Hatur nuhun parantos nganjang ka nature.com. Versi browser anu anjeun anggo gaduh dukungan CSS anu terbatas. Pikeun pangalaman anu pangsaéna, kami nyarankeun anjeun nganggo versi browser pangénggalna (atanapi mareuman modeu kompatibilitas dina Internet Explorer). Salaku tambahan, pikeun mastikeun dukungan anu terus-terusan, situs ieu moal ngalebetkeun gaya atanapi JavaScript.
Panilitian ieu nalungtik pangaruh pangotor NH4+ sareng babandingan siki kana mékanisme kamekaran sareng kinerja nikel sulfat heksahidrat dina kristalisasi pendinginan anu teu kontinyu, sareng nalungtik pangaruh pangotor NH4+ kana mékanisme kamekaran, sipat termal, sareng gugus fungsi nikel sulfat heksahidrat. Dina konsentrasi pangotor anu handap, ion Ni2+ sareng NH4+ bersaing sareng SO42− pikeun ngabeungkeut, anu ngahasilkeun panurunan hasil kristal sareng laju kamekaran sareng ningkatkeun énergi aktivasi kristalisasi. Dina konsentrasi pangotor anu luhur, ion NH4+ dilebetkeun kana struktur kristal pikeun ngabentuk uyah kompléks (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Pembentukan uyah kompléks ngahasilkeun paningkatan hasil kristal sareng laju kamekaran sareng panurunan énergi aktivasi kristalisasi. Ayana konsentrasi ion NH4+ anu luhur sareng handap nyababkeun distorsi kisi, sareng kristal stabil sacara termal dina suhu dugi ka 80 °C. Salaku tambahan, pangaruh pangotor NH4+ kana mékanisme kamekaran kristal langkung ageung tibatan babandingan siki. Nalika konsentrasi pangotorna handap, pangotorna gampang napel kana kristal; nalika konsentrasina luhur, pangotorna gampang diasupkeun kana kristal. Babandingan siki tiasa ningkatkeun hasil kristal sacara signifikan sareng ningkatkeun kamurnian kristal sakedik.
Nikel sulfat heksahidrat (NiSO4 6H2O) ayeuna mangrupikeun bahan penting anu dianggo dina rupa-rupa industri, kalebet manufaktur batré, éléktroplating, katalis, sareng bahkan dina produksi katuangan, minyak, sareng parfum. 1,2,3 Kapentinganana beuki ningkat kalayan kamekaran kendaraan listrik anu gancang, anu ngandelkeun pisan kana batré litium-ion (LiB) berbasis nikel. Panggunaan paduan nikel tinggi sapertos NCM 811 diperkirakeun bakal dominan dina taun 2030, langkung ningkatkeun paménta pikeun nikel sulfat heksahidrat. Nanging, kusabab kendala sumber daya, produksi panginten henteu tiasa nyumponan paménta anu ningkat, nyiptakeun jurang antara suplai sareng paménta. Kakurangan ieu parantos nimbulkeun kahariwang ngeunaan kasadiaan sumber daya sareng stabilitas harga, anu nyorot kabutuhan produksi nikel sulfat tingkat batré anu stabil sareng kemurnian tinggi anu efisien. 1,4
Produksi nikel sulfat heksahidrat umumna kahontal ku kristalisasi. Di antara rupa-rupa metode, metode pendinginan mangrupikeun metode anu seueur dianggo, anu gaduh kaunggulan konsumsi énergi anu handap sareng kamampuan pikeun ngahasilkeun bahan anu kualitasna luhur. 5,6 Panalungtikan ngeunaan kristalisasi nikel sulfat heksahidrat nganggo kristalisasi pendinginan anu teu kontinyu parantos ngadamel kamajuan anu signifikan. Ayeuna, kaseueuran panalungtikan museur kana ningkatkeun prosés kristalisasi ku cara ngaoptimalkeun parameter sapertos suhu, laju pendinginan, ukuran siki sareng pH. 7,8,9 Tujuanana nyaéta pikeun ningkatkeun hasil kristal sareng kamurnian kristal anu diala. Nanging, sanaos panilitian anu komprehensif ngeunaan parameter ieu, masih aya celah anu ageung dina perhatian anu dipasihkeun kana pangaruh pangotor, khususna amonium (NH4+), kana hasil kristalisasi.
