Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar nature.com. Tá tacaíocht theoranta do CSS sa leagan brabhsálaí atá in úsáid agat. Chun an taithí is fearr a fháil, molaimid duit an leagan is déanaí den bhrabhsálaí a úsáid (nó an modh comhoiriúnachta a mhúchadh in Internet Explorer). Ina theannta sin, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, ní bheidh stíleanna ná JavaScript san áireamh ar an suíomh seo.
Déanann an staidéar seo imscrúdú ar éifeachtaí eisíontais NH4+ agus cóimheas síl ar mheicníocht fáis agus ar fheidhmíocht heicseahiodráit sulfáit nicil faoi chriostalú fuaraithe neamhleanúnach, agus scrúdaíonn sé éifeachtaí eisíontais NH4+ ar an meicníocht fáis, airíonna teirmeacha, agus grúpaí feidhmiúla heicseahiodráit sulfáit nicil. Ag tiúchain ísle eisíontais, déanann iain Ni2+ agus NH4+ iomaíocht le SO42− le haghaidh ceangail, rud a fhágann go laghdaítear toradh agus ráta fáis criostail agus go méadaítear fuinneamh gníomhachtaithe criostalaithe. Ag tiúchain arda eisíontais, ionchorpraítear iain NH4+ sa struchtúr criostail chun salann casta (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O a fhoirmiú. Mar thoradh ar fhoirmiú an tsalainn chasta, méadaítear toradh agus ráta fáis criostail agus laghdaítear fuinneamh gníomhachtaithe criostalaithe. Is cúis le saobhadh laitíse láithreacht tiúchain arda agus ísle ian NH4+ araon, agus bíonn na criostail cobhsaí go teirmeach ag teochtaí suas le 80 °C. Ina theannta sin, tá tionchar eisíontais NH4+ ar mheicníocht fáis an chriostail níos mó ná tionchar an chóimheas síl. Nuair a bhíonn an tiúchan eisíontais íseal, is furasta an eisíontais a cheangal leis an gcriostal; Nuair a bhíonn an tiúchan ard, is furasta an eisíontas a ionchorprú sa chriostal. Is féidir leis an gcóimheas síl toradh an chriostail a mhéadú go mór agus íonacht an chriostail a fheabhsú beagán.
Is ábhar ríthábhachtach é heicseahiodráit sulfáit nicile (NiSO4 6H2O) a úsáidtear i réimse tionscal anois, lena n-áirítear déantúsaíocht ceallraí, leictreaphlátáil, catalaíoch, agus fiú i dtáirgeadh bia, ola agus cumhráin. 1,2,3 Tá a thábhacht ag fás le forbairt thapa feithiclí leictreacha, a bhraitheann go mór ar chadhnraí litiam-ian (LiB) bunaithe ar nicil. Meastar go mbeidh úsáid cóimhiotail ard-nicile amhail NCM 811 i réim faoi 2030, rud a mhéadóidh an t-éileamh ar heicseahiodráit sulfáit nicile tuilleadh. Mar sin féin, mar gheall ar shrianta acmhainní, b'fhéidir nach gcoimeádfaidh an táirgeadh suas leis an éileamh atá ag fás, rud a chruthaíonn bearna idir soláthar agus éileamh. Tá imní ardaithe ag an nganntanas seo faoi infhaighteacht acmhainní agus cobhsaíocht praghsanna, rud a aibhsíonn an gá atá le táirgeadh éifeachtach sulfáit nicile ard-íonachta, cobhsaí de ghrád ceallraí. 1,4
De ghnáth, baintear amach táirgeadh heicseahiodráit sulfáit nicile trí chriostalú. I measc na modhanna éagsúla, is modh a úsáidtear go forleathan é an modh fuaraithe, a bhfuil na buntáistí a bhaineann le tomhaltas íseal fuinnimh agus an cumas ábhair ard-íonachta a tháirgeadh aige. 5,6 Tá dul chun cinn suntasach déanta ag taighde ar chriostalú heicseahiodráit sulfáit nicile ag baint úsáide as criostalú fuaraithe neamhleanúnach. Faoi láthair, díríonn an chuid is mó den taighde ar an bpróiseas criostalaithe a fheabhsú trí pharaiméadair ar nós teocht, ráta fuaraithe, méid síl agus pH a bharrfheabhsú. 7,8,9 Is é an sprioc toradh criostail agus íonacht na gcriostal a fhaightear a mhéadú. Mar sin féin, in ainneoin an staidéir chuimsithigh ar na paraiméadair seo, tá bearna mhór fós san aird a thugtar ar thionchar eisíontais, go háirithe amóiniam (NH4+), ar thorthaí an chriostalaithe.
