Salamat sa pagbisita sa nature.com. An bersyon kan browser na saimong ginagamit igwa nin limitadong suporta sa CSS. Para sa pinakamarahay na eksperyensya, irinerekomendar niamo na gamiton mo an pinakabagong bersyon kan browser (o i-off an compatibility mode sa Internet Explorer). Dugang pa, tanganing maseguro an padagos na suporta, an site na ini dai maglalaog nin mga estilo o JavaScript.
An pag-aadal na ini nag-iimbestigar kan mga epekto kan NH4+ na mga impurities asin seed ratio sa mekanismo nin pagtalubo asin performance kan nickel sulfate hexahydrate sa irarom kan discontinuous cooling crystallization, asin pig-eeksamin an mga epekto kan NH4+ na mga impurities sa mekanismo nin pagtalubo, mga thermal properties, asin mga functional groups kan nickel sulfate hexahydrate hexahydrate. Sa hababang konsentrasyon nin impurity, an mga ion na Ni2+ asin NH4+ nakikipagkumpetensya sa SO42− para sa pagbugkos, na nagreresulta sa pagbaba kan ani kan kristal asin an rikas nin pagtalubo asin paglangkaw kan enerhiya nin pag-aktibo kan kristalisasyon. Sa halangkaw na konsentrasyon nin impurity, an mga ion na NH4+ piglalaog sa estruktura kan kristal tanganing makabilog nin sarong komplikadong asin (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. An pagporma kan komplikadong asin nagbubunga nin mas halangkaw na ani nin kristal asin rikas nin pagtalubo asin mas dikit na enerhiya nin pag-aktibo nin kristalisasyon. An presensya kan parehong halangkaw asin hababang konsentrasyon kan ion NH4+ nagigin dahelan nin pagbiribid kan lattice, asin an mga kristal marigon sa init sa temperatura na sagkod sa 80 °C. Dugang pa, an impluwensya kan mga ati kan NH4+ sa mekanismo nin pagtalubo kan kristal mas dakula kisa sa ratio kan banhi. Kun an konsentrasyon nin ati hababa, an ati madaling ikabit sa kristal; kun an konsentrasyon halangkaw, an impuridad madaling ibugtak sa kristal. An ratio kan banhi puedeng makadagdag nin dakula sa ani kan kristal asin makakatabang nin kadikit sa kadalisayan kan kristal.
An Nickel sulfate hexahydrate (NiSO4 6H2O) sarong kritikal na materyales ngonyan na ginagamit sa manlaen-laen na industriya, kabali an paggibo nin baterya, electroplating, mga katalista, asin dawa sa paggibo nin kakanon, lana, asin pahamot. 1,2,3 An importansya kaini nagdadakula sa marikas na pag'uswag kan mga de-koryenteng lunadan, na nagsasarig na gayo sa mga bateryang lithium-ion (LiB) na nakabase sa nikel. An paggamit nin mga halangkaw an nikel na mga alloy arog kan NCM 811 piglalaoman na mangingibabaw sa 2030, na orog pang magpapalangkaw kan pangangaipo para sa nickel sulfate hexahydrate. Alagad, huli sa mga limitasyon sa rekurso, an produksyon tibaad dai makadungan sa nagdadakulang pangangaipo, na naggigibo nin siwang sa pag-ultanan kan suplay asin pangangaipo. An kakulangan na ini nagtao nin mga kahaditan manungod sa pagkakaigwa nin rekurso asin estabilidad kan presyo, na nagpapahiling kan pangangaipo para sa episyente na produksyon nin halangkaw an kadalisayan, marigon na grado nin baterya na nickel sulfate. 1,4
An produksyon kan nickel sulfate hexahydrate sa pangkagabsan nakakamit sa paagi nin kristalisasyon. Sa manlaen-laen na paagi, an paagi nin pagpabugnaw sarong paagi na lakop na ginagamit, na igwa nin mga bentaha nin hababang pagkonsumo nin enerhiya asin an kakayahan na makaprodusir nin mga materyales na halangkaw an kadalisayan. 5,6 An pagsiyasat sa kristalisasyon kan nickel sulfate hexahydrate gamit an discontinuous cooling crystallization nagkaigwa nin dakulang pag-uswag. Sa presente, an kadaklan na pagsiyasat nakasentro sa pagpapauswag kan proseso nin pagkristal sa paagi nin pag-optimize kan mga parametro arog kan temperatura, rikas nin paglipot, kadakulaan kan banhi asin pH. 7,8,9 An katuyuhan iyo na dagdagan an ani nin kristal asin kadalisayan kan mga nakuang kristal. Alagad, sa ibong kan komprehensibong pag-aadal kan mga parametro na ini, igwa pa man giraray nin dakulang siwang sa atensyon na itinatao sa impluwensya kan mga ati, orog na an ammonium (NH4+), sa mga resulta kan kristalisasyon.