Pangotor amonium kamungkinan aya dina larutan nikel anu dianggo pikeun kristalisasi nikel kusabab ayana pangotor amonium salami prosés ékstraksi. Amonia umumna dianggo salaku agén panyabunan, anu nyésakeun jumlah NH4+ dina larutan nikel. 10,11,12 Sanaos pangotor amonium aya di mana-mana, pangaruhna kana sipat kristal sapertos struktur kristal, mékanisme kamekaran, sipat termal, kamurnian, jsb. masih kurang kahartos. Panalungtikan anu terbatas ngeunaan pangaruhna penting sabab pangotor tiasa ngahalangan atanapi ngarobih kamekaran kristal sareng, dina sababaraha kasus, bertindak salaku inhibitor, mangaruhan transisi antara bentuk kristal métastabil sareng stabil. 13,14 Ku kituna, ngartos épék ieu penting pisan tina sudut pandang industri sabab pangotor tiasa ngaganggu kualitas produk.
Dumasar kana patarosan anu khusus, panilitian ieu bertujuan pikeun nalungtik pangaruh pangotor amonium kana sipat kristal nikel. Ku cara ngartos pangaruh pangotor, metode énggal tiasa dikembangkeun pikeun ngontrol sareng ngaminimalkeun pangaruh négatifna. Panilitian ieu ogé nalungtik korélasi antara konsentrasi pangotor sareng parobahan dina babandingan siki. Kusabab siki seueur dianggo dina prosés produksi, parameter siki dianggo dina panilitian ieu, sareng penting pikeun ngartos hubungan antara dua faktor ieu. 15 Pangaruh tina dua parameter ieu dianggo pikeun nalungtik hasil kristal, mékanisme kamekaran kristal, struktur kristal, morfologi, sareng kamurnian. Salaku tambahan, paripolah kinétik, sipat termal, sareng gugus fungsi kristal dina pangaruh pangotor NH4+ nyalira ditalungtik langkung lanjut.
Bahan anu dianggo dina ieu panilitian nyaéta nikel sulfat heksahidrat (NiSO 6H2O, ≥ 99,8%) anu disayogikeun ku GEM; amonium sulfat ((NH)SO, ≥ 99%) anu dipésér ti Tianjin Huasheng Co., Ltd.; cai sulingan. Kristal siki anu dianggo nyaéta NiSO 6H2O, ditumbuk sareng diayak pikeun kéngingkeun ukuran partikel anu seragam 0,154 mm. Ciri-ciri NiSO 6H2O dipidangkeun dina Tabel 1 sareng Gambar 1.
Pangaruh pangotor NH4+ sareng babandingan siki kana kristalisasi nikel sulfat heksahidrat ditalungtik nganggo pendinginan intermiten. Sadaya ékspérimén dilaksanakeun dina suhu awal 25 °C. 25 °C dipilih salaku suhu kristalisasi kalayan ngémutan watesan kontrol suhu salami filtrasi. Kristalisasi tiasa diinduksi ku fluktuasi suhu anu dadakan salami filtrasi larutan panas nganggo corong Buchner suhu rendah. Prosés ieu tiasa mangaruhan sacara signifikan kinétika, serapan pangotor, sareng rupa-rupa sipat kristal.
Larutan nikel mimitina disiapkeun ku cara ngaleyurkeun 224 g NiSO4 6H2O dina 200 ml cai sulingan. Konsentrasi anu dipilih pakait sareng supersaturasi (S) = 1,109. Supersaturasi ditangtukeun ku cara ngabandingkeun kalarutan kristal nikel sulfat anu leyur sareng kalarutan nikel sulfat heksahidrat dina suhu 25 °C. Supersaturasi anu langkung handap dipilih pikeun nyegah kristalisasi spontan nalika suhu diturunkeun ka anu awal.
Pangaruh konsentrasi ion NH4+ kana prosés kristalisasi ditalungtik ku cara nambahkeun (NH4)2SO4 kana larutan nikel. Konsentrasi ion NH4+ anu dianggo dina ieu panilitian nyaéta 0, 1,25, 2,5, 3,75, sareng 5 g/L. Larutan dipanaskeun dina suhu 60 °C salami 30 menit bari diaduk dina 300 rpm pikeun mastikeun pencampuran anu rata. Larutan teras didinginkan dugi ka suhu réaksi anu dipikahoyong. Nalika suhu ngahontal 25 °C, jumlah kristal siki anu béda (rasio siki 0,5%, 1%, 1,5%, sareng 2%) ditambahkeun kana larutan. Babandingan siki ditangtukeun ku cara ngabandingkeun beurat siki sareng beurat NiSO4 6H2O dina larutan.
