Misaotra anao nitsidika ny nature.com. Voafetra ny fanohanan'ny CSS amin'ny dikan-tranonkala ampiasainao. Ho an'ny traikefa tsara indrindra, manoro hevitra anao izahay hampiasa ny dikan-tranonkala farany indrindra (na hamono ny fomba fifanarahana ao amin'ny Internet Explorer). Fanampin'izany, mba hahazoana antoka fa mitohy ny fanohanana, ity tranonkala ity dia tsy hampiditra styles na JavaScript.
Ity fandalinana ity dia mikaroka ny fiantraikan'ny loto NH4+ sy ny tahan'ny voa amin'ny mekanisma fitomboana sy ny fahombiazan'ny nikela sulfate hexahydrate eo ambany fampangatsiahana tsy mitohy ny kristaly, ary mandinika ny fiantraikan'ny loto NH4+ amin'ny mekanisma fitomboana, ny toetra mafana, ary ny vondrona miasa amin'ny nikela sulfate hexahydrate. Amin'ny fifantohana loto ambany, ny ion Ni2+ sy NH4+ dia mifaninana amin'ny SO42− amin'ny fifamatorana, ka miteraka fihenan'ny vokatra kristaly sy ny tahan'ny fitomboana ary fitomboan'ny angovo fampahavitrihana kristaly. Amin'ny fifantohana loto avo, ny ion NH4+ dia tafiditra ao anatin'ny rafitry ny kristaly mba hamorona sira sarotra (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Ny fiforonan'ny sira sarotra dia miteraka fitomboan'ny vokatra kristaly sy ny tahan'ny fitomboana ary fihenan'ny angovo fampahavitrihana kristaly. Ny fisian'ny fifantohana ion NH4+ avo sy ambany dia miteraka fikorontanan'ny lattice, ary ny kristaly dia marin-toerana amin'ny hafanana amin'ny mari-pana hatramin'ny 80 °C. Ankoatra izany, ny fiantraikan'ny loto NH4+ amin'ny mekanisma fitomboan'ny kristaly dia lehibe kokoa noho ny an'ny tahan'ny voa. Rehefa ambany ny fifantohana amin'ny loto dia mora miraikitra amin'ny kristaly ny loto; rehefa avo kosa ny fifantohana dia mora ampidirina ao anaty kristaly ny loto. Ny tahan'ny voa dia afaka mampitombo be ny vokatra kristaly ary manatsara kely ny fahadiovan'ny kristaly.
Ny nikela sulfate hexahydrate (NiSO4 6H2O) dia akora tena ilaina ampiasaina amin'ny indostria isan-karazany ankehitriny, anisan'izany ny fanamboarana bateria, ny fametahana takelaka elektrika, ny catalysts, ary na dia amin'ny famokarana sakafo, menaka ary ranomanitra aza. 1,2,3 Mitombo ny lanjany miaraka amin'ny fivoarana haingana amin'ny fiara elektrika, izay miankina betsaka amin'ny bateria lithium-ion (LiB) miorina amin'ny nikela. Ny fampiasana firaka nikela be dia be toy ny NCM 811 dia antenaina hanjaka amin'ny taona 2030, izay mampitombo bebe kokoa ny fangatahana nikela sulfate hexahydrate. Na izany aza, noho ny fetran'ny loharanon-karena, ny famokarana dia mety tsy hahatratra ny fitomboan'ny fangatahana, ka mamorona elanelana eo amin'ny famatsiana sy ny fangatahana. Io tsy fahampiana io dia niteraka ahiahy momba ny fisian'ny loharanon-karena sy ny fahamarinan-toerana amin'ny vidiny, izay manasongadina ny filàna famokarana mahomby amin'ny nikela sulfate avo lenta sy marin-toerana amin'ny bateria. 1,4
Ny famokarana nikela sulfate hexahydrate dia amin'ny ankapobeny dia tanterahina amin'ny alalan'ny kristaly. Amin'ireo fomba isan-karazany, ny fomba fampangatsiahana no fomba ampiasaina betsaka, izay manana tombony amin'ny fanjifana angovo ambany sy ny fahafahana mamokatra fitaovana madio avo lenta. 5,6 Ny fikarohana momba ny kristaly ny nikela sulfate hexahydrate amin'ny alalan'ny kristaly fampangatsiahana tsy mitohy dia nahitana fandrosoana lehibe. Amin'izao fotoana izao, ny ankamaroan'ny fikarohana dia mifantoka amin'ny fanatsarana ny dingan'ny kristaly amin'ny alàlan'ny fanatsarana ireo masontsivana toy ny mari-pana, ny tahan'ny fampangatsiahana, ny haben'ny voa ary ny pH. 7,8,9 Ny tanjona dia ny hampitombo ny vokatra kristaly sy ny fahadiovan'ny kristaly azo. Na izany aza, na dia eo aza ny fandalinana feno momba ireo masontsivana ireo, dia mbola misy banga lehibe eo amin'ny fifantohana amin'ny fiantraikan'ny loto, indrindra ny ammonium (NH4+), amin'ny valin'ny kristaly.
