Mahalo no ke kipa ʻana iā nature.com. Loaʻa i ka mana polokalamu kele pūnaewele āu e hoʻohana nei ke kākoʻo CSS palena. No ka ʻike maikaʻi loa, paipai mākou iā ʻoe e hoʻohana i ka mana polokalamu kele pūnaewele hou loa (a i ʻole e hoʻopau i ke ʻano hoʻohālikelike ma Internet Explorer). Eia kekahi, no ka hōʻoia ʻana i ke kākoʻo mau ʻana, ʻaʻole e hoʻokomo kēia pūnaewele i nā kaila a i ʻole JavaScript.
Ke noiʻi nei kēia haʻawina i nā hopena o nā haumia NH4+ a me ka lakio hua ma ke ʻano ulu a me ka hana o ka nickel sulfate hexahydrate ma lalo o ka crystallization hoʻomaʻalili discontinuous, a nānā i nā hopena o nā haumia NH4+ ma ke ʻano ulu, nā waiwai thermal, a me nā hui hana o ka nickel sulfate hexahydrate. Ma nā haʻahaʻa haʻahaʻa haʻahaʻa, hoʻokūkū nā ion Ni2+ a me NH4+ me SO42− no ka nakinaki ʻana, e hopena ana i ka emi ʻana o ka hua kristal a me ka wikiwiki o ka ulu ʻana a me ka hoʻonui ʻana i ka ikehu hoʻāla crystallization. Ma nā haʻahaʻa kiʻekiʻe, hoʻokomo ʻia nā ion NH4+ i loko o ke ʻano kristal e hana i kahi paʻakai paʻakikī (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. ʻO ka hoʻokumu ʻia ʻana o ka paʻakai paʻakikī e hopena i ka hoʻonui ʻia o ka hua kristal a me ka wikiwiki o ka ulu ʻana a me ka emi ʻana o ka ikehu hoʻāla crystallization. ʻO ke alo o nā haʻahaʻa ion NH4+ kiʻekiʻe a me ka haʻahaʻa e hoʻoulu ai i ka distortion lattice, a paʻa ka wela o nā kristal ma nā mahana a hiki i 80 °C. Eia kekahi, ʻoi aku ka nui o ka mana o nā haumia NH4+ ma ke ʻano ulu kristal ma mua o ka lakio hua. Ke haʻahaʻa ka nui o ka haumia, maʻalahi ka hoʻopili ʻana i ka haumia i ke kristal; ke kiʻekiʻe ka nui, maʻalahi ka hoʻokomo ʻana i ka haumia i loko o ke kristal. Hiki i ka lakio hua ke hoʻonui nui i ka hua kristal a hoʻomaikaʻi iki i ka maʻemaʻe o ke kristal.
ʻO ka Nickel sulfate hexahydrate (NiSO4 6H2O) i kēia manawa he mea koʻikoʻi i hoʻohana ʻia i nā ʻano ʻoihana like ʻole, me ka hana ʻana i nā pila, ka electroplating, nā catalysts, a hiki i ka hana ʻana i ka meaʻai, ka ʻaila, a me ka mea ʻala. 1,2,3 Ke ulu nei kona koʻikoʻi me ka wikiwiki o ka hoʻomohala ʻana o nā kaʻa uila, e hilinaʻi nui ana i nā pila lithium-ion (LiB) i hoʻokumu ʻia i ka nickel. Manaʻo ʻia ka hoʻohana ʻana i nā mea hoʻohui nickel kiʻekiʻe e like me NCM 811 e lanakila ma ka makahiki 2030, e hoʻonui hou ana i ke koi no ka nickel sulfate hexahydrate. Eia nō naʻe, ma muli o nā palena o nā kumuwaiwai, ʻaʻole paha e hoʻomau ka hana ʻana me ke koi e ulu ana, e hana ana i kahi hakahaka ma waena o ka lako a me ke koi. Ua hāpai kēia hemahema i nā hopohopo e pili ana i ka loaʻa ʻana o nā kumuwaiwai a me ke kūpaʻa o ke kumukūʻai, e hōʻike ana i ka pono no ka hana pono ʻana o ka nickel sulfate kiʻekiʻe, paʻa. 1,4
ʻO ka hana ʻana o ka nickel sulfate hexahydrate ma ke ʻano maʻamau ka hoʻokō ʻia ʻana ma o ka crystallization. Ma waena o nā ʻano hana like ʻole, ʻo ke ʻano hoʻoluʻu kahi ʻano i hoʻohana nui ʻia, nona nā pono o ka hoʻohana ʻana i ka ikehu haʻahaʻa a me ka hiki ke hana i nā mea maʻemaʻe kiʻekiʻe. 5,6 Ua holomua nui ka noiʻi ʻana ma ka crystallization o ka nickel sulfate hexahydrate me ka hoʻohana ʻana i ka crystallization hoʻoluʻu discontinuous. I kēia manawa, ʻo ka hapa nui o ka noiʻi e kālele ana i ka hoʻomaikaʻi ʻana i ke kaʻina hana crystallization ma ka hoʻonui ʻana i nā palena e like me ka mahana, ka wikiwiki o ka hoʻoluʻu ʻana, ka nui o ka hua a me ka pH. 7,8,9 ʻO ka pahuhopu ka hoʻonui ʻana i ka hua kristal a me ka maʻemaʻe o nā kristal i loaʻa. Eia naʻe, ʻoiai ke aʻo piha ʻana o kēia mau palena, aia nō kahi hakahaka nui i ka nānā ʻana i ka mana o nā haumia, ʻoiai ka ammonium (NH4+), ma nā hopena crystallization.