Saatos nambihan kristal siki kana larutan, prosés kristalisasi lumangsung sacara alami. Prosés kristalisasi lumangsung salami 30 menit. Larutan disaring nganggo mesin pres filter pikeun misahkeun kristal anu akumulasi tina larutan. Salila prosés filtrasi, kristal dikumbah sacara rutin ku étanol pikeun ngaminimalkeun kamungkinan rekristalisasi sareng ngaminimalkeun adhesi pangotor dina larutan kana permukaan kristal. Étanol dipilih pikeun ngumbah kristal sabab kristal henteu leyur dina étanol. Kristal anu disaring disimpen dina inkubator laboratorium dina suhu 50 °C. Parameter ékspériméntal anu lengkep anu dianggo dina panilitian ieu dipidangkeun dina Tabel 2.
Struktur kristal ditangtukeun nganggo instrumen XRD (SmartLab SE—HyPix-400) sareng ayana sanyawa NH4+ dideteksi. Karakterisasi SEM (Apreo 2 HiVac) dilakukeun pikeun nganalisis morfologi kristal. Sipat termal kristal ditangtukeun nganggo instrumen TGA (TG-209-F1 Libra). Gugus fungsi dianalisis ku FTIR (JASCO-FT/IR-4X). Kamurnian sampel ditangtukeun nganggo instrumen ICP-MS (Prodigy DC Arc). Sampel disiapkeun ku cara ngaleyurkeun 0,5 g kristal dina 100 mL cai sulingan. Hasil kristalisasi (x) diitung ku cara ngabagi massa kristal kaluaran ku massa kristal input numutkeun rumus (1).
dimana x nyaéta hasil kristal, anu rupa-rupa ti 0 nepi ka 1, mout nyaéta beurat kristal kaluaran (g), min nyaéta beurat kristal input (g), msol nyaéta beurat kristal dina leyuran, jeung mseed nyaéta beurat kristal seed.
Hasil kristalisasi salajengna ditalungtik pikeun nangtukeun kinétika kamekaran kristal sareng ngira-ngira nilai énergi aktivasi. Panilitian ieu dilaksanakeun kalayan babandingan seeding 2% sareng prosedur ékspériméntal anu sami sapertos sateuacanna. Parameter kinétika kristalisasi isotermal ditangtukeun ku cara meunteun hasil kristal dina waktos kristalisasi anu béda (10, 20, 30, sareng 40 menit) sareng suhu awal (25, 30, 35, sareng 40 °C). Konsentrasi anu dipilih dina suhu awal pakait sareng nilai supersaturasi (S) masing-masing 1,109, 1,052, 1, sareng 0,953. Nilai supersaturasi ditangtukeun ku cara ngabandingkeun kalarutan kristal nikel sulfat anu leyur sareng kalarutan nikel sulfat heksahidrat dina suhu awal. Dina panilitian ieu, kalarutan NiSO4 6H2O dina 200 mL cai dina suhu anu béda tanpa pangotor dipidangkeun dina Gambar 2.
Johnson-Mail-Avrami (téori JMA) dianggo pikeun nganalisis paripolah kristalisasi isotermal. Téori JMA dipilih sabab prosés kristalisasi henteu lumangsung dugi ka kristal siki ditambahkeun kana larutan. Téori JMA dijelaskeun sapertos kieu:
Di mana x(t) ngagambarkeun transisi dina waktos t, k ngagambarkeun konstanta laju transisi, t ngagambarkeun waktos transisi, sareng n ngagambarkeun indéks Avrami. Rumus 3 diturunkeun tina rumus (2). Énergi aktivasi kristalisasi ditangtukeun nganggo persamaan Arrhenius:
dimana kg nyaéta konstanta laju réaksi, k0 nyaéta konstanta, Eg nyaéta énergi aktivasi kamekaran kristal, R nyaéta konstanta gas molar (R=8,314 J/mol K), sareng T nyaéta suhu kristalisasi isotermal (K).