Azo inoana fa misy loto amôniôma ao amin'ny vahaolana nikela ampiasaina amin'ny kristaly nikela noho ny fisian'ny loto amôniôma mandritra ny dingana fitrandrahana. Matetika ampiasaina ho toy ny akora saponifying ny amoniaka, izay mamela NH4+ kely dia kely ao amin'ny vahaolana nikela. 10,11,12 Na dia eo aza ny fisian'ny loto amôniôma manerana ny tany, dia mbola tsy mazava tsara ny fiantraikan'izy ireo amin'ny toetran'ny kristaly toy ny firafitry ny kristaly, ny mekanisma fitomboana, ny toetran'ny hafanana, ny fahadiovana, sns. Zava-dehibe ny fikarohana voafetra momba ny vokany satria ny loto dia mety hanakana na hanova ny fitomboan'ny kristaly ary, amin'ny tranga sasany, dia miasa toy ny inhibitors, izay misy fiantraikany amin'ny fifindrana eo amin'ny endrika kristaly metastable sy marin-toerana. 13,14 Noho izany, ny fahatakarana ireo fiantraikany ireo dia tena ilaina amin'ny fomba fijery indostrialy satria ny loto dia mety hanimba ny kalitaon'ny vokatra.
Mifototra amin'ny fanontaniana manokana, ity fandalinana ity dia mikendry ny handinika ny fiantraikan'ny loto amôniôma amin'ny toetran'ny kristaly nikela. Amin'ny alàlan'ny fahatakarana ny fiantraikan'ny loto, dia azo amboarina ny fomba vaovao hifehezana sy hampihenana ny voka-dratsiny. Ity fandalinana ity koa dia nandinika ny fifandraisana misy eo amin'ny fifantohana loto sy ny fiovan'ny tahan'ny voa. Koa satria ampiasaina betsaka amin'ny fizotran'ny famokarana ny voa, dia nampiasaina tamin'ity fandalinana ity ny masontsivana voa, ary tena ilaina ny mahatakatra ny fifandraisana misy eo amin'ireo anton-javatra roa ireo. 15 Ny fiantraikan'ireo masontsivana roa ireo dia nampiasaina handinihana ny vokatra kristaly, ny mekanisma fitomboan'ny kristaly, ny firafitry ny kristaly, ny morphology, ary ny fahadiovana. Ho fanampin'izany, ny fitondran-tena kinetika, ny toetra mafana, ary ny vondrona miasa amin'ny kristaly eo ambany fitaoman'ny loto NH4+ irery ihany dia nodinihina bebe kokoa.
Ny akora nampiasaina tamin'ity fandalinana ity dia nikela sulfate hexahydrate (NiSO 6H2O, ≥ 99.8%) avy amin'ny GEM; ammonium sulfate ((NH)SO, ≥ 99%) novidina tao amin'ny Tianjin Huasheng Co., Ltd.; rano voadio. Ny kristaly voa nampiasaina dia NiSO 6H2O, notorotoroina sy nosivana mba hahazoana habe mitovy amin'ny poti 0.154 mm. Ny toetran'ny NiSO 6H2O dia aseho ao amin'ny Tabilao 1 sy ny Sary 1.
Nodinihina tamin'ny alalan'ny fampangatsiahana tsy tapaka ny fiantraikan'ny loto NH4+ sy ny tahan'ny voa amin'ny kristaly ny nikela sulfate hexahydrate. Natao tamin'ny mari-pana voalohany 25 °C ny andrana rehetra. 25 °C no nofidiana ho mari-pana kristaly raha jerena ny fetran'ny fanaraha-maso ny mari-pana mandritra ny sivana. Ny kristaly dia mety hateraky ny fiovaovan'ny mari-pana tampoka mandritra ny sivana ny vahaolana mafana amin'ny fampiasana fantsona Buchner ambany mari-pana. Ity dingana ity dia mety hisy fiantraikany lehibe amin'ny kinetika, ny fidiran'ny loto, ary ny toetran'ny kristaly isan-karazany.
Nomanina voalohany ny vahaolana nikela tamin'ny alalan'ny fandravana NiSO4 6H2O 224 g tao anaty rano voadio 200 ml. Ny fifantohana nofidina dia mifanandrify amin'ny supersaturation (S) = 1.109. Ny supersaturation dia voafaritra tamin'ny fampitahana ny fahafahan'ny kristaly nikela sulfate levona amin'ny fahafahan'ny nikela sulfate hexahydrate levona amin'ny 25 °C. Ny supersaturation ambany kokoa dia nofidina mba hisorohana ny kristaly tampoka rehefa nidina ho amin'ny mari-pana voalohany ny mari-pana.
Nodinihina ny fiantraikan'ny fifantohan'ny iôna NH4+ amin'ny fizotran'ny kristaly tamin'ny alalan'ny fanampiana (NH4)2SO4 tao anaty vahaolana nikela. Ny fifantohan'ny iôna NH4+ nampiasaina tamin'ity fandalinana ity dia 0, 1.25, 2.5, 3.75, ary 5 g/L. Nafanaina tamin'ny 60 °C nandritra ny 30 minitra ny vahaolana sady nafangaro tamin'ny 300 rpm mba hahazoana antoka fa mitovy ny fifangaroana. Avy eo dia nangatsiaka tamin'ny mari-pana irina ny vahaolana. Rehefa nahatratra 25 °C ny mari-pana, dia nampiana kristaly voa samihafa (tahan'ny voa 0.5%, 1%, 1.5%, ary 2%) tao anaty vahaolana. Ny tahan'ny voa dia voafaritra tamin'ny fampitahana ny lanjan'ny voa amin'ny lanjan'ny NiSO4 6H2O ao anaty vahaolana.