ʻIke ʻia paha nā haumia Ammonium i loko o ka hopena nickel i hoʻohana ʻia no ka crystallization nickel ma muli o ke alo o nā haumia ammonium i ka wā o ke kaʻina hana unuhi. Hoʻohana pinepine ʻia ʻo Ammonia ma ke ʻano he mea saponifying, kahi e waiho ai i nā nui liʻiliʻi o NH4+ i loko o ka hopena nickel. 10,11,12 ʻOiai ka nui o nā haumia ammonium, ʻo ko lākou hopena i nā waiwai kristal e like me ke ʻano kristal, ke ʻano ulu, nā waiwai thermal, ka maʻemaʻe, a me nā mea ʻē aʻe e hoʻomaopopo pono ʻole ʻia. He mea nui ka noiʻi palena ʻia ma kā lākou hopena no ka mea hiki i nā haumia ke pale a hoʻololi paha i ka ulu ʻana o ka kristal a, i kekahi mau hihia, hana ma ke ʻano he mea hoʻopaʻa, e hoʻopilikia ana i ka hoʻololi ʻana ma waena o nā ʻano crystalline metastable a paʻa. 13,14 No laila, he mea koʻikoʻi ka hoʻomaopopo ʻana i kēia mau hopena mai kahi hiʻohiʻona ʻoihana no ka mea hiki i nā haumia ke hoʻopilikia i ka maikaʻi o ka huahana.
Ma muli o kahi nīnau kikoʻī, ua manaʻo kēia haʻawina e noiʻi i ka hopena o nā haumia ammonium i nā waiwai o nā kristal nickel. Ma ka hoʻomaopopo ʻana i ka hopena o nā haumia, hiki ke hoʻomohala ʻia nā ʻano hana hou e kāohi a hōʻemi i ko lākou hopena maikaʻi ʻole. Ua noiʻi pū kēia haʻawina i ka pilina ma waena o ka nui o ka haumia a me nā loli i ka lakio hua. ʻOiai ua hoʻohana nui ʻia ka hua i ke kaʻina hana, ua hoʻohana ʻia nā palena hua i kēia haʻawina, a he mea nui e hoʻomaopopo i ka pilina ma waena o kēia mau mea ʻelua. 15 Ua hoʻohana ʻia nā hopena o kēia mau palena ʻelua e aʻo i ka hua kristal, ke ʻano ulu kristal, ke ʻano kristal, ke ʻano, a me ka maʻemaʻe. Eia kekahi, ua noiʻi hou ʻia ke ʻano kinetic, nā waiwai thermal, a me nā hui hana o nā kristal ma lalo o ka mana o nā haumia NH4+ wale nō.
ʻO nā mea i hoʻohana ʻia ma kēia haʻawina he nickel sulfate hexahydrate (NiSO 6H2O, ≥ 99.8%) i hāʻawi ʻia e GEM; ammonium sulfate ((NH)SO, ≥ 99%) i kūʻai ʻia mai Tianjin Huasheng Co., Ltd.; wai i hoʻoheheʻe ʻia. ʻO ke kristal hua i hoʻohana ʻia ʻo NiSO 6H2O, i kuʻi ʻia a kānana ʻia e loaʻa ai kahi nui like o ka ʻāpana o 0.154 mm. Hōʻike ʻia nā ʻano o NiSO 6H2O ma ka Papa 1 a me ke Kiʻi 1.
Ua noiʻi ʻia ka hopena o nā haumia NH4+ a me ka lakio hua ma ka crystallization o ka nickel sulfate hexahydrate me ka hoʻohana ʻana i ka hoʻoluʻu intermittent. Ua hana ʻia nā hoʻokolohua āpau ma ka mahana mua o 25 °C. Ua koho ʻia ʻo 25 °C ma ke ʻano he mahana crystallization e noʻonoʻo ana i nā palena o ka kaohi mahana i ka wā kānana. Hiki ke hoʻoulu ʻia ka crystallization e nā loli koke o ka mahana i ka wā kānana o nā hopena wela me ka hoʻohana ʻana i kahi funnel Buchner haʻahaʻa. Hiki i kēia kaʻina hana ke hoʻopilikia nui i ka kinetics, ka lawe ʻana o ka haumia, a me nā ʻano kristal like ʻole.
Ua hoʻomākaukau mua ʻia ka hopena nickel ma ka hoʻoheheʻe ʻana i 224 g NiSO4 6H2O i loko o 200 ml wai i hoʻoheheʻe ʻia. ʻO ka nui i koho ʻia e pili ana i ka supersaturation (S) = 1.109. Ua hoʻoholo ʻia ka supersaturation ma ka hoʻohālikelike ʻana i ka solubility o nā kristal nickel sulfate i hoʻoheheʻe ʻia me ka solubility o ka nickel sulfate hexahydrate ma 25 °C. Ua koho ʻia ka supersaturation haʻahaʻa e pale i ka crystallization spontaneous i ka wā i hoʻohaʻahaʻa ʻia ai ka mahana i ka mea mua.
Ua noiʻi ʻia ka hopena o ka nui o ka ion NH4+ ma ke kaʻina hana crystallization ma ka hoʻohui ʻana i ka (NH4)2SO4 i kahi hopena nickel. ʻO nā nui o ka ion NH4+ i hoʻohana ʻia ma kēia haʻawina he 0, 1.25, 2.5, 3.75, a me 5 g/L. Ua hoʻomehana ʻia ka hopena ma 60 °C no 30 min me ka hoʻoulu ʻana ma 300 rpm e hōʻoia i ka hui like ʻana. A laila ua hoʻomaʻalili ʻia ka hopena i ka mahana hopena i makemake ʻia. I ka hiki ʻana o ka mahana i 25 °C, ua hoʻohui ʻia nā nui like ʻole o nā kristal hua (nā lakio hua o 0.5%, 1%, 1.5%, a me 2%) i ka hopena. Ua hoʻoholo ʻia ka lakio hua ma ka hoʻohālikelike ʻana i ke kaumaha o ka hua me ke kaumaha o NiSO4 6H2O i loko o ka hopena.
