Zikomo poyendera nature.com. Mtundu wa msakatuli womwe mukugwiritsa ntchito uli ndi chithandizo chochepa cha CSS. Kuti mugwiritse ntchito bwino, tikukulimbikitsani kuti mugwiritse ntchito mtundu waposachedwa wa msakatuli (kapena zimitsani mawonekedwe ogwirizana mu Internet Explorer). Kuphatikiza apo, kuti muwonetsetse kuti chithandizocho chikupitilizabe, tsamba lino silikhala ndi masitayelo kapena JavaScript.
Kafukufukuyu akufufuza zotsatira za kuipitsidwa kwa NH4+ ndi chiŵerengero cha mbewu pa njira yokulira ndi magwiridwe antchito a nickel sulfate hexahydrate pansi pa kuzizira kosalekeza, ndikuwunika zotsatira za kuipitsidwa kwa NH4+ pa njira yokulira, mphamvu zotentha, ndi magulu ogwira ntchito a nickel sulfate hexahydrate. Pa kuipitsidwa kochepa, ma ioni a Ni2+ ndi NH4+ amapikisana ndi SO42− kuti amange, zomwe zimapangitsa kuti kuipitsidwa kwa kristalo kuchepe komanso kukula kwake komanso mphamvu yowonjezera yoyambitsa ma crystallization. Pa kuipitsidwa kwakukulu, ma ioni a NH4+ amaphatikizidwa mu kapangidwe ka kristalo kuti apange mchere wovuta (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Kupangidwa kwa mchere wovuta kumapangitsa kuti kuipitsidwa kwa kristalo kuchuluke komanso kukula kwake komanso kuchepa kwa mphamvu yowonjezera ma crystallization. Kupezeka kwa kuipitsidwa kwa NH4+ ion kwakukulu komanso kochepa kumayambitsa kusokonekera kwa lattice, ndipo ma crystals amakhala okhazikika pa kutentha mpaka 80 °C. Kuphatikiza apo, mphamvu ya kuipitsidwa kwa NH4+ pa njira yokulira kwa kristalo ndi yayikulu kuposa ya kuipitsidwa kwa mbewu. Pamene kuipitsidwa kuli kochepa, kuipitsidwa kumakhala kosavuta kumamatira ku kristalo; Pamene kuchuluka kwake kuli kwakukulu, kusayera kumakhala kosavuta kuyika mu kristalo. Chiŵerengero cha mbewu chingawonjezere kwambiri kuchuluka kwa kristalo ndikuwonjezera pang'ono kuyera kwa kristalo.
Nickel sulfate hexahydrate (NiSO4 6H2O) tsopano ndi chinthu chofunikira kwambiri chomwe chimagwiritsidwa ntchito m'mafakitale osiyanasiyana, kuphatikizapo kupanga mabatire, electroplating, catalysts, komanso popanga chakudya, mafuta, ndi zonunkhira. 1,2,3 Kufunika kwake kukukulirakulira ndi chitukuko chachangu cha magalimoto amagetsi, omwe amadalira kwambiri mabatire a lithiamu-ion (LiB) okhala ndi nickel. Kugwiritsa ntchito ma alloys okhala ndi nickel monga NCM 811 kukuyembekezeka kukhala kwakukulu pofika chaka cha 2030, zomwe zikuwonjezera kufunikira kwa nickel sulfate hexahydrate. Komabe, chifukwa cha zovuta za zinthu, kupanga sikungagwirizane ndi kufunikira komwe kukukula, zomwe zimapangitsa kuti pakhale kusiyana pakati pa kupezeka ndi kufunikira. Kusowa kumeneku kwadzetsa nkhawa za kupezeka kwa zinthu komanso kukhazikika kwa mitengo, zomwe zikuwonetsa kufunikira kopanga bwino nickel sulfate yokhala ndi batire yoyera komanso yokhazikika. 1,4
Kupanga nickel sulfate hexahydrate nthawi zambiri kumachitika ndi crystallization. Pakati pa njira zosiyanasiyana, njira yozizira ndi njira yomwe imagwiritsidwa ntchito kwambiri, yomwe ili ndi ubwino wogwiritsa ntchito mphamvu zochepa komanso kuthekera kopanga zinthu zoyera kwambiri. 5,6 Kafukufuku wokhudza crystallization ya nickel sulfate hexahydrate pogwiritsa ntchito crystallization yozizira yosalekeza wapita patsogolo kwambiri. Pakadali pano, kafukufuku wambiri amayang'ana kwambiri pakukonza njira yopangira crystallization pokonza magawo monga kutentha, liwiro lozizira, kukula kwa mbewu ndi pH. 7,8,9 Cholinga ndikuwonjezera zokolola za kristalo ndi chiyero cha makristasi omwe apezeka. Komabe, ngakhale kuti pakhala kafukufuku wokwanira wa magawo awa, pakadalibe kusiyana kwakukulu pakuganizira za mphamvu ya zonyansa, makamaka ammonium (NH4+), pa zotsatira za crystallization.
