د nature.com د لیدنې لپاره مننه. هغه براوزر نسخه چې تاسو یې کاروئ محدود CSS ملاتړ لري. د غوره تجربې لپاره، موږ سپارښتنه کوو چې تاسو د براوزر وروستۍ نسخه وکاروئ (یا په انټرنیټ اکسپلورر کې د مطابقت حالت بند کړئ). سربیره پردې، د دوامداره ملاتړ ډاډ ترلاسه کولو لپاره، دا سایټ به سټایلونه یا جاواسکریپټ شامل نه کړي.
دا څیړنه د NH4+ ناپاکۍ او د تخم تناسب د ودې میکانیزم او د نیکل سلفیټ هیکساهایډریټ فعالیت باندې د غیر متواتر یخولو کرسټالیزیشن لاندې اغیزې څیړي، او د NH4+ ناپاکۍ اغیزې د نیکل سلفیټ هیکساهایډریټ د ودې میکانیزم، حرارتي ملکیتونو او فعال ګروپونو باندې معاینه کوي. د ناپاکۍ په ټیټ غلظت کې، Ni2+ او NH4+ آیونونه د SO42− سره د تړلو لپاره سیالي کوي، چې پایله یې د کرسټال حاصل او ودې کچه کمه شوې او د کرسټالیزیشن فعالولو انرژي زیاته شوې. د ناپاکۍ په لوړ غلظت کې، NH4+ آیونونه د کرسټال جوړښت کې شامل شوي ترڅو پیچلي مالګه (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O جوړه کړي. د پیچلي مالګې جوړیدل د کرسټال حاصل او ودې کچه لوړه کوي او د کرسټالیزیشن فعالولو انرژي کموي. د لوړ او ټیټ NH4+ آیون غلظت دواړه د جالیو تحریف لامل کیږي، او کرسټالونه د 80 درجو سانتی ګراد پورې تودوخې کې په تودوخې کې مستحکم دي. سربیره پردې، د کرسټال ودې میکانیزم باندې د NH4+ ناپاکۍ اغیزه د تخم تناسب څخه ډیره ده. کله چې د ناپاکۍ غلظت ټیټ وي، نو ناپاکۍ په اسانۍ سره کرسټال سره نښلول کیږي؛ کله چې غلظت لوړ وي، نو ناپاکۍ په اسانۍ سره په کرسټال کې شاملیږي. د تخم تناسب کولی شي د کرسټال حاصلات خورا زیات کړي او د کرسټال پاکوالي یو څه ښه کړي.
د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ (NiSO4 6H2O) اوس یو مهم مواد دی چې په مختلفو صنعتونو کې کارول کیږي، پشمول د بیټرۍ تولید، الکتروپلیټینګ، کتلستونو، او حتی د خوړو، تیلو او عطرو په تولید کې. 1,2,3 د دې اهمیت د بریښنایی موټرو د چټک پرمختګ سره مخ په زیاتیدو دی، کوم چې په ډیره اندازه د نکل پر بنسټ لیتیم-آیون (LiB) بیټریو باندې تکیه کوي. تمه کیږي چې د لوړ نکل الیاژونو لکه NCM 811 کارول به تر 2030 پورې غالب شي، د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ غوښتنه نوره هم زیاته کړي. په هرصورت، د سرچینو محدودیتونو له امله، تولید ممکن د مخ په زیاتیدونکي غوښتنې سره سم دوام ونکړي، چې د عرضې او تقاضا ترمنځ واټن رامینځته کوي. دې کمښت د سرچینو شتون او د نرخ ثبات په اړه اندیښنې راپورته کړې، چې د لوړ پاکوالي، مستحکم بیټرۍ درجې نکل سلفیټ اغیزمن تولید اړتیا روښانه کوي. 1,4
د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ تولید عموما د کرسټالیزیشن له لارې ترلاسه کیږي. د مختلفو میتودونو په مینځ کې، د یخولو طریقه یوه پراخه کارول شوې طریقه ده، چې د ټیټ انرژۍ مصرف او د لوړ پاکوالي موادو تولید وړتیا ګټې لري. 5,6 د غیر متقابل یخولو کرسټالیزیشن په کارولو سره د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ کرسټالیزیشن په اړه څیړنې د پام وړ پرمختګ کړی دی. اوس مهال، ډیری څیړنې د تودوخې، د یخولو کچه، د تخم اندازه او pH په څیر پیرامیټرو غوره کولو سره د کرسټالیزیشن پروسې ښه کولو باندې تمرکز کوي. 7,8,9 هدف د ترلاسه شوي کرسټالونو د کرسټال حاصل او پاکوالي زیاتول دي. په هرصورت، د دې پیرامیټرو جامع مطالعې سره سره، د کرسټالیزیشن پایلو کې د ناپاکۍ، په ځانګړې توګه امونیم (NH4+) اغیزې ته پاملرنه کې لاهم لویه تشه شتون لري.
د امونیم ناپاکۍ احتمال لري چې د نکل کرسټال کولو لپاره کارول شوي نکل محلول کې شتون ولري ځکه چې د استخراج پروسې په جریان کې د امونیم ناپاکۍ شتون لري. امونیا معمولا د ساپونیفینګ اجنټ په توګه کارول کیږي، کوم چې د نکل په محلول کې د NH4+ اندازه پریږدي. 10,11,12 د امونیم ناپاکۍ د هر ځای شتون سره سره، د کرسټال ملکیتونو لکه د کرسټال جوړښت، د ودې میکانیزم، حرارتي ملکیتونو، پاکوالي، او نورو باندې د دوی اغیزې په سمه توګه نه پوهیږي. د دوی د اغیزو په اړه محدوده څیړنه مهمه ده ځکه چې ناپاکۍ کولی شي د کرسټال وده خنډ یا بدله کړي او په ځینو مواردو کې، د مخنیوي کونکو په توګه عمل وکړي، د میټاسټیبل او مستحکم کرسټالین بڼو ترمنځ لیږد اغیزه کوي. 13,14 له همدې امله د دې اغیزو پوهیدل د صنعتي لید څخه خورا مهم دي ځکه چې ناپاکۍ کولی شي د محصول کیفیت زیانمن کړي.