Is dócha go mbeidh eisíontais amóiniam i láthair sa tuaslagán nicil a úsáidtear le haghaidh criostalú nicil mar gheall ar láithreacht eisíontais amóiniam le linn an phróisis eastósctha. Úsáidtear amóinia go coitianta mar ghníomhaire saponúcháin, rud a fhágann rianmhéideanna NH4+ sa tuaslagán nicil. 10,11,12 In ainneoin uileláithreacht eisíontais amóiniam, níl mórán tuisceana fós ar a n-éifeachtaí ar airíonna criostail amhail struchtúr criostail, meicníocht fáis, airíonna teirmeacha, íonacht, etc. Tá an taighde teoranta ar a n-éifeachtaí tábhachtach toisc gur féidir le heisíontais bac a chur ar fhás criostail nó é a athrú agus, i gcásanna áirithe, gníomhú mar choscóirí, rud a théann i bhfeidhm ar an aistriú idir foirmeacha criostalacha meiteastábla agus cobhsaí. 13,14 Dá bhrí sin, tá sé ríthábhachtach na héifeachtaí seo a thuiscint ó pheirspictíocht thionsclaíoch toisc gur féidir le heisíontais cur isteach ar cháilíocht an táirge.
Bunaithe ar cheist shonrach, bhí sé mar aidhm ag an staidéar seo imscrúdú a dhéanamh ar éifeacht eisíontais amóiniam ar airíonna criostail nicil. Trí thuiscint a fháil ar éifeacht na n-eisíontais, is féidir modhanna nua a fhorbairt chun a n-éifeachtaí diúltacha a rialú agus a íoslaghdú. Rinne an staidéar seo imscrúdú freisin ar an gcomhghaol idir tiúchan eisíontais agus athruithe i gcóimheas síl. Ós rud é go n-úsáidtear síol go forleathan sa phróiseas táirgthe, úsáideadh paraiméadair síl sa staidéar seo, agus tá sé riachtanach an gaol idir an dá fhachtóir seo a thuiscint.15 Baineadh úsáid as éifeachtaí an dá pharaiméadar seo chun toradh criostail, meicníocht fáis criostail, struchtúr criostail, moirfeolaíocht agus íonacht a staidéar. Ina theannta sin, rinneadh imscrúdú breise ar iompar cinéiteach, airíonna teirmeacha agus grúpaí feidhmiúla criostail faoi thionchar eisíontais NH4+ amháin.
Ba iad na hábhair a úsáideadh sa staidéar seo heicseahiodráit sulfáit nicile (NiSO₄₆H₂O, ≥ 99.8%) arna soláthar ag GEM; sulfáit amóiniam ((NH)SO₄₆, ≥ 99%) a ceannaíodh ó Tianjin Huasheng Co., Ltd.; agus uisce driogtha. Ba é NiSO₄₆H₂O an criostal síl a úsáideadh, brúite agus criathartha chun méid aonfhoirmeach cáithníní de 0.154 mm a fháil. Taispeántar tréithe NiSO₄₆H₂O i dTábla 1 agus i bhFíor 1.
Rinneadh imscrúdú ar éifeacht eisíontais NH4+ agus cóimheas síl ar chriostalú heicseahiodráit sulfáit nicile trí úsáid a bhaint as fuarú uaineach. Rinneadh na turgnaimh uile ag teocht tosaigh 25 °C. Roghnaíodh 25 °C mar an teocht criostalaithe agus teorainneacha an rialaithe teochta le linn scagacháin á gcur san áireamh. Is féidir criostalú a spreagadh trí luaineachtaí tobann teochta le linn scagacháin tuaslagán te ag baint úsáide as tonnadóir Buchner ísealteochta. Is féidir leis an bpróiseas seo tionchar suntasach a imirt ar chinéitic, ar iontógáil eisíontais, agus ar airíonna éagsúla criostail.
Ullmhaíodh an tuaslagán nicil ar dtús trí 224 g de NiSO4 6H2O a thuaslagadh i 200 ml d'uisce driogtha. Freagraíonn an tiúchan a roghnaíodh do ró-sháithiú (S) = 1.109. Cinneadh an ró-sháithiú trí intuaslagthacht criostail sulfáit nicil tuaslagtha a chur i gcomparáid le hintuaslagthacht heicseahiodráit sulfáit nicil ag 25 °C. Roghnaíodh an ró-sháithiú níos ísle chun criostalú spontáineach a chosc nuair a íslíodh an teocht go dtí an teocht tosaigh.
Rinneadh imscrúdú ar éifeacht thiúchan ian NH4+ ar an bpróiseas criostalaithe trí (NH4)2SO4 a chur le tuaslagán nicil. Ba iad na tiúchain ian NH4+ a úsáideadh sa staidéar seo ná 0, 1.25, 2.5, 3.75, agus 5 g/L. Téite an tuaslagán ag 60 °C ar feadh 30 nóiméad agus é á mheascadh ag 300 rpm chun meascadh aonfhoirmeach a chinntiú. Ansin fuaraíodh an tuaslagán go dtí an teocht imoibrithe inmhianaithe. Nuair a shroich an teocht 25 °C, cuireadh méideanna éagsúla criostail síl (cóimheasa síl de 0.5%, 1%, 1.5%, agus 2%) leis an tuaslagán. Cinneadh an cóimheas síl trí mheáchan an tsíl a chur i gcomparáid le meáchan NiSO4 6H2O sa tuaslagán.