An mga ati sa ammonium posibleng yaon sa solusyon nin nikel na ginagamit para sa kristalisasyon nin nikel huli sa presensya nin mga ati sa ammonium sa proseso nin pagkua. An ammonia parateng ginagamit bilang sarong saponifying agent, na nagwawalat nin mga bakas nin NH4+ sa solusyon nin nikel. 10,11,12 Sa ibong kan pagkalakop kan mga ati nin ammonium, an saindang mga epekto sa mga propyedad kan kristal arog kan estruktura kan kristal, mekanismo nin pagtalubo, mga propyedad nin init, kadalisayan, asin iba pa nagdadanay na dai gayong nasasabotan. An limitadong pagsiyasat sa saindang mga epekto importante huli ta an mga ati pwedeng makaulang o makabago kan pagtalubo kan kristal asin, sa nagkapirang kaso, magserbing mga inhibitor, na nakakaapektar sa transisyon sa pag-ultanan kan metastable asin stable na mga pormang kristal. 13,14 An pagsabot sa mga epektong ini kun siring kritikal gikan sa sarong industriyal na pananaw huli ta an mga ati puedeng makakompromiso sa kalidad kan produkto.
Base sa sarong partikular na hapot, an pag-aadal na ini nagtutumong na mag-imbestigar kan epekto kan mga ati nin ammonium sa mga propyedad kan mga kristal nin nikel. Sa paagi nin pagsabot kan epekto kan mga ati, an mga bagong paagi puedeng gibohon tanganing makontrol asin maibanan an saindang negatibong mga epekto. An pag-aadal na ini nag-imbestigar man kan korelasyon sa pag-ultanan kan konsentrasyon nin impurity asin mga pagbabago sa ratio kan banhi. Nin huli ta an banhi lakop na ginagamit sa proseso nin produksyon, an mga parametro kan banhi ginamit sa pag-aadal na ini, asin mahalagang marhay na masabutan an relasyon kan duwang bagay na ini. 15 An mga epekto kan duwang parametro na ini ginamit sa pag-adal kan ani kan kristal, mekanismo nin pagtalubo kan kristal, estruktura kan kristal, morpolohiya, asin kadalisayan. Dugang pa, an kinetikong gawi, mga thermal properties, asin mga functional groups kan mga kristal sa irarom kan impluwensya kan mga impurities kan NH4+ sana orog pang pig-imbestigaran.
An mga materyales na ginamit sa pag-aadal na ini iyo an nickel sulfate hexahydrate (NiSO 6H2O, ≥ 99.8%) na itinao kan GEM; ammonium sulfate ((NH)SO, ≥ 99%) na binakal sa Tianjin Huasheng Co., Ltd.; distilado na tubig. An kristal na pisog na ginamit iyo an NiSO 6H2O, na rinaot asin sinalak tanganing magkaigwa nin unipormeng sukol nin partikulo na 0.154 mm. An mga karakteristiko kan NiSO 6H2O ipinapahiling sa Table 1 asin Figure 1.
An epekto kan NH4+ impurities asin seed ratio sa kristalisasyon kan nickel sulfate hexahydrate pig-imbestigaran gamit an intermittent cooling. An gabos na eksperimento ginibo sa enot na temperatura na 25 °C. 25 °C an pinili bilang temperatura nin kristalisasyon na pigkokonsiderar an mga limitasyon kan pagkontrol kan temperatura sa panahon nin pagsara. An kristalisasyon pwedeng ma-induce sa paagi nin biglang pagbabago kan temperatura sa panahon kan pagsala kan mainit na mga solusyon gamit an sarong low-temperature Buchner funnel. An prosesong ini puedeng makaapektar na gayo sa mga kinetiko, pag-ako nin impuridad, asin manlaen-laen na mga propyedad kan kristal.
An solusyon nin nikel enot na pigpreparar sa paagi nin pagtunaw kan 224 g NiSO4 6H2O sa 200 ml na distilled water. An piniling konsentrasyon katumbas kan sarong supersaturation (S) = 1.109. An supersaturation nadeterminaran sa paagi nin pagkumpara kan solubility kan mga dissolved nickel sulfate crystals sa solubility kan nickel sulfate hexahydrate sa 25 °C. An mas hababang supersaturation pinili tanganing maibitaran an spontaneous crystallization kun an temperatura ibinaba sa enot.
An epekto kan konsentrasyon kan ion kan NH4+ sa proseso nin kristalisasyon pinag-adalan sa paagi nin pagdagdag nin (NH4)2SO4 sa sarong solusyon nin nikel. An mga konsentrasyon kan NH4+ ion na ginamit sa pag-aadal na ini iyo an 0, 1.25, 2.5, 3.75, asin 5 g/L. An solusyon pinainit sa 60 °C sa laog nin 30 min mantang pigpapakulo sa 300 rpm tanganing maseguro an unipormeng paghalo. An solusyon dangan pinalipot sa gustong temperatura kan reaksyon. Kan an temperatura uminabot sa 25 °C, an manlaen-laen na kantidad nin mga kristal nin banhi (mga ratio nin banhi na 0.5%, 1%, 1.5%, asin 2%) idinagdag sa solusyon. An ratio kan banhi nadeterminaran sa paagi nin pagkumpara kan gabat kan banhi sa gabat kan NiSO4 6H2O sa solusyon.
