nature.com ని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ వెర్షన్ పరిమిత CSS మద్దతును కలిగి ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు తాజా బ్రౌజర్ వెర్షన్‌ను ఉపయోగించాలని మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌లో అనుకూలత మోడ్‌ను ఆఫ్ చేయండి). అదనంగా, నిరంతర మద్దతును నిర్ధారించడానికి, ఈ సైట్ శైలులు లేదా జావాస్క్రిప్ట్‌ను కలిగి ఉండదు.
ఈ అధ్యయనం నిరంతర శీతలీకరణ స్ఫటికీకరణ కింద నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ యొక్క వృద్ధి విధానం మరియు పనితీరుపై NH4+ మలినాలు మరియు విత్తన నిష్పత్తి ప్రభావాలను పరిశీలిస్తుంది మరియు నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ యొక్క వృద్ధి విధానం, ఉష్ణ లక్షణాలు మరియు క్రియాత్మక సమూహాలపై NH4+ మలినాల ప్రభావాలను పరిశీలిస్తుంది. తక్కువ అశుద్ధ సాంద్రతలలో, Ni2+ మరియు NH4+ అయాన్లు బైండింగ్ కోసం SO42− తో పోటీపడతాయి, ఫలితంగా స్ఫటిక దిగుబడి మరియు వృద్ధి రేటు తగ్గుతుంది మరియు స్ఫటికీకరణ క్రియాశీలత శక్తి పెరుగుతుంది. అధిక అశుద్ధ సాంద్రతలలో, NH4+ అయాన్లు స్ఫటిక నిర్మాణంలో చేర్చబడతాయి, ఇవి సంక్లిష్ట లవణం (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O ను ఏర్పరుస్తాయి. సంక్లిష్ట ఉప్పు ఏర్పడటం వలన స్ఫటిక దిగుబడి మరియు వృద్ధి రేటు పెరుగుతుంది మరియు స్ఫటికీకరణ క్రియాశీలత శక్తి తగ్గుతుంది. అధిక మరియు తక్కువ NH4+ అయాన్ సాంద్రతలు ఉండటం వలన లాటిస్ వక్రీకరణకు కారణమవుతుంది మరియు స్ఫటికాలు 80 °C వరకు ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఉష్ణ స్థిరంగా ఉంటాయి. అదనంగా, స్ఫటిక పెరుగుదల యంత్రాంగంపై NH4+ మలినాల ప్రభావం విత్తన నిష్పత్తి కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. కల్మష సాంద్రత తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, కల్మషం స్ఫటికానికి సులభంగా జోడించబడుతుంది; కల్మషం ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, కల్మషం స్ఫటికంలో సులభంగా చేర్చబడుతుంది. విత్తన నిష్పత్తి కల్మష దిగుబడిని బాగా పెంచుతుంది మరియు కల్మష స్వచ్ఛతను కొద్దిగా మెరుగుపరుస్తుంది.
నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ (NiSO4 6H2O) ఇప్పుడు బ్యాటరీ తయారీ, ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్, ఉత్ప్రేరకాలు మరియు ఆహారం, నూనె మరియు పెర్ఫ్యూమ్ ఉత్పత్తితో సహా వివిధ పరిశ్రమలలో ఉపయోగించే కీలకమైన పదార్థం. 1,2,3 నికెల్ ఆధారిత లిథియం-అయాన్ (LiB) బ్యాటరీలపై ఎక్కువగా ఆధారపడే ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల వేగవంతమైన అభివృద్ధితో దీని ప్రాముఖ్యత పెరుగుతోంది. NCM 811 వంటి అధిక-నికెల్ మిశ్రమాల వాడకం 2030 నాటికి ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుందని భావిస్తున్నారు, ఇది నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ కోసం డిమాండ్‌ను మరింత పెంచుతుంది. అయితే, వనరుల పరిమితుల కారణంగా, ఉత్పత్తి పెరుగుతున్న డిమాండ్‌కు అనుగుణంగా ఉండకపోవచ్చు, సరఫరా మరియు డిమాండ్ మధ్య అంతరాన్ని సృష్టిస్తుంది. ఈ కొరత వనరుల లభ్యత మరియు ధర స్థిరత్వం గురించి ఆందోళనలను లేవనెత్తింది, అధిక-స్వచ్ఛత, స్థిరమైన బ్యాటరీ-గ్రేడ్ నికెల్ సల్ఫేట్ యొక్క సమర్థవంతమైన ఉత్పత్తి అవసరాన్ని హైలైట్ చేస్తుంది. 1,4
నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ ఉత్పత్తి సాధారణంగా స్ఫటికీకరణ ద్వారా సాధించబడుతుంది. వివిధ పద్ధతులలో, శీతలీకరణ పద్ధతి విస్తృతంగా ఉపయోగించే పద్ధతి, ఇది తక్కువ శక్తి వినియోగం మరియు అధిక-స్వచ్ఛత పదార్థాలను ఉత్పత్తి చేసే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది. 5,6 నిరంతర శీతలీకరణ స్ఫటికీకరణను ఉపయోగించి నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ యొక్క స్ఫటికీకరణపై పరిశోధన గణనీయమైన పురోగతిని సాధించింది. ప్రస్తుతం, చాలా పరిశోధనలు ఉష్ణోగ్రత, శీతలీకరణ రేటు, విత్తన పరిమాణం మరియు pH వంటి పారామితులను ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియను మెరుగుపరచడంపై దృష్టి పెడతాయి. 7,8,9 పొందిన స్ఫటికాల యొక్క స్ఫటిక దిగుబడి మరియు స్వచ్ఛతను పెంచడమే లక్ష్యం. అయితే, ఈ పారామితుల యొక్క సమగ్ర అధ్యయనం ఉన్నప్పటికీ, స్ఫటికీకరణ ఫలితాలపై మలినాల ప్రభావం, ముఖ్యంగా అమ్మోనియం (NH4+) పట్ల శ్రద్ధ చూపడంలో ఇప్పటికీ పెద్ద అంతరం ఉంది.
నికెల్ స్ఫటికీకరణకు ఉపయోగించే నికెల్ ద్రావణంలో అమ్మోనియం మలినాలు ఉండే అవకాశం ఉంది, ఎందుకంటే వెలికితీత ప్రక్రియలో అమ్మోనియం మలినాలు ఉంటాయి. అమ్మోనియాను సాధారణంగా సాపోనిఫైయింగ్ ఏజెంట్‌గా ఉపయోగిస్తారు, ఇది నికెల్ ద్రావణంలో NH4+ యొక్క ట్రేస్ మొత్తాలను వదిలివేస్తుంది. 10,11,12 అమ్మోనియం మలినాలు సర్వవ్యాప్తంగా ఉన్నప్పటికీ, క్రిస్టల్ నిర్మాణం, పెరుగుదల విధానం, ఉష్ణ లక్షణాలు, స్వచ్ఛత మొదలైన క్రిస్టల్ లక్షణాలపై వాటి ప్రభావాలు సరిగా అర్థం కాలేదు. వాటి ప్రభావాలపై పరిమిత పరిశోధన ముఖ్యమైనది ఎందుకంటే మలినాలు క్రిస్టల్ పెరుగుదలను అడ్డుకోగలవు లేదా మార్చగలవు మరియు కొన్ని సందర్భాల్లో, నిరోధకాలుగా పనిచేస్తాయి, మెటాస్టేబుల్ మరియు స్థిరమైన స్ఫటికాకార రూపాల మధ్య పరివర్తనను ప్రభావితం చేస్తాయి. 13,14 కాబట్టి ఈ ప్రభావాలను అర్థం చేసుకోవడం పారిశ్రామిక దృక్కోణం నుండి చాలా ముఖ్యం ఎందుకంటే మలినాలు ఉత్పత్తి నాణ్యతను రాజీ చేస్తాయి.