Rehefa avy nampiana kristaly voa tao anaty vahaolana dia nitranga ho azy ny fizotran'ny kristaly. Naharitra 30 minitra ny fizotran'ny kristaly. Nosivanina tamin'ny alalan'ny milina fanivanana ny vahaolana mba hanasarahana bebe kokoa ny kristaly voangona amin'ny vahaolana. Nandritra ny fizotran'ny sivana dia nosasana tsy tapaka tamin'ny etanôla ny kristaly mba hampihenana ny mety hisian'ny kristaly indray sy hampihenana ny fifikiran'ny loto ao amin'ny vahaolana amin'ny velaran'ny kristaly. Nofidina hanasana ny kristaly ny etanôla satria tsy mety levona amin'ny etanôla ny kristaly. Napetraka tao anaty incubator laboratoara tamin'ny 50 °C ny kristaly voasivana. Aseho ao amin'ny Tabilao 2 ny masontsivana fanandramana amin'ny antsipiriany nampiasaina tamin'ity fandalinana ity.
Ny firafitry ny kristaly dia voafaritra tamin'ny fampiasana fitaovana XRD (SmartLab SE—HyPix-400) ary ny fisian'ny singa NH4+ dia hita. Ny famaritana SEM (Apreo 2 HiVac) dia natao mba handinihana ny endriky ny kristaly. Ny toetran'ny hafanan'ny kristaly dia voafaritra tamin'ny fampiasana fitaovana TGA (TG-209-F1 Libra). Ny vondrona miasa dia nohadihadiana tamin'ny alalan'ny FTIR (JASCO-FT/IR-4X). Ny fahadiovan'ny santionany dia voafaritra tamin'ny fampiasana fitaovana ICP-MS (Prodigy DC Arc). Ny santionany dia nomanina tamin'ny alàlan'ny fandrendrehana kristaly 0.5 g tao anaty rano voadio 100 mL. Ny vokatra kristaly (x) dia nokajiana tamin'ny fizarana ny lanjan'ny kristaly mivoaka amin'ny lanjan'ny kristaly miditra araka ny raikipohy (1).
izay x ny vokatra kristaly, miovaova eo anelanelan'ny 0 sy 1, ny mout ny lanjan'ny kristaly mivoaka (g), ny min ny lanjan'ny kristaly miditra (g), ny msol ny lanjan'ny kristaly ao anaty vahaolana, ary ny mseed ny lanjan'ny kristaly voa.
Nodinihina bebe kokoa ny vokatra kristaly mba hamaritana ny kinetika fitomboan'ny kristaly sy hanombanana ny sandan'ny angovon'ny fampahavitrihana. Natao tamin'ny tahan'ny famafazana 2% sy ny fomba fanandramana mitovy amin'ny teo aloha ity fandalinana ity. Ny masontsivana kinetika kristaly isothermal dia voafaritra tamin'ny alàlan'ny fanombanana ny vokatra kristaly amin'ny fotoana kristaly samihafa (10, 20, 30, ary 40 minitra) sy ny mari-pana voalohany (25, 30, 35, ary 40 °C). Ny fifantohana voafantina tamin'ny mari-pana voalohany dia mifanaraka amin'ny sandan'ny supersaturation (S) 1.109, 1.052, 1, ary 0.953 tsirairay avy. Ny sandan'ny supersaturation dia voafaritra tamin'ny fampitahana ny fahafahan'ny kristaly nikela sulfate levona amin'ny fahafahan'ny nikela sulfate hexahydrate levona amin'ny mari-pana voalohany. Ato amin'ity fandalinana ity, ny fahafahan'ny NiSO4 6H2O levona ao anaty rano 200 mL amin'ny mari-pana samihafa tsy misy loto dia aseho amin'ny Sary 2.
Ampiasaina handinihana ny fihetsiky ny kristaly isothermal ny Johnson-Mail-Avrami (teoria JMA). Nofidiana ny teoria JMA satria tsy mitranga ny fizotran'ny kristaly raha tsy efa ampiana kristaly voa ao anaty vahaolana. Voalaza toy izao manaraka izao ny teoria JMA:
Izay maneho ny tetezamita amin'ny fotoana t ny x(t), ny k kosa maneho ny tahan'ny tetezamita tsy miova, ny t maneho ny fotoana tetezamita, ary ny n maneho ny tondro Avrami. Avy amin'ny tondro (2) ny raikipohy 3. Ny angovo fampahavitrihana ny kristaly dia faritana amin'ny fampiasana ny fampitoviana Arrhenius:
Izay kg ny tahan'ny fihetsehana tsy miova, k0 ny k0, Eg ny angovo fampahavitrihana ny fitomboan'ny kristaly, R ny gazy molar tsy miova (R=8.314 J/mol K), ary T ny mari-pana isothermal kristaly (K).