Gambar 3a nunjukkeun yén babandingan seeding sareng konsentrasi dopan gaduh pangaruh kana hasil kristal nikel. Nalika konsentrasi dopan dina larutan ningkat janten 2,5 g/L, hasil kristal turun tina 7,77% janten 6,48% (babandingan siki 0,5%) sareng ti 10,89% janten 10,32% (babandingan siki 2%). Kanaékan salajengna dina konsentrasi dopan nyababkeun paningkatan anu saluyu dina hasil kristal. Hasil pangluhurna ngahontal 17,98% nalika babandingan seeding nyaéta 2% sareng konsentrasi dopan nyaéta 5 g/L. Parobahan dina pola hasil kristal kalayan paningkatan konsentrasi dopan tiasa aya hubunganana sareng parobahan dina mékanisme kamekaran kristal. Nalika konsentrasi dopan rendah, ion Ni2+ sareng NH4+ bersaing pikeun ngabeungkeut sareng SO42−, anu nyababkeun paningkatan dina kalarutan nikel dina larutan sareng panurunan dina hasil kristal. 14 Nalika konsentrasi pangotor luhur, prosés kompetisi tetep lumangsung, tapi sababaraha ion NH4+ koordinasi sareng ion nikel sareng sulfat pikeun ngabentuk uyah ganda tina nikel amonium sulfat. 16 Pembentukan uyah ganda nyababkeun panurunan dina kalarutan zat terlarut, sahingga ningkatkeun hasil kristal. Ningkatkeun babandingan seeding tiasa terus ningkatkeun hasil kristal. Sikina tiasa ngamimitian prosés nukleasi sareng kamekaran kristal spontan ku cara nyayogikeun luas permukaan awal pikeun ion zat terlarut pikeun ngatur sareng ngabentuk kristal. Nalika babandingan seeding ningkat, luas permukaan awal pikeun ion pikeun ngatur ningkat, janten langkung seueur kristal anu tiasa kabentuk. Ku alatan éta, ningkatkeun babandingan seeding gaduh pangaruh langsung kana laju kamekaran kristal sareng hasil kristal. 17
Parameter NiSO4 6H2O: (a) hasil kristal sareng (b) pH larutan nikel sateuacan sareng saatos inokulasi.
Gambar 3b nunjukkeun yén babandingan siki sareng konsentrasi dopan mangaruhan pH larutan nikel sateuacan sareng saatos ditambahkeun siki. Tujuan ngawaskeun pH larutan nyaéta pikeun ngartos parobahan dina kasaimbangan kimia dina larutan. Sateuacan nambahkeun kristal siki, pH larutan condong turun kusabab ayana ion NH4+ anu ngaleupaskeun proton H+. Ningkatkeun konsentrasi dopan nyababkeun langkung seueur proton H+ anu dileupaskeun, sahingga nurunkeun pH larutan. Saatos nambahkeun kristal siki, pH sadaya larutan ningkat. Tren pH berkorelasi positif sareng tren ngahasilkeun kristal. Nilai pH panghandapna diala dina konsentrasi dopan 2,5 g/L sareng babandingan siki 0,5%. Nalika konsentrasi dopan ningkat janten 5 g/L, pH larutan ningkat. Fenomena ieu cukup kahartos, sabab kasadiaan ion NH4+ dina larutan turun boh kusabab panyerepan, atanapi kusabab kaasup, atanapi kusabab panyerepan sareng kaasupna ion NH4+ ku kristal.
Ékspérimén sareng analisis hasil kristal salajengna dilaksanakeun pikeun nangtukeun paripolah kinétik kamekaran kristal sareng ngitung énergi aktivasi kamekaran kristal. Parameter kinétika kristalisasi isotermal dijelaskeun dina bagian Métode. Gambar 4 nunjukkeun plot Johnson-Mehl-Avrami (JMA) anu nunjukkeun paripolah kinétik kamekaran kristal nikel sulfat. Plot ieu dihasilkeun ku cara ngaplot nilai ln[− ln(1− x(t))] ngalawan nilai lnt (Persamaan 3). Nilai gradien anu diala tina plot pakait sareng nilai indéks JMA (n) anu nunjukkeun diménsi kristal anu tumuwuh sareng mékanisme kamekaran. Sedengkeun nilai cutoff nunjukkeun laju kamekaran anu digambarkeun ku konstanta ln k. Nilai indéks JMA (n) mimitian ti 0,35 dugi ka 0,75. Nilai n ieu nunjukkeun yén kristal gaduh kamekaran hiji diménsi sareng nuturkeun mékanisme kamekaran anu dikontrol difusi; 0 < n < 1 nunjukkeun kamekaran hiji diménsi, sedengkeun n < 1 nunjukkeun mékanisme kamekaran anu dikontrol difusi. 18 Laju tumuwuhna konstanta k nurun kalawan ningkatna suhu, nunjukkeun yén prosés kristalisasi lumangsung leuwih gancang dina suhu anu leuwih handap. Ieu aya patalina jeung kanaékan supersaturasi larutan dina suhu anu leuwih handap.
Plot Johnson-Mehl-Avrami (JMA) nikel sulfat heksahidrat dina suhu kristalisasi anu béda: (a) 25 °C, (b) 30 °C, (c) 35 °C sareng (d) 40 °C.