د یوې ځانګړې پوښتنې پر بنسټ، دا څیړنه د نکل کرسټالونو په ملکیتونو باندې د امونیم ناپاکۍ اغیزې څېړلو لپاره وه. د ناپاکۍ اغیزې په پوهیدو سره، د دوی منفي اغیزو کنټرول او کمولو لپاره نوي میتودونه رامینځته کیدی شي. دې څیړنې د ناپاکۍ غلظت او د تخم تناسب کې بدلونونو ترمنځ اړیکه هم وڅیړله. څرنګه چې تخم په پراخه کچه د تولید په پروسه کې کارول کیږي، پدې څیړنه کې د تخم پیرامیټرې کارول شوي، او دا اړینه ده چې د دې دوو فکتورونو ترمنځ اړیکه پوه شي. 15 د دې دوو پیرامیټرو اغیزې د کرسټال حاصل، د کرسټال ودې میکانیزم، کرسټال جوړښت، مورفولوژي، او پاکوالي مطالعې لپاره کارول شوي. سربیره پردې، یوازې د NH4+ ناپاکۍ تر اغیز لاندې د کرسټالونو متحرک چلند، حرارتي ملکیتونه، او فعال ګروپونه نور هم وڅیړل شول.
په دې څېړنه کې کارول شوي مواد د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ (NiSO 6H2O، ≥ 99.8٪) وو چې د GEM لخوا چمتو شوي وو؛ امونیم سلفیټ ((NH)SO ≥ 99٪) چې د تیانجین هوشینګ شرکت، لمیټډ څخه اخیستل شوي وو؛ تقطیر شوي اوبه. د تخم کرسټال کارول شوی و چې NiSO 6H2O و، چې ټوټه ټوټه او غزول شوی و ترڅو د 0.154 ملي میتر یوشان ذرې اندازه ترلاسه کړي. د NiSO 6H2O ځانګړتیاوې په جدول 1 او شکل 1 کې ښودل شوي.
د NH4+ ناپاکۍ او د تخم تناسب د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ د کرسټال کولو په اړه د وقفې وقفې یخولو په کارولو سره څیړنه وشوه. ټولې تجربې د 25 درجو سانتي ګراد په لومړني تودوخې کې ترسره شوې. د فلټریشن پرمهال د تودوخې کنټرول محدودیتونو په پام کې نیولو سره 25 درجو سانتي ګراد د کرسټال کولو تودوخې په توګه غوره شو. د ټیټ تودوخې بوچنر فنل په کارولو سره د ګرمو محلولونو د فلټر کولو پرمهال د ناڅاپي تودوخې بدلونونو له امله کرسټال کول رامینځته کیدی شي. دا پروسه کولی شي د پام وړ کایناتیک، د ناپاکۍ جذب، او د کرسټال مختلف ملکیتونو باندې اغیزه وکړي.
د نکل محلول لومړی د 224 ګرامه NiSO4 6H2O په 200 ملی لیتره اوبو کې د حل کولو سره چمتو شو. غوره شوی غلظت د سوپر سیچوریشن (S) = 1.109 سره مطابقت لري. سوپر سیچوریشن د منحل شوي نکل سلفیټ کرسټالونو د محلولیت د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ د محلولیت سره د 25 درجو سانتی ګراد په پرتله کولو سره ټاکل شوی و. ټیټ سوپر سیچوریشن د ناڅاپي کرسټال کولو مخنیوي لپاره غوره شوی و کله چې تودوخه لومړني ته راټیټه شي.
د کرسټال کولو پروسې باندې د NH4+ آیون غلظت اغیز د نکل محلول ته د (NH4)2SO4 اضافه کولو سره وڅیړل شو. پدې څیړنه کې کارول شوي NH4+ آیون غلظت 0، 1.25، 2.5، 3.75، او 5 g/L وو. محلول په 60 °C کې د 30 دقیقو لپاره تودوخه شوی پداسې حال کې چې په 300 rpm کې حرکت کوي ترڅو یوشان مخلوط ډاډمن شي. محلول بیا د مطلوب عکس العمل تودوخې ته سړه شو. کله چې تودوخه 25 °C ته ورسیده، د تخم کرسټالونو مختلف مقدارونه (د 0.5٪، 1٪، 1.5٪، او 2٪ د تخم تناسب په محلول کې اضافه شول. د تخم تناسب د تخم وزن د محلول کې د NiSO4 6H2O وزن سره پرتله کولو سره ټاکل شوی و.