Pagkatapos na idagdag an mga kristal kan banhi sa solusyon, an proseso nin pagkristal nangyari nin natural. An proseso nin pagkristal naglawig nin 30 minutos. An solusyon sinala gamit an filter press tanganing orog pang maiseparar an mga natipon na kristal sa solusyon. Sa proseso nin pagsara, an mga kristal regular na hinuhugasan nin ethanol tanganing maibanan an posibilidad nin pag-rekristal asin maibanan an pagdikit kan mga ati sa solusyon sa ibabaw kan mga kristal. An etanol an pinili tanganing hugasan an mga kristal huli ta an mga kristal dai natutunaw sa etanol. An mga sinala na kristal ibinugtak sa sarong laboratoryo na incubator sa 50 °C. An detalyadong mga eksperimentong parametro na ginamit sa pag-aadal na ini ipinapahiling sa Table 2.
An estruktura kan kristal nadeterminaran gamit an sarong instrumentong XRD (SmartLab SE—HyPix-400) asin an presensya kan mga compound na NH4+ nadetektar. An SEM characterization (Apreo 2 HiVac) ginibo tanganing analisaron an morpolohiya kan kristal. An mga thermal properties kan mga kristal nadeterminaran gamit an sarong instrumentong TGA (TG-209-F1 Libra). An mga grupong functional pig-analisar sa paagi kan FTIR (JASCO-FT/IR-4X). An kadalisayan kan sample nadeterminaran gamit an sarong instrumentong ICP-MS (Prodigy DC Arc). An sample pigpreparar sa paagi nin pagtunaw nin 0.5 g nin mga kristal sa 100 mL nin distilled water. An ani nin kristalisasyon (x) kinarkulo sa paagi nin pagbanga kan masa kan output crystal sa masa kan input crystal susog sa pormula (1).
kun saen an x ​​iyo an ani kan kristal, na nagbabago poon 0 sagkod 1, an mout iyo an gabat kan mga output crystals (g), an min iyo an gabat kan mga input crystals (g), an msol iyo an gabat kan mga kristal sa solusyon, asin an mseed iyo an gabat kan mga seed crystals.
An ani kan kristalisasyon orog pang pig-imbestigar tanganing madeterminaran an mga kinetiko kan pagdakula kan kristal asin matantya an halaga kan enerhiya nin aktibasyon. An pag-aadal na ini ginibo na may seeding ratio na 2% asin parehong eksperimentong prosedimiento arog kan dati. An mga parametro kan isothermal crystallization kinetics nadeterminaran sa paagi nin pag-ebalwar kan ani kan kristal sa manlaen-laen na oras nin kristalisasyon (10, 20, 30, asin 40 min) asin enot na temperatura (25, 30, 35, asin 40 °C). An mga piniling konsentrasyon sa enot na temperatura katumbas kan mga halaga nin supersaturation (S) na 1.109, 1.052, 1, asin 0.953, sunod-sunod. An halaga nin supersaturation nadeterminaran sa paagi nin pagkumpara kan solubility kan mga dissolved nickel sulfate crystals sa solubility kan nickel sulfate hexahydrate sa enot na temperatura. Sa pag-aadal na ini, an pagkatunaw kan NiSO4 6H2O sa 200 mL nin tubig sa manlaen-laen na temperatura na mayong mga ati ipinapahiling sa Figure 2.
An Johnson-Mail-Avrami (JMA theory) ginagamit sa pag-analisar kan gawi-gawi nin isothermal crystallization. An teorya kan JMA pinili huli ta an proseso nin pagkristal dai nangyayari sagkod na an mga kristal nin banhi dai idinadagdag sa solusyon. An teorya kan JMA ilinaladawan sa minasunod:
Kun saen an x(t) nagrerepresentar kan transisyon sa oras t, an k nagrerepresentar kan transition rate constant, an t nagrerepresentar kan oras nin transisyon, asin an n nagrerepresentar kan Avrami index. An pormula 3 kinua sa pormula (2). An enerhiya nin pag-aktibo kan kristalisasyon nadedeterminaran gamit an ekwasyon ni Arrhenius:
Kun saen an kg iyo an reaction rate constant, an k0 sarong constant, an Eg iyo an enerhiya nin aktibasyon kan pagtalubo kan kristal, an R iyo an molar gas constant (R=8.314 J/mol K), asin an T iyo an isothermal crystallization temperature (K).