Zonyansa za ammonium mwina zimapezeka mu yankho la nickel lomwe limagwiritsidwa ntchito popanga makristalo a nickel chifukwa cha kukhalapo kwa zonyansa za ammonium panthawi yochotsa. Ammonium imagwiritsidwa ntchito kwambiri ngati saponifying agent, yomwe imasiya kuchuluka kwa NH4+ mu yankho la nickel. 10,11,12 Ngakhale kuti zonyansa za ammonium zimapezeka paliponse, zotsatira zake pa zinthu za kristalo monga kapangidwe ka kristalo, njira yokulira, zinthu za kutentha, kuyera, ndi zina zotero sizikumveka bwino. Kafukufuku wochepa pa zotsatira zake ndi wofunikira chifukwa zonyansa zimatha kulepheretsa kapena kusintha kukula kwa kristalo ndipo, nthawi zina, zimakhala ngati zoletsa, zomwe zimakhudza kusintha pakati pa mitundu ya kristalo yokhazikika komanso yokhazikika. 13,14 Chifukwa chake, kumvetsetsa zotsatirazi ndikofunikira kwambiri kuchokera kumalingaliro amakampani chifukwa zonyansa zimatha kuwononga ubwino wa chinthu.
Kutengera ndi funso linalake, kafukufukuyu cholinga chake chinali kufufuza momwe zinyalala za ammonium zimakhudzira makhalidwe a makristalo a nickel. Pomvetsetsa momwe zinyalala zimakhudzira, njira zatsopano zitha kupangidwa kuti zithetse ndikuchepetsa zotsatira zake zoyipa. Kafukufukuyu adafufuzanso mgwirizano pakati pa kuchuluka kwa zinyalala ndi kusintha kwa chiŵerengero cha mbewu. Popeza mbewu imagwiritsidwa ntchito kwambiri popanga, magawo a mbewu adagwiritsidwa ntchito mu kafukufukuyu, ndipo ndikofunikira kumvetsetsa ubale womwe ulipo pakati pa zinthu ziwirizi. 15 Zotsatira za magawo awiriwa zidagwiritsidwa ntchito pophunzira kuchuluka kwa kristalo, njira yokulira ya kristalo, kapangidwe ka kristalo, mawonekedwe ake, ndi chiyero. Kuphatikiza apo, khalidwe la kinetic, mawonekedwe a kutentha, ndi magulu ogwira ntchito a makristalo omwe ali pansi pa zinyalala za NH4+ zokha zidafufuzidwa kwambiri.
Zipangizo zomwe zinagwiritsidwa ntchito mu kafukufukuyu zinali nickel sulfate hexahydrate (NiSO 6H2O, ≥ 99.8%) yoperekedwa ndi GEM; ammonium sulfate ((NH)SO, ≥ 99%) yogulidwa ku Tianjin Huasheng Co., Ltd.; madzi osungunuka. Kristalo wa mbewu yomwe inagwiritsidwa ntchito inali NiSO 6H2O, yophwanyidwa ndikusefedwa kuti ipeze tinthu tating'onoting'ono tofanana ta 0.154 mm. Makhalidwe a NiSO 6H2O akuwonetsedwa mu Table 1 ndi Chithunzi 1.
Zotsatira za kuipitsidwa kwa NH4+ ndi chiŵerengero cha mbewu pa kupangika kwa nickel sulfate hexahydrate zinafufuzidwa pogwiritsa ntchito kuziziritsa kwapakati. Mayesero onse anachitika pa kutentha koyambirira kwa 25 °C. 25 °C idasankhidwa ngati kutentha kwa kupangika kwa kristalo poganizira zofooka za kuwongolera kutentha panthawi yosefedwa. Kupangika kwa kristalo kumatha kuchitika chifukwa cha kusinthasintha kwadzidzidzi kwa kutentha panthawi yosefedwa kwa mayankho otentha pogwiritsa ntchito njira yotsika ya Buchner. Njirayi ingakhudze kwambiri kayendedwe ka madzi, kuipitsidwa, ndi mitundu yosiyanasiyana ya makristalo.
Yankho la nickel linakonzedwa koyamba mwa kusungunula 224 g NiSO4 6H2O mu 200 ml ya madzi osungunuka. Kuchuluka komwe kwasankhidwa kumafanana ndi supersaturation (S) = 1.109. Supersaturation idadziwika poyerekeza kusungunuka kwa makristasi a nickel sulfate osungunuka ndi kusungunuka kwa nickel sulfate hexahydrate pa 25 °C. Supersaturation yotsika idasankhidwa kuti ipewe kupangika kwa crystallization mwadzidzidzi kutentha kukatsika kufika pa koyambirira.
Zotsatira za kuchuluka kwa ma ion a NH4+ pa njira yopangira ma crystallization zinafufuzidwa powonjezera (NH4)2SO4 ku yankho la nickel. Kuchuluka kwa ma ion a NH4+ omwe adagwiritsidwa ntchito mu kafukufukuyu kunali 0, 1.25, 2.5, 3.75, ndi 5 g/L. Yankho linatenthedwa pa 60 °C kwa mphindi 30 uku likusunthidwa pa 300 rpm kuti zitsimikizire kusakanikirana kofanana. Kenako yankho linazizidwa kufika kutentha komwe kukufunika. Kutentha kukafika pa 25 °C, kuchuluka kosiyanasiyana kwa ma crystals a mbewu (ma ratio a mbewu a 0.5%, 1%, 1.5%, ndi 2%) kunawonjezedwa ku yankho. Chiŵerengero cha mbewu chinadziwika poyerekeza kulemera kwa mbewu ndi kulemera kwa NiSO4 6H2O mu yankho.