ఒక నిర్దిష్ట ప్రశ్న ఆధారంగా, ఈ అధ్యయనం నికెల్ స్ఫటికాల లక్షణాలపై అమ్మోనియం మలినాల ప్రభావాన్ని పరిశోధించడం లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది. మలినాల ప్రభావాన్ని అర్థం చేసుకోవడం ద్వారా, వాటి ప్రతికూల ప్రభావాలను నియంత్రించడానికి మరియు తగ్గించడానికి కొత్త పద్ధతులను అభివృద్ధి చేయవచ్చు. ఈ అధ్యయనం మలిన సాంద్రత మరియు విత్తన నిష్పత్తిలో మార్పుల మధ్య పరస్పర సంబంధాన్ని కూడా పరిశోధించింది. ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో విత్తనం విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నందున, ఈ అధ్యయనంలో విత్తన పారామితులను ఉపయోగించారు మరియు ఈ రెండు కారకాల మధ్య సంబంధాన్ని అర్థం చేసుకోవడం చాలా అవసరం. 15 ఈ రెండు పారామితుల ప్రభావాలను స్ఫటిక దిగుబడి, స్ఫటిక పెరుగుదల విధానం, స్ఫటిక నిర్మాణం, పదనిర్మాణం మరియు స్వచ్ఛతను అధ్యయనం చేయడానికి ఉపయోగించారు. అదనంగా, NH4+ మలినాల ప్రభావంతో స్ఫటికాల యొక్క గతి ప్రవర్తన, ఉష్ణ లక్షణాలు మరియు క్రియాత్మక సమూహాలను మాత్రమే మరింత పరిశోధించారు.
ఈ అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన పదార్థాలు GEM అందించిన నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ (NiSO 6H2O, ≥ 99.8%); టియాంజిన్ హువాషెంగ్ కో., లిమిటెడ్ నుండి కొనుగోలు చేసిన అమ్మోనియం సల్ఫేట్ ((NH)SO , ≥ 99%); స్వేదనజలం. ఉపయోగించిన విత్తన స్ఫటికం NiSO 6H2O, చూర్ణం చేసి జల్లెడ పట్టి 0.154 మిమీ ఏకరీతి కణ పరిమాణాన్ని పొందారు. NiSO 6H2O యొక్క లక్షణాలు పట్టిక 1 మరియు చిత్రం 1లో చూపబడ్డాయి.
నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ యొక్క స్ఫటికీకరణపై NH4+ మలినాలు మరియు విత్తన నిష్పత్తి ప్రభావాన్ని అడపాదడపా శీతలీకరణను ఉపయోగించి పరిశోధించారు. అన్ని ప్రయోగాలు 25 °C ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రత వద్ద నిర్వహించబడ్డాయి. వడపోత సమయంలో ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ పరిమితులను పరిగణనలోకి తీసుకుని 25 °C స్ఫటికీకరణ ఉష్ణోగ్రతగా ఎంపిక చేయబడింది. తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత బుచ్నర్ ఫన్నెల్ ఉపయోగించి వేడి ద్రావణాల వడపోత సమయంలో ఆకస్మిక ఉష్ణోగ్రత హెచ్చుతగ్గుల ద్వారా స్ఫటికీకరణను ప్రేరేపించవచ్చు. ఈ ప్రక్రియ గతిశాస్త్రం, అశుద్ధత తీసుకోవడం మరియు వివిధ క్రిస్టల్ లక్షణాలను గణనీయంగా ప్రభావితం చేస్తుంది.