An Pigura 3a nagpapahiling na an seeding ratio asin an konsentrasyon kan dopant igwa nin epekto sa ani kan mga kristal na nikel. Kan an konsentrasyon kan dopant sa solusyon naglangkaw sa 2.5 g/L, an ani kan kristal nagbaba poon 7.77% sagkod 6.48% (seed ratio na 0.5%) asin poon 10.89% sagkod 10.32% (seed ratio na 2%). An dugang pang paglangkaw kan konsentrasyon kan dopant nagdara sa katumbas na paglangkaw kan ani kan kristal. An pinakahalangkaw na ani nakaabot sa 17.98% kun an ratio kan pagsabwag 2% asin an konsentrasyon kan dopant 5 g/L. An mga pagbabago sa pattern kan ani kan kristal sa paglangkaw kan konsentrasyon kan dopant pwedeng may relasyon sa mga pagbabago sa mekanismo kan pagtalubo kan kristal. Kun an konsentrasyon kan dopant hababa, an mga ion na Ni2+ asin NH4+ nakikipagkumpetensya para sa pagbugkos sa SO42−, na nagdadara sa paglangkaw kan pagkatunaw kan nikel sa solusyon asin pagbaba kan ani kan kristal. 14 Kun an konsentrasyon nin impurity halangkaw, an proseso nin kompetisyon nangyayari pa man giraray, alagad an nagkapirang NH4+ ions nagkokoordinar sa mga ion nin nickel asin sulfate tanganing makabilog nin dobleng asin nin nickel ammonium sulfate. 16 An pagporma nin dobleng asin nagdadara sa pagbaba kan pagkatunaw kan solute, na sa siring nagdadakula an ani nin kristal. An pagdagdag kan ratio nin pagtanom puedeng padagos na mapakarhay an ani nin kristal. An mga banhi pwedeng magpoon kan proseso nin nukleasyon asin kusang pagtalubo kan kristal sa paagi nin pagtao nin enot na lugar sa ibabaw para sa mga ion na solute tanganing mag-organisar asin magbilog nin mga kristal. Mantang nagdadakula an seeding ratio, an enot na lugar kan ibabaw para sa mga ion na mag-organisar nagdadakula, kaya mas dakol na kristal an pwedeng maporma. Kaya, an paglangkaw kan ratio nin pagtanom igwa nin direktang epekto sa pagdakula kan kristal asin sa ani kan kristal. 17
Mga parametro kan NiSO4 6H2O: (a) ani nin kristal asin (b) pH kan solusyon nin nikel bago asin pagkatapos kan inokulasyon.
Ipinapahiling kan Pigura 3b na an ratio kan banhi asin konsentrasyon kan dopant nakakaapektar sa pH kan solusyon nin nikel bago asin pagkatapos kan pagdagdag nin banhi. An katuyuhan kan pag-monitor kan pH kan solusyon iyo na masabutan an mga pagbabago sa kemikal na pagkatimbang sa solusyon. Bago idagdag an mga kristal nin banhi, an pH kan solusyon may tendensiyang magbaba huli sa presensya kan mga ion na NH4+ na nagpapaluwas nin mga proton na H+. An paglangkaw kan konsentrasyon kan dopant nagbubunga nin mas dakol na H+ proton na napapaluwas, kaya nagbaba an pH kan solusyon. Pagkatapos na idagdag an mga kristal kan banhi, an pH kan gabos na solusyon nagdadakula. An uso kan pH positibong may koneksyon sa uso kan ani kan kristal. An pinakahababang halaga kan pH nakua sa konsentrasyon kan dopant na 2.5 g/L asin sarong ratio nin banhi na 0.5%. Mantang an konsentrasyon kan dopant nagdadakula sagkod sa 5 g/L, an pH kan solusyon nagdadakula. An pangyayaring ini masasabotan nanggad, nin huli ta an pagkakaigwa nin mga ion nin NH4+ sa solusyon nagbabawas huli sa pagsupsop, o huli sa paglaog, o huli sa pagsupsop asin paglaog kan mga ion nin NH4+ kan mga kristal.
An mga eksperimento asin pag-analisar sa pag-ani nin kristal orog pang ginibo tanganing madeterminaran an kinetikong gawi-gawi kan pagtalubo kan kristal asin makalkulo an enerhiya nin pag-aktibo kan pagtalubo kan kristal. An mga parametro kan isothermal crystallization kinetics ipinaliwanag sa seksyon na Mga Paagi. An Pigura 4 nagpapahiling kan Johnson-Mehl-Avrami (JMA) plot na nagpapahiling kan kinetikong gawi-gawi kan pagdakula kan kristal nin nickel sulfate. An plot ginibo sa paagi nin pag-plot kan ln[− ln(1− x(t))] na halaga laban sa ln t na halaga (Ekwasyon 3). An mga halaga kan gradient na nakua sa plot katumbas kan mga halaga kan JMA index (n) na nagpapahiling kan mga dimensyon kan nagdadakulang kristal asin an mekanismo nin pagtalubo. Mantang an cutoff value nagpapahiling kan growth rate na pigrerepresentar kan constant ln k. An mga halaga kan JMA index (n) minapoon sa 0.35 sagkod 0.75. An n na halaga na ini nagpapahiling na an mga kristal igwa nin sarong-dimensyon na pagtalubo asin nagsusunod sa sarong mekanismo nin pagtalubo na kontrolado nin paglakop; 0 < n < 1 nagpapahiling nin sarong-dimensyon na pagtalubo, mantang an n < 1 nagpapahiling nin sarong mekanismo nin pagtalubo na kontrolado nin paglakop. 18 An pagdakula kan konstanteng k nagbaba sa paglangkaw kan temperatura, na nagpapahiling na an proseso nin kristalisasyon nangyayari nin mas marikas sa mas hababang temperatura. Ini konektado sa paglangkaw kan supersaturation kan solusyon sa mas hababang temperatura.
Johnson-Mehl-Avrami (JMA) na mga plot kan nickel sulfate hexahydrate sa manlaen-laen na temperatura nin kristalisasyon: (a) 25 °C, (b) 30 °C, (c) 35 °C asin (d) 40 °C.
