Spas ji bo serdana nature.com. Guhertoya geroka ku hûn bikar tînin piştgiriya CSS-ê bi sînor e. Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn guhertoya herî dawî ya gerokê bikar bînin (an jî moda lihevhatinê di Internet Explorer-ê de vemirînin). Wekî din, ji bo ku piştgiriya domdar were misoger kirin, ev malper dê şêwaz an JavaScript-ê tê de negire.
Ev lêkolîn bandorên nepakiyên NH4+ û rêjeya tovê li ser mekanîzmaya mezinbûnê û performansa heksahîdratê nîkel sulfate di bin krîstalîzasyona sarbûna bênavber de lêkolîn dike, û bandorên nepakiyên NH4+ li ser mekanîzmaya mezinbûnê, taybetmendiyên germî û komên fonksiyonel ên heksahîdratê nîkel sulfate vedikole. Di rêjeyên nepakiyê yên kêm de, îyonên Ni2+ û NH4+ ji bo girêdanê bi SO42− re pêşbaziyê dikin, di encamê de rêjeya krîstal û rêjeya mezinbûnê kêm dibe û enerjiya çalakkirina krîstalîzasyonê zêde dibe. Di rêjeyên nepakiyê yên bilind de, îyonên NH4+ di nav avahiya krîstalê de têne bicîh kirin da ku xwêyek tevlihev (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O çêbikin. Avabûna xwêya tevlihev dibe sedema zêdebûna rêjeya krîstal û rêjeya mezinbûnê û kêmbûna enerjiya çalakkirina krîstalîzasyonê. Hebûna hem rêjeyên îyonên NH4+ yên bilind û hem jî yên nizm dibe sedema xirabûna torê, û krîstal di germahiyên heta 80 °C de ji hêla germî ve sabît in. Wekî din, bandora nepakiyên NH4+ li ser mekanîzmaya mezinbûna krîstalê ji rêjeya tovê mezintir e. Dema ku rêjeya nepakiyê kêm be, nepakî bi hêsanî bi krîstalê ve girêdide; dema ku rêjeya nepakiyê zêde be, nepakî bi hêsanî têxe nav krîstalê. Rêjeya tov dikare hilberîna krîstalê pir zêde bike û paqijiya krîstalê hinekî baştir bike.
Heksahîdrat sulfata nîkelê (NiSO4 6H2O) niha materyalek krîtîk e ku di gelek pîşesaziyan de tê bikar anîn, di nav de çêkirina bateriyan, elektroplatkirin, katalîzator û heta di hilberîna xwarin, rûn û bîhnxweşiyê de jî. 1,2,3 Girîngiya wê bi pêşveçûna bilez a wesayîtên elektrîkê re zêde dibe, ku bi giranî xwe dispêrin bateriyên lîtyûm-îyon (LiB) yên li ser bingeha nîkelê. Tê payîn ku karanîna alloyên nîkel-bilind ên wekî NCM 811 heta sala 2030-an serdest bibe, û daxwaza heksahîdrat sulfata nîkelê bêtir zêde bike. Lêbelê, ji ber sînorkirinên çavkaniyan, dibe ku hilberîn bi daxwaza zêde re negihîje, û di navbera peydakirin û daxwazê ​​de valahiyek çêbike. Vê kêmasiyê fikarên li ser hebûna çavkaniyan û aramiya bihayê zêde kiriye, û hewcedariya hilberîna bi bandor a sulfata nîkelê ya pola bateriyê ya paqijiya bilind û aram ronî kiriye. 1,4
Hilberîna heksahîdratê nîkel sulfat bi gelemperî bi krîstalîzekirinê tê bidestxistin. Di nav rêbazên cûrbecûr de, rêbaza sarkirinê rêbazek berfireh e ku tê bikar anîn, ku xwedî avantajên xerckirina enerjiyê ya kêm û şiyana hilberandina materyalên paqijiya bilind e. 5,6 Lêkolîna li ser krîstalîzekirina heksahîdratê nîkel sulfat bi karanîna krîstalîzekirina sarbûna bênavber pêşkeftinek girîng bi dest xistiye. Niha, piraniya lêkolînan li ser baştirkirina pêvajoya krîstalîzekirinê bi rêya çêtirkirina parametreyên wekî germahî, rêjeya sarkirinê, mezinahiya tov û pH-ê disekine. 7,8,9 Armanc ew e ku berhema krîstal û paqijiya krîstalên bidestxistî zêde bibe. Lêbelê, tevî lêkolîna berfireh a van parametreyan, hîn jî valahiyek mezin heye di baldariya ku li ser bandora nepakiyan, nemaze amonyûm (NH4+), li ser encamên krîstalîzekirinê tê dayîn.