Pambuyo powonjezera makhiristo a mbewu ku yankho, njira yopangira makhiristo inachitika mwachibadwa. Njira yopangira makhiristo inatenga mphindi 30. Yankho linasefedwa pogwiritsa ntchito makina osindikizira zosefera kuti lilekanitse makhiristo osonkhanitsidwa ndi yankho. Panthawi yosefera, makhiristo ankasambitsidwa nthawi zonse ndi ethanol kuti achepetse kuthekera kobwezeretsanso makhiristo ndikuchepetsa kumamatira kwa zonyansa zomwe zili mu yankho pamwamba pa makhiristo. Ethanol idasankhidwa kuti isambitsidwe makhiristo chifukwa makhiristo sasungunuka mu ethanol. Makhiristo osefedwa adayikidwa mu labotale yosungiramo zinthu pa 50 °C. Ma parameter atsatanetsatane oyesera omwe agwiritsidwa ntchito mu kafukufukuyu akuwonetsedwa mu Table 2.
Kapangidwe ka kristalo kanapezeka pogwiritsa ntchito chida cha XRD (SmartLab SE—HyPix-400) ndipo kupezeka kwa mankhwala a NH4+ kunapezeka. Kufotokozera SEM (Apreo 2 HiVac) kunachitidwa kuti kufufuze mawonekedwe a kristalo. Kapangidwe ka kutentha kwa makristalo kanapezeka pogwiritsa ntchito chida cha TGA (TG-209-F1 Libra). Magulu ogwira ntchito anawunikidwa ndi FTIR (JASCO-FT/IR-4X). Kuyera kwa chitsanzo kunapezeka pogwiritsa ntchito chida cha ICP-MS (Prodigy DC Arc). Chitsanzocho chinakonzedwa mwa kusungunula 0.5 g ya makristalo mu 100 mL ya madzi osungunuka. Kuchuluka kwa makristalo (x) kunawerengedwa pogawa kulemera kwa kristalo yotulutsa ndi kulemera kwa kristalo yolowetsa malinga ndi fomula (1).
pomwe x ndi phindu la kristalo, kuyambira 0 mpaka 1, mout ndi kulemera kwa makristalo otuluka (g), min ndi kulemera kwa makristalo olowera (g), msol ndi kulemera kwa makristalo omwe ali mu yankho, ndipo mseed ndi kulemera kwa makristalo a mbewu.
Kuchuluka kwa makristalo kunafufuzidwanso kuti adziwe momwe makristalo amakulira ndikuyerekeza mphamvu yogwirira ntchito. Kafukufukuyu adachitika ndi chiŵerengero cha mbeu cha 2% komanso njira yoyesera yomweyi monga kale. Ma parameter a isothermal crystallization kinetics adadziwika poyesa kuchuluka kwa makristalo nthawi zosiyanasiyana za makristalo (10, 20, 30, ndi 40 min) komanso kutentha koyambirira (25, 30, 35, ndi 40 °C). Kuchuluka komwe kunasankhidwa pa kutentha koyambirira kunagwirizana ndi ma supersaturation (S) a 1.109, 1.052, 1, ndi 0.953, motsatana. Kuchuluka kwa supersaturation kudadziwika poyerekeza kusungunuka kwa makristasi a nickel sulfate osungunuka ndi kusungunuka kwa nickel sulfate hexahydrate pa kutentha koyambirira. Mu kafukufukuyu, kusungunuka kwa NiSO4 6H2O mu 200 mL yamadzi pa kutentha kosiyana popanda zodetsa kukuwonetsedwa mu Chithunzi 2.
Chiphunzitso cha Johnson-Mail-Avrami (chiphunzitso cha JMA) chimagwiritsidwa ntchito pofufuza momwe makristalo amakhalira ndi kutentha kwa thupi. Chiphunzitso cha JMA chimasankhidwa chifukwa njira yopangira makristalo simachitika mpaka makristalo a mbewu awonjezeredwa ku yankho. Chiphunzitso cha JMA chafotokozedwa motere:
Pamene x(t) ikuyimira kusintha kwa nthawi t, k ikuyimira kusintha kwa nthawi, t ikuyimira nthawi yosinthira, ndipo n ikuyimira Avrami index. Fomula 3 imachokera ku fomula (2). Mphamvu yoyambitsa crystallization imatsimikiziridwa pogwiritsa ntchito equation ya Arrhenius:
Pamene kg ndi nthawi yokhazikika ya reaction rate, k0 ndi nthawi yokhazikika, Eg ndi mphamvu yoyambitsa kukula kwa kristalo, R ndi nthawi yokhazikika ya molar gas (R=8.314 J/mol K), ndipo T ndi kutentha kwa isothermal crystallization (K).
