyore pite kristal yo. Fenomèn sa a posib paske lè pifò nan nwayo kristal ki fòme yo konsantre sou nwayo nikèl yo, pwobabilite pou iyon nikèl yo akimile sou nikèl la pi wo. 27
Etid la te montre ke iyon amonyòm (NH4+) afekte anpil pwosesis kristalizasyon an ak pwopriyete cristalline kristal egzaidrat silfat nikèl yo, epi li te revele tou enfliyans rapò grenn yo sou pwosesis kristalizasyon an.
Nan konsantrasyon amonyòm ki pi wo pase 2.5 g/l, sede kristal la ak vitès kwasans kristal la diminye. Nan konsantrasyon amonyòm ki pi wo pase 2.5 g/l, sede kristal la ak vitès kwasans kristal la ogmante.
Lè yo ajoute enpurte nan solisyon nikèl la, sa ogmante konpetisyon ant iyon NH4+ ak [Ni(6H2O)]2− pou SO42−, sa ki lakòz yon ogmantasyon nan enèji aktivasyon an. Diminisyon nan enèji aktivasyon an apre yo fin ajoute gwo konsantrasyon enpurte yo se akòz antre iyon NH4+ yo nan estrikti kristal la, kidonk fòme sèl doub (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O a.
Sèvi ak yon rapò simen ki pi wo ka amelyore sede kristal la, to kwasans kristal la ak pite kristal egzaidrat silfat nikèl la.
Demirel, HS, et al. Kristalizasyon antisolvan nan idrat nikèl silfat klas batri pandan pwosesis laterit. Sept. Purification Technology, 286, 120473. https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2022.120473 (2022).
Saguntala, P. ak Yasota, P. Aplikasyon optik kristal nikèl silfat nan tanperati ki wo: Etid karakterizasyon ak asid amine ajoute kòm dopan. Mater. Today Proc. 9, 669–673. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2018.10.391 (2019).
Babaahmadi, V., et al. Elektwodepozisyon modèl nikèl sou sifas twal ak enprime medyatè pa poliòl sou oksid grafèn redwi. Journal of Physical and Chemical Engineering of Colloidal Surfaces 703, 135203. https://doi.org/10.1016/J.COLSURFA.2024.135203 (2024).
Fraser, J., Anderson, J., Lazuen, J., et al. “Demann nan lavni ak sekirite ekipman nikèl pou pil machin elektrik.” Biwo Piblikasyon Inyon Ewopeyen an; (2021). https://doi.org/10.2760/212807
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. ak Louhi-Kultanen, M. Pirifikasyon silfat nikèl pa kristalizasyon an pakèt avèk refwadisman. Chemical Engineering Technology 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/CEAT.201800695 (2019).
Ma, Y. et al. Aplikasyon metòd presipitasyon ak kristalizasyon nan pwodiksyon sèl metal pou materyèl batri ityòm-ion: yon revizyon. Metals. 10(12), 1-16. https://doi.org/10.3390/MET10121609 (2020).
Masalov, VM, et al. Kwasans kristal sèl nikèl silfat egzaidrat (α-NiSO4.6H2O) anba kondisyon gradyan tanperati eta fiks. Kristalografi. 60(6), 963–969. https://doi.org/10.1134/S1063774515060206 (2015).
Choudhury, RR et al. Kristal egzaidrat α-Nikèl silfat: Relasyon ant kondisyon kwasans, estrikti kristal, ak pwopriyete. JApCr. 52, 1371–1377. https://doi.org/10.1107/S1600576719013797FILE (2019).
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. ak Louhi-Kultanen, M. Pirifikasyon silfat nikèl pa kristalizasyon refwadi an pakèt. Chemical Engineering Technology 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/ceat.201800695 (2019).