An pagdagdag nin mga dopant nagpahiling nin parehong pattern nin growth rate sa gabos na temperatura. Kun an konsentrasyon kan dopant 2.5 g/L, an pagdakula kan kristal nagbaba, asin kun an konsentrasyon kan dopant mas halangkaw sa 2.5 g/L, an pagdakula kan kristal naglangkaw. Siring sa nasambit na, an pagbabago sa pattern kan pagdakula kan kristal huli sa pagbabago sa mekanismo kan interaksiyon kan mga ion sa solusyon. Kun an konsentrasyon kan dopant hababa, an proseso nin kompetisyon sa pag-ultanan kan mga ion sa solusyon nagpapalangkaw kan pagkatunaw kan solute, kaya nagbaba an rikas kan pagtalubo kan kristal. 14 Dugang pa, an pagdagdag nin halangkaw na konsentrasyon nin mga dopant nagigin dahelan kan proseso nin pagtalubo na magbago nin dakula. Kun an konsentrasyon kan dopant minalampas sa 3.75 g/L, an dagdag na mga bagong nukleyo nin kristal napoporma, na nagdadara sa pagbaba kan pagkatunaw kan solute, na sa siring nagdadakula an rikas nin pagtalubo kan kristal. An pagporma nin mga bagong nukleo nin kristal maipapahiling sa paagi kan pagporma kan dobleng asin (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. 16 Kun pinag-oolayan an mekanismo nin pagtalubo kan kristal, an mga resulta kan X-ray diffraction nagpapatunay kan pagporma nin dobleng asin.
An JMA plot function orog pang pig-ebalwar tanganing madeterminaran an enerhiya nin aktibasyon kan kristalisasyon. An enerhiya nin aktibasyon kinarkulo gamit an ekwasyon ni Arrhenius (na ipinapahiling sa Ekwasyon (4)). An Pigura 5a nagpapahiling kan relasyon sa pag-ultanan kan ln(kg) na halaga asin kan 1/T na halaga. Dangan, an enerhiya nin pag-aktibo kinarkulo gamit an halaga kan gradient na nakua sa plot. An Pigura 5b nagpapahiling kan mga halaga nin enerhiya nin aktibasyon kan kristalisasyon sa irarom nin manlaen-laen na konsentrasyon nin impuridad. An mga resulta nagpapahiling na an mga pagbabago sa konsentrasyon kan impurity nakakaapektar sa enerhiya nin pag-aktibo. An enerhiya nin pag-aktibo kan kristalisasyon kan mga kristal nin nikel sulfate na mayong mga ati iyo an 215.79 kJ/mol. Kun an konsentrasyon nin impurity minaabot sa 2.5 g/L, an enerhiya nin pag-aktibo nagdadakula nin 3.99% sagkod 224.42 kJ/mol. An paglangkaw kan enerhiya nin aktibasyon nagpapahiling na an enerhiyang harang kan proseso nin kristalisasyon nagdadakula, na magbubunga nin pagbaba kan rikas nin pagtalubo kan kristal asin ani kan kristal. Kun an konsentrasyon nin impurity sobra sa 2.5 g/L, an enerhiya nin pag-aktibo kan kristalisasyon nagbaba nin dakula. Sa konsentrasyon nin impurity na 5 g/l, an enerhiya nin aktibasyon 205.85 kJ/mol, na 8.27% na mas hababa kisa sa enerhiya nin aktibasyon sa konsentrasyon nin impurity na 2.5 g/l. An pagbaba kan enerhiya nin aktibasyon nagpapahiling na an proseso nin pagkristal napadali, na nagdadara sa paglangkaw kan rikas nin pagtalubo kan kristal asin ani kan kristal.
(a) Pag-fit kan plot kan ln(kg) kumpara sa 1/T asin (b) enerhiya nin aktibasyon Halimbawa kan kristalisasyon sa manlaen-laen na konsentrasyon nin impurity.
An mekanismo kan pagtalubo kan kristal pinag-adalan sa paagi nin XRD asin FTIR spectroscopy, asin an mga kinetika kan pagtalubo kan kristal asin enerhiya nin aktibasyon pinag-analisar. An Pigura 6 nagpapahiling kan mga resulta kan XRD. An datos magkakasundo sa PDF #08–0470, na nagpapahiling na ini α-NiSO4 6H2O (pula na silica). An kristal kabali sa sistemang tetragonal, an grupo nin espasyo iyo an P41212, an mga parametro kan yunit na selula iyo an a = b = 6.782 Å, c = 18.28 Å, α = β = γ = 90°, asin an volume iyo an 840.8 Å3. An mga resultang ini magkakasundo sa mga resultang dati nang ipinublikar ni Manomenova et al. 19 An pag'introdusir kan mga ion na NH4+ nagdadara man sa pagporma kan (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. An datos kabali sa PDF No. 31–0062. An kristal kabali sa sistemang monokliniko, grupo nin espasyo P21/a, an mga parametro kan yunit na selula iyo an a = 9.186 Å, b = 12.468 Å, c = 6.242 Å, α = γ = 90°, β = 106.93°, asin an volume iyo an 6.84 Å33. An mga resultang ini magkakasundo sa nakaaging pag-aadal na ibinareta ni Su et al.20.
Mga pattern nin X-ray diffraction kan mga kristal nin nickel sulfate: (a–b) 0.5%, (c–d) 1%, (e–f) 1.5%, asin (g–h) 2% ratio nin banhi. An toong imahe sarong pinadakulang paghiling kan wala na imahe.