నికెల్ ద్రావణాన్ని మొదట 200 మి.లీ. స్వేదనజలంలో 224 గ్రా NiSO4 6H2O కరిగించడం ద్వారా తయారు చేశారు. ఎంచుకున్న సాంద్రత సూపర్‌సాచురేషన్ (S) = 1.109 కు అనుగుణంగా ఉంటుంది. 25 °C వద్ద కరిగిన నికెల్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాల ద్రావణీయతను నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ ద్రావణీయతతో పోల్చడం ద్వారా సూపర్‌సాచురేషన్ నిర్ణయించబడింది. ఉష్ణోగ్రత ప్రారంభానికి తగ్గించబడినప్పుడు ఆకస్మిక స్ఫటికీకరణను నిరోధించడానికి తక్కువ సూపర్‌సాచురేషన్‌ను ఎంచుకున్నారు.
NH4+ అయాన్ సాంద్రత నికెల్ ద్రావణానికి (NH4)2SO4 జోడించడం ద్వారా స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియపై ప్రభావాన్ని పరిశోధించారు. ఈ అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన NH4+ అయాన్ సాంద్రతలు 0, 1.25, 2.5, 3.75, మరియు 5 గ్రా/లీ. ఏకరీతి మిశ్రమాన్ని నిర్ధారించడానికి ద్రావణాన్ని 60 °C వద్ద 30 నిమిషాలు వేడి చేస్తూ, 300 rpm వద్ద కదిలించారు. ఆ తర్వాత ద్రావణాన్ని కావలసిన ప్రతిచర్య ఉష్ణోగ్రతకు చల్లబరిచారు. ఉష్ణోగ్రత 25 °Cకి చేరుకున్నప్పుడు, ద్రావణానికి వివిధ మొత్తాల విత్తన స్ఫటికాలు (విత్తన నిష్పత్తులు 0.5%, 1%, 1.5% మరియు 2%) జోడించబడ్డాయి. విత్తనం యొక్క బరువును ద్రావణంలోని NiSO4 6H2O బరువుతో పోల్చడం ద్వారా విత్తన నిష్పత్తిని నిర్ణయించారు.
ద్రావణంలో విత్తన స్ఫటికాలను జోడించిన తర్వాత, స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ సహజంగా జరిగింది. స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ 30 నిమిషాల పాటు కొనసాగింది. ద్రావణం నుండి పేరుకుపోయిన స్ఫటికాలను మరింత వేరు చేయడానికి ఫిల్టర్ ప్రెస్ ఉపయోగించి ద్రావణాన్ని ఫిల్టర్ చేశారు. వడపోత ప్రక్రియలో, తిరిగి స్ఫటికీకరణ అవకాశాన్ని తగ్గించడానికి మరియు స్ఫటికాల ఉపరితలంపై ద్రావణంలోని మలినాలను అంటుకోవడాన్ని తగ్గించడానికి స్ఫటికాలను క్రమం తప్పకుండా ఇథనాల్‌తో కడుగుతారు. స్ఫటికాలు ఇథనాల్‌లో కరగనివి కాబట్టి స్ఫటికాలను కడగడానికి ఇథనాల్‌ను ఎంచుకున్నారు. ఫిల్టర్ చేసిన స్ఫటికాలను 50 °C వద్ద ప్రయోగశాల ఇంక్యుబేటర్‌లో ఉంచారు. ఈ అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన వివరణాత్మక ప్రయోగాత్మక పారామితులు టేబుల్ 2లో చూపబడ్డాయి.