Ji ber hebûna nepakiyên amonyûmê di dema pêvajoya derxistinê de, îhtîmal e ku di çareseriya nîkelê de ku ji bo krîstalîzekirina nîkelê tê bikar anîn, nepakiyên amonyûmê hebin. Amonyûm bi gelemperî wekî ajanek saponîfîker tê bikar anîn, ku di çareseriya nîkelê de şopên NH4+ dihêle. 10,11,12 Tevî hebûna nepakiyên amonyûmê li her derê, bandorên wan li ser taybetmendiyên krîstalê yên wekî avahiya krîstal, mekanîzmaya mezinbûnê, taybetmendiyên germî, paqijî û hwd. hîn jî ne baş têne famkirin. Lêkolîna sînorkirî ya li ser bandorên wan girîng e ji ber ku nepakî dikarin mezinbûna krîstalê asteng bikin an biguherînin û, di hin rewşan de, wekî astengker tevbigerin, bandorê li ser veguherîna di navbera formên krîstal ên metastabîl û stabîl de bikin. 13,14 Ji ber vê yekê, fêmkirina van bandoran ji perspektîfek pîşesaziyê girîng e ji ber ku nepakî dikarin kalîteya hilberê xirab bikin.
Li ser bingeha pirsek taybetî, armanca vê lêkolînê lêkolîna bandora nepakiyên amonyûmê li ser taybetmendiyên krîstalên nîkelê bû. Bi têgihîştina bandora nepakiyan, rêbazên nû dikarin werin pêşve xistin da ku bandorên wan ên neyînî kontrol bikin û kêm bikin. Vê lêkolînê her wiha têkiliya di navbera giraniya nepakiyê û guhertinên di rêjeya tovê de lêkolîn kir. Ji ber ku tov di pêvajoya hilberînê de bi berfirehî tê bikar anîn, parametreyên tovê di vê lêkolînê de hatin bikar anîn, û girîng e ku têkiliya di navbera van her du faktoran de were fêm kirin. 15 Bandorên van her du parametreyan ji bo lêkolîna hilberîna krîstal, mekanîzmaya mezinbûna krîstal, avahiya krîstal, morfolojî û paqijiyê hatin bikar anîn. Wekî din, tevgera kînetîk, taybetmendiyên germî û komên fonksiyonel ên krîstalan di bin bandora nepakiyên NH4+ de bi tenê hatin lêkolîn kirin.
Materyalên ku di vê lêkolînê de hatine bikar anîn heksahîdrata nîkel sulfat (NiSO6H2O, ≥ 99.8%) ku ji hêla GEM ve hatî peyda kirin; sulfata amonyûm ((NH)6SO6, ≥ 99%) ku ji Tianjin Huasheng Co., Ltd. hatî kirîn; ava distilkirî bûn. Krîstala tovê ya ku hatî bikar anîn NiSO6H2O bû, ku hat pelçiqandin û parzûnkirin da ku mezinahiya perçeyên yekreng a 0.154 mm were bidestxistin. Taybetmendiyên NiSO6H2O di Tabloya 1 û Wêne 1 de têne nîşandan.
Bandora nepakiyên NH4+ û rêjeya tovê li ser krîstalîzasyona heksahîdrata nîkel sulfate bi karanîna sarbûna navber hate lêkolîn kirin. Hemî ceribandin di germahiya destpêkê ya 25 °C de hatin kirin. 25 °C wekî germahiya krîstalîzasyonê hate hilbijartin bi berçavgirtina sînorkirinên kontrola germahiyê di dema fîltrekirinê de. Krîstalîzasyon dikare ji hêla guherînên germahiyê yên ji nişka ve di dema fîltrekirina çareseriyên germ de bi karanîna hûneleke Buchner a germahiya nizm were çêkirin. Ev pêvajo dikare bandorek girîng li ser kînetîk, kişandina nepakiyê û taybetmendiyên cûrbecûr ên krîstalê bike.
Çareseriya nîkelê pêşî bi helandina 224 g NiSO4 6H2O di 200 ml ava distilkirî de hate amadekirin. Tewra bijartî bi têrbûna zêde (S) = 1.109 re têkildar e. Têrbûna zêde bi berhevdana çareseriya krîstalên nîkel sulfat ên helandî bi çareseriya heksahîdrata nîkel sulfat di 25 °C de hate destnîşankirin. Têrbûna zêde ya nizmtir hate hilbijartin da ku pêşî li krîstalîzasyona xweber were girtin dema ku germahî daket asta destpêkê.
Bandora rêjeya îyonên NH4+ li ser pêvajoya krîstalîzekirinê bi zêdekirina (NH4)2SO4 li çareseriyeke nîkelê hate lêkolînkirin. Rêjeyên îyonên NH4+ ên ku di vê lêkolînê de hatine bikar anîn 0, 1.25, 2.5, 3.75, û 5 g/L bûn. Çareserî bi leza 300 rpm di 60°C de ji bo 30 deqîqeyan hate germ kirin û bi leza 300 rpm hate tevdan da ku tevdaneke yekreng were misoger kirin. Dûv re çareserî heta germahiya reaksiyonê ya xwestî hate sar kirin. Dema ku germahî gihîşt 25°C, mîqdarên cûda yên krîstalên tov (rêjeyên tov 0.5%, 1%, 1.5%, û 2%) li çareseriyê hatin zêdekirin. Rêjeya tov bi berhevkirina giraniya tov bi giraniya NiSO4 6H2O di çareseriyê de hate destnîşankirin.