Ny Sary 3a dia mampiseho fa ny tahan'ny famafazana sy ny fifantohana dopant dia misy fiantraikany amin'ny vokatra kristaly nikela. Rehefa nitombo ho 2.5 g/L ny fifantohana dopant tao amin'ny vahaolana, dia nihena avy amin'ny 7.77% ka hatramin'ny 6.48% ny vokatra kristaly (tahan'ny voa 0.5%) ary avy amin'ny 10.89% ka hatramin'ny 10.32% (tahan'ny voa 2%) ny vokatra kristaly. Ny fitomboan'ny fifantohana dopant bebe kokoa dia nitarika fitomboana mifanaraka amin'izany amin'ny vokatra kristaly. Ny vokatra ambony indrindra dia nahatratra 17.98% rehefa 2% ny tahan'ny famafazana ary 5 g/L ny fifantohana dopant. Ny fiovan'ny lamina vokatra kristaly miaraka amin'ny fitomboan'ny fifantohana dopant dia mety mifandray amin'ny fiovan'ny mekanisma fitomboan'ny kristaly. Rehefa ambany ny fifantohana dopant, dia mifaninana amin'ny fifamatorana amin'ny SO42− ny ion Ni2+ sy NH4+, izay mitarika fitomboan'ny fahafahan'ny nikela levona ao amin'ny vahaolana ary fihenan'ny vokatra kristaly. 14 Rehefa avo ny fifantohan'ny loto dia mbola misy ny fifaninanana, saingy misy iôna NH4+ sasany miara-miasa amin'ny iôna nikela sy solifara mba hamorona sira roa sosona avy amin'ny nikela ammonium sulfate. 16 Ny fiforonan'ny sira roa sosona dia mitarika fihenan'ny fahafahan'ny solute levona, ka mampitombo ny vokatra kristaly. Ny fampitomboana ny tahan'ny famafazana dia afaka manatsara hatrany ny vokatra kristaly. Ny voa dia afaka manomboka ny dingan'ny nucleation sy ny fitomboan'ny kristaly ho azy amin'ny alàlan'ny fanomezana velaran-tany voalohany ho an'ny iôna solute mba handaminana sy hamorona kristaly. Rehefa mitombo ny tahan'ny famafazana, dia mitombo ny velaran-tany voalohany ho an'ny iôna mba handaminana, ka kristaly bebe kokoa no azo foronina. Noho izany, ny fampitomboana ny tahan'ny famafazana dia misy fiantraikany mivantana amin'ny tahan'ny fitomboan'ny kristaly sy ny vokatra kristaly. 17
Masontsivana momba ny NiSO4 6H2O: (a) vokatra kristaly ary (b) pH-n'ny vahaolana nikela alohan'ny sy aorian'ny fampidirana.
Ny Sary 3b dia mampiseho fa ny tahan'ny voa sy ny fifantohan'ny dopant dia misy fiantraikany amin'ny pH-n'ny vahaolana nikela aloha sy aorian'ny fanampiana voa. Ny tanjon'ny fanaraha-maso ny pH-n'ny vahaolana dia ny fahatakarana ny fiovan'ny fifandanjana simika ao amin'ny vahaolana. Alohan'ny hanampiana ny kristaly voa, dia mirona hihena ny pH-n'ny vahaolana noho ny fisian'ny ion NH4+ izay mamoaka prôtôna H+. Ny fampitomboana ny fifantohan'ny dopant dia miteraka prôtôna H+ bebe kokoa avoaka, ka mampihena ny pH-n'ny vahaolana. Rehefa avy nanampy ny kristaly voa, dia mitombo ny pH-n'ny vahaolana rehetra. Mifandray tsara amin'ny fironana amin'ny vokatra kristaly ny fironana pH. Ny sandan'ny pH ambany indrindra dia azo tamin'ny fifantohana dopant 2.5 g/L ary tahan'ny voa 0.5%. Rehefa mitombo ho 5 g/L ny fifantohan'ny dopant, dia mitombo ny pH-n'ny vahaolana. Azo takarina tsara io trangan-javatra io, satria mihena ny fisian'ny ion NH4+ ao amin'ny vahaolana na noho ny fidiran'ny ion NH4+, na noho ny fidiran'ny ion NH4+ amin'ny kristaly.
Nisy andrana sy fanadihadiana momba ny vokatra kristaly natao mba hamaritana ny fitondran-tena kinetika amin'ny fitomboan'ny kristaly sy hikajiana ny angovo fampahavitrihana ny fitomboan'ny kristaly. Nohazavaina tao amin'ny fizarana Methods ny masontsivana momba ny kinetika kristaly isothermal. Ny Sary 4 dia mampiseho ny tetika Johnson-Mehl-Avrami (JMA) izay mampiseho ny fitondran-tena kinetika amin'ny fitomboan'ny kristaly nikela sulfate. Ny tetika dia novokarina tamin'ny alàlan'ny fametrahana ny sandan'ny ln[− ln(1− x(t))] amin'ny sandan'ny lnt (Equation 3). Ny sandan'ny gradient azo avy amin'ny tetika dia mifanandrify amin'ny sandan'ny index JMA (n) izay manondro ny refin'ny kristaly mitombo sy ny mekanisma fitomboana. Raha ny sandan'ny fanapahana kosa dia manondro ny tahan'ny fitomboana izay asehon'ny ln k tsy miova. Ny sandan'ny index JMA (n) dia eo anelanelan'ny 0.35 sy 0.75. Ity sandan'ny n ity dia manondro fa ny kristaly dia manana fitomboana iray refy ary manaraka mekanisma fitomboana fehezin'ny diffusion; 0 < n < 1 dia manondro fitomboana iray refy, raha ny n < 1 kosa dia manondro mekanisma fitomboana fehezin'ny diffusion. 18 Mihena ny tahan'ny fitomboan'ny k tsy miova rehefa mitombo ny mari-pana, izay midika fa haingana kokoa ny fizotran'ny kristaly amin'ny mari-pana ambany kokoa. Mifandray amin'ny fitomboan'ny supersaturation an'ny vahaolana amin'ny mari-pana ambany kokoa izany.
Tetika Johnson-Mehl-Avrami (JMA) momba ny nikela sulfate hexahydrate amin'ny mari-pana kristaly samihafa: (a) 25 °C, (b) 30 °C, (c) 35 °C ary (d) 40 °C.