د تخم کرسټالونه په محلول کې اضافه کولو وروسته، د کرسټال کولو پروسه په طبیعي ډول ترسره شوه. د کرسټال کولو پروسه 30 دقیقې دوام وکړ. محلول د فلټر پریس په کارولو سره فلټر شو ترڅو راټول شوي کرسټالونه له محلول څخه نور جلا کړي. د فلټر کولو پروسې په جریان کې، کرسټالونه په منظم ډول د ایتانول سره مینځل شوي ترڅو د بیا کرسټال کولو امکان کم کړي او د کرسټالونو سطحې ته په محلول کې د ناپاکۍ چپکیدل کم کړي. ایتانول د کرسټالونو مینځلو لپاره غوره شوی و ځکه چې کرسټالونه په ایتانول کې نه حل کیدونکي دي. فلټر شوي کرسټالونه په لابراتوار انکیوبیټر کې په 50 °C کې ځای په ځای شوي وو. پدې څیړنه کې کارول شوي مفصل تجربوي پیرامیټرونه په جدول 2 کې ښودل شوي.
د کرسټال جوړښت د XRD وسیلې (SmartLab SE—HyPix-400) په کارولو سره وټاکل شو او د NH4+ مرکباتو شتون کشف شو. د کرسټال مورفولوژي تحلیل لپاره د SEM ځانګړتیا (Apreo 2 HiVac) ترسره شوه. د کرسټالونو حرارتي ملکیتونه د TGA وسیلې (TG-209-F1 Libra) په کارولو سره ټاکل شوي. فعال ګروپونه د FTIR (JASCO-FT/IR-4X) لخوا تحلیل شوي. د نمونې پاکوالی د ICP-MS وسیلې (Prodigy DC Arc) په کارولو سره ټاکل شوی. نمونه د 0.5 ګرامه کرسټالونو په 100 ملی لیتره اوبو کې د حل کولو سره چمتو شوې وه. د کرسټال کولو حاصل (x) د فورمول (1) سره سم د ان پټ کرسټال د ډله ایز لخوا د تولید شوي کرسټال د ډله ایز ویشلو سره محاسبه شوی.
چیرې چې x د کرسټال حاصل دی، چې له 0 څخه تر 1 پورې توپیر لري، mout د وتلو کرسټالونو وزن (g) دی، min د ننوتلو کرسټالونو وزن (g) دی، msol په محلول کې د کرسټالونو وزن دی، او mseed د تخم کرسټالونو وزن دی.
د کرسټال کولو حاصلات نور هم وڅېړل شول ترڅو د کرسټال ودې حرکیات وټاکي او د فعالولو انرژي ارزښت اټکل کړي. دا څیړنه د 2٪ د تخم کولو تناسب او د پخوا په څیر ورته تجربوي پروسې سره ترسره شوه. د ایزوترمل کرسټال کولو کایناتیک پیرامیټرونه د کرسټال کولو په مختلفو وختونو (10، 20، 30، او 40 دقیقو) او لومړني تودوخې (25، 30، 35، او 40 °C) کې د کرسټال حاصلاتو ارزولو سره ټاکل شوي. په لومړني تودوخې کې غوره شوي غلظت په ترتیب سره د 1.109، 1.052، 1، او 0.953 د سوپر سیچوریشن (S) ارزښتونو سره مطابقت لري. د سوپر سیچوریشن ارزښت د منحل شوي نکل سلفیټ کرسټالونو محلولیت د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ په لومړني تودوخې کې د محلولیت سره پرتله کولو سره ټاکل شوی. پدې څیړنه کې، د 200 ملی لیتر اوبو کې د NiSO4 6H2O محلولیت په مختلفو تودوخې کې پرته له ناپاکۍ څخه په 2 شکل کې ښودل شوی.
د جانسن-میل-اورامي (JMA تیوري) د ایزوترمل کرسټالیزیشن چلند تحلیل لپاره کارول کیږي. د JMA تیوري ځکه غوره شوې چې د کرسټالیزیشن پروسه تر هغه وخته پورې نه پیښیږي تر څو چې د تخم کرسټالیزیشن په محلول کې اضافه نشي. د JMA تیوري په لاندې ډول تشریح شوې ده:
چیرې چې x(t) د t په وخت کې د لیږد استازیتوب کوي، k د لیږد نرخ ثابت استازیتوب کوي، t د لیږد وخت استازیتوب کوي، او n د اورامي شاخص استازیتوب کوي. فورمول 3 د فورمول (2) څخه اخیستل شوی. د کرسټال کولو فعالولو انرژي د اریینیوس معادلې په کارولو سره ټاکل کیږي:
چیرته چې kg د تعامل نرخ ثابت دی، k0 یو ثابت دی، د مثال په توګه د کرسټال ودې د فعالولو انرژي ده، R د مولر ګاز ثابت دی (R=8.314 J/mol K)، او T د ایزوترمل کرسټالیزیشن تودوخه (K) ده.