Piştî zêdekirina krîstalên tov li çareseriyê, pêvajoya krîstalîzekirinê bi awayekî xwezayî pêk hat. Pêvajoya krîstalîzekirinê 30 deqîqeyan dom kir. Çareserî bi karanîna presa fîlterê hate fîlterkirin da ku krîstalên kombûyî ji çareseriyê bêtir werin veqetandin. Di dema pêvajoya fîlterkirinê de, krîstal bi rêkûpêk bi etanolê hatin şuştin da ku îhtîmala ji nû ve krîstalîzekirinê kêm bibe û zeliqandina nepakiyên di çareseriyê de li ser rûyê krîstalan kêm bibe. Ji bo şuştina krîstalan etanol hate hilbijartin ji ber ku krîstal di etanolê de çareser nabin. Krîstalên fîlterkirî di înkubatorek laboratîfê de di 50 °C de hatin danîn. Parametreyên ceribandinê yên berfireh ên ku di vê lêkolînê de hatine bikar anîn di Tabloya 2-an de têne nîşandan.
Avahiya krîstalê bi amûrek XRD (SmartLab SE—HyPix-400) hate destnîşankirin û hebûna pêkhateyên NH4+ hate tespîtkirin. Taybetmendiya SEM (Apreo 2 HiVac) ji bo analîzkirina morfolojiya krîstalê hate kirin. Taybetmendiyên germî yên krîstalan bi amûrek TGA (TG-209-F1 Libra) hatin destnîşankirin. Komên fonksiyonel bi FTIR (JASCO-FT/IR-4X) hatin analîzkirin. Paqijiya nimûneyê bi amûrek ICP-MS (Prodigy DC Arc) hate destnîşankirin. Nimûne bi helandina 0.5 g krîstalan di 100 mL ava distilkirî de hate amadekirin. Berhema krîstalîzasyonê (x) bi dabeşkirina giraniya krîstala derketinê li ser giraniya krîstala ketinê li gorî formula (1) hate hesabkirin.
ku x rêjeya krîstalan e, ku ji 0 heta 1 diguhere, mout giraniya krîstalên derketinê (g) ye, min giraniya krîstalên têketinê (g) ye, msol giraniya krîstalên di çareseriyê de ye, û mseed giraniya krîstalên tov e.
Berhema krîstalîzasyonê ji bo destnîşankirina kînetîka mezinbûna krîstalê û texmînkirina nirxa enerjiya çalakkirinê bêtir hate lêkolînkirin. Ev lêkolîn bi rêjeya tovkirinê ya 2% û heman prosedurên ceribandinê yên berê hate kirin. Parametreyên kînetîka krîstalîzasyona îzotermal bi nirxandina berhema krîstalê di demên krîstalîzasyonê yên cûda (10, 20, 30, û 40 deqe) û germahiyên destpêkê (25, 30, 35, û 40 °C) de hatin destnîşankirin. Konsantrasyonên bijartî di germahiya destpêkê de bi nirxên supersaturation (S) yên bi rêzê ve 1.109, 1.052, 1, û 0.953 re li hev kirin. Nirxa supersaturation bi berhevdana çareseriya krîstalên nîkel sulfate yên çareserbûyî bi çareseriya heksahîdrata nîkel sulfate di germahiya destpêkê de hate destnîşankirin. Di vê lêkolînê de, çareseriya NiSO4 6H2O di 200 mL avê de di germahiyên cûda de bêyî qirêjî di Wêne 2 de tê nîşandan.
Johnson-Mail-Avrami (teoriya JMA) ji bo analîzkirina tevgera krîstalîzasyona îzotermîk tê bikar anîn. Teoriya JMA tê hilbijartin ji ber ku pêvajoya krîstalîzasyonê heya ku krîstalên tov li çareseriyê neyên zêdekirin çênabe. Teoriya JMA wiha tê vegotin:
Li cihê ku x(t) veguherîna di dema t de temsîl dike, k sabîta rêjeya veguherînê, t dema veguherînê temsîl dike, û n jî endeksa Avrami temsîl dike. Formula 3 ji formula (2) hatiye wergirtin. Enerjiya çalakkirina krîstalîzasyonê bi karanîna hevkêşeya Arrhenius tê destnîşankirin:
Li vir kg sabîta rêjeya reaksiyonê ye, k0 sabît e, Eg enerjiya çalakkirina mezinbûna krîstalê ye, R sabîta gaza molar e (R=8.314 J/mol K), û T jî germahiya krîstalîzasyona îzotermîk (K) ye.