Ny fanampiana dopants dia naneho lamina mitovy amin'ny tahan'ny fitomboana amin'ny mari-pana rehetra. Rehefa 2.5 g/L ny fifantohana dopant, dia nihena ny tahan'ny fitomboan'ny kristaly, ary rehefa mihoatra ny 2.5 g/L ny fifantohana dopant, dia nitombo ny tahan'ny fitomboan'ny kristaly. Araka ny voalaza tetsy aloha, ny fiovan'ny lamina amin'ny tahan'ny fitomboan'ny kristaly dia vokatry ny fiovan'ny mekanisma fifandraisana eo amin'ny ion ao amin'ny vahaolana. Rehefa ambany ny fifantohana dopant, dia mampitombo ny fahafahan'ny solute levona ny fizotran'ny fifaninanana eo amin'ny ion ao amin'ny vahaolana, ka mampihena ny tahan'ny fitomboan'ny kristaly. 14 Ankoatra izany, ny fanampiana dopants avo lenta dia mahatonga ny fizotran'ny fitomboana hiova be. Rehefa mihoatra ny 3.75 g/L ny fifantohana dopant, dia misy nokleary kristaly vaovao fanampiny miforona, izay mitarika ho amin'ny fihenan'ny fahafahan'ny solute levona, ka mampitombo ny tahan'ny fitomboan'ny kristaly. Ny fiforonan'ny nokleary kristaly vaovao dia azo aseho amin'ny fiforonan'ny sira roa sosona (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. 16 Rehefa miresaka momba ny mekanisma fitomboan'ny kristaly, ny valin'ny difraksion'ny taratra X dia manamafy ny fiforonan'ny sira roa sosona.
Nodinihina bebe kokoa ny fiasan'ny tetika JMA mba hamaritana ny angovo fampahavitrihana ny kristaly. Nokajiana tamin'ny fampiasana ny fampitoviana Arrhenius (aseho ao amin'ny Equation (4)) ny angovo fampahavitrihana. Ny Sary 5a dia mampiseho ny fifandraisana misy eo amin'ny sandan'ny ln(kg) sy ny sandan'ny 1/T. Avy eo, nokajiana tamin'ny fampiasana ny sandan'ny gradient azo avy amin'ny tetika ny angovo fampahavitrihana. Ny Sary 5b dia mampiseho ny sandan'ny angovo fampahavitrihana ny kristaly amin'ny fifantohana fahalotoana samihafa. Ny valiny dia mampiseho fa ny fiovan'ny fifantohana fahalotoana dia misy fiantraikany amin'ny angovo fampahavitrihana. Ny angovo fampahavitrihana ny kristaly nikela sulfate tsy misy loto dia 215.79 kJ/mol. Rehefa mahatratra 2.5 g/L ny fifantohana fahalotoana, dia mitombo 3.99% ny angovo fampahavitrihana ka hatramin'ny 224.42 kJ/mol. Ny fitomboan'ny angovo fampahavitrihana dia manondro fa mitombo ny sakana angovo amin'ny fizotran'ny kristaly, izay hitarika amin'ny fihenan'ny tahan'ny fitomboan'ny kristaly sy ny vokatra kristaly. Rehefa mihoatra ny 2.5 g/L ny fifantohana fahalotoana, dia mihena be ny angovo fampahavitrihana ny kristaly. Amin'ny fifantohana fahalotoana 5 g/l, ny angovo fampahavitrihana dia 205.85 kJ/mol, izay ambany 8.27% noho ny angovo fampahavitrihana amin'ny fifantohana fahalotoana 2.5 g/l. Ny fihenan'ny angovo fampahavitrihana dia manondro fa mora kokoa ny fizotran'ny kristaly, izay mitarika ho amin'ny fitomboan'ny tahan'ny fitomboan'ny kristaly sy ny vokatra kristaly.
(a) Fampifanarahana ny teti-bolan'ny ln(kg) mifanandrify amin'ny 1/T sy (b) angovo fampahavitrihana Eg amin'ny kristaly amin'ny fifantohana fahalotoana samihafa.
Nodinihina tamin'ny alalan'ny XRD sy FTIR spectroscopy ny mekanisma fitomboan'ny kristaly, ary nohadihadiana ny kinetika fitomboan'ny kristaly sy ny angovon'ny fampahavitrihana. Ny Sary 6 dia mampiseho ny valin'ny XRD. Mifanaraka amin'ny PDF #08–0470 ny angon-drakitra, izay manondro fa α-NiSO4 6H2O (silica mena) izy io. An'ny rafitra tetragonal ny kristaly, P41212 ny vondrona habaka, a = b = 6.782 Å, c = 18.28 Å, α = β = γ = 90° ny masontsivana sela singa, ary 840.8 Å3 ny volume. Mifanaraka amin'ny valiny navoakan'i Manomenova et al. teo aloha ireo valiny ireo. 19 Ny fampidirana ny ion NH4+ koa dia mitarika amin'ny fiforonan'ny (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. An'ny PDF No. 31–0062 ny angon-drakitra. An'ny rafitra monoklinika, vondrona habaka P21/a ny kristaly, ny masontsivana sela singa dia a = 9.186 Å, b = 12.468 Å, c = 6.242 Å, α = γ = 90°, β = 106.93°, ary ny volume dia 684 Å3. Mifanaraka amin'ny fanadihadiana teo aloha notaterin'i Su et al.20 ireo valiny ireo.
Endrika difraksion'ny taratra X amin'ny kristaly nikela sulfate: (a–b) 0.5%, (c–d) 1%, (e–f) 1.5%, ary (g–h) 2% tahan'ny voa. Ny sary ankavanana dia fijery nohalehibeazina amin'ny sary havia.