Tar éis na criostail síl a chur leis an tuaslagán, tharla an próiseas criostalaithe go nádúrtha. Mhair an próiseas criostalaithe ar feadh 30 nóiméad. Scagadh an tuaslagán ag baint úsáide as preas scagaire chun na criostail carntha a dheighilt tuilleadh ón tuaslagán. Le linn an phróisis scagacháin, nite na criostail go rialta le heatánól chun an fhéidearthacht athchriostalaithe a íoslaghdú agus greamaitheacht eisíontais sa tuaslagán le dromchla na gcriostal a íoslaghdú. Roghnaíodh heatánól chun na criostail a ní toisc nach bhfuil na criostail intuaslagtha in heatánól. Cuireadh na criostail scagtha i ngorlann saotharlainne ag 50 °C. Taispeántar na paraiméadair turgnamhacha mionsonraithe a úsáideadh sa staidéar seo i dTábla 2.
Cinneadh struchtúr an chriostail ag baint úsáide as ionstraim XRD (SmartLab SE—HyPix-400) agus braitheadh ​​láithreacht comhdhúile NH4+. Rinneadh tréithriú SEM (Apreo 2 HiVac) chun moirfeolaíocht an chriostail a anailísiú. Cinneadh airíonna teirmeacha na gcriostal ag baint úsáide as ionstraim TGA (TG-209-F1 Libra). Rinneadh anailís ar na grúpaí feidhmiúla le FTIR (JASCO-FT/IR-4X). Cinneadh íonacht an tsampla ag baint úsáide as ionstraim ICP-MS (Prodigy DC Arc). Ullmhaíodh an sampla trí 0.5 g de chriostail a thuaslagadh i 100 mL d'uisce driogtha. Ríomhadh an toradh criostalaithe (x) trí mhais an chriostail aschuir a roinnt ar mhais an chriostail ionchuir de réir fhoirmle (1).
áit a seasann x don toradh criostail, ag athrú ó 0 go 1, seasann mout do mheáchan na gcriostal aschuir (g), seasann min do mheáchan na gcriostal ionchuir (g), seasann msol do mheáchan na gcriostal sa tuaslagán, agus seasann mseed do mheáchan na gcriostal síl.
Rinneadh imscrúdú breise ar an toradh criostalaithe chun cinéitic fáis na gcriostal a chinneadh agus luach an fhuinnimh ghníomhachtaithe a mheas. Rinneadh an staidéar seo le cóimheas síolaithe de 2% agus an nós imeachta turgnamhach céanna agus a rinneadh roimhe. Cinneadh paraiméadair chinéitice criostalaithe iseateirmeacha trí mheasúnú a dhéanamh ar an toradh criostal ag amanna criostalaithe éagsúla (10, 20, 30, agus 40 nóiméad) agus teochtaí tosaigh (25, 30, 35, agus 40 °C). Chomhfhreagraigh na tiúchain roghnaithe ag an teocht tosaigh do luachanna forsháithithe (S) de 1.109, 1.052, 1, agus 0.953, faoi seach. Cinneadh an luach forsháithithe trí intuaslagthacht criostail sulfáit nicil tuaslagtha a chur i gcomparáid le hintuaslagthacht heicseahiodráit sulfáit nicil ag an teocht tosaigh. Sa staidéar seo, taispeántar intuaslagthacht NiSO4 6H2O i 200 mL d'uisce ag teochtaí éagsúla gan eisíontais i bhFíor 2.
Úsáidtear Johnson-Mail-Avrami (teoiric JMA) chun iompar criostalaithe iseateirmeach a anailísiú. Roghnaítear teoiric JMA toisc nach dtarlaíonn an próiseas criostalaithe go dtí go gcuirtear criostail síl leis an tuaslagán. Déantar cur síos ar theoiric JMA mar seo a leanas:
I gcás ina seasann x(t) don aistriú ag am t, seasann k don tairiseach ráta aistrithe, seasann t don am aistrithe, agus seasann n don innéacs Avrami. Díorthaítear Foirmle 3 ó fhoirmle (2). Cinntear fuinneamh gníomhachtaithe criostalaithe ag baint úsáide as cothromóid Arrhenius:
I gcás ina seasann kg don tairiseach ráta imoibrithe, is tairiseach é k0, seasann Eg don fhuinneamh gníomhachtaithe d’fhás criostail, seasann R don tairiseach gáis mhólar (R=8.314 J/mol K), agus seasann T don teocht criostalaithe isiteirmeach (K).