Wêne 3a nîşan dide ku rêjeya çandinê û rêjeya dopantê bandorê li ser hilberîna krîstalên nîkelê dikin. Dema ku rêjeya dopantê di çareseriyê de gihîşt 2.5 g/L, rêjeya krîstalê ji %7.77 daket %6.48 (rêjeya çandinê %0.5) û ji %10.89 daket %10.32 (rêjeya çandinê %2). Zêdebûna bêtir di rêjeya dopantê de bû sedema zêdebûnek beramber di rêjeya krîstalê de. Rêjeya çandinê %2 bû û rêjeya dopantê jî %5 bû, rêjeya herî bilind gihîşt %17.98. Guhertinên di şêweya rêjeya krîstalê de bi zêdebûna rêjeya dopantê re dibe ku bi guhertinên di mekanîzmaya mezinbûna krîstalê de ve girêdayî bin. Dema ku rêjeya dopantê kêm be, îyonên Ni2+ û NH4+ ji bo girêdana bi SO42− re pêşbaziyê dikin, ku ev yek dibe sedema zêdebûna çareseriya nîkelê di çareseriyê de û kêmbûna rêjeya krîstalê. 14 Dema ku rêjeya nepakiyê zêde be, pêvajoya pêşbaziyê hîn jî çêdibe, lê hin îyonên NH4+ bi îyonên nîkel û sûlfatê re hevrêz dibin da ku xwêyek ducarî ya nîkel amonyûm sûlfatê çêbikin. 16 Avabûna xwêya ducarî dibe sedema kêmbûna çareseriya madeyê çareserkirî, bi vî rengî hilberîna krîstalê zêde dike. Zêdekirina rêjeya tovkirinê dikare bi berdewamî hilberîna krîstalê baştir bike. Tovkirin dikarin pêvajoya navokî û mezinbûna krîstalê ya xweber bidin destpêkirin bi peyda kirina rûberek destpêkê ji bo îyonên çareserkirî da ku rêxistin bibin û krîstalan çêbikin. Her ku rêjeya tovkirinê zêde dibe, rûbera destpêkê ji bo rêxistinbûna îyonan zêde dibe, ji ber vê yekê bêtir krîstal dikarin werin çêkirin. Ji ber vê yekê, zêdekirina rêjeya tovkirinê bandorek rasterast li ser rêjeya mezinbûna krîstal û hilberîna krîstal dike. 17
Parametreyên NiSO4 6H2O: (a) rêjeya krîstalê û (b) pH ya çareseriya nîkelê berî û piştî derzîkirinê.
Wêneya 3b nîşan dide ku rêjeya tov û rêjeya dopantê bandorê li pH-ya çareseriya nîkelê berî û piştî lêzêdekirina tov dike. Armanca şopandina pH-ya çareseriyê ew e ku guhertinên di hevsengiya kîmyewî de di çareseriyê de werin fêmkirin. Berî lêzêdekirina krîstalên tov, pH-ya çareseriyê ji ber hebûna îyonên NH4+ ku protonên H+ berdidin, meyla kêmbûnê dike. Zêdekirina rêjeya dopantê dibe sedema berdana bêtir protonên H+, bi vî rengî pH-ya çareseriyê kêm dibe. Piştî lêzêdekirina krîstalên tov, pH-ya hemî çareseriyan zêde dibe. Trenda pH-ê bi trenda hilberîna krîstalê re bi awayekî erênî têkildar e. Nirxa pH-ya herî nizm di rêjeya dopantê ya 2.5 g/L û rêjeya tov a 0.5% de hate bidestxistin. Her ku rêjeya dopantê digihîje 5 g/L, pH-ya çareseriyê zêde dibe. Ev diyarde pir têgihîştî ye, ji ber ku hebûna îyonên NH4+ di çareseriyê de an ji ber vegirtinê, an ji ber têketinê, an jî ji ber vegirtin û têketina îyonên NH4+ ji hêla krîstalan ve kêm dibe.
Ceribandin û analîzên berhema krîstalê ji bo destnîşankirina tevgera kînetîk a mezinbûna krîstalê û hesabkirina enerjiya çalakkirina mezinbûna krîstalê bêtir hatin kirin. Parametreyên kînetîka krîstalîzasyona îzotermîk di beşa Rêbazan de hatin ravekirin. Wêne 4 nexşeya Johnson-Mehl-Avrami (JMA) nîşan dide ku tevgera kînetîk a mezinbûna krîstala nîkel sulfate nîşan dide. Nexşe bi nexşekirina nirxa ln[− ln(1− x(t))] li hember nirxa ln t (Hevkêşeya 3) hate çêkirin. Nirxên gradientê yên ji nexşeyê hatine bidestxistin bi nirxên endeksa JMA (n) re têkildar in ku pîvanên krîstala mezin dibe û mekanîzmaya mezinbûnê nîşan didin. Dema ku nirxa qutkirinê rêjeya mezinbûnê nîşan dide ku bi sabîta ln k tê temsîl kirin. Nirxên endeksa JMA (n) ji 0.35 heta 0.75 diguherin. Ev nirxa n nîşan dide ku krîstal xwedî mezinbûnek yek-alî ne û mekanîzmayek mezinbûna kontrolkirî ya belavbûnê dişopînin; 0 < n < 1 mezinbûna yek-alî nîşan dide, dema ku n < 1 mekanîzmayek mezinbûna kontrolkirî ya belavbûnê nîşan dide. 18 Rêjeya mezinbûnê ya sabîta k bi zêdebûna germahiyê kêm dibe, ev nîşan dide ku pêvajoya krîstalîzasyonê di germahiyên nizm de zûtir çêdibe. Ev bi zêdebûna têrbûna zêde ya çareseriyê di germahiyên nizm de ve girêdayî ye.
Nexşeyên Johnson-Mehl-Avrami (JMA) yên heksahîdrata nîkel sulfatê di germahiyên krîstalîzasyonê yên cuda de: (a) 25 °C, (b) 30 °C, (c) 35 °C û (d) 40 °C.