Chithunzi 3a chikuwonetsa kuti chiŵerengero cha mbewu ndi kuchuluka kwa dopant zimakhudza kukolola kwa makristaro a nickel. Pamene kuchuluka kwa dopant mu yankho kunakwera kufika pa 2.5 g/L, kukolola kwa kristalo kunachepa kuchoka pa 7.77% kufika pa 6.48% (chiŵerengero cha mbewu cha 0.5%) ndi kuchoka pa 10.89% kufika pa 10.32% (chiŵerengero cha mbewu cha 2%). Kuwonjezeka kwina kwa kuchuluka kwa dopant kunapangitsa kuti kukolola kwa kristalo kukwere mofanana. Kukolola kwakukulu kunafika pa 17.98% pamene chiŵerengero cha mbewu chinali 2% ndipo kuchuluka kwa dopant kunali 5 g/L. Kusintha kwa kapangidwe ka kristalo ndi kuwonjezeka kwa kuchuluka kwa dopant kungakhale kogwirizana ndi kusintha kwa njira yokulira ya kristalo. Pamene kuchuluka kwa dopant kuli kochepa, ma ioni a Ni2+ ndi NH4+ amapikisana kuti amange ndi SO42−, zomwe zimapangitsa kuti nickel isungunuke mu yankho ndikuchepa kwa kukolola kwa kristalo. 14 Pamene kuchuluka kwa kusayera kuli kwakukulu, njira yopikisana imachitikabe, koma ma ion ena a NH4+ amagwirizana ndi ma ion a nickel ndi sulfate kuti apange mchere wawiri wa nickel ammonium sulfate. 16 Kupangidwa kwa mchere wawiri kumabweretsa kuchepa kwa kusungunuka kwa solute, motero kumawonjezera phindu la kristalo. Kuonjezera chiŵerengero cha mbeu kungapangitse kuti phindu la kristalo lipitirire patsogolo. Mbewu zimatha kuyambitsa njira ya nucleation ndi kukula kwa kristalo mwachibadwa popereka malo oyamba a pamwamba kuti ma ion a solute akonzekere ndikupanga ma crystals. Pamene chiŵerengero cha mbeu chikuwonjezeka, malo oyamba a pamwamba kuti ma ion akonzekere akuwonjezeka, kotero ma crystals ambiri amatha kupangidwa. Chifukwa chake, kuwonjezera chiŵerengero cha mbewu kumakhudza mwachindunji kuchuluka kwa kukula kwa kristalo ndi phindu la kristalo. 17
Magawo a NiSO4 6H2O: (a) kuchuluka kwa kristalo ndi (b) pH ya yankho la nickel isanayambe komanso itatha kubayidwa.
Chithunzi 3b chikuwonetsa kuti chiŵerengero cha mbewu ndi kuchuluka kwa dopant zimakhudza pH ya yankho la nickel isanayambe komanso itatha kuwonjezera mbewu. Cholinga chowunikira pH ya yankho ndikumvetsetsa kusintha kwa mgwirizano wa mankhwala mu yankho. Musanawonjezere ma kristalo a mbewu, pH ya yankho imakonda kuchepa chifukwa cha kukhalapo kwa ma ion a NH4+ omwe amatulutsa ma proton a H+. Kuonjezera kuchuluka kwa dopant kumapangitsa kuti ma proton ambiri a H+ atulutsidwe, motero kuchepetsa pH ya yankho. Mukawonjezera ma crystals a mbewu, pH ya mayankho onse imawonjezeka. Kuchuluka kwa pH kumayenderana bwino ndi kuchuluka kwa kristalo. Mtengo wotsika kwambiri wa pH unapezeka pa kuchuluka kwa dopant kwa 2.5 g/L ndi chiŵerengero cha mbewu cha 0.5%. Pamene kuchuluka kwa dopant kumawonjezeka kufika pa 5 g/L, pH ya yankho imawonjezeka. Chochitikachi n'chomveka bwino, popeza kupezeka kwa ma ion a NH4+ mu yankho kumachepa chifukwa cha kuyamwa, kapena chifukwa cha kuphatikizidwa, kapena chifukwa cha kuyamwa ndi kuphatikizidwa kwa ma ion a NH4+ ndi ma crystals.
Kuyesa ndi kusanthula kwa kristalo kunachitidwanso kuti adziwe momwe kristalo imagwirira ntchito komanso kuwerengera mphamvu yogwirira ntchito ya kukula kwa kristalo. Ma parameter a isothermal crystallization kinetics adafotokozedwa mu gawo la Njira. Chithunzi 4 chikuwonetsa Johnson-Mehl-Avrami (JMA) plot yomwe ikuwonetsa momwe kristalo imagwirira ntchito ya nickel sulfate. Plot idapangidwa pojambula mtengo wa ln[− ln(1− x(t))] motsutsana ndi mtengo wa ln t (Equation 3). Ma gradient values ​​​​omwe adapezeka kuchokera ku plot akugwirizana ndi ma JMA index (n) values ​​​​omwe akuwonetsa kukula kwa kristalo yomwe ikukula ndi njira yokulira. Pomwe mtengo wodulidwa umasonyeza kuchuluka kwa kukula komwe kumayimiridwa ndi ln k yokhazikika. Ma JMA index (n) values ​​​​amachokera pa 0.35 mpaka 0.75. Mtengo wa n uwu ukuwonetsa kuti makristalo ali ndi kukula kwa gawo limodzi ndipo amatsatira njira yokulira yoyendetsedwa ndi kufalikira; 0 < n < 1 ikuwonetsa kukula kwa gawo limodzi, pomwe n < 1 ikuwonetsa njira yokulira yoyendetsedwa ndi kufalikira. 18 Kuchuluka kwa kukula kwa k kokhazikika kumachepa ndi kutentha kowonjezereka, zomwe zikusonyeza kuti njira yopangira makristalo imachitika mwachangu pa kutentha kotsika. Izi zikugwirizana ndi kuwonjezeka kwa supersaturation ya yankho pa kutentha kotsika.
Ma plots a Johnson-Mehl-Avrami (JMA) a nickel sulfate hexahydrate pa kutentha kosiyanasiyana kwa crystallization: (a) 25 °C, (b) 30 °C, (c) 35 °C ndi (d) 40 °C.