شکل ۳a ښیي چې د تخم کولو تناسب او د ډوپانټ غلظت د نکل کرسټالونو په حاصلاتو اغیزه لري. کله چې په محلول کې د ډوپانټ غلظت ۲.۵ ګرامه/لیتر ته لوړ شو، د کرسټال حاصل له ۷.۷۷٪ څخه ۶.۴۸٪ ته راټیټ شو (د تخم تناسب ۰.۵٪) او له ۱۰.۸۹٪ څخه ۱۰.۳۲٪ ته (د تخم تناسب ۲٪). د ډوپانټ غلظت کې نور زیاتوالی د کرسټال حاصلاتو کې ورته زیاتوالي لامل شو. لوړ حاصل ۱۷.۹۸٪ ته ورسید کله چې د تخم کولو تناسب ۲٪ او د ډوپانټ غلظت ۵ ګرامه/لیتر و. د ډوپانټ غلظت زیاتوالي سره د کرسټال حاصلاتو نمونې کې بدلونونه ممکن د کرسټال ودې میکانیزم کې بدلونونو سره تړاو ولري. کله چې د ډوپانټ غلظت ټیټ وي، Ni2+ او NH4+ آیونونه د SO42− سره د تړلو لپاره سیالي کوي، کوم چې په محلول کې د نکل د محلولیت زیاتوالي او د کرسټال حاصلاتو کمیدو لامل کیږي. ۱۴ کله چې د ناپاکۍ غلظت لوړ وي، د سیالۍ پروسه لاهم پیښیږي، مګر ځینې NH4+ ایونونه د نکل او سلفیټ ایونونو سره همغږي کیږي ترڅو د نکل امونیم سلفیټ دوه ګونی مالګه جوړه کړي. ۱۶ د دوه ګونی مالګې جوړیدل د محلول د محلولیت کمښت لامل کیږي، چې په دې توګه د کرسټال حاصل زیاتوي. د تخم کولو تناسب زیاتول کولی شي په دوامداره توګه د کرسټال حاصل ښه کړي. تخمونه کولی شي د محلول ایونونو لپاره د تنظیم کولو او کرسټالونو جوړولو لپاره د لومړني سطحې ساحې چمتو کولو سره د نیوکلیشن پروسه او په ناڅاپي ډول د کرسټال وده پیل کړي. لکه څنګه چې د تخم کولو تناسب زیاتیږي، د ایونونو د تنظیم کولو لپاره د لومړني سطحې ساحه زیاتیږي، نو ډیر کرسټالونه جوړ کیدی شي. له همدې امله، د تخم کولو تناسب زیاتول د کرسټال ودې کچه او کرسټال حاصل باندې مستقیم اغیزه لري. ۱۷
د NiSO4 6H2O پیرامیټرونه: (a) د کرسټال حاصل او (b) د نکل محلول pH د واکسین کولو دمخه او وروسته.
شکل ۳ب ښيي چې د تخم تناسب او د ډوپانټ غلظت د تخم اضافه کولو دمخه او وروسته د نکل محلول pH اغیزه کوي. د محلول د pH د څارنې موخه دا ده چې په محلول کې د کیمیاوي توازن بدلونونه درک شي. د تخم کرسټالونو اضافه کولو دمخه، د محلول pH د NH4+ ایونونو د شتون له امله کمیږي چې H+ پروټونونه خوشې کوي. د ډوپانټ غلظت زیاتول د H+ پروټونونو د خوشې کیدو لامل کیږي، چې په دې توګه د محلول pH کموي. د تخم کرسټالونو اضافه کولو وروسته، د ټولو محلولونو pH زیاتیږي. د pH رجحان په مثبت ډول د کرسټال حاصل رجحان سره تړاو لري. د pH ټیټ ارزښت د 2.5 g/L د ډوپانټ غلظت او د تخم تناسب 0.5٪ کې ترلاسه شو. لکه څنګه چې د ډوپانټ غلظت 5 g/L ته لوړیږي، د محلول pH زیاتیږي. دا پدیده د پوهیدو وړ ده، ځکه چې په محلول کې د NH4+ ایونونو شتون یا د جذب له امله، یا د شاملیدو له امله، یا د کرسټالونو لخوا د NH4+ ایونونو د جذب او شاملیدو له امله کمیږي.
د کرسټال حاصلاتو تجربې او تحلیلونه د کرسټال ودې د متحرک چلند د ټاکلو او د کرسټال ودې د فعالولو انرژي محاسبه کولو لپاره نور هم ترسره شول. د ایزوترمل کرسټال کولو کینیټکس پیرامیټرونه د میتودونو برخه کې تشریح شوي. شکل 4 د جانسن-مهل-اورامي (JMA) پلاټ ښیې چې د نکل سلفیټ کرسټال ودې متحرک چلند ښیې. پلاټ د ln t ارزښت (مساوات 3) په مقابل کې د ln[− ln(1− x(t))] ارزښت د پلاټ کولو له لارې رامینځته شوی. له پلاټ څخه ترلاسه شوي تدریجي ارزښتونه د JMA شاخص (n) ارزښتونو سره مطابقت لري کوم چې د ودې کرسټال ابعاد او د ودې میکانیزم په ګوته کوي. پداسې حال کې چې د کټ آف ارزښت د ودې کچه په ګوته کوي کوم چې د ثابت ln k لخوا استازیتوب کیږي. د JMA شاخص (n) ارزښتونه له 0.35 څخه تر 0.75 پورې دي. دا n ارزښت په ګوته کوي چې کرسټالونه یو اړخیزه وده لري او د خپریدو کنټرول شوي ودې میکانیزم تعقیبوي؛ 0 < n < 1 یو اړخیزه وده په ګوته کوي، پداسې حال کې چې n < 1 د خپریدو کنټرول شوي ودې میکانیزم په ګوته کوي. ۱۸ د ثابت k د ودې کچه د تودوخې د زیاتوالي سره کمیږي، چې دا په ګوته کوي چې د کرسټال کولو پروسه په ټیټه تودوخه کې ګړندۍ کیږي. دا په ټیټه تودوخه کې د محلول د سوپر سیچوریشن زیاتوالي سره تړاو لري.
د جانسن-مهل-اورامي (JMA) د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ پلاټونه په مختلفو کرسټالیزیشن تودوخې کې: (a) 25 °C، (b) 30 °C، (c) 35 °C او (d) 40 °C.