Zêdekirina dopantan di hemû germahiyan de heman şêweya rêjeya mezinbûnê nîşan da. Dema ku rêjeya dopantan 2.5 g/L bû, rêjeya mezinbûna krîstalan kêm bû, û dema ku rêjeya dopantan ji 2.5 g/L bilindtir bû, rêjeya mezinbûna krîstalan zêde bû. Wekî ku berê jî hate gotin, guhertina şêweya rêjeya mezinbûna krîstalan ji ber guhertina mekanîzmaya têkiliya di navbera iyonan de di çareseriyê de ye. Dema ku rêjeya dopantan kêm be, pêvajoya pêşbaziyê di navbera iyonan de di çareseriyê de çareseriya madeyê zêde dike, bi vî rengî rêjeya mezinbûna krîstalan kêm dike. 14 Wekî din, zêdekirina rêjeya bilind a dopantan dibe sedema ku pêvajoya mezinbûnê bi girîngî biguhere. Dema ku rêjeya dopantan ji 3.75 g/L derbas dibe, navokên krîstal ên nû yên din çêdibin, ku dibe sedema kêmbûna çareseriya madeyê, bi vî rengî rêjeya mezinbûna krîstalan zêde dibe. Avabûna navokên krîstal ên nû dikare bi çêbûna xwêya ducar (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O were nîşandan. 16 Dema ku behsa mekanîzmaya mezinbûna krîstal tê kirin, encamên difraksiyona tîrêjên X çêbûna xwêyek duqat piştrast dikin.
Fonksiyona nexşeya JMA ji bo diyarkirina enerjiya çalakkirina krîstalîzasyonê bêtir hate nirxandin. Enerjiya çalakkirinê bi karanîna hevkêşeya Arrhenius hate hesabkirin (ku di Hevkêşeya (4) de tê nîşandan). Wêne 5a têkiliya di navbera nirxa ln(kg) û nirxa 1/T de nîşan dide. Piştre, enerjiya çalakkirinê bi karanîna nirxa gradientê ya ji nexşeyê hatî bidestxistin hate hesabkirin. Wêne 5b nirxên enerjiya çalakkirina krîstalîzasyonê di bin konsantrasyonên nepakiyê yên cûda de nîşan dide. Encam nîşan didin ku guhertinên di konsantrasyona nepakiyê de bandorê li enerjiya çalakkirinê dikin. Enerjiya çalakkirina krîstalîzasyona krîstalên nîkel sulfat bêyî nepakiyê 215.79 kJ/mol e. Dema ku konsantrasyona nepakiyê bigihîje 2.5 g/L, enerjiya çalakkirinê ji sedî 3.99 zêde dibe û digihîje 224.42 kJ/mol. Zêdebûna enerjiya çalakkirinê nîşan dide ku astengiya enerjiyê ya pêvajoya krîstalîzasyonê zêde dibe, ku ev yek dê bibe sedema kêmbûna rêjeya mezinbûna krîstal û hilberîna krîstalê. Dema ku konsantrasyona nepakiyê ji 2.5 g/L zêdetir be, enerjiya çalakkirina krîstalîzasyonê bi girîngî kêm dibe. Di rêjeya nepakiyê ya 5 g/l de, enerjiya çalakkirinê 205.85 kJ/mol e, ku ji enerjiya çalakkirinê ya di rêjeya nepakiyê ya 2.5 g/l de %8.27 kêmtir e. Kêmbûna enerjiya çalakkirinê nîşan dide ku pêvajoya krîstalîzasyonê hêsan dibe, ku ev jî dibe sedema zêdebûna rêjeya mezinbûna krîstalê û hilberîna krîstalê.
(a) Lihevhatina nexşeya ln(kg) li hember 1/T û (b) enerjiya çalakkirinê Eg ya krîstalîzasyonê di rêjeyên nepakiyên cûda de.
Mekanîzma mezinbûna krîstalê bi spektroskopiya XRD û FTIR hate lêkolînkirin, û kînetîka mezinbûna krîstalê û enerjiya çalakkirinê hatin analîzkirin. Wêne 6 encamên XRD nîşan dide. Daneyên lihevhatî bi PDF #08–0470 re ne, ku nîşan dide ku ew α-NiSO4 6H2O (sîlîkaya sor) e. Krîstal aîdî pergala çargoşeyî ye, koma fezayê P41212 e, parametreyên şaneya yekîneyê a = b = 6.782 Å, c = 18.28 Å, α = β = γ = 90° ne, û qebare 840.8 Å3 e. Ev encam lihevhatî ne bi encamên ku berê ji hêla Manomenova et al. ve hatine weşandin. 19 Danasîna îyonên NH4+ di heman demê de dibe sedema çêbûna (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Daneyên aîdî PDF No. 31–0062 ne. Krîstal aîdî sîstema monoklînîk, koma fezayî P21/a ye, parametreyên xaneya yekîneyê a = 9.186 Å, b = 12.468 Å, c = 6.242 Å, α = γ = 90°, β = 106.93° ne, û qebare jî 684 Å3 ye. Ev encam lihevhatî ne bi lêkolîna berê ya ku ji hêla Su et al.20 ve hatî ragihandin.
Nimûneyên difraksiyona tîrêjên X ên krîstalên nîkel sulfate: (a–b) %0.5, (c–d) %1, (e–f) %1.5, û (g–h) rêjeya tovê %2. Wêneya rastê dîtineke mezinkirî ya wêneya çepê ye.