Siring sa ipinapahiling sa mga Pigura 6b, d, f asin h, 2.5 g/L an pinakahalangkaw na limitasyon kan konsentrasyon nin ammonium sa solusyon na dai nagpoporma nin dagdag na asin. Kun an konsentrasyon nin impurity 3.75 asin 5 g/L, an mga ion na NH4+ piglalaog sa estruktura kan kristal tanganing makabilog kan komplikadong asin (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Susog sa datos, an pinakahalangkaw na intensidad kan komplikadong asin nagdadakula mantang an konsentrasyon nin impurity nagdadakula poon 3.75 sagkod 5 g/L, orog na sa 2θ 16.47° asin 17.44°. An paglangkaw kan alitoktok kan komplikadong asin huli sana sa prinsipyo nin kemikal na pagkatimbang. Alagad, an nagkapirang abnormal na mga alitoktok naobserbaran sa 2θ 16.47°, na pwedeng ikaatribwir sa nababanat na depormasyon kan kristal. 21 An mga resulta kan karakterisasyon nagpapahiling man na an mas halangkaw na ratio nin pagtanom nagbubunga nin pagbaba sa pinakahalangkaw na intensidad kan komplikadong asin. An mas halangkaw na ratio nin banhi nagpaparikas kan proseso nin pagkristal, na nagbubunga nin sarong mahalagang pagbaba sa solute. Sa kasong ini, an proseso nin pagtalubo kan kristal nakakonsentrar sa banhi, asin an pagporma nin mga bagong yugto nauulang kan nabawasan na supersaturation kan solusyon. Sa kabaliktaran, kun an ratio kan banhi hababa, an proseso nin pagkristal maluway, asin an supersaturation kan solusyon nagdadanay sa medyo halangkaw na lebel. An sitwasyon na ini nagpapalangkaw kan posibilidad nin nukleasyon kan bakong gayong matunaw na dobleng asin (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. An datos kan pinakahalangkaw na intensidad para sa dobleng asin itinao sa Table 3.
An FTIR characterization ginibo tanganing imbestigaran an anuman na diperensya o mga pagbabago sa estruktura sa host lattice huli sa presensya kan mga NH4+ ions. An mga sampol na may daing pagliwat-liwat na ratio nin pagtanom na 2% pig-karakterisar. An Pigura 7 nagpapahiling kan mga resulta kan karakterisasyon kan FTIR. An mahiwas na mga alitoktok na naobserbaran sa 3444, 3257 asin 1647 cm−1 huli sa O–H na mga paagi nin pag-unat kan mga molekula. An mga alitoktok sa 2370 asin 2078 cm−1 nagrerepresentar kan mga intermolecular hydrogen bond sa pag-ultanan kan mga molekula nin tubig. An banda sa 412 cm−1 pig-aatribwir sa mga pagyugyog nin pag-unat kan Ni–O. Dugang pa, an mga libreng SO4− ions nagpapahiling nin apat na mayor na paagi nin pagyugyog sa 450 (υ2), 630 (υ4), 986 (υ1) asin 1143 asin 1100 cm−1 (υ3). An mga simbolo na υ1-υ4 nagrerepresentar kan mga propyedad kan mga vibrational mode, kun saen an υ1 nagrerepresentar kan non-degenerate mode (symmetric stretching), υ2 nagrerepresentar kan double degenerate mode (symmetric bending), asin an υ3 asin υ4 nagrerepresentar kan triply degenerate modes (asimetriko asin simetriko na pag-unat, sunod-sunod). 22,23,24 An mga resulta kan karakterisasyon nagpapahiling na an presensya nin mga ati sa ammonium nagtatao nin dagdag na peak sa wavenumber na 1143 cm-1 (na minarkahan nin pulang bilog sa pigura). An dagdag na peak sa 1143 cm-1 nagpapahiling na an presensya kan mga NH4+ ions, ano man an konsentrasyon, nagigin dahelan nin distorsyon kan estruktura kan lattice, na nagbubunga nin pagbabago sa frekuensya nin pagyugyog kan mga molekula nin sulfate ion sa laog kan kristal.