Kuwonjezeredwa kwa ma dopants kunawonetsa momwemonso kuchuluka kwa kukula kwa kutentha konse. Pamene kuchuluka kwa dopant kunali 2.5 g/L, kuchuluka kwa kristalo kunachepa, ndipo pamene kuchuluka kwa dopant kunali kokwera kuposa 2.5 g/L, kuchuluka kwa kristalo kunawonjezeka. Monga tanenera kale, kusintha kwa kapangidwe ka kukula kwa kristalo kumachitika chifukwa cha kusintha kwa njira yolumikizirana pakati pa ma ayoni mu yankho. Pamene kuchuluka kwa dopant kuli kochepa, njira yopikisana pakati pa ma ayoni mu yankho imawonjezera kusungunuka kwa solute, motero imachepetsa kuchuluka kwa kukula kwa kristalo. 14 Kuphatikiza apo, kuwonjezera kuchuluka kwa ma dopants kumapangitsa kuti njira yokulira isinthe kwambiri. Pamene kuchuluka kwa dopant kupitirira 3.75 g/L, ma nuclei atsopano a kristalo amapangidwa, zomwe zimapangitsa kuti kusungunuka kwa solute kuchepe, motero kumawonjezera kuchuluka kwa kukula kwa kristalo. Kupangidwa kwa ma nuclei atsopano a kristalo kungawonetsedwe ndi kupangidwa kwa mchere wawiri (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. 16 Pokambirana za njira yokulira makristalo, zotsatira za X-ray diffraction zimatsimikizira kupangika kwa mchere wawiri.
Ntchito ya JMA plot inawunikidwanso kuti idziwe mphamvu yoyambitsa kristalo. Mphamvu yoyambitsa inawerengedwa pogwiritsa ntchito equation ya Arrhenius (yomwe yawonetsedwa mu Equation (4)). Chithunzi 5a chikuwonetsa ubale pakati pa ln(kg) ndi mtengo wa 1/T. Kenako, mphamvu yoyambitsa inawerengedwa pogwiritsa ntchito gradient value yomwe yapezeka kuchokera ku plot. Chithunzi 5b chikuwonetsa mphamvu yoyambitsa kristalo pansi pa kuchuluka kosiyana kwa zodetsa. Zotsatira zake zikuwonetsa kuti kusintha kwa kuchuluka kwa zodetsa kumakhudza mphamvu yoyambitsa. Mphamvu yoyambitsa kristalo ya makristasi a nickel sulfate opanda zodetsa ndi 215.79 kJ/mol. Pamene kuchuluka kwa zodetsa kufika pa 2.5 g/L, mphamvu yoyambitsa imawonjezeka ndi 3.99% kufika pa 224.42 kJ/mol. Kuwonjezeka kwa mphamvu yoyambitsa kumasonyeza kuti chotchinga cha mphamvu ya njira yopangira kristalo chimawonjezeka, zomwe zipangitsa kuti kuchuluka kwa kristalo kuchepe komanso kukolola kwa kristalo kuchepe. Pamene kuchuluka kwa zodetsa kuli koposa 2.5 g/L, mphamvu yoyambitsa kristalo imachepa kwambiri. Pa kuchuluka kwa kuipitsidwa kwa 5 g/l, mphamvu yoyambitsa ndi 205.85 kJ/mol, yomwe ndi yotsika ndi 8.27% kuposa mphamvu yoyambitsa pa kuchuluka kwa kuipitsidwa kwa 2.5 g/l. Kuchepa kwa mphamvu yoyambitsa kumasonyeza kuti njira yopangira makristalo imathandizidwa, zomwe zimapangitsa kuti kuchuluka kwa kukula kwa makristalo ndi kukolola makristalo kukwere.
(a) Kuyika chithunzi cha ln(kg) motsutsana ndi 1/T ndi (b) mphamvu yoyambitsa Mwachitsanzo cha crystallization pamlingo wosiyana wa kuipitsidwa.
Njira yopangira kukula kwa kristalo inafufuzidwa ndi XRD ndi FTIR spectroscopy, ndipo kinetics ya kukula kwa kristalo ndi mphamvu yoyambitsa zinasanthulidwa. Chithunzi 6 chikuwonetsa zotsatira za XRD. Deta ikugwirizana ndi PDF #08–0470, zomwe zikusonyeza kuti ndi α-NiSO4 6H2O (silika wofiira). Kristalo ndi ya dongosolo la tetragonal, gulu la malo ndi P41212, magawo a selo la unit ndi a = b = 6.782 Å, c = 18.28 Å, α = β = γ = 90°, ndipo voliyumu ndi 840.8 Å3. Zotsatirazi zikugwirizana ndi zotsatira zomwe Manomenova et al adasindikiza kale. 19 Kuyambitsidwa kwa ma NH4+ ions kumabweretsanso kupangidwa kwa (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Detayo ndi ya PDF No. 31–0062. Khiristo ndi ya dongosolo la monoclinic, gulu la malo P21/a, magawo a selo la unit ndi a = 9.186 Å, b = 12.468 Å, c = 6.242 Å, α = γ = 90°, β = 106.93°, ndipo voliyumu ndi 684 Å3. Zotsatirazi zikugwirizana ndi kafukufuku wakale wonenedwa ndi Su et al.20.