Panambahan dopan nunjukkeun pola laju kamekaran anu sami dina sadaya suhu. Nalika konsentrasi dopan 2,5 g/L, laju kamekaran kristal nurun, sareng nalika konsentrasi dopan langkung luhur tibatan 2,5 g/L, laju kamekaran kristal ningkat. Sakumaha anu parantos disebatkeun sateuacanna, parobahan pola laju kamekaran kristal disababkeun ku parobahan mékanisme interaksi antara ion dina larutan. Nalika konsentrasi dopan rendah, prosés kompetisi antara ion dina larutan ningkatkeun kalarutan zat terlarut, sahingga ngirangan laju kamekaran kristal. 14 Salajengna, panambahan dopan konsentrasi anu luhur nyababkeun prosés kamekaran robih sacara signifikan. Nalika konsentrasi dopan ngaleuwihan 3,75 g/L, inti kristal énggal tambahan kabentuk, anu nyababkeun panurunan kalarutan zat terlarut, sahingga ningkatkeun laju kamekaran kristal. Pembentukan inti kristal énggal tiasa dipidangkeun ku pembentukan uyah ganda (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. 16 Nalika ngabahas mékanisme tumuwuhna kristal, hasil difraksi sinar-X mastikeun formasi uyah ganda.
Fungsi plot JMA salajengna dievaluasi pikeun nangtukeun énergi aktivasi kristalisasi. Énergi aktivasi diitung nganggo persamaan Arrhenius (dipidangkeun dina Persamaan (4)). Gambar 5a nunjukkeun hubungan antara nilai ln(kg) sareng nilai 1/T. Teras, énergi aktivasi diitung nganggo nilai gradien anu diala tina plot. Gambar 5b nunjukkeun nilai énergi aktivasi kristalisasi dina konsentrasi pangotor anu béda. Hasilna nunjukkeun yén parobahan dina konsentrasi pangotor mangaruhan énergi aktivasi. Énergi aktivasi kristalisasi kristal nikel sulfat tanpa pangotor nyaéta 215,79 kJ/mol. Nalika konsentrasi pangotor ngahontal 2,5 g/L, énergi aktivasi ningkat 3,99% janten 224,42 kJ/mol. Kanaékan énergi aktivasi nunjukkeun yén panghalang énergi tina prosés kristalisasi ningkat, anu bakal nyababkeun panurunan dina laju kamekaran kristal sareng hasil kristal. Nalika konsentrasi pangotor langkung ti 2,5 g/L, énergi aktivasi kristalisasi turun sacara signifikan. Dina konsentrasi pangotor 5 g/l, énergi aktivasi nyaéta 205,85 kJ/mol, anu 8,27% leuwih handap tibatan énergi aktivasi dina konsentrasi pangotor 2,5 g/l. Panurunan énergi aktivasi nunjukkeun yén prosés kristalisasi difasilitasi, anu ngarah kana paningkatan laju kamekaran kristal sareng hasil kristal.
(a) Paskeun plot ln(kg) versus 1/T sareng (b) énergi aktivasi Eg tina kristalisasi dina konsentrasi pangotor anu béda.
Mékanisme kamekaran kristal ditalungtik ku spéktroskopi XRD sareng FTIR, sareng kinétika kamekaran kristal sareng énergi aktivasi dianalisis. Gambar 6 nunjukkeun hasil XRD. Data ieu saluyu sareng PDF #08–0470, anu nunjukkeun yén éta mangrupikeun α-NiSO4 6H2O (silika beureum). Kristal kagolong kana sistem tetragonal, grup rohangan nyaéta P41212, parameter sél unit nyaéta a = b = 6,782 Å, c = 18,28 Å, α = β = γ = 90°, sareng volume nyaéta 840,8 Å3. Hasil ieu saluyu sareng hasil anu diterbitkeun sateuacanna ku Manomenova et al. 19 Bubuka ion NH4+ ogé ngarah kana formasi (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Data ieu kagolong kana PDF No. 31–0062. Kristal ieu kagolong kana sistem monoklinik, grup rohangan P21/a, parameter sél unitna nyaéta a = 9,186 Å, b = 12,468 Å, c = 6,242 Å, α = γ = 90°, β = 106,93°, sareng volumena nyaéta 684 Å3. Hasil ieu saluyu sareng panilitian sateuacana anu dilaporkeun ku Su et al.20.
Pola difraksi sinar-X tina kristal nikel sulfat: (a–b) 0,5%, (c–d) 1%, (e–f) 1,5%, sareng (g–h) babandingan siki 2%. Gambar katuhu mangrupikeun tampilan anu digedekeun tina gambar kénca.
Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 6b, d, f sareng h, 2,5 g/L mangrupikeun wates konsentrasi amonium pangluhurna dina larutan tanpa ngabentuk uyah tambahan. Nalika konsentrasi pangotor nyaéta 3,75 sareng 5 g/L, ion NH4+ dilebetkeun kana struktur kristal pikeun ngabentuk uyah kompléks (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Numutkeun data, inténsitas puncak uyah kompléks ningkat nalika konsentrasi pangotor ningkat ti 3,75 dugi ka 5 g/L, khususna dina 2θ 16,47° sareng 17,44°. Kanaékan puncak uyah kompléks ngan ukur kusabab prinsip kasaimbangan kimia. Nanging, sababaraha puncak abnormal katingali dina 2θ 16,47°, anu tiasa disababkeun ku deformasi élastis kristal. 21 Hasil karakterisasi ogé nunjukkeun yén rasio seeding anu langkung luhur nyababkeun panurunan inténsitas puncak uyah kompléks. Babandingan siki anu langkung luhur ngagancangkeun prosés kristalisasi, anu nyababkeun panurunan anu signifikan dina zat terlarut. Dina hal ieu, prosés kamekaran kristal dipusatkeun kana siki, sareng formasi fase énggal dihambat ku turunna supersaturasi larutan. Sabalikna, nalika babandingan siki rendah, prosés kristalisasi laun, sareng supersaturasi larutan tetep dina tingkat anu kawilang luhur. Kaayaan ieu ningkatkeun kamungkinan nukleasi uyah ganda anu kirang leyur (NH4)2Ni(SO4)2·6H2O. Data inténsitas puncak pikeun uyah ganda dibéré dina Tabel 3.
Karakterisasi FTIR dilaksanakeun pikeun nalungtik gangguan atanapi parobahan struktural dina kisi host kusabab ayana ion NH4+. Sampel kalayan rasio seeding konstan 2% dicirikeun. Gambar 7 nunjukkeun hasil karakterisasi FTIR. Puncak lega anu dititénan dina 3444, 3257 sareng 1647 cm−1 disababkeun ku modeu peregangan O–H molekul. Puncak dina 2370 sareng 2078 cm−1 ngagambarkeun beungkeut hidrogén intermolekul antara molekul cai. Pita dina 412 cm−1 disababkeun ku geteran peregangan Ni–O. Salaku tambahan, ion SO4− bébas nunjukkeun opat modeu geteran utama dina 450 (υ2), 630 (υ4), 986 (υ1) sareng 1143 sareng 1100 cm−1 (υ3). Simbol υ1-υ4 ngagambarkeun sipat-sipat modeu geteran, dimana υ1 ngagambarkeun modeu non-degenerat (peregangan simetris), υ2 ngagambarkeun modeu degenerat ganda (lenturan simetris), sareng υ3 sareng υ4 ngagambarkeun modeu degenerat triple (peregangan asimetris sareng lenturan asimetris). 22,23,24 Hasil karakterisasi nunjukkeun yén ayana pangotor amonium masihan puncak tambahan dina bilangan gelombang 1143 cm-1 (ditandaan ku bunderan beureum dina gambar). Puncak tambahan dina 1143 cm-1 nunjukkeun yén ayana ion NH4+, henteu paduli konsentrasina, nyababkeun distorsi struktur kisi, anu nyababkeun parobahan dina frékuénsi geteran molekul ion sulfat di jero kristal.