Wekî ku di Wêneyên 6b, d, f û h de tê xuyang kirin, 2.5 g/L sînorê herî bilind ê konsantrasyona amonyûmê di çareseriyê de ye bêyî ku xwêya zêde çêbibe. Dema ku konsantrasyona nepakiyê 3.75 û 5 g/L be, îyonên NH4+ di nav avahiya krîstalê de têne bicîh kirin da ku xwêya tevlihev (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O çêbikin. Li gorî daneyan, şîdeta lûtkeya xwêya tevlihev zêde dibe dema ku konsantrasyona nepakiyê ji 3.75 berbi 5 g/L zêde dibe, nemaze li 2θ 16.47° û 17.44°. Zêdebûna lûtkeya xwêya tevlihev bi tenê ji ber prensîba hevsengiya kîmyewî ye. Lêbelê, hin lûtkeyên anormal li 2θ 16.47° têne dîtin, ku dikare ji ber deformasyona elastîk a krîstalê be. 21 Encamên taybetmendîkirinê her weha nîşan didin ku rêjeyek tovkirinê ya bilindtir dibe sedema kêmbûna şîdeta lûtkeya xwêya tevlihev. Rêjeyek tovkirinê ya bilindtir pêvajoya krîstalîzasyonê lez dike, ku dibe sedema kêmbûnek girîng a madeya çareserkirî. Di vê rewşê de, pêvajoya mezinbûna krîstalan li ser tov kom dibe, û çêbûna qonaxên nû ji ber kêmbûna têrbûna zêde ya çareseriyê tê asteng kirin. Berevajî vê, dema ku rêjeya tov kêm be, pêvajoya krîstalîzasyonê hêdî ye, û têrbûna zêde ya çareseriyê di astek nisbeten bilind de dimîne. Ev rewş îhtîmala çêbûna navokî ya xwêya ducar a kêmtir çareserker (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O zêde dike. Daneyên şîdeta lûtkeyê ji bo xwêya ducar di Tabloya 3-an de têne dayîn.
Taybetmendiya FTIR ji bo lêkolîna her bêserûberî an guhertinên avahîsaziyê di tora mêvandar de ji ber hebûna îyonên NH4+ hate kirin. Nimûneyên bi rêjeya tovkirina sabît a 2% hatin taybetmendîkirin. Wêne 7 encamên taybetmendiya FTIR nîşan dide. Lûtkeyên fireh ên ku li 3444, 3257 û 1647 cm−1 têne dîtin ji ber modên dirêjkirina O-H ya molekulan in. Lûtkeyên li 2370 û 2078 cm−1 girêdanên hîdrojenê yên navbera molekulên avê temsîl dikin. Banda li 412 cm−1 ji ber lerizînên dirêjkirina Ni-O ye. Wekî din, îyonên SO4− yên azad çar modên lerizînê yên sereke li 450 (υ2), 630 (υ4), 986 (υ1) û 1143 û 1100 cm−1 (υ3) nîşan didin. Sembolên υ1-υ4 taybetmendiyên modên lerzînê temsîl dikin, ku υ1 moda ne-dejenere (dirêjkirina sîmetrîk), υ2 moda ducarî dejenere (xwarbûna sîmetrîk) temsîl dike, û υ3 û υ4 modên sêcarî dejenere (bi rêzê ve dirêjkirina asîmetrîk û xwarbûna asîmetrîk) temsîl dikin. 22,23,24 Encamên taybetmendîkirinê nîşan didin ku hebûna nepakiyên amonyûmê li hejmara pêlê ya 1143 cm-1 (ku di wêneyê de bi çembera sor hatiye nîşankirin) lûtkeyek zêde dide. Lûtkeya zêde li 1143 cm-1 nîşan dide ku hebûna îyonên NH4+, bêyî ku konsantrasyonê çi be, dibe sedema xirabûna avahiya torê, ku dibe sedema guhertinek di frekansa lerzînê ya molekulên îyonên sulfatê di hundurê krîstalê de.