Araka ny aseho amin'ny Sary 6b, d, f ary h, 2.5 g/L no fetra ambony indrindra amin'ny fifantohana amôniôma ao anaty vahaolana tsy mamorona sira fanampiny. Rehefa 3.75 sy 5 g/L ny fifantohana maloto, dia ampidirina ao amin'ny rafitra kristaly ny iôna NH4+ mba hamorona sira sarotra (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Araka ny angon-drakitra, mitombo ny hamafin'ny sira sarotra rehefa mitombo avy amin'ny 3.75 ka hatramin'ny 5 g/L ny fifantohana maloto, indrindra amin'ny 2θ 16.47° sy 17.44°. Ny fitomboan'ny tendron'ny sira sarotra dia vokatry ny fitsipiky ny fifandanjana simika fotsiny ihany. Na izany aza, misy tendrony tsy ara-dalàna hita amin'ny 2θ 16.47°, izay azo lazaina fa vokatry ny fiovaovan'ny elastika amin'ny kristaly. 21 Ny valin'ny famaritana dia mampiseho ihany koa fa ny tahan'ny famafazana ambony kokoa dia miteraka fihenan'ny hamafin'ny sira sarotra. Ny tahan'ny voa ambony kokoa dia manafaingana ny fizotran'ny kristaly, izay mitarika ho amin'ny fihenan'ny solute be. Amin'ity tranga ity, ny fizotran'ny fitomboan'ny kristaly dia mifantoka amin'ny voa, ary ny fiforonan'ny dingana vaovao dia voasakana noho ny fihenan'ny supersaturation amin'ny vahaolana. Mifanohitra amin'izany kosa, rehefa ambany ny tahan'ny voa, dia miadana ny fizotran'ny kristaly, ary mijanona amin'ny ambaratonga avo dia avo ny supersaturation amin'ny vahaolana. Izany toe-javatra izany dia mampitombo ny mety hisian'ny nucleation amin'ny sira roa sosona tsy dia mety levona (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. Ny angon-drakitra momba ny hamafin'ny sira roa sosona dia omena ao amin'ny Tabilao 3.
Natao ny famaritana FTIR mba handinihana izay fikorontanana na fiovana ara-drafitra ao amin'ny tambajotra mpampiantrano noho ny fisian'ny iôna NH4+. Nojerena ireo santionany manana tahan'ny famafazana tsy miova 2%. Ny Sary 7 dia mampiseho ny valin'ny famaritana FTIR. Ny tendrony mivelatra hita amin'ny 3444, 3257 ary 1647 cm−1 dia vokatry ny fomba fanitarana O–H an'ny molekiola. Ny tendrony amin'ny 2370 sy 2078 cm−1 dia maneho ny fatorana hidrôzenina intermolekiola eo amin'ny molekiola rano. Ny tarika amin'ny 412 cm−1 dia lazaina fa vokatry ny hovitrovitra fanitarana Ni–O. Ankoatra izany, ny iôna SO4− afaka dia mampiseho fomba hovitrovitra lehibe efatra amin'ny 450 (υ2), 630 (υ4), 986 (υ1) ary 1143 sy 1100 cm−1 (υ3). Ny marika υ1-υ4 dia maneho ny toetran'ny fomba fihovitrovitra, izay maneho ny fomba tsy mihasimba (fihenjanan-kery simetrika) ny υ1, maneho ny fomba mihasimba roa sosona (fiondrika simetrika) ny υ2, ary maneho ny fomba mihasimba telo sosona ny υ3 sy υ4 (fihenjanan-kery tsy simetrika sy fiondrika tsy simetrika). 22,23,24 Ny valin'ny famaritana dia mampiseho fa ny fisian'ny loto amôniôma dia manome tendrony fanampiny amin'ny laharan'onjam-peo 1143 cm-1 (voamarika amin'ny faribolana mena amin'ny sary). Ny tendrony fanampiny amin'ny 1143 cm-1 dia manondro fa ny fisian'ny iôna NH4+, na inona na inona fifantohana, dia miteraka fikorontanan'ny rafitry ny tambajotra, izay mitarika ho amin'ny fiovan'ny fatran'ny fihovitrovitra amin'ny molekiola iôna sulfata ao anatin'ny kristaly.