Léiríonn Fíor 3a go mbíonn tionchar ag an gcóimheas sílithe agus ag tiúchan an dópálaí ar tháirgeacht criostail nicil. Nuair a mhéadaigh tiúchan an dópálaí sa tuaslagán go 2.5 g/L, laghdaigh toradh an chriostail ó 7.77% go 6.48% (cóimheas sílithe de 0.5%) agus ó 10.89% go 10.32% (cóimheas sílithe de 2%). Mar thoradh ar mhéadú breise ar thiúchan an dópálaí, tháinig méadú comhfhreagrach ar tháirgeacht an chriostail. Shroich an toradh is airde 17.98% nuair a bhí an cóimheas sílithe 2% agus tiúchan an dópálaí 5 g/L. D’fhéadfadh na hathruithe i bpatrún toradh an chriostail de réir mar a mhéadaíonn tiúchan an dópálaí a bheith bainteach leis na hathruithe i meicníocht fáis an chriostail. Nuair a bhíonn tiúchan an dópálaí íseal, bíonn iain Ni2+ agus NH4+ ag iomaíocht le haghaidh ceangail le SO42−, rud a fhágann go méadaítear intuaslagthacht nicil sa tuaslagán agus go laghdaítear toradh an chriostail. 14 Nuair a bhíonn tiúchan na neamhíonachta ard, tarlaíonn an próiseas iomaíochta fós, ach comhordaíonn roinnt ian NH4+ le hiain nicil agus sulfáit chun salann dúbailte de shulfáit amóiniam nicil a fhoirmiú. 16 Mar thoradh ar fhoirmiú an tsalainn dhúbailte, laghdaítear intuaslagthacht an tuaslagáin, rud a mhéadaíonn toradh na gcriostal. Is féidir le méadú ar an gcóimheas sílithe feabhas leanúnach a chur ar thoradh na gcriostal. Is féidir le síolta an próiseas núicléaithe agus fás criostail spontáineach a thionscnamh trí achar dromchla tosaigh a sholáthar d’iain tuaslagáin chun criostail a eagrú agus a fhoirmiú. De réir mar a mhéadaíonn an cóimheas sílithe, méadaíonn an t-achar dromchla tosaigh d’iain chun eagrú, agus mar sin is féidir níos mó criostail a fhoirmiú. Dá bhrí sin, bíonn tionchar díreach ag méadú an chóimheas sílithe ar ráta fáis na gcriostal agus ar thoradh na gcriostal. 17
Paraiméadair NiSO4 6H2O: (a) toradh criostail agus (b) pH tuaslagáin nicil roimh agus tar éis ionaclú.
Léiríonn Fíor 3b go mbíonn tionchar ag an gcóimheas síl agus ag tiúchan an dópálaí ar pH an tuaslagáin nicil roimh agus tar éis cur leis an síol. Is é cuspóir monatóireacht a dhéanamh ar pH an tuaslagáin ná tuiscint a fháil ar na hathruithe i gcothromaíocht cheimiceach sa tuaslagán. Sula gcuirtear na criostail síl leis, bíonn claonadh ag pH an tuaslagáin laghdú mar gheall ar láithreacht ian NH4+ a scaoileann prótóin H+. Má mhéadaítear tiúchan an dópálaí, scaoiltear níos mó prótóin H+, rud a laghdaíonn pH an tuaslagáin. Tar éis na criostail síl a chur leis, méadaíonn pH na dtuaslagán go léir. Tá an treocht pH comhghaolmhar go dearfach le treocht toradh na gcriostal. Fuarthas an luach pH is ísle ag tiúchan dópálaí de 2.5 g/L agus cóimheas síl de 0.5%. De réir mar a mhéadaíonn tiúchan an dópálaí go 5 g/L, méadaíonn pH an tuaslagáin. Is léir an feiniméan seo, ós rud é go laghdaíonn infhaighteacht ian NH4+ sa tuaslagán mar gheall ar ionsú, nó mar gheall ar chuimsiú, nó mar gheall ar ionsú agus cuimsiú ian NH4+ ag criostail.
Rinneadh turgnaimh agus anailís ar thoradh criostail a thuilleadh chun iompar cinéiteach fáis criostail a chinneadh agus fuinneamh gníomhachtaithe fáis criostail a ríomh. Míníodh paraiméadair chinéitic criostalaithe iseateirmeacha sa rannán Modhanna. Taispeánann Fíor 4 an plota Johnson-Mehl-Avrami (JMA) a thaispeánann iompar cinéiteach fáis criostail sulfáit nicile. Gineadh an plota tríd an luach ln[− ln(1− x(t))] a phlota i gcoinne an luach ln t (Cothromóid 3). Freagraíonn na luachanna grádáin a fuarthas ón bplota do luachanna innéacs JMA (n) a léiríonn toisí an chriostail atá ag fás agus an mheicníocht fáis. Cé go léiríonn an luach scoite an ráta fáis a léirítear leis an tairiseach ln k. Tá luachanna innéacs JMA (n) idir 0.35 agus 0.75. Léiríonn an luach n seo go bhfuil fás aon-toiseach ag na criostail agus go leanann siad meicníocht fáis rialaithe ag scaipeadh; léiríonn 0 < n < 1 fás aon-toiseach, agus léiríonn n < 1 meicníocht fáis rialaithe ag scaipeadh. 18 Laghdaíonn ráta fáis an tairisigh k de réir mar a mhéadaíonn an teocht, rud a léiríonn go dtarlaíonn an próiseas criostalaithe níos tapúla ag teochtaí níos ísle. Tá baint aige seo leis an méadú ar ró-sháithiú an tuaslagáin ag teochtaí níos ísle.
Plotaí Johnson-Mehl-Avrami (JMA) de heicseahiodráit sulfáit nicil ag teochtaí criostalaithe éagsúla: (a) 25 °C, (b) 30 °C, (c) 35 °C agus (d) 40 °C.