XRD పరికరం (SmartLab SE—HyPix-400) ఉపయోగించి స్ఫటిక నిర్మాణాన్ని నిర్ణయించారు మరియు NH4+ సమ్మేళనాల ఉనికిని గుర్తించారు. స్ఫటిక స్వరూపాన్ని విశ్లేషించడానికి SEM క్యారెక్టరైజేషన్ (Apreo 2 HiVac) నిర్వహించబడింది. TGA పరికరం (TG-209-F1 Libra) ఉపయోగించి స్ఫటికాల యొక్క ఉష్ణ లక్షణాలను నిర్ణయించారు. క్రియాత్మక సమూహాలను FTIR (JASCO-FT/IR-4X) ద్వారా విశ్లేషించారు. ICP-MS పరికరం (Prodigy DC Arc) ఉపయోగించి నమూనా యొక్క స్వచ్ఛతను నిర్ణయించారు. 100 mL స్వేదనజలంలో 0.5 గ్రా స్ఫటికాలను కరిగించడం ద్వారా నమూనాను తయారు చేశారు. ఫార్ములా (1) ప్రకారం అవుట్‌పుట్ క్రిస్టల్ ద్రవ్యరాశిని ఇన్‌పుట్ క్రిస్టల్ ద్రవ్యరాశి ద్వారా విభజించడం ద్వారా స్ఫటికీకరణ దిగుబడి (x) లెక్కించబడుతుంది.
ఇక్కడ x అనేది 0 నుండి 1 వరకు మారుతూ ఉండే స్ఫటిక దిగుబడి, mout అనేది అవుట్‌పుట్ స్ఫటికాల బరువు (g), min అనేది ఇన్‌పుట్ స్ఫటికాల బరువు (g), msol అనేది ద్రావణంలోని స్ఫటికాల బరువు మరియు mseed అనేది విత్తన స్ఫటికాల బరువు.
క్రిస్టల్ గ్రోత్ కైనటిక్స్‌ను నిర్ణయించడానికి మరియు యాక్టివేషన్ ఎనర్జీ విలువను అంచనా వేయడానికి స్ఫటికీకరణ దిగుబడిని మరింత పరిశోధించారు. ఈ అధ్యయనం 2% సీడింగ్ నిష్పత్తితో మరియు మునుపటి మాదిరిగానే అదే ప్రయోగాత్మక విధానంతో నిర్వహించబడింది. ఐసోథర్మల్ స్ఫటికీకరణ కైనటిక్స్ పారామితులను వివిధ స్ఫటికీకరణ సమయాల్లో (10, 20, 30, మరియు 40 నిమిషాలు) మరియు ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రతలలో (25, 30, 35, మరియు 40 °C) క్రిస్టల్ దిగుబడిని అంచనా వేయడం ద్వారా నిర్ణయించారు. ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఎంచుకున్న సాంద్రతలు వరుసగా 1.109, 1.052, 1 మరియు 0.953 యొక్క సూపర్‌సాచురేషన్ (S) విలువలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. కరిగిన నికెల్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాల ద్రావణీయతను ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రత వద్ద నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ యొక్క ద్రావణీయతతో పోల్చడం ద్వారా సూపర్‌సాచురేషన్ విలువను నిర్ణయించారు. ఈ అధ్యయనంలో, మలినాలు లేకుండా వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద 200 mL నీటిలో NiSO4 6H2O యొక్క ద్రావణీయత చిత్రం 2లో చూపబడింది.
జాన్సన్-మెయిల్-అవ్రామి (JMA సిద్ధాంతం) ఐసోథర్మల్ స్ఫటికీకరణ ప్రవర్తనను విశ్లేషించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. ద్రావణంలో విత్తన స్ఫటికాలను జోడించే వరకు స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ జరగదు కాబట్టి JMA సిద్ధాంతాన్ని ఎంచుకున్నారు. JMA సిద్ధాంతాన్ని ఈ క్రింది విధంగా వివరించబడింది:
x(t) అనేది t సమయంలో పరివర్తనను సూచిస్తుంది, k అనేది పరివర్తన రేటు స్థిరాంకాన్ని సూచిస్తుంది, t అనేది పరివర్తన సమయాన్ని సూచిస్తుంది మరియు n అనేది అవ్రామి సూచికను సూచిస్తుంది. ఫార్ములా 3 అనేది ఫార్ములా (2) నుండి తీసుకోబడింది. స్ఫటికీకరణ యొక్క క్రియాశీలత శక్తిని అర్హేనియస్ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి నిర్ణయిస్తారు:
ఇక్కడ kg అనేది చర్యా రేటు స్థిరాంకం, k0 అనేది స్థిరాంకం, ఉదా. అనేది స్పటిక పెరుగుదల యొక్క క్రియాశీలక శక్తి, R అనేది మోలార్ వాయు స్థిరాంకం (R=8.314 J/mol K), మరియు T అనేది ఐసోథర్మల్ స్ఫటికీకరణ ఉష్ణోగ్రత (K).