Mifototra amin'ny valin'ny XRD sy FTIR mifandraika amin'ny fihetsika kinetikan'ny fitomboan'ny kristaly sy ny angovo fampahavitrihana, ny Sary 8 dia mampiseho ny kisarisarin'ny fizotran'ny kristaly ny nikela sulfate hexahydrate miaraka amin'ny fanampiana loto NH4+. Raha tsy misy loto, ny ion Ni2+ dia hihetsika amin'ny H2O mba hamorona nikela hydrate [Ni(6H2O)]2−. Avy eo, ny nikela hydrate dia mifangaro ho azy amin'ny ion SO42− mba hamorona niokleary Ni(SO4)2 6H2O ary mitombo ho kristaly nikela sulfate hexahydrate. Rehefa ampiana amin'ny vahaolana ny fifantohana ambany kokoa amin'ny loto ammonium (2.5 g/L na latsaka), dia sarotra ny mifangaro tanteraka amin'ny ion SO42− ny [Ni(6H2O)]2− satria mifaninana amin'ny fitambarana amin'ny ion SO42− ny ion [Ni(6H2O)]2− sy NH4+, na dia mbola ampy aza ny ion sulfate hihetsika amin'ny ion roa tonta. Izany toe-javatra izany dia mitarika amin'ny fitomboan'ny angovo fampahavitrihana ny kristaly sy ny fihenan'ny fitomboan'ny kristaly. 14,25 Rehefa avy niforona sy nitombo ho kristaly ny nokleary hexahydrate nikela sulfate, dia miraikitra amin'ny velaran'ny kristaly ny ion NH4+ sy (NH4)2SO4 maromaro. Izany no manazava ny antony mbola miforona tsy misy dingana fampidirana ny vondrona miasa amin'ny ion SO4− (laharana onjam-peo 1143 cm−1) ao amin'ny santionany NSH-8 sy NSH-12. Rehefa avo ny fifantohana amin'ny loto, dia manomboka tafiditra ao amin'ny rafitry ny kristaly ny ion NH4+, ka mamorona sira roa sosona. 16 Mitranga ity tranga ity noho ny tsy fahampian'ny ion SO42− ao amin'ny vahaolana, ary mifatotra amin'ny hidraty nikela haingana kokoa noho ny ion ammonium ny ion SO42−. Ity mekanisma ity dia mampiroborobo ny fananganana sy ny fitomboan'ny sira roa sosona. Mandritra ny dingana fampifangaroana, dia miforona miaraka ny nokleary Ni(SO4)2 6H2O sy (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O, izay mitarika amin'ny fitomboan'ny isan'ny nokleary azo. Ny fitomboan'ny isan'ny nokleary dia mampiroborobo ny fanafainganana ny fitomboan'ny kristaly sy ny fihenan'ny angovo fampahavitrihana.
Ny fihetsika simika amin'ny fandravana ny nikela sulfate hexahydrate ao anaty rano, miaraka amin'ny fanampiana ammonium sulfate kely sy be dia be, ary avy eo ny fanatanterahana ny dingan'ny kristaly dia azo aseho toy izao manaraka izao:
Aseho amin'ny Sary 9 ny valin'ny fanasokajiana SEM. Ny valin'ny fanasokajiana dia mampiseho fa ny habetsaky ny sira amôniôma ampiana sy ny tahan'ny famafazana dia tsy misy fiantraikany betsaka amin'ny endriky ny kristaly. Mijanona ho tsy miova ny haben'ny kristaly niforona, na dia misy kristaly lehibe kokoa aza miseho amin'ny toerana sasany. Na izany aza, mbola ilaina ny fanasokajiana bebe kokoa mba hamaritana ny fiantraikan'ny fifantohana sira amôniôma sy ny tahan'ny famafazana amin'ny haben'ny kristaly niforona.
Endriky ny kristaly an'ny NiSO4 6H2O: (a–e) 0.5%, (f–j) 1%, (h–o) 1.5% ary (p–u) 2% tahan'ny voa mampiseho ny fiovan'ny fifantohana NH4+ avy any ambony ka hatrany ambany, izay 0, 1.25, 2.5, 3.75 ary 5 g/L tsirairay avy.
Ny Sary 10a dia mampiseho ny fiolahana TGA amin'ny kristaly misy fifantohana fahalotoana samihafa. Natao tamin'ireo santionany ny fanadihadiana TGA miaraka amin'ny tahan'ny famafazana 2%. Natao tamin'ny santionany NSH-20 ihany koa ny fanadihadiana XRD mba hamaritana ireo singa niforona. Ny valin'ny XRD aseho amin'ny Sary 10b dia manamafy ny fiovan'ny rafitry ny kristaly. Ny fandrefesana thermogravimetric dia mampiseho fa ny kristaly voamboatra rehetra dia mampiseho fahamarinan-toerana ara-hafanana hatramin'ny 80°C. Taorian'izay, nihena 35% ny lanjan'ny kristaly rehefa niakatra ho 200°C ny mari-pana. Ny fihenan'ny lanjan'ny kristaly dia vokatry ny fizotran'ny fahapotehana, izay misy ny fahaverezan'ny molekiola rano 5 mba hamorona NiSO4 H2O. Rehefa niakatra ho 300–400°C ny mari-pana, dia nihena indray ny lanjan'ny kristaly. Ny fihenan'ny lanjan'ny kristaly dia teo amin'ny 6.5% teo ho eo, raha somary ambony kokoa kosa ny fihenan'ny lanjan'ny santionany kristaly NSH-20, 6.65% marina. Ny fiparitahan'ny iôna NH4+ ho lasa entona NH3 tao amin'ny santionany NSH-20 dia niafara tamin'ny fahafaha-mihena kely kokoa. Rehefa niakatra avy amin'ny 300 ka hatramin'ny 400°C ny mari-pana, dia nihena ny lanjan'ny kristaly, ka nahatonga ny kristaly rehetra hanana ny rafitra NiSO4. Ny fiakaran'ny mari-pana avy amin'ny 700°C ka hatramin'ny 800°C dia nahatonga ny rafitra kristaly hiova ho NiO, ka nahatonga ny famoahana entona SO2 sy O2.25,26
Ny fahadiovan'ny kristaly nikela sulfate hexahydrate dia voafaritra tamin'ny alalan'ny fanombanana ny fifantohana NH4+ tamin'ny fampiasana fitaovana DC-Arc ICP-MS. Ny fahadiovan'ny kristaly nikela sulfate dia voafaritra tamin'ny alalan'ny raikipohy (5).
Izay Ma ny lanjan'ny loto ao anaty kristaly (mg), Mo ny lanjan'ny kristaly (mg), Ca ny fifantohan'ny loto ao anaty vahaolana (mg/l), V ny haben'ny vahaolana (l).