د ډوپینټونو اضافه کول په ټولو تودوخې کې د ودې ورته کچه ښودلې. کله چې د ډوپینټ غلظت 2.5 g/L و، د کرسټال د ودې کچه کمه شوه، او کله چې د ډوپینټ غلظت 2.5 g/L څخه لوړ و، د کرسټال د ودې کچه لوړه شوه. لکه څنګه چې مخکې یادونه وشوه، د کرسټال د ودې د کچې بدلون په محلول کې د ایونونو ترمنځ د تعامل میکانیزم کې د بدلون له امله دی. کله چې د ډوپینټ غلظت ټیټ وي، په محلول کې د ایونونو ترمنځ د سیالۍ پروسه د محلول محلولیت زیاتوي، چې په دې توګه د کرسټال د ودې کچه کموي. 14 سربیره پردې، د ډوپینټونو لوړ غلظت اضافه کول د ودې پروسې د پام وړ بدلون لامل کیږي. کله چې د ډوپینټ غلظت 3.75 g/L څخه ډیر شي، اضافي نوي کرسټال نیوکلیونه رامینځته کیږي، کوم چې د محلول د محلولیت کمښت لامل کیږي، په دې توګه د کرسټال د ودې کچه لوړه کوي. د نوي کرسټال نیوکلیونو جوړښت د دوه ګوني مالګې (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O) په جوړولو سره ښودل کیدی شي. ۱۶ کله چې د کرسټال د ودې میکانیزم په اړه بحث کیږي، د ایکس رې انعطاف پایلې د دوه ګوني مالګې جوړښت تاییدوي.
د JMA پلاټ فعالیت نور هم ارزول شوی ترڅو د کرسټالیزیشن فعالولو انرژي معلومه کړي. د فعالولو انرژي د اریینیوس معادلې په کارولو سره محاسبه شوه (په مساوات (4) کې ښودل شوې). شکل 5a د ln(kg) ارزښت او 1/T ارزښت ترمنځ اړیکه ښیې. بیا، د فعالولو انرژي د پلاټ څخه ترلاسه شوي تدریجي ارزښت په کارولو سره محاسبه شوه. شکل 5b د مختلف ناپاکۍ غلظت لاندې د کرسټالیزیشن فعالولو انرژي ارزښتونه ښیې. پایلې ښیې چې د ناپاکۍ غلظت کې بدلونونه د فعالولو انرژي اغیزه کوي. د نیکل سلفیټ کرسټالونو د کرسټالیزیشن فعالولو انرژي پرته له ناپاکۍ 215.79 kJ/mol ده. کله چې د ناپاکۍ غلظت 2.5 g/L ته ورسیږي، د فعالولو انرژي 3.99٪ څخه 224.42 kJ/mol ته لوړیږي. د فعالولو انرژي زیاتوالی ښیې چې د کرسټالیزیشن پروسې د انرژي خنډ زیاتیږي، کوم چې به د کرسټالیزیشن ودې کچه او د کرسټالیزیشن حاصلاتو کې کمښت لامل شي. کله چې د ناپاکۍ غلظت له 2.5 g/l څخه ډیر وي، د کرسټال کولو د فعالولو انرژي د پام وړ کمیږي. د 5 g/l د ناپاکۍ غلظت کې، د فعالولو انرژي 205.85 kJ/mol ده، کوم چې د 2.5 g/l د ناپاکۍ غلظت کې د فعالولو انرژۍ څخه 8.27٪ ټیټه ده. د فعالولو انرژۍ کمښت ښیي چې د کرسټال کولو پروسه اسانه شوې ده، کوم چې د کرسټال د ودې کچه او د کرسټال حاصلاتو کې زیاتوالي لامل کیږي.
(a) د ln(kg) د پلاټ د 1/T په مقابل کې فټ کول او (b) د فعالولو انرژي د مثال په توګه د مختلفو ناپاکۍ غلظت کې د کرسټالیزیشن.
د کرسټال د ودې میکانیزم د XRD او FTIR سپیکٹروسکوپي لخوا وڅیړل شو، او د کرسټال د ودې حرکت او د فعالولو انرژي تحلیل شوه. شکل 6 د XRD پایلې ښیې. معلومات د PDF #08–0470 سره مطابقت لري، کوم چې دا په ګوته کوي چې دا α-NiSO4 6H2O (سور سیلیکا) دی. کرسټال د تیتراګونال سیسټم پورې اړه لري، د فضا ګروپ P41212 دی، د واحد حجرو پیرامیټرونه a = b = 6.782 Å، c = 18.28 Å، α = β = γ = 90° دي، او حجم یې 840.8 Å3 دی. دا پایلې د هغو پایلو سره مطابقت لري چې مخکې د مانومینوا او نورو لخوا خپاره شوي. 19 د NH4+ ایونونو معرفي کول هم د (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O د جوړولو لامل کیږي. معلومات د PDF نمبر 31–0062 پورې اړه لري. کرسټال د مونوکلینیک سیسټم پورې اړه لري، د فضا ګروپ P21/a، د واحد حجرو پیرامیټرونه a = 9.186 Å، b = 12.468 Å، c = 6.242 Å، α = γ = 90°، β = 106.93°، او حجم یې 684 Å3 دی. دا پایلې د Su et al.20 لخوا راپور شوي پخوانۍ مطالعې سره مطابقت لري.
د نکل سلفیټ کرسټالونو د ایکس رې انحراف نمونې: (a–b) 0.5٪، (c–d) 1٪، (e–f) 1.5٪، او (g–h) 2٪ د تخم تناسب. ښي انځور د چپ انځور یو پراخ شوی لید دی.