Mawonekedwe a X-ray a makristalo a nickel sulfate: (a–b) 0.5%, (c–d) 1%, (e–f) 1.5%, ndi (g–h) 2% ya chiŵerengero cha mbewu. Chithunzi chakumanja ndi mawonekedwe okulirapo a chithunzi chakumanzere.
Monga momwe zasonyezedwera mu Zithunzi 6b, d, f ndi h, 2.5 g/L ndiye malire apamwamba kwambiri a kuchuluka kwa ammonium mu yankho popanda kupanga mchere wowonjezera. Pamene kuchuluka kwa kusayera kuli 3.75 ndi 5 g/L, ma NH4+ ion amaphatikizidwa mu kapangidwe ka kristalo kuti apange mchere wovuta (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Malinga ndi deta, mphamvu yayikulu ya mchere wovuta imawonjezeka pamene kuchuluka kwa kusayera kumawonjezeka kuchokera pa 3.75 mpaka 5 g/L, makamaka pa 2θ 16.47° ndi 17.44°. Kuwonjezeka kwa nsonga ya mchere wovuta kumachitika chifukwa cha mfundo ya mgwirizano wa mankhwala. Komabe, nsonga zina zosazolowereka zimawonedwa pa 2θ 16.47°, zomwe zitha kuyambitsidwa ndi kusintha kwa elastic kwa kristalo. 21 Zotsatira za makhalidwe zimasonyezanso kuti chiŵerengero chachikulu cha mbeu chimapangitsa kuchepa kwa mphamvu yayikulu ya mchere wovuta. Chiŵerengero chachikulu cha mbewu chimathandizira njira yopangira makristalo, zomwe zimapangitsa kuti solute ichepe kwambiri. Pankhaniyi, njira yokulira ya kristalo imayang'ana kwambiri mbewu, ndipo kupangika kwa magawo atsopano kumalepheretsedwa ndi kuchepa kwa supersaturation ya yankho. Mosiyana ndi zimenezi, pamene chiŵerengero cha mbewu chili chochepa, njira yokulira imachepa, ndipo supersaturation ya yankho imakhalabe pamlingo wapamwamba. Izi zimawonjezera mwayi wa nucleation ya mchere wosungunuka pang'ono (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Deta ya mphamvu yapamwamba ya mchere wowirikiza yaperekedwa mu Table 3.
Kusanthula kwa FTIR kunachitika kuti afufuze vuto lililonse kapena kusintha kwa kapangidwe kake mu lattice ya host chifukwa cha kukhalapo kwa ma ion a NH4+. Zitsanzo zokhala ndi chiŵerengero chokhazikika cha mbeu cha 2% zidawonetsedwa. Chithunzi 7 chikuwonetsa zotsatira za kufotokoza kwa FTIR. Nsonga zazikulu zomwe zidawonedwa pa 3444, 3257 ndi 1647 cm−1 zimachokera ku njira zotambasula za O–H za mamolekyu. Nsonga pa 2370 ndi 2078 cm−1 zikuyimira ma bond a hydrogen pakati pa mamolekyu amadzi. Mzere pa 412 cm−1 umatchedwa kugwedezeka kotambasula kwa Ni–O. Kuphatikiza apo, ma ion aulere a SO4− amasonyeza njira zinayi zazikulu zotambasula pa 450 (υ2), 630 (υ4), 986 (υ1) ndi 1143 ndi 1100 cm−1 (υ3). Zizindikiro υ1-υ4 zikuyimira makhalidwe a ma vibrational modes, pomwe υ1 ikuyimira non-degenerate mode (symmetric stretching), υ2 ikuyimira doubly degenerate mode (symmetric bending), ndipo υ3 ndi υ4 zikuyimira triply degenerate modes (asymmetric stretching ndi asymmetric bending, motsatana). 22,23,24 Zotsatira za makhalidwe zikuwonetsa kuti kukhalapo kwa ammonium disaffirities kumapereka peak yowonjezera pa wavenume ya 1143 cm-1 (yolembedwa ndi bwalo lofiira pachithunzichi). Nsonga yowonjezera pa 1143 cm-1 ikuwonetsa kuti kukhalapo kwa ma NH4+ ions, mosasamala kanthu za kuchuluka kwake, kumayambitsa kusokonekera kwa kapangidwe ka lattice, komwe kumabweretsa kusintha kwa vibration frequency ya ma sulfate ion molecules mkati mwa kristalo.