చిత్రం 3a ప్రకారం, విత్తనాల నిష్పత్తి మరియు డోపాంట్ సాంద్రత నికెల్ స్ఫటికాల దిగుబడిపై ప్రభావం చూపుతాయి. ద్రావణంలో డోపాంట్ సాంద్రత 2.5 గ్రా/లీకి పెరిగినప్పుడు, స్ఫటిక దిగుబడి 7.77% నుండి 6.48% (విత్తన నిష్పత్తి 0.5%)కి మరియు 10.89% నుండి 10.32% (విత్తన నిష్పత్తి 2%)కి తగ్గింది. డోపాంట్ సాంద్రతలో మరింత పెరుగుదల స్ఫటిక దిగుబడిలో సంబంధిత పెరుగుదలకు దారితీసింది. విత్తనాల నిష్పత్తి 2% మరియు డోపాంట్ సాంద్రత 5 గ్రా/లీ ఉన్నప్పుడు అత్యధిక దిగుబడి 17.98%కి చేరుకుంది. డోపాంట్ సాంద్రత పెరుగుదలతో స్ఫటిక దిగుబడి నమూనాలో మార్పులు స్ఫటిక పెరుగుదల యంత్రాంగంలోని మార్పులకు సంబంధించినవి కావచ్చు. డోపాంట్ సాంద్రత తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, Ni2+ మరియు NH4+ అయాన్లు SO42−తో బంధించడానికి పోటీపడతాయి, ఇది ద్రావణంలో నికెల్ యొక్క ద్రావణీయత పెరుగుదలకు మరియు స్ఫటిక దిగుబడి తగ్గడానికి దారితీస్తుంది. 14 అశుద్ధత సాంద్రత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, పోటీ ప్రక్రియ ఇప్పటికీ జరుగుతుంది, కానీ కొన్ని NH4+ అయాన్లు నికెల్ మరియు సల్ఫేట్ అయాన్లతో సమన్వయం చేసుకుని నికెల్ అమ్మోనియం సల్ఫేట్ యొక్క డబుల్ లవణాన్ని ఏర్పరుస్తాయి. 16 డబుల్ సాల్ట్ ఏర్పడటం వలన ద్రావణం యొక్క ద్రావణీయత తగ్గుతుంది, తద్వారా స్ఫటిక దిగుబడి పెరుగుతుంది. విత్తనాల నిష్పత్తిని పెంచడం వలన స్ఫటిక దిగుబడి నిరంతరం మెరుగుపడుతుంది. ద్రావణ అయాన్లు వ్యవస్థీకరించడానికి మరియు స్ఫటికాలను ఏర్పరచడానికి ప్రారంభ ఉపరితల వైశాల్యం అందించడం ద్వారా విత్తనాలు న్యూక్లియేషన్ ప్రక్రియను మరియు ఆకస్మిక క్రిస్టల్ పెరుగుదలను ప్రారంభించగలవు. విత్తనాల నిష్పత్తి పెరిగేకొద్దీ, అయాన్లు వ్యవస్థీకరించడానికి ప్రారంభ ఉపరితల వైశాల్యం పెరుగుతుంది, కాబట్టి మరిన్ని స్ఫటికాలు ఏర్పడతాయి. అందువల్ల, విత్తనాల నిష్పత్తిని పెంచడం వలన స్ఫటిక వృద్ధి రేటు మరియు స్ఫటిక దిగుబడిపై ప్రత్యక్ష ప్రభావం ఉంటుంది. 17
NiSO4 6H2O యొక్క పారామితులు: (a) స్పటిక దిగుబడి మరియు (b) టీకాలు వేయడానికి ముందు మరియు తరువాత నికెల్ ద్రావణం యొక్క pH.