Base sa mga resulta kan XRD asin FTIR na may relasyon sa kinetikong gawi kan pagtalubo kan kristal asin enerhiya nin aktibasyon, an Pigura 8 nagpapahiling kan eskematiko kan proseso nin pagkristal kan nickel sulfate hexahydrate na may pagdagdag nin mga ati na NH4+. Sa kawaran nin mga ati, an mga ion na Ni2+ mareak sa H2O tanganing makabilog nin nickel hydrate [Ni(6H2O)]2−. Dangan, an nickel hydrate kusang nakikisumaro sa mga SO42− ions tanganing makabilog nin Ni(SO4)2 6H2O nuclei asin nagdadakula pasiring sa mga kristal nin nickel sulfate hexahydrate. Kun an mas hababang konsentrasyon nin mga ati nin ammonium (2.5 g/L o mas hababa) idinadagdag sa solusyon, an [Ni(6H2O)]2− dipisil na lubos na isalak sa mga ion na SO42− huli ta an [Ni(6H2O)]2− asin NH4+ na mga ion nagkokompetensya para sa kombinasyon sa mga ion na SO42−, dawa ngani igwa pa nin igong mga ion na sulfate tanganing magreact sa parehong mga ion. An sitwasyon na ini nagdadara sa paglangkaw kan enerhiya nin pag-aktibo kan kristalisasyon asin pagluway kan pagtalubo kan kristal. 14,25 Pagkatapos na an nickel sulfate hexahydrate nuclei naporma asin nagdakula sa mga kristal, an dakol na NH4+ asin (NH4)2SO4 na mga ion nasusupsop sa ibabaw kan kristal. Ini an nagpapaliwanag kun tano ta an functional group kan SO4− ion (wavenumber 1143 cm−1) sa NSH-8 asin NSH-12 na mga sample nagdadanay na nabuo na mayong proseso nin doping. Kun an konsentrasyon nin impuridad halangkaw, an mga ion na NH4+ nagpopoon na mailaog sa estruktura kan kristal, na nagpoporma nin dobleng asin. 16 An pangyayaring ini nangyayari huli sa kakulangan nin mga ion na SO42− sa solusyon, asin an mga ion na SO42− mas marikas na nagbubugkos sa mga hydrate nin nikel kisa sa mga ion nin ammonium. An mekanismong ini nagpapauswag kan nukleasyon asin pagtalubo kan dobleng asin. Sa proseso nin pag-alloy, an Ni(SO4)2 6H2O asin (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O nuclei sabay na napoporma, na nagdadara sa paglangkaw kan bilang kan mga nuclei na nakukua. An paglangkaw kan bilang kan mga nuclei nagpapauswag kan pagparikas kan pagtalubo kan kristal asin pagbaba kan enerhiya nin pag-aktibo.
An kemikal na reaksyon kan pagtunaw kan nickel sulfate hexahydrate sa tubig, pagdagdag nin dikit asin dakulang kantidad nin ammonium sulfate, dangan paggibo kan proseso nin kristalisasyon pwedeng ipahayag sa minasunod:
An mga resulta kan karakterisasyon kan SEM ipinapahiling sa Figure 9. An mga resulta kan karakterisasyon nagpapahiling na an kantidad kan asin na ammonium na idinagdag asin an ratio kan pagsabwag dai gayong nakakaapektar sa porma kan kristal. An kadakulaan kan mga kristal na nabuo nagdadanay na medyo daing pagbabago, dawa ngani an mas darakulang kristal minalataw sa nagkapirang punto. Alagad, kaipuhan pa an dugang na paglaladawan tanganing madeterminaran an epekto kan konsentrasyon kan asin nin ammonium asin an ratio kan pagtanom sa average na kadakulaan kan mga kristal na nabuo.
An morpolohiya kan kristal kan NiSO4 6H2O: (a–e) 0.5%, (f–j) 1%, (h–o) 1.5% asin (p–u) 2% na ratio kan banhi na nagpapahiling kan pagbabago kan konsentrasyon kan NH4+ poon sa itaas pasiring sa ibaba, na 0, 1.25, 2.5, 3.75, asin 5.5/L, sunod-sunod.
An Pigura 10a nagpapahiling kan mga kurba kan TGA kan mga kristal na may manlaen-laen na konsentrasyon nin impurity. An pag-analisar kan TGA ginibo sa mga sample na may seeding ratio na 2%. An XRD analysis ginibo man sa NSH-20 sample tanganing madeterminaran an mga nabuo na compound. An mga resulta kan XRD na ipinapahiling sa Figure 10b nagkukumpirma kan mga pagbabago sa estruktura kan kristal. An mga pagsukol kan thermogravimetric nagpapahiling na an gabos na pig-synthesize na mga kristal nagpapahiling nin thermal stability sagkod sa 80°C. Dangan, an gabat kan kristal nagbaba nin 35% kan an temperatura naglangkaw sagkod sa 200°C. An pagkawara kan timbang kan mga kristal huli sa proseso nin pagkabulok, na may kalabot na pagkawara kan 5 molekula nin tubig tanganing makabilog nin NiSO4 H2O. Kan an temperatura naglangkaw sa 300–400°C, an gabat kan mga kristal nagbaba giraray. An pagluya kan timbang kan mga kristal mga 6.5%, mantang an pagluya kan timbang kan sampol kan kristal na NSH-20 medyo mas halangkaw, eksaktong 6.65%. An pagkabulok kan NH4+ ions pasiring sa NH3 gas sa NSH-20 sample nagresulta sa mas halangkaw na reducibility. Mantang an temperatura naglangkaw poon 300 sagkod 400°C, an gabat kan mga kristal nagbaba, na nagresulta sa gabos na kristal na igwa nin estrukturang NiSO4. An paglangkaw kan temperatura poon 700°C sagkod 800°C nagin dahelan kan pagbabago kan estruktura kan kristal pasiring sa NiO, na nagin dahelan kan pagluwas kan mga gas na SO2 asin O2.25,26
An kadalisayan kan mga kristal nin nickel sulfate hexahydrate nadeterminaran sa paagi nin pag-assess kan konsentrasyon kan NH4+ gamit an sarong instrumentong DC-Arc ICP-MS. An kadalisayan kan mga kristal nin nikel sulfate nadeterminaran gamit an pormula (5).