Ma hope o ka hoʻohui ʻana i nā kristal hua i ka hopena, ua hana maoli ʻia ke kaʻina hana crystallization. Ua mau ke kaʻina hana crystallization no 30 mau minuke. Ua kānana ʻia ka hopena me ka hoʻohana ʻana i kahi mīkini kānana e hoʻokaʻawale hou aku i nā kristal i hōʻiliʻili ʻia mai ka hopena. I ka wā o ke kaʻina hana kānana, ua holoi mau ʻia nā kristal me ka ethanol e hōʻemi i ka hiki ke hana hou ʻia a hōʻemi i ka hoʻopili ʻana o nā haumia i loko o ka hopena i ka ʻili o nā kristal. Ua koho ʻia ka Ethanol e holoi i nā kristal no ka mea ʻaʻole hiki ke hoʻoheheʻe ʻia nā kristal i ka ethanol. Ua waiho ʻia nā kristal i kānana ʻia i loko o kahi incubator laboratory ma 50 °C. Hōʻike ʻia nā ʻano hoʻokolohua kikoʻī i hoʻohana ʻia ma kēia haʻawina ma ka Papa 2.
Ua hoʻoholo ʻia ke ʻano o ke aniani me ka hoʻohana ʻana i kahi mea hana XRD (SmartLab SE—HyPix-400) a ua ʻike ʻia ke alo o nā hui NH4+. Ua hana ʻia ke ʻano SEM (Apreo 2 HiVac) e kālailai i ke ʻano o ke aniani. Ua hoʻoholo ʻia nā waiwai wela o nā aniani me ka hoʻohana ʻana i kahi mea hana TGA (TG-209-F1 Libra). Ua kālailai ʻia nā hui hana e FTIR (JASCO-FT/IR-4X). Ua hoʻoholo ʻia ka maʻemaʻe o ka laʻana me ka hoʻohana ʻana i kahi mea hana ICP-MS (Prodigy DC Arc). Ua hoʻomākaukau ʻia ka laʻana ma ka hoʻoheheʻe ʻana i 0.5 g o nā aniani i loko o 100 mL o ka wai i hoʻoheheʻe ʻia. Ua helu ʻia ka hua o ka crystallization (x) ma ka puʻunaue ʻana i ka nui o ke aniani i hoʻopuka ʻia e ka nui o ke aniani i hoʻokomo ʻia e like me ke ʻano (1).
kahi ʻo x ka hua kristal, e loli ana mai ka 0 a i ka 1, ʻo ka mout ke kaumaha o nā kristal i hoʻopuka ʻia (g), ʻo ka min ke kaumaha o nā kristal i hoʻokomo ʻia (g), ʻo msol ke kaumaha o nā kristal i loko o ka hopena, a ʻo mseed ke kaumaha o nā kristal hua.
Ua noiʻi hou ʻia ka hua crystallization e hoʻoholo i ke kinetics ulu kristal a kuhi i ka waiwai ikehu hoʻāla. Ua hana ʻia kēia haʻawina me ka lakio lūlū o 2% a me ke kaʻina hana hoʻokolohua like me ma mua. Ua hoʻoholo ʻia nā palena kinetics crystallization isothermal ma ka loiloi ʻana i ka hua kristal ma nā manawa crystallization like ʻole (10, 20, 30, a me 40 min) a me nā mahana mua (25, 30, 35, a me 40 °C). ʻO nā ʻano i koho ʻia ma ka mahana mua e pili ana i nā waiwai supersaturation (S) o 1.109, 1.052, 1, a me 0.953, kēlā me kēia. Ua hoʻoholo ʻia ka waiwai supersaturation ma ka hoʻohālikelike ʻana i ka solubility o nā kristal nickel sulfate i hoʻoheheʻe ʻia me ka solubility o ka nickel sulfate hexahydrate ma ka mahana mua. Ma kēia haʻawina, ua hōʻike ʻia ka solubility o NiSO4 6H2O i 200 mL o ka wai ma nā mahana like ʻole me ka ʻole o nā haumia ma ke Kiʻi 2.
Hoʻohana ʻia ke kumumanaʻo ʻo Johnson-Mail-Avrami (JMA) e kālailai i ke ʻano o ka crystallization isothermal. Ua koho ʻia ke kumumanaʻo JMA no ka mea ʻaʻole e hana ʻia ke kaʻina hana crystallization a hiki i ka hoʻohui ʻia ʻana o nā kristal hua i ka hopena. Ua wehewehe ʻia ke kumumanaʻo JMA penei:
Ma kahi e hōʻike ai ʻo x(t) i ka hoʻololi ʻana i ka manawa t, hōʻike ʻo k i ke kūpaʻa o ka wikiwiki o ka hoʻololi ʻana, hōʻike ʻo t i ka manawa hoʻololi, a hōʻike ʻo n i ka helu kuhikuhi Avrami. Loaʻa ka Formula 3 mai ka formula (2). Hoʻoholo ʻia ka ikehu hoʻāla o ka crystallization me ka hoʻohana ʻana i ka hoʻohālikelike Arrhenius:
Ma kahi ʻo kg ke kūpaʻa o ka wikiwiki o ka hopena, ʻo k0 kahi kūpaʻa, ʻo Eg ka ikehu hoʻāla o ka ulu ʻana o ke kristal, ʻo R ke kūpaʻa kinoea molar (R=8.314 J/mol K), a ʻo T ka mahana crystallization isothermal (K).