لکه څنګه چې په شکل 6b، d، f او h کې ښودل شوي، 2.5 g/L په محلول کې د امونیم غلظت ترټولو لوړ حد دی پرته له دې چې اضافي مالګه جوړه کړي. کله چې د ناپاکۍ غلظت 3.75 او 5 g/L وي، نو NH4+ آیونونه د کرسټال جوړښت کې شامل کیږي ترڅو پیچلي مالګه (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O جوړه کړي. د معلوماتو له مخې، د پیچلي مالګې د اعظمي شدت لوړیږي ځکه چې د ناپاکۍ غلظت له 3.75 څخه 5 g/L ته لوړیږي، په ځانګړې توګه په 2θ 16.47° او 17.44° کې. د پیچلي مالګې د اعظمي حد زیاتوالی یوازې د کیمیاوي توازن د اصل له امله دی. په هرصورت، ځینې غیر معمولي حدونه په 2θ 16.47° کې لیدل کیږي، کوم چې د کرسټال د لچک لرونکي خرابوالي ته منسوب کیدی شي. 21 د ځانګړتیا پایلې دا هم ښیې چې د تخم لوړ تناسب د پیچلي مالګې د اعظمي شدت کمولو پایله لري. د تخم لوړ تناسب د کرسټال کولو پروسه ګړندۍ کوي، کوم چې په محلول کې د پام وړ کمښت لامل کیږي. پدې حالت کې، د کرسټال ودې پروسه په تخم متمرکزه ده، او د نوي مرحلو جوړول د محلول د کم شوي سوپر سیچوریشن لخوا خنډ کیږي. برعکس، کله چې د تخم تناسب ټیټ وي، د کرسټال کولو پروسه ورو وي، او د محلول سوپر سیچوریشن په نسبتا لوړه کچه پاتې کیږي. دا حالت د لږ محلول شوي دوه ګوني مالګې (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O) د نیوکلیشن احتمال زیاتوي. د دوه ګوني مالګې لپاره د لوړ شدت معلومات په جدول 3 کې ورکړل شوي دي.
د FTIR ځانګړتیا د NH4+ ایونونو د شتون له امله په کوربه جالیو کې د هر ډول ګډوډۍ یا ساختماني بدلونونو د څیړنې لپاره ترسره شوه. د 2٪ د دوامداره تخم تناسب سره نمونې مشخص شوې. شکل 7 د FTIR ځانګړتیا پایلې ښیې. هغه پراخې څوکې چې په 3444، 3257 او 1647 cm−1 کې لیدل شوي د مالیکولونو د O–H غځولو حالتونو له امله دي. په 2370 او 2078 cm−1 کې څوکې د اوبو مالیکولونو ترمنځ د بین مالیکولي هایدروجن بانډونو استازیتوب کوي. په 412 cm−1 کې بانډ د Ni–O غځولو وایبریشنونو ته منسوب دی. سربیره پردې، وړیا SO4− آیونونه په 450 (υ2)، 630 (υ4)، 986 (υ1) او 1143 او 1100 cm−1 (υ3) کې څلور لوی وایبریشن حالتونه ښیې. د υ1-υ4 سمبولونه د وایبریشنل حالتونو ځانګړتیاوې څرګندوي، چیرې چې υ1 د غیر تخریب حالت (سمیټریک سټرچینګ) استازیتوب کوي، υ2 د دوه ځله تخریب حالت (سمیټریک سټرچینګ) استازیتوب کوي، او υ3 او υ4 د درې ځله تخریب حالتونه (په ترتیب سره غیر متناسب سټرچینګ او غیر متناسب سټرچینګ) استازیتوب کوي. 22,23,24 د ځانګړتیا پایلې ښیې چې د امونیم ناپاکۍ شتون د 1143 سانتي مترو-1 د څپې شمیرې کې اضافي چوکۍ ورکوي (په انځور کې د سره حلقې سره نښه شوی). په 1143 سانتي مترو-1 کې اضافي چوکۍ ښیي چې د NH4+ ایونونو شتون، پرته له دې چې غلظت یې وي، د جالی جوړښت تحریف لامل کیږي، کوم چې د کرسټال دننه د سلفیټ آئن مالیکولونو د وایبریشن فریکونسۍ کې بدلون لامل کیږي.
د کرسټال ودې او فعالولو انرژۍ د حرکي چلند پورې اړوند د XRD او FTIR پایلو پراساس، شکل 8 د NH4+ ناپاکۍ اضافه کولو سره د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ د کرسټالیزیشن پروسې سکیماتیک ښیې. د ناپاکۍ په نشتوالي کې، Ni2+ آیونونه به د H2O سره تعامل وکړي ترڅو نکل هایدریټ [Ni(6H2O)]2− جوړ کړي. بیا، نکل هایدریټ په ناڅاپي ډول د SO42− آیونونو سره یوځای کیږي ترڅو Ni(SO4)2 6H2O نیوکلی جوړ کړي او د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ کرسټالونو ته وده ورکوي. کله چې د امونیم ناپاکۍ ټیټ غلظت (2.5 g/L یا لږ) په محلول کې اضافه شي، [Ni(6H2O)]2− د SO42− آیونونو سره په بشپړ ډول یوځای کول ستونزمن دي ځکه چې [Ni(6H2O)]2− او NH4+ آیونونه د SO42− آیونونو سره د ترکیب لپاره سیالي کوي، که څه هم لاهم د دواړو آیونونو سره د عکس العمل لپاره کافي سلفیټ آیونونه شتون لري. دا وضعیت د کرسټالیزیشن د فعالولو انرژي کې زیاتوالي او د کرسټال ودې کې د سستوالي لامل کیږي. ۱۴،۲۵ وروسته له دې چې د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ نیوکلی جوړ شي او کرسټالونو ته وده وکړي، ډیری NH4+ او (NH4)2SO4 آیونونه د کرسټال په سطحه جذب کیږي. دا تشریح کوي چې ولې د NSH-8 او NSH-12 نمونو کې د SO4− آیون (د څپو شمیره 1143 cm−1) فعال ګروپ د ډوپینګ پروسې پرته جوړ پاتې کیږي. کله چې د ناپاکۍ غلظت لوړ وي، NH4+ آیونونه د کرسټال جوړښت کې شاملیدل پیل کوي، دوه ګونی مالګې جوړوي. ۱۶ دا پدیده په محلول کې د SO42− آیونونو د نشتوالي له امله رامینځته کیږي، او SO42− آیونونه د امونیم آیونونو په پرتله د نکل هایډریټ سره ګړندي تړل کیږي. دا میکانیزم د دوه ګوني مالګو نیوکلییشن او ودې ته وده ورکوي. د الیاژ کولو پروسې په جریان کې، Ni(SO4)2 6H2O او (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O نیوکلی په ورته وخت کې جوړیږي، کوم چې د ترلاسه شوي نیوکلی شمیر کې زیاتوالي لامل کیږي. د نیوکلی شمیر کې زیاتوالی د کرسټال ودې ګړندی کولو او د فعالولو انرژي کمولو ته وده ورکوي.