Dumasar kana hasil XRD sareng FTIR anu aya hubunganana sareng paripolah kinétik kamekaran kristal sareng énergi aktivasi, Gambar 8 nunjukkeun skema prosés kristalisasi nikel sulfat heksahidrat kalayan tambahan pangotor NH4+. Upami teu aya pangotor, ion Ni2+ bakal meta réaksi sareng H2O pikeun ngabentuk nikel hidrat [Ni(6H2O)]2−. Teras, nikel hidrat sacara spontan ngahiji sareng ion SO42− pikeun ngabentuk inti Ni(SO4)2 6H2O sareng tumuwuh janten kristal nikel sulfat heksahidrat. Nalika konsentrasi pangotor amonium anu langkung handap (2,5 g/L atanapi kirang) ditambihkeun kana larutan, [Ni(6H2O)]2− hésé ngahiji sacara lengkep sareng ion SO42− sabab ion [Ni(6H2O)]2− sareng NH4+ bersaing pikeun kombinasi sareng ion SO42−, sanaos masih aya ion sulfat anu cekap pikeun meta réaksi sareng duanana ion. Kaayaan ieu nyababkeun paningkatan énergi aktivasi kristalisasi sareng perlambatan kamekaran kristal. 14,25 Saatos inti nikel sulfat heksahidrat kabentuk sareng tumuwuh janten kristal, sababaraha ion NH4+ sareng (NH4)2SO4 kaserep dina permukaan kristal. Ieu ngajelaskeun kunaon gugus fungsi ion SO4− (angka gelombang 1143 cm−1) dina sampel NSH-8 sareng NSH-12 tetep kabentuk tanpa prosés doping. Nalika konsentrasi pangotor luhur, ion NH4+ mimiti dilebetkeun kana struktur kristal, ngabentuk uyah ganda. 16 Fenomena ieu lumangsung kusabab kurangna ion SO42− dina larutan, sareng ion SO42− ngabeungkeut hidrat nikel langkung gancang tibatan ion amonium. Mékanisme ieu ngamajukeun nukleasi sareng kamekaran uyah ganda. Salila prosés paduan, inti Ni(SO4)2 6H2O sareng (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O kabentuk sacara simultan, anu nyababkeun paningkatan jumlah inti anu diala. Kanaékan jumlah inti ngamajukeun akselerasi kamekaran kristal sareng panurunan énergi aktivasi.
Réaksi kimiawi ngaleyurkeun nikel sulfat heksahidrat dina cai, nambahan saeutik jeung loba amonium sulfat, tuluy ngalaksanakeun prosés kristalisasi bisa digambarkeun saperti kieu:
Hasil karakterisasi SEM dipidangkeun dina Gambar 9. Hasil karakterisasi nunjukkeun yén jumlah uyah amonium anu ditambahkeun sareng babandingan seeding henteu mangaruhan sacara signifikan kana bentuk kristal. Ukuran kristal anu kabentuk tetep relatif konstan, sanaos kristal anu langkung ageung muncul dina sababaraha titik. Nanging, karakterisasi salajengna masih diperyogikeun pikeun nangtukeun pangaruh konsentrasi uyah amonium sareng babandingan seeding kana ukuran rata-rata kristal anu kabentuk.
Morfologi kristal NiSO4 6H2O: (a–e) 0,5%, (f–j) 1%, (h–o) 1,5% sareng (p–u) 2% babandingan siki anu nunjukkeun parobahan konsentrasi NH4+ ti luhur ka handap, nyaéta 0, 1,25, 2,5, 3,75 sareng 5 g/L, masing-masing.
Gambar 10a nunjukkeun kurva TGA tina kristal kalayan konsentrasi pangotor anu béda. Analisis TGA dilakukeun dina sampel kalayan babandingan seeding 2%. Analisis XRD ogé dilakukeun dina sampel NSH-20 pikeun nangtukeun sanyawa anu kabentuk. Hasil XRD anu dipidangkeun dina Gambar 10b mastikeun parobahan dina struktur kristal. Pangukuran termogravimetri nunjukkeun yén sadaya kristal anu disintésis nunjukkeun stabilitas termal dugi ka 80°C. Salajengna, beurat kristal turun 35% nalika suhu naék janten 200°C. Leungitna beurat kristal disababkeun ku prosés dekomposisi, anu ngalibatkeun leungitna 5 molekul cai pikeun ngabentuk NiSO4 H2O. Nalika suhu naék janten 300–400°C, beurat kristal turun deui. Leungitna beurat kristal sakitar 6,5%, sedengkeun leungitna beurat sampel kristal NSH-20 rada langkung luhur, persis 6,65%. Dekomposisi ion NH4+ kana gas NH3 dina sampel NSH-20 ngahasilkeun rédusibilitas anu rada luhur. Nalika suhu ningkat ti 300 ka 400°C, beurat kristal turun, hasilna sadaya kristal ngagaduhan struktur NiSO4. Ningkatkeun suhu ti 700°C ka 800°C nyababkeun struktur kristal robah jadi NiO, nyababkeun pelepasan gas SO2 sareng O2.25,26
Kamurnian kristal nikel sulfat heksahidrat ditangtukeun ku cara ngukur konsentrasi NH4+ nganggo instrumen DC-Arc ICP-MS. Kamurnian kristal nikel sulfat ditangtukeun nganggo rumus (5).
Di mana Ma nyaéta massa pangotor dina kristal (mg), Mo nyaéta massa kristal (mg), Ca nyaéta konsentrasi pangotor dina larutan (mg/l), V nyaéta volume larutan (l).