Hōʻike ka Kiʻi 3a i ka hopena o ka lakio lūlū a me ka nui o ka dopant i ka hua o nā kristal nickel. I ka piʻi ʻana o ka nui o ka dopant i loko o ka hopena i 2.5 g/L, ua emi ka hua kristal mai 7.77% a i 6.48% (lakio hua o 0.5%) a mai 10.89% a i 10.32% (lakio hua o 2%). ʻO ka hoʻonui hou ʻana i ka nui o ka dopant i alakaʻi i ka hoʻonui like ʻana i ka hua kristal. Ua hiki ka hua kiʻekiʻe loa i 17.98% i ka wā he 2% ka lakio lūlū a he 5 g/L ka nui o ka dopant. ʻO nā loli i ke ʻano hua kristal me ka hoʻonui ʻana o ka nui o ka dopant e pili paha i nā loli i ke ʻano ulu kristal. Ke haʻahaʻa ka nui o ka dopant, hoʻokūkū nā ion Ni2+ a me NH4+ no ka hoʻopaʻa ʻana me SO42−, kahi e alakaʻi ai i ka hoʻonui ʻana i ka solubility o ka nickel i loko o ka hopena a me ka emi ʻana o ka hua kristal. 14 Ke kiʻekiʻe ka nui o ka haumia, e hana mau ana ke kaʻina hoʻokūkū, akā hoʻopili kekahi mau ion NH4+ me nā ion nickel a me sulfate e hana i ka paʻakai pālua o ka nickel ammonium sulfate. 16 ʻO ka hoʻokumu ʻia ʻana o ka paʻakai pālua e alakaʻi i ka emi ʻana o ka solubility o ka solute, a laila e hoʻonui ana i ka hua kristal. ʻO ka hoʻonui ʻana i ka lakio lūlū hiki ke hoʻomaikaʻi mau i ka hua kristal. Hiki i nā hua ke hoʻomaka i ke kaʻina hana nucleation a me ka ulu ʻana o ka kristal spontaneous ma ka hāʻawi ʻana i kahi ʻāpana ʻili mua no nā ion solute e hoʻonohonoho a hana i nā kristal. Ke piʻi aʻe ka lakio lūlū, piʻi aʻe ka ʻāpana ʻili mua no nā ion e hoʻonohonoho, no laila hiki ke hoʻokumu ʻia nā kristal hou aʻe. No laila, ʻo ka hoʻonui ʻana i ka lakio lūlū he hopena pololei ia i ka wikiwiki o ka ulu ʻana o ka kristal a me ka hua kristal. 17
Nā palena o NiSO4 6H2O: (a) ka hua kristal a me (b) pH o ka hopena nickel ma mua a ma hope o ka hoʻopili ʻana.
Hōʻike ka Kiʻi 3b i ka hopena o ka lakio hua a me ka nui o ka dopant i ka pH o ka hopena nickel ma mua a ma hope o ka hoʻohui ʻana o ka hua. ʻO ke kumu o ka nānā ʻana i ka pH o ka hopena, ʻo ia ka hoʻomaopopo ʻana i nā loli o ke kaulike kemika i loko o ka hopena. Ma mua o ka hoʻohui ʻana i nā kristal hua, e emi ana ka pH o ka hopena ma muli o ke alo o nā ion NH4+ e hoʻokuʻu ana i nā proton H+. ʻO ka hoʻonui ʻana i ka nui o ka dopant e hopena i ka hoʻokuʻu ʻia ʻana o nā proton H+, a laila e hoʻemi ana i ka pH o ka hopena. Ma hope o ka hoʻohui ʻana i nā kristal hua, piʻi ka pH o nā hopena āpau. Pili maikaʻi ke ʻano o ka pH me ke ʻano o ka hua kristal. Ua loaʻa ka waiwai pH haʻahaʻa loa ma kahi nui o ka dopant o 2.5 g/L a me ka lakio hua o 0.5%. I ka piʻi ʻana o ka nui o ka dopant i 5 g/L, piʻi ka pH o ka hopena. He mea maopopo loa kēia hanana, ʻoiai ʻo ka loaʻa ʻana o nā ion NH4+ i loko o ka hopena e emi ana ma muli o ka omo ʻana, a i ʻole ma muli o ka hoʻokomo ʻia ʻana, a i ʻole ma muli o ka omo ʻana a me ka hoʻokomo ʻia ʻana o nā ion NH4+ e nā kristal.
Ua hana hou ʻia nā hoʻokolohua hua kristal a me ka nānā ʻana e hoʻoholo i ke ʻano kinetic o ka ulu ʻana o ke kristal a helu i ka ikehu hoʻāla o ka ulu ʻana o ke kristal. Ua wehewehe ʻia nā palena o nā kinetics crystallization isothermal ma ka ʻāpana Methods. Hōʻike ka Kiʻi 4 i ka palapala Johnson-Mehl-Avrami (JMA) e hōʻike ana i ke ʻano kinetic o ka ulu ʻana o ke kristal nickel sulfate. Ua hoʻokumu ʻia ka palapala ma ke kaha kiʻi ʻana i ka waiwai ln[− ln(1− x(t))] e kūʻē i ka waiwai lnt (Equation 3). ʻO nā waiwai gradient i loaʻa mai ka palapala e pili ana i nā waiwai JMA index (n) e hōʻike ana i nā ana o ke kristal ulu a me ke ʻano ulu. ʻOiai ʻo ka waiwai cutoff e hōʻike ana i ka wikiwiki o ka ulu ʻana i hōʻike ʻia e ka ln k mau. ʻO nā waiwai JMA index (n) mai 0.35 a 0.75. Hōʻike kēia waiwai n he ulu hoʻokahi-dimensional nā kristal a hahai i kahi ʻano ulu i kāohi ʻia e ka diffusion; 0 < n < 1 e hōʻike ana i ka ulu hoʻokahi-dimensional, ʻoiai ʻo n < 1 e hōʻike ana i kahi ʻano ulu i kāohi ʻia e ka diffusion. 18 Ke emi nei ka wikiwiki o ka ulu ʻana o ke k mau me ka piʻi ʻana o ka mahana, e hōʻike ana e wikiwiki ana ke kaʻina hana crystallization i nā mahana haʻahaʻa. Pili kēia i ka piʻi ʻana o ka supersaturation o ka hopena ma nā mahana haʻahaʻa.