په اوبو کې د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ تحلیل کیمیاوي تعامل، د لږ مقدار او لوی مقدار امونیم سلفیټ اضافه کول، او بیا د کرسټال کولو پروسې ترسره کول په لاندې ډول څرګند کیدی شي:
د SEM ځانګړتیا پایلې په شکل 9 کې ښودل شوي دي. د ځانګړتیا پایلې ښیي چې د اضافه شوي امونیم مالګې مقدار او د تخم کولو تناسب د کرسټال شکل باندې د پام وړ اغیزه نه کوي. د جوړ شوي کرسټالونو اندازه نسبتا ثابت پاتې کیږي، که څه هم په ځینو ټکو کې لوی کرسټالونه څرګندیږي. په هرصورت، د جوړ شوي کرسټالونو په اوسط اندازې باندې د امونیم مالګې غلظت او تخم کولو تناسب اغیزې ټاکلو لپاره لاهم نور ځانګړتیا ته اړتیا ده.
د NiSO4 6H2O کرسټال مورفولوژي: (a–e) 0.5٪، (f–j) 1٪، (h–o) 1.5٪ او (p–u) 2٪ د تخم تناسب چې د NH4+ غلظت له پورته څخه ښکته ته بدلون ښیې، کوم چې په ترتیب سره 0، 1.25، 2.5، 3.75 او 5 g/L دی.
شکل ۱۰a د کرسټالونو د TGA منحني ښیي چې د ناپاکۍ مختلف غلظت لري. د TGA تحلیل په نمونو باندې د تخم کولو تناسب ۲٪ سره ترسره شو. د XRD تحلیل هم د NSH-20 نمونې باندې ترسره شو ترڅو جوړ شوي مرکبات وټاکي. د XRD پایلې چې په شکل ۱۰b کې ښودل شوي د کرسټال جوړښت کې بدلونونه تاییدوي. د ترموګراویمیتریک اندازه کول ښیې چې ټول ترکیب شوي کرسټالونه تر ۸۰ درجو سانتي ګراد پورې حرارتي ثبات ښیې. وروسته، کله چې تودوخه ۲۰۰ درجو سانتي ګراد ته لوړه شوه نو د کرسټال وزن ۳۵٪ کم شو. د کرسټالونو د وزن کمیدل د تجزیې پروسې له امله دي، چې پکې د NiSO4 H2O جوړولو لپاره د ۵ اوبو مالیکولونو له لاسه ورکول شامل دي. کله چې تودوخه ۳۰۰-۴۰۰ درجو سانتي ګراد ته لوړه شوه، د کرسټالونو وزن بیا کم شو. د کرسټالونو د وزن کمیدل شاوخوا ۶.۵٪ وو، پداسې حال کې چې د NSH-20 کرسټال نمونې د وزن کمیدل یو څه لوړ وو، په سمه توګه ۶.۶۵٪. د NSH-20 نمونې کې د NH4+ ایونونو تجزیه د NH3 ګاز ته د یو څه لوړ کمښت لامل شوه. لکه څنګه چې تودوخه له 300 څخه تر 400 درجو سانتي ګراد پورې لوړه شوه، د کرسټالونو وزن کم شو، چې په پایله کې یې ټول کرسټالونه د NiSO4 جوړښت درلود. د تودوخې له 700 درجو سانتي ګراد څخه تر 800 درجو سانتي ګراد پورې لوړیدل د کرسټال جوړښت په NiO بدل کړ، چې د SO2 او O2 ګازونو د خوشې کیدو لامل شو.25,26
د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ کرسټالونو پاکوالی د DC-Arc ICP-MS وسیلې په کارولو سره د NH4+ غلظت ارزولو سره ټاکل شوی. د نکل سلفیټ کرسټالونو پاکوالی د فورمول (5) په کارولو سره ټاکل شوی.
چیرته چې Ma په کرسټال کې د ناپاکۍ ډله (mg) ده، Mo د کرسټال (mg) ډله ده، Ca په محلول کې د ناپاکۍ غلظت (mg/l) دی، V د محلول حجم (l) دی.