విత్తన నిష్పత్తి మరియు డోపాంట్ సాంద్రత విత్తనం జోడించడానికి ముందు మరియు తరువాత నికెల్ ద్రావణం యొక్క pH ను ప్రభావితం చేస్తాయని చిత్రం 3b చూపిస్తుంది. ద్రావణం యొక్క pH ను పర్యవేక్షించడం యొక్క ఉద్దేశ్యం ద్రావణంలో రసాయన సమతుల్యతలో మార్పులను అర్థం చేసుకోవడం. విత్తన స్ఫటికాలను జోడించే ముందు, H+ ప్రోటాన్‌లను విడుదల చేసే NH4+ అయాన్ల ఉనికి కారణంగా ద్రావణం యొక్క pH తగ్గుతుంది. డోపాంట్ సాంద్రతను పెంచడం వలన ఎక్కువ H+ ప్రోటాన్లు విడుదలవుతాయి, తద్వారా ద్రావణం యొక్క pH తగ్గుతుంది. విత్తన స్ఫటికాలను జోడించిన తర్వాత, అన్ని ద్రావణాల pH పెరుగుతుంది. pH ధోరణి స్ఫటిక దిగుబడి ధోరణితో సానుకూలంగా సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. అత్యల్ప pH విలువ 2.5 g/L డోపాంట్ సాంద్రత మరియు 0.5% విత్తన నిష్పత్తి వద్ద పొందబడింది. డోపాంట్ సాంద్రత 5 g/Lకి పెరిగేకొద్దీ, ద్రావణం యొక్క pH పెరుగుతుంది. ఈ దృగ్విషయం చాలా అర్థమయ్యేది, ఎందుకంటే ద్రావణంలో NH4+ అయాన్ల లభ్యత శోషణ కారణంగా లేదా చేర్చడం వల్ల లేదా స్ఫటికాల ద్వారా NH4+ అయాన్ల శోషణ మరియు చేర్చడం వల్ల తగ్గుతుంది.
క్రిస్టల్ పెరుగుదల యొక్క గతిశీల ప్రవర్తనను నిర్ణయించడానికి మరియు క్రిస్టల్ పెరుగుదల యొక్క క్రియాశీలక శక్తిని లెక్కించడానికి క్రిస్టల్ దిగుబడి ప్రయోగాలు మరియు విశ్లేషణలు మరింత నిర్వహించబడ్డాయి. ఐసోథర్మల్ స్ఫటికీకరణ గతిశాస్త్రం యొక్క పారామితులను పద్ధతుల విభాగంలో వివరించబడింది. చిత్రం 4 నికెల్ సల్ఫేట్ క్రిస్టల్ పెరుగుదల యొక్క గతిశీల ప్రవర్తనను చూపించే జాన్సన్-మెహల్-అవ్రామి (JMA) ప్లాట్‌ను చూపిస్తుంది. ln t విలువ (సమీకరణం 3) కు వ్యతిరేకంగా ln[− ln(1− x(t))] విలువను ప్లాట్ చేయడం ద్వారా ప్లాట్ రూపొందించబడింది. ప్లాట్ నుండి పొందిన ప్రవణత విలువలు పెరుగుతున్న క్రిస్టల్ యొక్క కొలతలు మరియు వృద్ధి యంత్రాంగాన్ని సూచించే JMA సూచిక (n) విలువలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. కటాఫ్ విలువ స్థిరమైన ln k ద్వారా సూచించబడే వృద్ధి రేటును సూచిస్తుంది. JMA సూచిక (n) విలువలు 0.35 నుండి 0.75 వరకు ఉంటాయి. ఈ n విలువ స్ఫటికాలు ఒక డైమెన్షనల్ వృద్ధిని కలిగి ఉన్నాయని మరియు వ్యాప్తి-నియంత్రిత వృద్ధి యంత్రాంగాన్ని అనుసరిస్తాయని సూచిస్తుంది; 0 < n < 1 ఒక డైమెన్షనల్ వృద్ధిని సూచిస్తుంది, అయితే n < 1 విస్తరణ-నియంత్రిత వృద్ధి యంత్రాంగాన్ని సూచిస్తుంది. 18 ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతున్న కొద్దీ స్థిరాంకం k యొక్క వృద్ధి రేటు తగ్గుతుంది, ఇది తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ వేగంగా జరుగుతుందని సూచిస్తుంది. ఇది తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ద్రావణం యొక్క సూపర్‌సాచురేషన్ పెరుగుదలకు సంబంధించినది.