Nā kiʻi Johnson-Mehl-Avrami (JMA) o ka nickel sulfate hexahydrate ma nā mahana crystallization like ʻole: (a) 25 °C, (b) 30 °C, (c) 35 °C a me (d) 40 °C.
Ua hōʻike ka hoʻohui ʻana o nā dopants i ke ʻano like o ka wikiwiki o ka ulu ʻana ma nā mahana āpau. I ka wā i 2.5 g/L ka nui o ka dopant, ua emi ka nui o ka ulu ʻana o ke kristal, a i ka wā i ʻoi aku ai ka nui o ka dopant ma mua o 2.5 g/L, ua piʻi ka nui o ka ulu ʻana o ke kristal. E like me ka mea i ʻōlelo ʻia ma mua, ʻo ka loli ʻana o ke ʻano o ka wikiwiki o ka ulu ʻana o ke kristal ma muli o ka loli ʻana o ke ʻano o ka launa pū ʻana ma waena o nā ion i loko o ka hopena. Ke haʻahaʻa ka nui o ka dopant, hoʻonui ke kaʻina hana hoʻokūkū ma waena o nā ion i loko o ka hopena i ka solubility o ka solute, a laila e hoʻemi ana i ka nui o ka ulu ʻana o ke kristal. 14 Eia kekahi, ʻo ka hoʻohui ʻana o nā nui kiʻekiʻe o nā dopants ke kumu o ka loli nui ʻana o ke kaʻina hana ulu. Ke ʻoi aku ka nui o ka dopant ma mua o 3.75 g/L, hoʻokumu ʻia nā nuclei kristal hou, kahi e alakaʻi ai i ka emi ʻana o ka solubility o ka solute, a laila e hoʻonui ana i ka nui o ka ulu ʻana o ke kristal. Hiki ke hōʻike ʻia ke kūkulu ʻia ʻana o nā nuclei kristal hou e ka hoʻokumu ʻia ʻana o ka paʻakai pālua (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. 16 I ke kūkākūkā ʻana i ke ʻano ulu ʻana o ke kristal, ua hōʻoia nā hopena diffraction X-ray i ka hoʻokumu ʻia ʻana o kahi paʻakai pālua.
Ua loiloi hou ʻia ka hana hoʻolālā JMA e hoʻoholo i ka ikehu hoʻāla o ka crystallization. Ua helu ʻia ka ikehu hoʻāla me ka hoʻohana ʻana i ka hoʻohālikelike Arrhenius (i hōʻike ʻia ma ka Hoʻohālikelike (4)). Hōʻike ka Kiʻi 5a i ka pilina ma waena o ka waiwai ln(kg) a me ka waiwai 1/T. A laila, ua helu ʻia ka ikehu hoʻāla me ka hoʻohana ʻana i ka waiwai gradient i loaʻa mai ka hoʻolālā. Hōʻike ka Kiʻi 5b i nā waiwai ikehu hoʻāla o ka crystallization ma lalo o nā ʻano haumia like ʻole. Hōʻike nā hopena e pili ana nā loli i ka nui o ka haumia i ka ikehu hoʻāla. ʻO ka ikehu hoʻāla o ka crystallization o nā kristal nickel sulfate me ka ʻole o nā haumia he 215.79 kJ/mol. Ke hiki ka nui o ka haumia i 2.5 g/L, piʻi ka ikehu hoʻāla ma 3.99% a i 224.42 kJ/mol. ʻO ka piʻi ʻana o ka ikehu hoʻāla e hōʻike ana e piʻi ana ka pale ikehu o ke kaʻina hana crystallization, kahi e alakaʻi ai i ka emi ʻana o ka ulu ʻana o ka kristal a me ka hua kristal. Ke ʻoi aku ka nui o ka haumia ma mua o 2.5 g/L, emi nui ka ikehu hoʻāla o ka crystallization. Ma kahi nui o ka haumia o 5 g/l, ʻo ka ikehu hoʻāla he 205.85 kJ/mol, ʻo ia hoʻi he 8.27% haʻahaʻa ma mua o ka ikehu hoʻāla ma kahi nui o ka haumia o 2.5 g/l. ʻO ka emi ʻana o ka ikehu hoʻāla e hōʻike ana ua maʻalahi ke kaʻina hana crystallization, kahi e alakaʻi ai i ka hoʻonui ʻana o ka wikiwiki o ka ulu ʻana o ke kristal a me ka hua kristal.
(a) Ke hoʻopili ʻana i ka kiʻikuhi o ln(kg) e kūʻē i ka 1/T a me (b) ka ikehu hoʻāla Eg o ka crystallization ma nā ʻano haumia like ʻole.
Ua noiʻi ʻia ke ʻano ulu kristal e ka XRD a me ka FTIR spectroscopy, a ua kālailai ʻia ke kinetics ulu kristal a me ka ikehu hoʻāla. Hōʻike ka Kiʻi 6 i nā hopena XRD. Kūlike nā ʻikepili me PDF #08–0470, e hōʻike ana he α-NiSO4 6H2O (silica ʻulaʻula). No ka ʻōnaehana tetragonal ke kristal, ʻo ka hui ākea ʻo P41212, ʻo nā palena o ke kelepona unit he a = b = 6.782 Å, c = 18.28 Å, α = β = γ = 90°, a ʻo ka nui he 840.8 Å3. Kūlike kēia mau hopena me nā hopena i paʻi mua ʻia e Manomenova et al. 19 ʻO ka hoʻokomo ʻana o nā ion NH4+ e alakaʻi pū ana i ka hoʻokumu ʻia ʻana o (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. No PDF No. 31–0062 ka ʻikepili. No ka ʻōnaehana monoclinic ke aniani, ka hui ākea P21/a, ʻo nā palena o ke kelepona ʻāpana ʻo a = 9.186 Å, b = 12.468 Å, c = 6.242 Å, α = γ = 90°, β = 106.93°, a ʻo ka nui he 684 Å3. Kūlike kēia mau hopena me ke aʻo mua i hōʻike ʻia e Su et al.20.