Li gorî encamên XRD û FTIR ên têkildarî tevgera kînetîk a mezinbûna krîstal û enerjiya çalakkirinê, Wêne 8 şematîka pêvajoya krîstalîzasyona heksahîdrat a nîkel sulfat bi zêdekirina nepakiyên NH4+ nîşan dide. Di nebûna nepakiyan de, îyonên Ni2+ dê bi H2O re reaksiyon bikin da ku nîkel hîdrat [Ni(6H2O)]2− çêbikin. Dûv re, nîkel hîdrat bi awayekî xweber bi îyonên SO42− re têkel dibe da ku navikên Ni(SO4)2 6H2O çêbike û dibe krîstalên heksahîdrat ên nîkel sulfat. Dema ku rêjeyek kêmtir a nepakiyên amonyûmê (2.5 g/L an kêmtir) li çareseriyê tê zêdekirin, [Ni(6H2O)]2− dijwar e ku bi tevahî bi îyonên SO42− re were hev kirin ji ber ku îyonên [Ni(6H2O)]2− û NH4+ ji bo hevgirtinê bi îyonên SO42− re pêşbaziyê dikin, her çend hîn jî têra îyonên sulfat hene ku bi her du îyonan re reaksiyon bikin. Ev rewş dibe sedema zêdebûna enerjiya çalakkirina krîstalîzasyonê û hêdîbûna mezinbûna krîstalê. 14,25 Piştî ku navikên heksahîdratê yên nîkel sulfat çêdibin û dibin krîstal, gelek îyonên NH4+ û (NH4)2SO4 li ser rûyê krîstalê têne adsorbkirin. Ev rave dike çima koma fonksiyonel a îyona SO4− (hejmara pêlê 1143 cm−1) di nimûneyên NSH-8 û NSH-12 de bêyî pêvajoya dopingê çêdibe. Dema ku rêjeya nepakiyê zêde be, îyonên NH4+ dest pê dikin ku di nav avahiya krîstalê de werin tevlîkirin, û xwêyên ducar çêdikin. 16 Ev diyarde ji ber nebûna îyonên SO42− di çareseriyê de çêdibe, û îyonên SO42− ji îyonên amonyûmê zûtir bi hîdratên nîkel ve girêdidin. Ev mekanîzma çêbûna navik û mezinbûna xwêyên ducar pêş dixe. Di dema pêvajoya alokirinê de, navikên Ni(SO4)2 6H2O û (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O di heman demê de çêdibin, ku dibe sedema zêdebûna hejmara navikên ku têne bidestxistin. Zêdebûna hejmara navikên lezandina mezinbûna krîstalê û kêmbûna enerjiya çalakkirinê pêş dixe.
Reaksiyona kîmyewî ya helandina heksahîdratê sulfata nîkelê di nav avê de, zêdekirina mîqdarek piçûk û mîqdarek mezin ji sulfata amonyûmê, û dûv re pêkanîna pêvajoya krîstalîzasyonê dikare wiha were îfade kirin:
Encamên taybetmendiya SEM di Wêne 9 de têne nîşandan. Encamên taybetmendiyan nîşan didin ku mîqdara xwêya amonyûmê ya lêzêdekirî û rêjeya tovkirinê bandorek girîng li ser şeklê krîstalê nakin. Mezinahiya krîstalên çêbûyî nisbeten sabît dimîne, her çend krîstalên mezintir li hin xalan xuya bibin. Lêbelê, ji bo destnîşankirina bandora konsantrasyona xwêya amonyûmê û rêjeya tovkirinê li ser mezinahiya navînî ya krîstalên çêbûyî, hîn jî taybetmendiya bêtir hewce ye.
Morfolojiya krîstal a NiSO4 6H2O: (a–e) 0.5%, (f–j) 1%, (h–o) 1.5% û (p–u) 2% rêjeya tovê ku guherîna rêjeya NH4+ ji jor ber bi jêr nîşan dide, ku bi rêzê ve 0, 1.25, 2.5, 3.75 û 5 g/L ye.
Wêne 10a xêzên TGA yên krîstalan bi rêjeyên cûda yên nepakiyê nîşan dide. Analîza TGA li ser nimûneyan bi rêjeya tovkirinê ya 2% hate kirin. Analîza XRD li ser nimûneya NSH-20 jî hate kirin da ku pêkhateyên çêbûyî werin destnîşankirin. Encamên XRD yên ku di Wêne 10b de têne nîşandan guhertinên di avahiya krîstalê de piştrast dikin. Pîvandinên termogravîmetrîk nîşan didin ku hemî krîstalên sentezkirî heta 80°C aramiya germî nîşan didin. Piştre, giraniya krîstalê dema ku germahî zêde bû 200°C bi 35% kêm bû. Windakirina giraniya krîstalan ji ber pêvajoya hilweşandinê ye, ku tê de windakirina 5 molekulên avê ji bo çêkirina NiSO4 H2O heye. Dema ku germahî zêde bû 300-400°C, giraniya krîstalan dîsa kêm bû. Windakirina giraniya krîstalan bi qasî 6.5% bû, lê windakirina giraniya nimûneya krîstala NSH-20 hinekî zêdetir bû, tam 6.65%. Hilweşandina îyonên NH4+ bo nav gaza NH3 di nimûneya NSH-20 de bû sedema kêmbûnek hinekî zêdetir. Her ku germahî ji 300 heta 400°C zêde bû, giraniya krîstalan kêm bû, di encamê de hemû krîstal xwedî avahiya NiSO4 bûn. Zêdekirina germahiyê ji 700°C heta 800°C bû sedema ku avahiya krîstal veguhere NiO, û bibe sedema berdana gazên SO2 û O2.25,26
Paqijiya krîstalên heksahîdrat ên nîkel sulfate bi nirxandina rêjeya NH4+ bi karanîna amûrek DC-Arc ICP-MS hate destnîşankirin. Paqijiya krîstalên nîkel sulfate bi karanîna formula (5) hate destnîşankirin.
Li vir Ma giraniya nepakiyên di krîstalê de ye (mg), Mo giraniya krîstalê ye (mg), Ca rêjeya nepakiyên di çareseriyê de ye (mg/l), V qebareya çareseriyê ye (l).