Kun saen an Ma iyo an masa kan mga ati sa kristal (mg), an Mo iyo an masa kan kristal (mg), an Ca iyo an konsentrasyon kan mga ati sa solusyon (mg/l), an V iyo an volume kan solusyon (l).
An Pigura 11 nagpapahiling kan kadalisayan kan mga kristal nin nickel sulfate hexahydrate. An halaga nin kadalisayan iyo an average na halaga kan 3 karakteristiko. An mga resulta nagpapahiling na an seeding ratio asin an konsentrasyon nin impurity direktang nakakaapektar sa purity kan mga nabuo na nickel sulfate crystals. Kun mas halangkaw an konsentrasyon nin ati, mas dakula an pagsupsop kan mga ati, na nagreresulta sa mas hababang kadalisayan kan mga nabuo na kristal. Alagad, an pattern nin pagsupsop kan mga ati pwedeng magbago depende sa konsentrasyon kan ati, asin an resultang graph nagpapahiling na an kabilogan na pagsipsip kan mga ati kan mga kristal dai nagbabago nin gayo. Dugang pa, an mga resultang ini nagpapahiling man na an mas halangkaw na ratio nin pagtanom puedeng magpakarhay kan kadalisayan kan mga kristal. An pangyayaring ini posible huli ta kun an kadaklan sa mga nabuo na kristal na nukleo nakakonsentrar sa mga nukleo nin nikel, an posibilidad na an mga ion nin nikel magtipon sa nikel mas halangkaw. 27
An pag-aadal nagpahiling na an mga ion nin ammonium (NH4+) makahulogan na nakakaapektar sa proseso nin pagkristal asin mga karakteristiko nin kristal kan mga kristal nin nickel sulfate hexahydrate, asin nagbuyagyag man kan impluwensya kan ratio kan banhi sa proseso nin pagkristal.
Sa mga konsentrasyon nin ammonium na lampas sa 2.5 g/l, an ani kan kristal asin an pagdakula kan kristal nagbaba. Sa mga konsentrasyon nin ammonium na lampas sa 2.5 g/l, an ani kan kristal asin an pagdakula kan kristal nagdadakula.
An pagdagdag nin mga ati sa solusyon nin nikel nagpapadakula kan kompetisyon sa pag-ultanan kan NH4+ asin [Ni(6H2O)]2− na mga ion para sa SO42−, na nagdadara sa paglangkaw kan enerhiya nin aktibasyon. An pagbaba kan enerhiya nin aktibasyon pagkatapos na magdagdag nin halangkaw na konsentrasyon nin mga ati huli sa paglaog kan mga ion na NH4+ sa estruktura kan kristal, kaya napoporma an dobleng asin (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O.
An paggamit nin mas halangkaw na seeding ratio makakapakarhay kan ani kan kristal, an rikas kan pagtalubo kan kristal asin an kadalisayan kan kristal kan nickel sulfate hexahydrate.
Demirel, HS, asin iba pa. Antisolvent crystallization kan battery-grade nickel sulfate hydrate sa panahon kan pagproseso kan laterite. Sept. Purification Technology, 286, 120473. https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2022.120473 (2022).
Saguntala, P. asin Yasota, P. Mga aplikasyon sa optikal kan mga kristal nin nikel sulfate sa halangkaw na temperatura: Mga pag-aadal sa paglaladawan na may dagdag na mga amino acid bilang mga dopant. Mater. Ngunyan na aldaw Proc. 9, 669–673. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2018.10.391 (2019).
Babaahmadi, V., asin iba pa. Electrodeposition kan mga pattern nin nickel sa mga ibabaw kan tela na may polyol-mediated printing sa nabawasan na graphene oxide. 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., asin iba pa. "An pangangaipo sa maabot na panahon asin seguridad kan suplay nin nikel para sa mga baterya nin de-koryenteng lunadan." Opisina nin mga Publikasyon kan Unyon Europeo; (2021). https://doi.org/10.2760/212807
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. asin Louhi-Kultanen, M. Pagdalisay kan nickel sulfate sa paagi nin batch crystallization na may pagpabugnaw. Chemical Engineering Technology 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/CEAT.201800695 (2019).
Ma, Y. asin iba pa. Aplikasyon kan mga paagi nin pag-uran asin pagkristal sa produksyon nin mga asin na metal para sa mga materyales na lithium-ion na baterya: sarong pagrepaso. Mga metal. 10(12), 1-16. https://doi.org/10.3390/MET10121609 (2020).
Masalov, VM, asin iba pa. Pagtalubo kan nickel sulfate hexahydrate (α-NiSO4.6H2O) na mga solong kristal sa irarom kan mga kondisyon nin gradient nin temperatura na steady-state. Kristalograpiya. 60(6), 963–969. https://doi.org/10.1134/S1063774515060206 (2015).
Choudhury, RR asin iba pa. α-Nickel sulfate hexahydrate crystals: Relasyon sa pag-ultanan kan mga kondisyon nin pagtalubo, estruktura kan kristal, asin mga propyedad. JApCr. 52, 1371–1377. https://doi.org/10.1107/S1600576719013797FILE (2019).
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. asin Louhi-Kultanen, M. Pagdalisay kan nickel sulfate sa paagi nin batch-cooled crystallization. Chemical Engineering Technology 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/ceat.201800695 (2019).