Nā ʻano diffraction X-ray o nā kristal nickel sulfate: (a–b) 0.5%, (c–d) 1%, (e–f) 1.5%, a me (g–h) 2% lakio hua. ʻO ke kiʻi ʻākau he hiʻohiʻona i hoʻonui ʻia o ke kiʻi hema.
E like me ka mea i hōʻike ʻia ma nā Kiʻi 6b, d, f a me h, ʻo 2.5 g/L ka palena kiʻekiʻe loa o ka nui o ka ammonium i loko o ka hopena me ka ʻole o ka hoʻokumu ʻana i ka paʻakai hou. Ke 3.75 a me 5 g/L ka nui o ka haumia, hoʻokomo ʻia nā ion NH4+ i loko o ke ʻano kristal e hana i ka paʻakai paʻakikī (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Wahi a ka ʻikepili, piʻi ka ikaika o ka paʻakai paʻakikī i ka piʻi ʻana o ka nui o ka haumia mai 3.75 a i 5 g/L, ʻoi aku hoʻi ma 2θ 16.47° a me 17.44°. ʻO ka piʻi ʻana o ka piko o ka paʻakai paʻakikī ma muli wale nō o ke kumumanaʻo o ke kaulike kemika. Eia nō naʻe, ʻike ʻia kekahi mau piko ʻē ma 2θ 16.47°, hiki ke hoʻopili ʻia i ka deformation elastic o ke kristal. 21 Hōʻike pū nā hopena ʻano he hopena ka lākiō lūlū kiʻekiʻe i ka emi ʻana o ka ikaika o ka piko o ka paʻakai paʻakikī. ʻO ka lakio hua kiʻekiʻe e hoʻolalelale i ke kaʻina hana crystallization, kahi e alakaʻi ai i ka emi nui o ka solute. I kēia hihia, ua kau nui ʻia ke kaʻina hana ulu kristal ma ka hua, a ua keakea ʻia ka hoʻokumu ʻana o nā pae hou e ka emi ʻana o ka supersaturation o ka hopena. I ka hoʻohālikelike ʻana, i ka wā e haʻahaʻa ai ka lakio hua, lohi ke kaʻina hana crystallization, a noho ka supersaturation o ka hopena ma kahi pae kiʻekiʻe. Hoʻonui kēia kūlana i ka hiki ke nucleation o ka paʻakai pālua hiki ʻole ke hoʻoheheʻe ʻia (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Hāʻawi ʻia ka ʻikepili ikaika kiʻekiʻe no ka paʻakai pālua ma ka Papa 3.
Ua hana ʻia ke ʻano FTIR e noiʻi i kekahi maʻi a i ʻole nā ​​loli kūkulu i loko o ka lattice kikowaena ma muli o ke alo o nā ion NH4+. Ua wehewehe ʻia nā laʻana me ka lakio lūlū mau o 2%. Hōʻike ka Kiʻi 7 i nā hopena ʻano FTIR. ʻO nā piko ākea i ʻike ʻia ma 3444, 3257 a me 1647 cm−1 ma muli o nā ʻano hoʻolōʻihi O-H o nā molekala. Hōʻike nā piko ma 2370 a me 2078 cm−1 i nā pilina hydrogen intermolecular ma waena o nā molekala wai. ʻO ke kāʻei ma 412 cm−1 ua pili i nā haʻalulu hoʻolōʻihi Ni-O. Eia kekahi, hōʻike nā ion SO4− manuahi i ʻehā mau ʻano haʻalulu nui ma 450 (υ2), 630 (υ4), 986 (υ1) a me 1143 a me 1100 cm−1 (υ3). Hōʻike nā hōʻailona υ1-υ4 i nā waiwai o nā ʻano haʻalulu, kahi e hōʻike ai ʻo υ1 i ke ʻano non-degenerate (symmetric stretching), hōʻike ʻo υ2 i ke ʻano doubly degenerate (symmetric bending), a hōʻike ʻo υ3 a me υ4 i nā ʻano triplely degenerate (asymmetric stretching a me asymmetric bending, kēlā me kēia). 22,23,24 Hōʻike nā hopena ʻano i ka loaʻa ʻana o nā mea haumia ammonium e hāʻawi i kahi piko hou aʻe ma ka helu nalu o 1143 cm-1 (i hōʻailona ʻia me kahi pōʻai ʻulaʻula ma ke kiʻi). Hōʻike ka piko hou aʻe ma 1143 cm-1 i ka loaʻa ʻana o nā ion NH4+, me ka nānā ʻole i ka nui o ka noʻonoʻo, e hoʻoulu ai i ka hoʻololi ʻana o ke ʻano lattice, kahi e alakaʻi ai i kahi loli i ke alapine haʻalulu o nā molekala ion sulfate i loko o ke kristal.