Léirigh cur leis na dopants an patrún céanna ráta fáis ag gach teocht. Nuair a bhí tiúchan an dopant 2.5 g/L, laghdaigh an ráta fáis criostail, agus nuair a bhí tiúchan an dopant níos airde ná 2.5 g/L, mhéadaigh an ráta fáis criostail. Mar a luadh cheana, is é an t-athrú i bpatrún ráta fáis criostail is cúis leis an athrú i meicníocht an idirghníomhaíochta idir iain sa tuaslagán. Nuair a bhíonn tiúchan an dopant íseal, méadaíonn an próiseas iomaíochta idir iain sa tuaslagán intuaslagthacht an tuaslagáin, rud a laghdaíonn ráta fáis an chriostail. 14 Ina theannta sin, bíonn athrú suntasach ar an bpróiseas fáis mar thoradh ar chur leis tiúchain arda dopants. Nuair a sháraíonn tiúchan an dopant 3.75 g/L, foirmítear núicléis chriostail nua breise, rud a fhágann go laghdaítear intuaslagthacht an tuaslagáin, rud a mhéadaíonn ráta fáis an chriostail. Is féidir foirmiú núicléis chriostail nua a léiriú trí fhoirmiú an tsalainn dhúbailte (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O. 16 Agus an mheicníocht fáis criostail á plé, dearbhaíonn torthaí difreact X-ghathaithe foirmiú salainn dhúbailte.
Rinneadh meastóireacht bhreise ar fheidhm phlota JMA chun fuinneamh gníomhachtaithe an chriostalaithe a chinneadh. Ríomhadh an fuinneamh gníomhachtaithe ag baint úsáide as cothromóid Arrhenius (a thaispeántar i gCothromóid (4)). Taispeánann Fíor 5a an gaol idir an luach ln(kg) agus an luach 1/T. Ansin, ríomhadh an fuinneamh gníomhachtaithe ag baint úsáide as an luach grádáin a fuarthas ón bplota. Taispeánann Fíor 5b luachanna fuinnimh gníomhachtaithe an chriostalaithe faoi thiúchain eisíontas éagsúla. Léiríonn na torthaí go mbíonn tionchar ag na hathruithe sa tiúchan eisíontas ar an bhfuinneamh gníomhachtaithe. Is é 215.79 kJ/mol fuinneamh gníomhachtaithe criostalaithe nicil sulfáit gan eisíontas. Nuair a shroicheann an tiúchan eisíontas 2.5 g/L, méadaíonn an fuinneamh gníomhachtaithe 3.99% go 224.42 kJ/mol. Léiríonn an méadú ar an bhfuinneamh gníomhachtaithe go méadaíonn bacainn fuinnimh an phróisis chriostalaithe, rud a fhágfaidh laghdú ar an ráta fáis criostail agus ar tháirgeacht criostail. Nuair a bhíonn an tiúchan eisíontas níos mó ná 2.5 g/L, laghdaíonn fuinneamh gníomhachtaithe an chriostalaithe go suntasach. Ag tiúchan eisíontas de 5 g/l, is é 205.85 kJ/mol an fuinneamh gníomhachtaithe, atá 8.27% níos ísle ná an fuinneamh gníomhachtaithe ag tiúchan eisíontas de 2.5 g/l. Léiríonn laghdú ar an bhfuinneamh gníomhachtaithe go n-éascaítear an próiseas criostalaithe, rud a fhágann go méadaítear an ráta fáis criostail agus toradh criostail.
(a) Feistiú phlota ln(kg) i gcoinne 1/T agus (b) fuinneamh gníomhachtaithe Eg criostalaithe ag tiúchain eisíontas éagsúla.
Rinneadh imscrúdú ar mheicníocht fáis na gcriostal trí speictreascópacht XRD agus FTIR, agus rinneadh anailís ar chinéitic fáis agus ar fhuinneamh gníomhachtaithe na gcriostal. Taispeánann Fíor 6 na torthaí XRD. Tá na sonraí comhsheasmhach le PDF #08–0470, rud a léiríonn gur α-NiSO4 6H2O (shilice dearg) atá ann. Baineann an criostal leis an gcóras teitreagónach, is é P41212 an grúpa spáis, is iad paraiméadair na cille aonaid a = b = 6.782 Å, c = 18.28 Å, α = β = γ = 90°, agus is é 840.8 Å3 an toirt. Tá na torthaí seo comhsheasmhach leis na torthaí a d'fhoilsigh Manomenova et al. roimhe seo.19 Mar thoradh ar iain NH4+ a thabhairt isteach, foirmítear (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O freisin. Baineann na sonraí le PDF Uimh. 31–0062. Baineann an criostal leis an gcóras monachliniceach, grúpa spáis P21/a, is iad paraiméadair na cille aonaid a = 9.186 Å, b = 12.468 Å, c = 6.242 Å, α = γ = 90°, β = 106.93°, agus is é 684 Å3 an toirt. Tá na torthaí seo comhsheasmhach leis an staidéar roimhe seo a thuairiscigh Su et al.20.