Ny Sary 11 dia mampiseho ny fahadiovan'ny kristaly nikela sulfate hexahydrate. Ny sandan'ny fahadiovana dia ny sandan'ny salan'isa amin'ny toetra 3. Ny valiny dia mampiseho fa ny tahan'ny famafazana sy ny fifantohana ny loto dia misy fiantraikany mivantana amin'ny fahadiovan'ny kristaly nikela sulfate niforona. Arakaraka ny maha-avo ny fifantohana ny loto no maha-lehibe ny fidiran'ny loto, ka miteraka fahadiovan'ny kristaly niforona ambany kokoa. Na izany aza, ny lamina fidiran'ny loto dia mety hiova arakaraka ny fifantohana ny loto, ary ny grafika vokatra dia mampiseho fa ny fidiran'ny loto amin'ny ankapobeny ataon'ny kristaly dia tsy miova be. Ankoatra izany, ireo valiny ireo dia mampiseho ihany koa fa ny tahan'ny famafazana ambony kokoa dia afaka manatsara ny fahadiovan'ny kristaly. Azo atao izany satria rehefa mifantoka amin'ny nikela ny ankamaroan'ny vihy kristaly niforona, dia avo kokoa ny mety hisian'ny ion nikela miangona amin'ny nikela. 27
Nasehon'ny fanadihadiana fa ny ion amôniôma (NH4+) dia misy fiantraikany lehibe amin'ny fizotran'ny kristaly sy ny toetran'ny kristaly amin'ny kristaly nikela sulfate hexahydrate, ary naneho ihany koa ny fiantraikan'ny tahan'ny voa amin'ny fizotran'ny kristaly.
Rehefa mihoatra ny 2.5 g/l ny fifantohana amôniôma, dia mihena ny vokatra kristaly sy ny tahan'ny fitomboan'ny kristaly. Rehefa mihoatra ny 2.5 g/l ny fifantohana amôniôma, dia mitombo ny vokatra kristaly sy ny tahan'ny fitomboan'ny kristaly.
Ny fanampiana loto amin'ny vahaolana nikela dia mampitombo ny fifaninanana eo amin'ny ion NH4+ sy ny [Ni(6H2O)]2− ho an'ny SO42−, izay mitarika amin'ny fitomboan'ny angovo fampahavitrihana. Ny fihenan'ny angovo fampahavitrihana aorian'ny fanampiana loto be dia be dia vokatry ny fidiran'ny ion NH4+ ao amin'ny rafitra kristaly, ka mamorona sira roa sosona (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O.
Ny fampiasana tahan'ny famafazana ambony kokoa dia afaka manatsara ny vokatra kristaly, ny tahan'ny fitomboan'ny kristaly ary ny fahadiovan'ny kristaly amin'ny nikela sulfate hexahydrate.
Demirel, HS, et al. Kristaly antisolvent an'ny hydrate nikela sulfate kilasy bateria mandritra ny fanodinana laterite. Sept. Teknolojia fanadiovana, 286, 120473. https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2022.120473 (2022).
Saguntala, P. sy Yasota, P. Fampiharana optika ny kristaly nikela sulfate amin'ny mari-pana avo: Fandalinana ny toetra mampiavaka azy miaraka amin'ny asidra amine fanampiny ho toy ny dopants. Mater. Today Proc. 9, 669–673. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2018.10.391 (2019).
Babaahmadi, V., et al. Fametrahana elektrôda amin'ny lamina nikela eo amin'ny velaran'ny lamba miaraka amin'ny fanontana polyol amin'ny oksida graphene mihena. Gazetin'ny Injeniera Ara-batana sy Simika amin'ny Velaran'ny Koloida 703, 135203. https://doi.org/10.1016/J.COLSURFA.2024.135203 (2024).
Fraser, J., Anderson, J., Lazuen, J., et al. “Fangatahana amin'ny ho avy sy ny fiarovana ny famatsiana nikela ho an'ny bateria fiara elektrika.” Biraon'ny famoahana ao amin'ny Vondrona Eoropeana; (2021). https://doi.org/10.2760/212807
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. sy Louhi-Kultanen, M. Fanadiovana ny nikela sulfate amin'ny alalan'ny kristaly maromaro miaraka amin'ny fampangatsiahana. Teknolojian'ny Injeniera Simika 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/CEAT.201800695 (2019).
Ma, Y. et al. Fampiharana ny fomba fanariana sy ny kristaly amin'ny famokarana sira metaly ho an'ny fitaovana bateria lithium-ion: famerenana. Metaly. 10(12), 1-16. https://doi.org/10.3390/MET10121609 (2020).
Masalov, VM, et al. Fitomboan'ny kristaly tokana nikela sulfate hexahydrate (α-NiSO4.6H2O) eo ambanin'ny fepetra miovaova arakaraka ny mari-pana. Kristalografia. 60(6), 963–969. https://doi.org/10.1134/S1063774515060206 (2015).
Choudhury, RR et al. Kristaly heksahidrata α-Nikela sulfate: Fifandraisana eo amin'ny fepetra fitomboana, ny firafitry ny kristaly ary ny toetrany. JApCr. 52, 1371–1377. https://doi.org/10.1107/S1600576719013797FILE (2019).
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. sy Louhi-Kultanen, M. Fanadiovana ny nikela sulfate amin'ny alalan'ny kristaly mangatsiaka be. Teknolojian'ny Injeniera Simika 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/ceat.201800695 (2019).