Ma muli o nā hopena XRD a me FTIR e pili ana i ke ʻano kinetic o ka ulu ʻana o ke kristal a me ka ikehu hoʻāla, hōʻike ka Kiʻi 8 i ke kiʻikuhi o ke kaʻina hana kristal o ka nickel sulfate hexahydrate me ka hoʻohui ʻana o nā haumia NH4+. I ka loaʻa ʻole o nā haumia, e hana nā ion Ni2+ me H2O e hana i ka nickel hydrate [Ni(6H2O)]2−. A laila, hui pū ka nickel hydrate me nā ion SO42− e hana i nā nuclei Ni(SO4)2 6H2O a ulu i loko o nā kristal nickel sulfate hexahydrate. Ke hoʻohui ʻia kahi ʻano haʻahaʻa o nā haumia ammonium (2.5 g/L a emi mai paha) i ka hopena, paʻakikī ke hui piha ʻana o [Ni(6H2O)]2− me nā ion SO42− no ka mea e hoʻokūkū ana nā ion [Ni(6H2O)]2− a me NH4+ no ka hui pū ʻana me nā ion SO42−, ʻoiai aia nō nā ion sulfate lawa e hana me nā ion ʻelua. Ke alakaʻi nei kēia kūlana i ka hoʻonui ʻana i ka ikehu hoʻāla o ka kristal a me ka lohi o ka ulu ʻana o ke kristal. 14,25 Ma hope o ka hoʻokumu ʻia ʻana o nā nuclei nickel sulfate hexahydrate a ulu i loko o nā kristal, ua hoʻopili ʻia nā ion NH4+ a me (NH4)2SO4 he nui ma luna o ka ʻili kristal. ʻO kēia ke kumu e noho mau ai ka hui hana o ka ion SO4− (nalu helu 1143 cm−1) ma nā laʻana NSH-8 a me NSH-12 me ke kaʻina hana doping ʻole. Ke kiʻekiʻe ka nui o ka haumia, hoʻomaka nā ion NH4+ e hoʻokomo ʻia i loko o ke ʻano kristal, e hana ana i nā paʻakai pālua. 16 Hana ʻia kēia hanana ma muli o ka nele o nā ion SO42− i loko o ka hopena, a hoʻopaʻa nā ion SO42− i nā hydrates nickel ma mua o nā ion ammonium. Hoʻolaha kēia ʻano hana i ka nucleation a me ka ulu ʻana o nā paʻakai pālua. I ka wā o ke kaʻina hana alloying, ua hoʻokumu ʻia nā nuclei Ni(SO4)2 6H2O a me (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O i ka manawa like, kahi e alakaʻi ai i ka hoʻonui ʻana o ka helu o nā nuclei i loaʻa. ʻO ka hoʻonui ʻana o ka helu o nā nuclei e hoʻolaha i ka wikiwiki o ka ulu ʻana o ka kristal a me ka emi ʻana o ka ikehu hoʻāla.
ʻO ka hopena kemika o ka hoʻoheheʻe ʻana o ka nickel sulfate hexahydrate i loko o ka wai, me ka hoʻohui ʻana i kahi liʻiliʻi a me ka nui o ka ammonium sulfate, a laila e hana ana i ke kaʻina hana crystallization hiki ke hōʻike ʻia penei:
Ua hōʻike ʻia nā hopena ʻano SEM ma ke Kiʻi 9. Hōʻike nā hopena ʻano ʻaʻole i hoʻopilikia nui ka nui o ka paʻakai ammonium i hoʻohui ʻia a me ka lakio lūlū i ke ʻano kristal. ʻO ka nui o nā kristal i hoʻokumu ʻia e mau ana ka paʻa, ʻoiai ke ʻike ʻia nā kristal nui aʻe i kekahi mau wahi. Eia nō naʻe, pono nō ka ʻano hou aʻe e hoʻoholo ai i ka hopena o ka nui o ka paʻakai ammonium a me ka lakio lūlū ma ka nui awelika o nā kristal i hoʻokumu ʻia.
ʻAno kristal o NiSO4 6H2O: (a–e) 0.5%, (f–j) 1%, (h–o) 1.5% a me (p–u) 2% lakio hua e hōʻike ana i ka loli o ka nui o ka NH4+ mai luna a lalo, ʻo ia hoʻi ʻo 0, 1.25, 2.5, 3.75 a me 5 g/L, kēlā me kēia.
Hōʻike ka Kiʻi 10a i nā piʻo TGA o nā kristal me nā ʻano haumia like ʻole. Ua hana ʻia ka loiloi TGA ma nā laʻana me ka lakio lūlū o 2%. Ua hana pū ʻia ka loiloi XRD ma ka laʻana NSH-20 e hoʻoholo i nā hui i hoʻokumu ʻia. Hōʻoia nā hopena XRD i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 10b i nā loli i ke ʻano kristal. Hōʻike nā ana Thermogravimetric e hōʻike ana nā kristal i synthesized āpau i ka paʻa wela a hiki i 80°C. Ma hope mai, ua emi ke kaumaha o ke kristal ma 35% i ka wā i piʻi ai ka mahana i 200°C. ʻO ka pohō kaumaha o nā kristal ma muli o ke kaʻina hana decomposition, kahi e pili ana i ka pohō o 5 mau molekala wai e hana iā NiSO4 H2O. I ka wā i piʻi ai ka mahana i 300–400°C, ua emi hou ke kaumaha o nā kristal. ʻO ka pohō kaumaha o nā kristal ma kahi o 6.5%, ʻoiai ʻoi aku ka kiʻekiʻe o ka pohō kaumaha o ka laʻana kristal NSH-20, pololei 6.65%. ʻO ka hoʻokaʻawale ʻana o nā ion NH4+ i loko o ke kinoea NH3 i loko o ka hāpana NSH-20 i hopena i ka hiki ke hoʻemi iki ʻia. I ka piʻi ʻana o ka mahana mai 300 a 400°C, ua emi ke kaumaha o nā kristal, a ua loaʻa i nā kristal āpau ke ʻano NiSO4. ʻO ka hoʻonui ʻana i ka mahana mai 700°C a 800°C i hoʻololi ai ke ʻano kristal i NiO, e hoʻokuʻu ana i nā kinoea SO2 a me O2.25,26
Ua hoʻoholo ʻia ka maʻemaʻe o nā kristal nickel sulfate hexahydrate ma ka loiloi ʻana i ka nui o ka NH4+ me ka hoʻohana ʻana i kahi mea hana DC-Arc ICP-MS. Ua hoʻoholo ʻia ka maʻemaʻe o nā kristal nickel sulfate me ka hoʻohana ʻana i ke ʻano (5).