Patrúin difreactaithe X-ghathaithe criostail sulfáit nicile: cóimheas síl (a–b) 0.5%, (c–d) 1%, (e–f) 1.5%, agus (g–h) 2%. Is radharc méadaithe den íomhá chlé atá san íomhá ar dheis.
Mar a thaispeántar i bhFíor 6b, d, f agus h, is é 2.5 g/L an teorainn is airde de thiúchan amóiniam i dtuaslagán gan salann breise a fhoirmiú. Nuair a bhíonn an tiúchan eisíontas idir 3.75 agus 5 g/L, ionchorpraítear iain NH4+ sa struchtúr criostail chun an salann casta (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O a fhoirmiú. De réir na sonraí, méadaíonn déine bhuaic an tsailinn chasta de réir mar a mhéadaíonn tiúchan na n-eisíontas ó 3.75 go 5 g/L, go háirithe ag 2θ 16.47° agus 17.44°. Tá an méadú ar bhuaic an tsailinn chasta mar gheall ar phrionsabal na cothromaíochta ceimiceach amháin. Mar sin féin, breathnaítear roinnt buaiceanna neamhghnácha ag 2θ 16.47°, ar féidir iad a chur i leith dífhoirmithe leaisteach an chriostail. 21 Léiríonn na torthaí tréithrithe freisin go mbíonn laghdú ar dhéine bhuaic an tsailinn chasta mar thoradh ar chóimheas sílithe níos airde. Luasghéadaíonn cóimheas sílithe níos airde an próiseas criostalaithe, rud a fhágann laghdú suntasach ar an tuaslagán. Sa chás seo, dírítear an próiseas fáis criostail ar an síol, agus cuireann an ró-sháithiú laghdaithe sa tuaslagán bac ar fhoirmiú céimeanna nua. I gcodarsnacht leis sin, nuair a bhíonn an cóimheas síl íseal, bíonn an próiseas criostalaithe mall, agus fanann ró-sháithiú an tuaslagáin ag leibhéal réasúnta ard. Méadaíonn an cás seo an dóchúlacht go ndéanfar núicléachán ar an salann dúbailte nach bhfuil chomh intuaslagtha. Tugtar sonraí déine buaice don salann dúbailte i dTábla 3.
Rinneadh tréithriú FTIR chun aon neamhord nó athruithe struchtúracha sa laitís óstach a imscrúdú mar gheall ar láithreacht ian NH4+. Rinneadh tréithriú ar shamplaí a raibh cóimheas síolaithe tairiseach de 2% acu. Taispeánann Fíor 7 torthaí tréithrithe FTIR. Is mar gheall ar mhodhanna síneadh O–H na móilíní atá na buaicphointí leathana a breathnaíodh ag 3444, 3257 agus 1647 cm−1. Léiríonn na buaicphointí ag 2370 agus 2078 cm−1 na naisc hidrigine idirmhóilíneacha idir móilíní uisce. Cuirtear an banda ag 412 cm−1 i leith na gcreathadh síneadh Ni–O. Ina theannta sin, taispeánann na hiain SO4− saora ceithre phríomhmhód chreatha ag 450 (υ2), 630 (υ4), 986 (υ1) agus 1143 agus 1100 cm−1 (υ3). Léiríonn na siombailí υ1-υ4 airíonna na modhanna creatha, áit a seasann υ1 don mhodh neamh-dhíghrádaithe (síneadh siméadrach), seasann υ2 don mhodh dúbailte-dhíghrádaithe (lúbadh siméadrach), agus seasann υ3 agus υ4 do na modhanna trí-dhíghrádaithe (síneadh neamhshiméadrach agus lúbadh neamhshiméadrach, faoi seach). 22,23,24 Léiríonn na torthaí tréithrithe go dtugann láithreacht eisíontais amóiniam buaic bhreise ag uimhir thonnta 1143 cm-1 (marcáilte le ciorcal dearg sa fhigiúr). Léiríonn an buaic bhreise ag 1143 cm-1 go mbíonn saobhadh ar struchtúr an laitíse mar thoradh ar láithreacht ian NH4+, beag beann ar an tiúchan, rud a fhágann go n-athraítear minicíocht chreathaidh mhóilíní ian sulfáit taobh istigh den chriostal.