Wêne 11 paqijiya krîstalên heksahîdrat ên nîkel sulfat nîşan dide. Nirxa paqijiyê nirxa navînî ya 3 taybetmendiyan e. Encam nîşan didin ku rêjeya tovkirinê û rêjeya nepakiyê rasterast bandorê li paqijiya krîstalên nîkel sulfat ên çêbûyî dikin. Çiqas rêjeya nepakiyê bilindtir be, ewqas vegirtina nepakiyê mezintir dibe, ku dibe sedema paqijiya kêmtir a krîstalên çêbûyî. Lêbelê, şêweya vegirtina nepakiyê dikare li gorî rêjeya nepakiyê biguhere, û grafîka encamê nîşan dide ku vegirtina giştî ya nepakiyê ji hêla krîstalan ve bi girîngî naguhere. Wekî din, ev encam her weha nîşan didin ku rêjeyek tovkirinê ya bilindtir dikare paqijiya krîstalan baştir bike. Ev diyarde mimkun e ji ber ku dema ku piraniya navokên krîstal ên çêbûyî li ser navokên nîkel kom dibin, îhtîmala kombûna îyonên nîkel li ser nîkelê zêdetir e. 27
Lêkolînê nîşan da ku îyonên amonyûmê (NH4+) bandorek girîng li ser pêvajoya krîstalîzasyonê û taybetmendiyên krîstalî yên krîstalên heksahîdrat ên sulfata nîkelê dikin, û her weha bandora rêjeya tovê li ser pêvajoya krîstalîzasyonê eşkere kir.
Di rêjeyên amonyûmê yên ji 2.5 g/l jortir de, rêjeya hilberîna krîstal û rêjeya mezinbûna krîstalan kêm dibe. Di rêjeyên amonyûmê yên ji 2.5 g/l jortir de, rêjeya hilberîna krîstal û rêjeya mezinbûna krîstalan zêde dibe.
Zêdekirina nepakiyan li çareseriya nîkelê reqabeta di navbera îyonên NH4+ û [Ni(6H2O)]2− ji bo SO42− zêde dike, ku dibe sedema zêdebûna enerjiya çalakkirinê. Kêmbûna enerjiya çalakkirinê piştî zêdekirina rêjeyên bilind ên nepakiyan ji ber ketina îyonên NH4+ nav avahiya krîstalê ye, bi vî rengî xwêya ducar (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O çêdibe.
Bikaranîna rêjeya tovkirinê ya bilindtir dikare hilberîna krîstalan, rêjeya mezinbûna krîstalan û paqijiya krîstalan a heksahîdrata nîkel sulfate baştir bike.
Demirel, HS, û yên din. Krîstalîzasyona dij-çareserker a hîdrata nîkel sulfatê ya asta bateriyê di dema pêvajoya laterîtê de. Sept. Purification Technology, 286, 120473. https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2022.120473 (2022).
Saguntala, P. û Yasota, P. Bikaranînên optîkî yên krîstalên nîkel sulfatê di germahiyên bilind de: Lêkolînên taybetmendîkirinê bi zêdekirina asîdên amînî wekî dopant. Mater. Today Proc. 9, 669–673. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2018.10.391 (2019).
Babaahmadi, V., û yên din. Elektrodepozîsyona şêweyên nîkelê li ser rûyên tekstîlê bi çapkirina bi navbeynkariya polîolê li ser oksîda grafînê ya kêmkirî. Kovara Endezyariya Fîzîkî û Kîmyayî ya Rûyên Koloidî 703, 135203. https://doi.org/10.1016/J.COLSURFA.2024.135203 (2024).
Fraser, J., Anderson, J., Lazuen, J., û yên din. "Daxwaza pêşerojê û ewlehiya dabînkirina nîkelê ji bo bataryayên wesayîtên elektrîkê." Ofîsa Weşanê ya Yekîtiya Ewropî; (2021). https://doi.org/10.2760/212807
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. û Louhi-Kultanen, M. Paqijkirina sulfata nîkelê bi rêya krîstalîzasyona komî bi sarkirinê. Teknolojiya Endezyariya Kîmyewî 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/CEAT.201800695 (2019).
Ma, Y. û yên din. Bikaranîna rêbazên barîn û krîstalîzasyonê di hilberîna xwêyên metalan de ji bo materyalên bataryayên lîtyûm-îyon: nirxandinek. Metals. 10(12), 1-16. https://doi.org/10.3390/MET10121609 (2020).
Masalov, VM, û yên din. Mezinbûna krîstalên yekane yên heksahîdrat sulfata nîkel (α-NiSO4.6H2O) di bin şert û mercên gradyana germahiyê yên rewşa aram de. Crystallography. 60(6), 963–969. https://doi.org/10.1134/S1063774515060206 (2015).
Choudhury, RR û yên din. Krîstalên heksahîdrat ên α-Nîkel sulfate: Têkiliya di navbera şert û mercên mezinbûnê, avahiya krîstal û taybetmendiyan de. JApCr. 52, 1371–1377. https://doi.org/10.1107/S1600576719013797FILE (2019).
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. û Louhi-Kultanen, M. Paqijkirina sulfata nîkelê bi rêya krîstalîzasyona sarbûyî ya komî. Teknolojiya Endezyariya Kîmyewî 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/ceat.201800695 (2019).