ʻO Ma ka nui o nā mea haumia i loko o ke kristal (mg), ʻo Mo ka nui o ke kristal (mg), ʻo Ca ka nui o nā mea haumia i loko o ka hopena (mg/l), ʻo V ka nui o ka hopena (l).
Hōʻike ka Kiʻi 11 i ka maʻemaʻe o nā kristal nickel sulfate hexahydrate. ʻO ka waiwai maʻemaʻe ka waiwai awelika o 3 mau ʻano. Hōʻike nā hopena e pili pololei ana ka lakio lūlū a me ka nui o ka haumia i ka maʻemaʻe o nā kristal nickel sulfate i hana ʻia. ʻO ke kiʻekiʻe o ka nui o ka haumia, ʻo ka nui o ka omo ʻana o nā mea haumia, e hopena ana i ka haʻahaʻa o ka maʻemaʻe o nā kristal i hana ʻia. Eia nō naʻe, hiki ke loli ke ʻano o ka omo ʻana o nā mea haumia ma muli o ka nui o ka haumia, a hōʻike ka pakuhi hopena ʻaʻole loli nui ka omo holoʻokoʻa o nā mea haumia e nā kristal. Eia kekahi, hōʻike pū kēia mau hopena hiki i ka lakio lūlū kiʻekiʻe ke hoʻomaikaʻi i ka maʻemaʻe o nā kristal. Hiki kēia hanana no ka mea i ka wā e kau nui ʻia ai ka hapa nui o nā nuclei kristal i hana ʻia ma nā nuclei nickel, ʻoi aku ka kiʻekiʻe o ka hiki ke hōʻiliʻili ʻia nā ion nickel ma ka nickel. 27
Ua hōʻike ʻia ka haʻawina e hoʻopilikia nui ana nā iona ammonium (NH4+) i ke kaʻina hana crystallization a me nā waiwai crystalline o nā kristal nickel sulfate hexahydrate, a ua hōʻike pū ʻia ka mana o ka lakio hua ma ke kaʻina hana crystallization.
Ma nā nui ammonium ma luna o 2.5 g/l, e emi ana ka hua kristal a me ka wikiwiki o ka ulu ʻana o ke kristal. Ma nā nui ammonium ma luna o 2.5 g/l, e piʻi aʻe ana ka hua kristal a me ka wikiwiki o ka ulu ʻana o ke kristal.
ʻO ka hoʻohui ʻana o nā mea haumia i ka hopena nickel e hoʻonui i ka hoʻokūkū ma waena o NH4+ a me nā ion [Ni(6H2O)]2− no SO42−, kahi e alakaʻi ai i ka hoʻonui ʻana o ka ikehu hoʻāla. ʻO ka emi ʻana o ka ikehu hoʻāla ma hope o ka hoʻohui ʻana i nā ʻano kiʻekiʻe o nā mea haumia ma muli o ke komo ʻana o nā ion NH4+ i loko o ke ʻano kristal, a pēlā e hana ai i ka paʻakai pālua (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O.
ʻO ka hoʻohana ʻana i ka lakio lūlū kiʻekiʻe aʻe hiki ke hoʻomaikaʻi i ka hua kristal, ka wikiwiki o ka ulu ʻana o ke kristal a me ka maʻemaʻe kristal o ka nickel sulfate hexahydrate.
ʻO Demirel, HS, et al. ʻO ka crystallization antisolvent o ka nickel sulfate hydrate papa-battery i ka wā o ka hana laterite. Sept. Purification Technology, 286, 120473. https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2022.120473 (2022).
ʻO Saguntala, P. lāua ʻo Yasota, P. Nā noi optical o nā kristal nickel sulfate ma nā mahana kiʻekiʻe: Nā haʻawina ʻano me nā waikawa amino i hoʻohui ʻia e like me nā dopants. Mater. I kēia lā Proc. 9, 669–673. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2018.10.391 (2019).
ʻO Babaahmadi, V., et al. Electrodeposition o nā ʻano nickel ma nā ʻili lole me ka paʻi polyol-mediated ma ka graphene oxide i hoʻemi ʻia. Journal of Physical and Chemical Engineering of Colloidal Surfaces 703, 135203. https://doi.org/10.1016/J.COLSURFA.2024.135203 (2024).
ʻO Fraser, J., Anderson, J., Lazuen, J., et al. "Ke koi a me ka palekana o ka lako nickel no nā pila kaʻa uila i ka wā e hiki mai ana." Keʻena Hoʻolaha o ka ʻAhahui ʻEulopa; (2021). https://doi.org/10.2760/212807
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. a me Louhi-Kultanen, M. Hoʻomaʻemaʻe ʻana o ka nickel sulfate ma o ka crystallization batch me ka hoʻomaʻalili ʻana. ʻEnekinia Kemika ʻenehana 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/CEAT.201800695 (2019).
Ma, Y. et al. Ka hoʻohana ʻana i nā ʻano hana hoʻopulapula a me ka crystallization i ka hana ʻana i nā paʻakai metala no nā mea pākahiko lithium-ion: he loiloi. Metals. 10(12), 1-16. https://doi.org/10.3390/MET10121609 (2020).
Masalov, VM, et al. Ka ulu ʻana o nā kristal hoʻokahi nickel sulfate hexahydrate (α-NiSO4.6H2O) ma lalo o nā kūlana gradient mahana paʻa. Crystallography. 60(6), 963–969. https://doi.org/10.1134/S1063774515060206 (2015).
ʻO Choudhury, RR et al. Nā kristal hexahydrate α-Nickel sulfate: Pilina ma waena o nā kūlana ulu, ke ʻano kristal, a me nā waiwai. JApCr. 52, 1371–1377. https://doi.org/10.1107/S1600576719013797FILE (2019).
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. a me Louhi-Kultanen, M. Hoʻomaʻemaʻe ʻana o ka nickel sulfate ma o ka crystallization batch-cooled. ʻEnehana Kemika ʻenehana 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/ceat.201800695 (2019).