Kutengera zotsatira za XRD ndi FTIR zokhudzana ndi kachitidwe ka kinetic ka kukula kwa kristalo ndi mphamvu yoyambitsa, Chithunzi 8 chikuwonetsa chithunzi cha njira yopangira makristalo ya nickel sulfate hexahydrate ndi kuwonjezera zonyansa za NH4+. Popanda zonyansa, ma ioni a Ni2+ amachitapo kanthu ndi H2O kupanga nickel hydrate [Ni(6H2O)]2−. Kenako, nickel hydrate imaphatikizana yokha ndi ma ion a SO42− kuti ipange ma nuclei a Ni(SO4)2 6H2O ndipo imakula kukhala ma crystals a nickel sulfate hexahydrate. Pamene kuchuluka kochepa kwa zonyansa za ammonium (2.5 g/L kapena kuchepera) kwawonjezedwa ku yankho, [Ni(6H2O)]2− zimakhala zovuta kuphatikiza kwathunthu ndi ma ion a SO42− chifukwa ma ion a [Ni(6H2O)]2− ndi NH4+ amapikisana kuti agwirizane ndi ma ion a SO42−, ngakhale kuti pakadali ma ion a sulfate okwanira kuti achitepo kanthu ndi ma ion onse awiri. Izi zimapangitsa kuti mphamvu yoyambitsa makristalo iwonjezereke komanso kuti kukula kwa makristalo kuchepe. 14,25 Pambuyo poti ma nickel sulfate hexahydrate nuclei apangidwa ndikukula kukhala ma crystals, ma NH4+ ndi (NH4)2SO4 ion angapo amamatiridwa pamwamba pa kristalo. Izi zikufotokoza chifukwa chake gulu logwira ntchito la SO4− ion (wavenumber 1143 cm−1) mu zitsanzo za NSH-8 ndi NSH-12 limapangidwabe popanda njira yogwiritsira ntchito mankhwala osokoneza bongo. Pamene kuchuluka kwa kusayera kuli kwakukulu, ma NH4+ ion amayamba kuphatikizidwa mu kapangidwe ka kristalo, ndikupanga ma double salts. 16 Izi zimachitika chifukwa cha kusowa kwa ma SO42− ion mu yankho, ndipo ma SO42− ion amamangirira ku nickel hydrate mwachangu kuposa ma ammonium ion. Njirayi imalimbikitsa nucleation ndi kukula kwa ma double salts. Panthawi ya alloying, ma Ni(SO4)2 6H2O ndi (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O nuclei zimapangidwa nthawi imodzi, zomwe zimapangitsa kuti chiwerengero cha ma nucleus omwe amapezeka chiwonjezeke. Kuwonjezeka kwa chiwerengero cha ma nucleus kumalimbikitsa kufulumira kwa kukula kwa kristalo ndi kuchepa kwa mphamvu yoyambitsa.
Machitidwe a mankhwala a kusungunuka kwa nickel sulfate hexahydrate m'madzi, kuwonjezera pang'ono ndi kuchuluka kwa ammonium sulfate, kenako kuchita njira yopangira makristalo kungafotokozedwe motere:
Zotsatira za SEM zikuwonetsedwa pa Chithunzi 9. Zotsatira za zizindikiro zikusonyeza kuti kuchuluka kwa mchere wa ammonium wowonjezeredwa ndi chiŵerengero cha mbewu sizimakhudza kwambiri mawonekedwe a kristalo. Kukula kwa makristalo opangidwa kumakhalabe kofanana, ngakhale kuti makristalo akuluakulu amaonekera nthawi zina. Komabe, zizindikiro zina zimafunikabe kuti zidziwike momwe mchere wa ammonium ndi chiŵerengero cha mbewu zimakhudzira kukula kwapakati kwa makristalo opangidwa.
Kapangidwe ka kristalo ka NiSO4 6H2O: (a–e) 0.5%, (f–j) 1%, (h–o) 1.5% ndi (p–u) 2% chiŵerengero cha mbewu chomwe chikuwonetsa kusintha kwa kuchuluka kwa NH4+ kuchokera pamwamba kupita pansi, komwe ndi 0, 1.25, 2.5, 3.75 ndi 5 g/L, motsatana.
Chithunzi 10a chikuwonetsa ma curve a TGA a ma crystals omwe ali ndi kuchuluka kosiyana kwa kuipitsidwa. Kusanthula kwa TGA kunachitika pa zitsanzo ndi chiŵerengero cha mbeu cha 2%. Kusanthula kwa XRD kunachitikanso pa chitsanzo cha NSH-20 kuti adziwe mankhwala opangidwa. Zotsatira za XRD zomwe zawonetsedwa pa Chithunzi 10b zimatsimikizira kusintha kwa kapangidwe ka kristalo. Kuyeza kwa thermogravimetric kukuwonetsa kuti ma crystals onse opangidwawo amawonetsa kukhazikika kwa kutentha mpaka 80°C. Pambuyo pake, kulemera kwa kristalo kunachepa ndi 35% pamene kutentha kunakwera kufika pa 200°C. Kutaya kulemera kwa ma crystals kumachitika chifukwa cha njira yowola, yomwe imaphatikizapo kutayika kwa mamolekyulu 5 amadzi kuti apange NiSO4 H2O. Kutentha kutakwera kufika pa 300–400°C, kulemera kwa ma crystals kunachepanso. Kutaya kulemera kwa ma crystals kunali pafupifupi 6.5%, pomwe kutayika kwa kulemera kwa chitsanzo cha kristalo cha NSH-20 kunali kokwera pang'ono, ndendende 6.65%. Kuwonongeka kwa ma ion a NH4+ kukhala mpweya wa NH3 mu chitsanzo cha NSH-20 kunapangitsa kuti kuchepetsedwa pang'ono kukhale kochepa. Pamene kutentha kunakwera kuchoka pa 300 mpaka 400°C, kulemera kwa ma crystal kunachepa, zomwe zinapangitsa kuti ma crystal onse akhale ndi kapangidwe ka NiSO4. Kuwonjezeka kwa kutentha kuchokera pa 700°C mpaka 800°C kunapangitsa kuti kapangidwe ka crystal kasinthe kukhala NiO, zomwe zinapangitsa kuti mpweya wa SO2 ndi O2 utuluke.25,26
Kuyera kwa makristaro a nickel sulfate hexahydrate kunadziwika poyesa kuchuluka kwa NH4+ pogwiritsa ntchito chida cha DC-Arc ICP-MS. Kuyera kwa makristaro a nickel sulfate kunadziwika pogwiritsa ntchito fomula (5).