Bunaithe ar thorthaí XRD agus FTIR a bhaineann le hiompar cinéiteach fáis criostail agus fuinneamh gníomhachtaithe, taispeánann Fíor 8 scéim den phróiseas criostalaithe heicseahiodráit sulfáit nicile le cur eisíontais NH4+ leis. In éagmais eisíontais, imoibríonn iain Ni2+ le H2O chun hiodráit nicile [Ni(6H2O)]2− a fhoirmiú. Ansin, comhcheanglaíonn an hiodráit nicile go spontáineach le hiain SO42− chun núicléis Ni(SO4)2 6H2O a fhoirmiú agus fásann sé ina chriostail heicseahiodráit sulfáit nicile. Nuair a chuirtear tiúchan níos ísle d'eisíontais amóiniam (2.5 g/L nó níos lú) leis an tuaslagán, tá sé deacair [Ni(6H2O)]2− a chomhcheangal go hiomlán le hiain SO42− toisc go ndéanann iain [Ni(6H2O)]2− agus NH4+ iomaíocht le haghaidh comhcheangail le hiain SO42−, cé go bhfuil go leor ian sulfáite ann fós chun imoibriú leis an dá ian. Mar thoradh ar an staid seo, méadaítear fuinneamh gníomhachtaithe an chriostalaithe agus moillítear fás criostail. 14,25 Tar éis núicléis heicseahiodráit sulfáit nicil a fhoirmiú agus a fhás ina gcriostail, déantar iain NH4+ agus (NH4)2SO4 iolracha a ionsú ar dhromchla an chriostail. Míníonn sé seo cén fáth a bhfanann an grúpa feidhmeach d'ian SO4− (uimhir thonnta 1143 cm−1) i samplaí NSH-8 agus NSH-12 foirmithe gan phróiseas dópála. Nuair a bhíonn an tiúchan eisíontas ard, tosaíonn iain NH4+ ag ionchorprú i struchtúr an chriostail, ag foirmiú salainn dhúbailte. 16 Tarlaíonn an feiniméan seo mar gheall ar easpa ian SO42− sa tuaslagán, agus ceanglaíonn iain SO42− le hiodráití nicil níos tapúla ná le hiain amóiniam. Cuireann an mheicníocht seo núicléachán agus fás salainn dhúbailte chun cinn. Le linn an phróisis chóimhiotail, foirmítear núicléis Ni(SO4)2 6H2O agus (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O ag an am céanna, rud a fhágann go méadaítear líon na núicléas a fhaightear. Cuireann méadú ar líon na núicléas luasghéarú fáis criostail agus laghdú ar an bhfuinneamh gníomhachtaithe chun cinn.
Is féidir imoibriú ceimiceach tuaslagtha heicsehiodráit sulfáit nicil in uisce, méid beag agus méid mór sulfáit amóiniam a chur leis, agus ansin an próiseas criostalaithe a chur i gcrích a chur in iúl mar seo a leanas:
Taispeántar torthaí tréithrithe an SEM i bhFíor 9. Léiríonn na torthaí tréithrithe nach mbíonn tionchar suntasach ag an méid salainn amóiniam a chuirtear leis ná ag an gcóimheas sílithe ar chruth an chriostail. Fanann méid na gcriostal a fhoirmítear réasúnta tairiseach, cé go bhfeictear criostail níos mó ag pointí áirithe. Mar sin féin, tá gá le tuilleadh tréithrithe fós chun tionchar thiúchan salainn amóiniam agus an chóimheas sílithe ar mheánmhéid na gcriostal a fhoirmítear a chinneadh.
Mórfeolaíocht chriostail NiSO4 6H2O: cóimheas síl (a–e) 0.5%, (f–j) 1%, (h–o) 1.5% agus (p–u) 2% a thaispeánann an t-athrú i dtiúchan NH4+ ó bharr go bun, is é sin 0, 1.25, 2.5, 3.75 agus 5 g/L, faoi seach.
Taispeánann Fíor 10a cuar TGA na gcriostal le tiúchain eisíontas éagsúla. Rinneadh an anailís TGA ar na samplaí le cóimheas sílithe de 2%. Rinneadh an anailís XRD freisin ar an sampla NSH-20 chun na comhdhúile foirmithe a chinneadh. Deimhníonn na torthaí XRD a thaispeántar i bhFíor 10b na hathruithe sa struchtúr criostail. Léiríonn tomhais teirmeagraibhiméadracha go léiríonn na criostail shintéisithe go léir cobhsaíocht theirmeach suas le 80°C. Ina dhiaidh sin, laghdaigh meáchan an chriostail 35% nuair a mhéadaigh an teocht go 200°C. Is mar gheall ar an bpróiseas dianscaoilte atá cailliúint meáchain na gcriostal, lena n-áirítear cailliúint 5 mhóilín uisce chun NiSO4 H2O a fhoirmiú. Nuair a mhéadaigh an teocht go 300–400°C, laghdaigh meáchan na gcriostal arís. Bhí cailliúint meáchain na gcriostal thart ar 6.5%, agus bhí cailliúint meáchain an tsampla criostail NSH-20 beagán níos airde, go díreach 6.65%. Mar thoradh ar dhianscaoileadh ian NH4+ i ngás NH3 sa sampla NSH-20 bhí laghdaitheacht beagán níos airde. De réir mar a mhéadaigh an teocht ó 300 go 400°C, laghdaigh meáchan na gcriostal, rud a d’fhág go raibh struchtúr NiSO4 ag na criostail uile. Mar thoradh ar an teocht a mhéadú ó 700°C go 800°C, athraíodh struchtúr na gcriostal go NiO, rud a d’fhág gur scaoileadh gáis SO2 agus O2.25,26
Cinneadh íonacht criostail heicseahiodráit sulfáit nicil trí mheasúnú a dhéanamh ar thiúchan NH4+ ag baint úsáide as uirlis DC-Arc ICP-MS. Cinneadh íonacht criostail sulfáit nicil ag baint úsáide as foirmle (5).