Gambar 11 nunjukkeun kamurnian kristal nikel sulfat heksahidrat. Nilai kamurnian nyaéta nilai rata-rata tina 3 karakteristik. Hasilna nunjukkeun yén babandingan seeding sareng konsentrasi pangotor sacara langsung mangaruhan kamurnian kristal nikel sulfat anu kabentuk. Beuki luhur konsentrasi pangotor, beuki ageung panyerepan pangotor, anu ngahasilkeun kamurnian kristal anu kabentuk anu langkung handap. Nanging, pola panyerepan pangotor tiasa robih gumantung kana konsentrasi pangotor, sareng grafik hasil nunjukkeun yén panyerepan sakabéh pangotor ku kristal henteu robih sacara signifikan. Salaku tambahan, hasil ieu ogé nunjukkeun yén babandingan seeding anu langkung luhur tiasa ningkatkeun kamurnian kristal. Fenomena ieu mungkin kusabab nalika kalolobaan inti kristal anu kabentuk dikonsentrasikeun dina inti nikel, kamungkinan ion nikel akumulasi dina nikel langkung luhur. 27
Panilitian ieu nunjukkeun yén ion amonium (NH4+) mangaruhan sacara signifikan prosés kristalisasi sareng sipat kristalin kristal nikel sulfat heksahidrat, sareng ogé ngungkabkeun pangaruh babandingan siki kana prosés kristalisasi.
Dina konsentrasi amonium di luhur 2,5 g/l, hasil kristal sareng laju kamekaran kristal nurun. Dina konsentrasi amonium di luhur 2,5 g/l, hasil kristal sareng laju kamekaran kristal ningkat.
Panambahan pangotor kana larutan nikel ningkatkeun persaingan antara ion NH4+ sareng [Ni(6H2O)]2− pikeun SO42−, anu ngabalukarkeun kanaékan énergi aktivasi. Panurunan énergi aktivasi saatos nambahan pangotor konsentrasi anu luhur disababkeun ku asupna ion NH4+ kana struktur kristal, sahingga ngabentuk uyah ganda (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O.
Ngagunakeun babandingan penyemaian anu langkung luhur tiasa ningkatkeun hasil kristal, laju kamekaran kristal, sareng kamurnian kristal nikel sulfat heksahidrat.
Demirel, HS, et al. Kristalisasi antipelarut tina hidrat nikel sulfat kelas batré salami pamrosésan laterit. Téhnologi Pemurnian Séptémber, 286, 120473. https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2022.120473 (2022).
Saguntala, P. sareng Yasota, P. Aplikasi optik kristal nikel sulfat dina suhu anu luhur: Studi karakterisasi nganggo asam amino tambahan salaku dopan. Mater. Today Proc. 9, 669–673. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2018.10.391 (2019).
Babaahmadi, V., et al. Éléktrodéposisi pola nikel dina permukaan tékstil kalayan percetakan anu dimediasi poliol dina oksida graféna anu diréduksi. Jurnal Téknik Fisika sareng Kimia Permukaan Koloid 703, 135203. https://doi.org/10.1016/J.COLSURFA.2024.135203 (2024).
Fraser, J., Anderson, J., Lazuen, J., et al. “Paménta sareng kaamanan suplai nikel pikeun batré kendaraan listrik di mangsa nu bakal datang.” Kantor Publikasi Uni Éropa; (2021). https://doi.org/10.2760/212807
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. sareng Louhi-Kultanen, M. Pemurnian nikel sulfat ku kristalisasi sacara batch kalayan pendinginan. Téhnologi Téknik Kimia 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/CEAT.201800695 (2019).
Ma, Y. et al. Aplikasi metode présipitasi sareng kristalisasi dina produksi uyah logam pikeun bahan batré litium-ion: ulasan. Logam. 10(12), 1-16. https://doi.org/10.3390/MET10121609 (2020).
Masalov, VM, et al. Tumuwuhna kristal tunggal nikel sulfat heksahidrat (α-NiSO4.6H2O) dina kaayaan gradien suhu ajeg. Kristalografi. 60(6), 963–969. https://doi.org/10.1134/S1063774515060206 (2015).
Choudhury, RR et al. Kristal heksahidrat α-Nikel sulfat: Hubungan antara kaayaan kamekaran, struktur kristal, sareng sipat-sipatna. JApCr. 52, 1371–1377. https://doi.org/10.1107/S1600576719013797FILE (2019).
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. sareng Louhi-Kultanen, M. Pemurnian nikel sulfat ku kristalisasi anu didinginkan sacara batch. Téhnologi Téknik Kimia 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/ceat.201800695 (2019).