Pamene Ma ndi unyinji wa zonyansa mu kristalo (mg), Mo ndi unyinji wa kristalo (mg), Ca ndi kuchuluka kwa zonyansa mu yankho (mg/l), V ndi voliyumu ya yankho (l).
Chithunzi 11 chikuwonetsa kuyera kwa makristasi a nickel sulfate hexahydrate. Kuyera kwake ndi mtengo wapakati wa makhalidwe atatu. Zotsatira zake zikusonyeza kuti chiŵerengero cha mbewu ndi kuchuluka kwa kusayera kumakhudza mwachindunji kuyera kwa makristasi a nickel sulfate opangidwa. Kuchuluka kwa kusayera komwe kumakhala kwakukulu, kumayamwa kwa zonyansa zambiri, zomwe zimapangitsa kuti makristasi opangidwawo akhale oyera pang'ono. Komabe, kachitidwe ka kuyamwa kwa zonyansa kangasinthe kutengera kuchuluka kwa kusayera komwe kuli, ndipo graph yotsatira ikuwonetsa kuti kuyamwa konse kwa zonyansa ndi makristasi sikusintha kwambiri. Kuphatikiza apo, zotsatirazi zikuwonetsanso kuti chiŵerengero chachikulu cha mbewu chingathandize kuyera kwa makristasi. Izi ndizotheka chifukwa pamene makristasi ambiri opangidwa ali pa nickel nuclei, mwayi wa ma ioni a nickel omwe amasonkhana pa nickel ndi wokwera. 27
Kafukufukuyu adawonetsa kuti ma ayoni a ammonium (NH4+) amakhudza kwambiri njira yopangira makristalo ndi mawonekedwe a makristalo a nickel sulfate hexahydrate, komanso adawonetsa momwe chiŵerengero cha mbewu chimakhudzira njira yopangira makristalo.
Pa kuchuluka kwa ammonium pamwamba pa 2.5 g/l, kuchuluka kwa makristalo ndi kukula kwa makristalo kumachepa. Pa kuchuluka kwa ammonium pamwamba pa 2.5 g/l, kuchuluka kwa makristalo ndi kukula kwa makristalo kumawonjezeka.
Kuwonjezera zinthu zosafunika mu yankho la nickel kumawonjezera mpikisano pakati pa ma NH4+ ndi ma [Ni(6H2O)]2− ma ion a SO42−, zomwe zimapangitsa kuti mphamvu yoyambitsa iwonjezereke. Kuchepa kwa mphamvu yoyambitsa ikawonjezera kuchuluka kwa zinthu zosafunika kumachitika chifukwa cha kulowa kwa ma NH4+ ma ion mu kapangidwe ka kristalo, motero kupanga mchere wawiri (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O.
Kugwiritsa ntchito chiŵerengero chapamwamba cha mbeu kungathandize kukulitsa kukolola kwa kristalo, kukula kwa kristalo komanso kuyera kwa nickel sulfate hexahydrate.
Demirel, HS, ndi ena. Kusakaniza kwa nickel sulfate hydrate ndi batri yotsika mtengo panthawi yokonza laterite. Sept. Purification Technology, 286, 120473. https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2022.120473 (2022).
Saguntala, P. ndi Yasota, P. Kugwiritsa ntchito makhiristo a nickel sulfate m'maso pa kutentha kwambiri: Maphunziro a makhalidwe ndi ma amino acid owonjezeredwa ngati ma dopants. Mater. Today Proc. 9, 669–673. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2018.10.391 (2019).
Babaahmadi, V., ndi ena. Kuyika kwa ma electrode a nickel pa nsalu pogwiritsa ntchito kusindikiza kwa polyol-mediated pa graphene oxide yochepetsedwa. 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., ndi ena. “Kufunika kwamtsogolo ndi chitetezo cha kupereka nickel pamabatire amagetsi a magalimoto.” Ofesi Yofalitsa ya European Union; (2021). https://doi.org/10.2760/212807
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. ndi Louhi-Kultanen, M. Kuyeretsa nickel sulfate pogwiritsa ntchito batch crystallization ndi kuziziritsa. Chemical Engineering Technology 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/CEAT.201800695 (2019).
Ma, Y. ndi ena. Kugwiritsa ntchito njira zowunikira ndi kupangira makristalo popanga mchere wachitsulo pazinthu za batri ya lithiamu-ion: ndemanga. Zitsulo. 10(12), 1-16. https://doi.org/10.3390/MET10121609 (2020).
Masalov, VM, ndi ena. Kukula kwa makhiristo amodzi a nickel sulfate hexahydrate (α-NiSO4.6H2O) pansi pa mikhalidwe yokhazikika ya kutentha. Crystallography. 60(6), 963–969. https://doi.org/10.1134/S1063774515060206 (2015).
Choudhury, RR ndi ena. Makristalo a α-Nickel sulfate hexahydrate: Ubale pakati pa mikhalidwe ya kukula, kapangidwe ka kristalo, ndi makhalidwe ake. JApCr. 52, 1371–1377. https://doi.org/10.1107/S1600576719013797FILE (2019).
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. ndi Louhi-Kultanen, M. Kuyeretsa nickel sulfate pogwiritsa ntchito crystallization yoziziritsidwa ndi batch. Chemical Engineering Technology 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/ceat.201800695 (2019).