شکل ۱۱ د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ کرسټالونو پاکوالی ښیي. د پاکوالي ارزښت د ۳ ځانګړتیاوو اوسط ارزښت دی. پایلې ښیي چې د تخم کولو تناسب او د ناپاکۍ غلظت په مستقیم ډول د جوړ شوي نکل سلفیټ کرسټالونو پاکوالی اغیزمنوي. د ناپاکۍ غلظت څومره لوړ وي، د ناپاکۍ جذب ډیر وي، چې په پایله کې د جوړ شوي کرسټالونو پاکوالی کم وي. په هرصورت، د ناپاکۍ جذب نمونه ممکن د ناپاکۍ غلظت پورې اړه ولري، او د پایلې ګراف ښیي چې د کرسټالونو لخوا د ناپاکۍ ټول جذب د پام وړ بدلون نه کوي. سربیره پردې، دا پایلې دا هم ښیي چې د تخم کولو لوړ تناسب کولی شي د کرسټالونو پاکوالی ښه کړي. دا پدیده ممکنه ده ځکه چې کله د جوړ شوي کرسټال نیوکلی ډیری برخه په نکل نیوکلی باندې متمرکزه وي، نو د نکل په ایونونو کې د راټولیدو احتمال لوړ وي. ۲۷
مطالعې ښودلې چې امونیم آیونونه (NH4+) د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ کرسټالونو د کرسټالیزیشن پروسې او کرسټالین ملکیتونو باندې د پام وړ اغیزه کوي، او همدارنګه د کرسټالیزیشن پروسې باندې د تخم تناسب اغیزه څرګنده کړه.
د امونیم غلظت د 2.5 g/l څخه پورته وي، د کرسټال حاصل او د کرسټال ودې کچه کمیږي. د امونیم غلظت د 2.5 g/l څخه پورته وي، د کرسټال حاصل او د کرسټال ودې کچه لوړیږي.
د نکل محلول ته د ناپاکۍ اضافه کول د SO42− لپاره د NH4+ او [Ni(6H2O)]2− ایونونو ترمنځ سیالي زیاتوي، کوم چې د فعالولو انرژي زیاتوالي لامل کیږي. د ناپاکۍ لوړ غلظت اضافه کولو وروسته د فعالولو انرژي کې کمښت د کرسټال جوړښت ته د NH4+ ایونونو د ننوتلو له امله دی، په دې توګه دوه ګونی مالګه (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O جوړوي.
د لوړ تخم کښت تناسب کارول کولی شي د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ د کرسټال حاصلات، د کرسټال ودې کچه او د کرسټال پاکوالي ته وده ورکړي.
ډیمیرل، ایچ ایس، او نور. د لیټرایټ پروسس کولو پرمهال د بیټرۍ درجې نکل سلفیټ هایډریټ د محلول ضد کرسټالیزیشن. د سپتمبر پاکولو ټیکنالوژي، 286، 120473. https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2022.120473 (2022).
ساګونتالا، پي. او یاسوتا، پي. په لوړه تودوخه کې د نکل سلفیټ کرسټالونو نظري غوښتنلیکونه: د ډوپینټونو په توګه د اضافه شوي امینو اسیدونو سره د ځانګړتیا مطالعات. ماټر. نن ورځ پروک. 9، 669-673. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2018.10.391 (2019).
بابااحمدي، وي.، او نور. د ټوکر په سطحو کې د نکل نمونو الیکټروډیپوزیشن د کم شوي ګرافین اکسایډ په اړه د پولیول-میډیټډ چاپ سره. د کولویډال سطحو د فزیکي او کیمیاوي انجینرۍ ژورنال 703، 135203. https://doi.org/10.1016/J.COLSURFA.2024.135203 (2024).
فریزر، جي.، انډرسن، جي.، لازوین، جي.، او نور. "د بریښنایی موټرو بیټریو لپاره د نکل د رسولو راتلونکې غوښتنه او امنیت." د اروپایي اتحادیې د خپرونو دفتر؛ (۲۰۲۱). https://doi.org/10.2760/212807
هان، بي.، بوکمن، او.، ولسن، بي پي، لونډسټروم، ايم. او لوهي-کلتانن، ايم. د یخولو سره د بیچ کرسټالیزیشن په واسطه د نکل سلفیټ پاکول. کیمیاوي انجینرۍ ټیکنالوژي 42(7)، 1475–1480. https://doi.org/10.1002/CEAT.201800695 (2019).
ما، وای. او نور. د لیتیم-آیون بیټرۍ موادو لپاره د فلزي مالګو په تولید کې د باران او کرسټال کولو میتودونو کارول: یوه بیاکتنه. فلزات. 10(12)، 1-16. https://doi.org/10.3390/MET10121609 (2020).
مسالوف، وي ایم، او نور. د ثابت حالت د تودوخې د تدریجي شرایطو لاندې د نکل سلفیټ هیکساهایډریټ (α-NiSO4.6H2O) واحد کرسټالونو وده. کرسټالګرافي. 60(6)، 963–969. https://doi.org/10.1134/S1063774515060206 (2015).
چوهدري، آر آر او نور. α- نکل سلفیټ هیکساهایډریټ کرسټالونه: د ودې شرایطو، کرسټال جوړښت، او ملکیتونو ترمنځ اړیکه. JApCr. 52، 1371–1377. https://doi.org/10.1107/S1600576719013797FILE (2019).
هان، بي.، بوکمن، او.، ولسن، بي پي، لونډسټروم، ايم. او لوهي-کلتانن، ايم. د بیچ-کولډ کرسټال کولو له لارې د نکل سلفیټ پاکول. کیمیاوي انجینرۍ ټیکنالوژي 42(7)، 1475–1480. https://doi.org/10.1002/ceat.201800695 (2019).