I gcás ina seasann Ma do mhais na n-eisíontais sa chriostal (mg), seasann Mo do mhais an chriostail (mg), seasann Ca do thiúchan na n-eisíontais sa tuaslagán (mg/l), agus seasann V do thoirt an tuaslagáin (l).
Taispeánann Fíor 11 íonacht criostail heicseahiodráit sulfáit nicil. Is é an luach íonachta meánluach 3 thréith. Léiríonn na torthaí go mbíonn tionchar díreach ag an gcóimheas sílithe agus ag tiúchan na n-eisíontas ar íonacht na gcriostal sulfáit nicil atá déanta. Dá airde an tiúchan eisíontas, is ea is mó an ionsú eisíontas, rud a fhágann go mbíonn íonacht níos ísle ag na criostail atá déanta. Mar sin féin, féadfaidh patrún ionsúcháin na n-eisíontas athrú ag brath ar an tiúchan eisíontas, agus léiríonn graf na dtorthaí nach n-athraíonn an ionsú foriomlán eisíontas ag na criostail go suntasach. Ina theannta sin, léiríonn na torthaí seo freisin gur féidir le cóimheas sílithe níos airde íonacht na gcriostal a fheabhsú. Tá an feiniméan seo indéanta mar nuair a bhíonn an chuid is mó de na núicléis criostail atá déanta dírithe ar na núicléis nicil, is airde an dóchúlacht go gcarnóidh iain nicil ar an nicil. 27
Léirigh an staidéar go mbíonn tionchar suntasach ag iain amóiniam (NH4+) ar an bpróiseas criostalaithe agus ar airíonna criostalacha criostail heicseahiodráit sulfáit nicil, agus nocht sé freisin tionchar an chóimheas síl ar an bpróiseas criostalaithe.
Ag tiúchain amóiniam os cionn 2.5 g/l, laghdaíonn toradh agus ráta fáis criostail. Ag tiúchain amóiniam os cionn 2.5 g/l, méadaíonn toradh agus ráta fáis criostail.
Méadaíonn cur eisíontais leis an tuaslagán nicil an iomaíocht idir iain NH4+ agus [Ni(6H2O)]2− le haghaidh SO42−, rud a fhágann go méadaítear an fuinneamh gníomhachtaithe. Is mar gheall ar iontráil iain NH4+ isteach sa struchtúr criostail atá an laghdú ar an bhfuinneamh gníomhachtaithe tar éis tiúchain arda eisíontais a chur leis, rud a chruthaíonn an salann dúbailte (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O.
Is féidir le cóimheas síolaithe níos airde toradh criostail, ráta fáis criostail agus íonacht criostail heicseahiodráit sulfáit nicil a fheabhsú.
Demirel, HS, et al. Criostalú friththuaslagóra hiodráit sulfáit nicile grád ceallraí le linn próiseála laitíte. Meán Fómhair. Teicneolaíocht Íonúcháin, 286, 120473. https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2022.120473 (2022).
Saguntala, P. agus Yasota, P. Feidhmeanna optúla criostail sulfáit nicile ag teochtaí arda: Staidéir charachtarúcháin le aimínaigéid bhreise mar dhopantáin. Mater. Today Proc. 9, 669–673. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2018.10.391 (2019).
Babaahmadi, V., et al. Leictreathdheascadh patrún nicil ar dhromchlaí teicstíle le priontáil idirghabhála polaiol ar ocsaíd graiféine laghdaithe. Iris Innealtóireachta Fisiciúla agus Ceimiceacha Dromchlaí Collóideacha 703, 135203. https://doi.org/10.1016/J.COLSURFA.2024.135203 (2024).
Fraser, J., Anderson, J., Lazuen, J., et al. “Éileamh agus slándáil soláthair nicile sa todhchaí do chadhnraí feithiclí leictreacha.” Oifig Foilseachán an Aontais Eorpaigh; (2021). https://doi.org/10.2760/212807
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. agus Louhi-Kultanen, M. Íonú sulfáit nicile trí chriostalú baisce le fuarú. Teicneolaíocht Innealtóireachta Ceimiceach 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/CEAT.201800695 (2019).
Ma, Y. et al. Feidhmiú modhanna deascadh agus criostalaithe i dtáirgeadh salainn miotail le haghaidh ábhar ceallraí litiam-ian: athbhreithniú. Miotail. 10(12), 1-16. https://doi.org/10.3390/MET10121609 (2020).
Masalov, VM, et al. Fás criostail aonair heicseahiodráit sulfáit nicil (α-NiSO4.6H2O) faoi choinníollacha grádán teochta cobhsaí. Crystallography. 60(6), 963–969. https://doi.org/10.1134/S1063774515060206 (2015).
Choudhury, RR et al. Criostail heicseahiodráit sulfáit α-Nicil: Gaol idir coinníollacha fáis, struchtúr criostail, agus airíonna. JApCr. 52, 1371–1377. https://doi.org/10.1107/S1600576719013797FILE (2019).
Hahn, B., Böckman, O., Wilson, BP, Lundström, M. agus Louhi-Kultanen, M. Íonú sulfáit nicile trí chriostalú fuaraithe baisce. Teicneolaíocht Innealtóireachta Ceimiceach 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/ceat.201800695 (2019).