వివిధ స్ఫటికీకరణ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ యొక్క జాన్సన్-మెహల్-అవ్రామి (JMA) ప్లాట్లు: (a) 25 °C, (b) 30 °C, (c) 35 °C మరియు (d) 40 °C.
డోపాంట్‌లను జోడించడం వల్ల అన్ని ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఒకే విధమైన వృద్ధి రేటు కనిపించింది. డోపాంట్ సాంద్రత 2.5 గ్రా/లీ ఉన్నప్పుడు, స్ఫటిక వృద్ధి రేటు తగ్గింది మరియు డోపాంట్ సాంద్రత 2.5 గ్రా/లీ కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, స్ఫటిక వృద్ధి రేటు పెరిగింది. ముందు చెప్పినట్లుగా, స్ఫటిక వృద్ధి రేటు నమూనాలో మార్పు ద్రావణంలోని అయాన్ల మధ్య పరస్పర చర్య యొక్క యంత్రాంగంలో మార్పు కారణంగా ఉంటుంది. డోపాంట్ సాంద్రత తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, ద్రావణంలోని అయాన్ల మధ్య పోటీ ప్రక్రియ ద్రావణం యొక్క ద్రావణీయతను పెంచుతుంది, తద్వారా స్ఫటిక వృద్ధి రేటు తగ్గుతుంది. 14 ఇంకా, అధిక సాంద్రతల డోపాంట్‌లను జోడించడం వలన వృద్ధి ప్రక్రియ గణనీయంగా మారుతుంది. డోపాంట్ సాంద్రత 3.75 గ్రా/లీ దాటినప్పుడు, అదనపు కొత్త స్ఫటిక కేంద్రకాలు ఏర్పడతాయి, ఇది ద్రావణం యొక్క ద్రావణీయత తగ్గడానికి దారితీస్తుంది, తద్వారా స్ఫటిక వృద్ధి రేటు పెరుగుతుంది. డబుల్ సాల్ట్ (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O ఏర్పడటం ద్వారా కొత్త స్ఫటిక కేంద్రకాల ఏర్పాటును ప్రదర్శించవచ్చు. 16 స్ఫటిక పెరుగుదల విధానం గురించి చర్చిస్తున్నప్పుడు, ఎక్స్-రే వివర్తన ఫలితాలు డబుల్ సాల్ట్ ఏర్పడటాన్ని నిర్ధారిస్తాయి.
స్ఫటికీకరణ యొక్క క్రియాశీలక శక్తిని నిర్ణయించడానికి JMA ప్లాట్ ఫంక్షన్‌ను మరింత మూల్యాంకనం చేశారు. అర్హేనియస్ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి క్రియాశీలక శక్తిని లెక్కించారు (సమీకరణం (4)లో చూపబడింది). చిత్రం 5a ln(kg) విలువ మరియు 1/T విలువ మధ్య సంబంధాన్ని చూపుతుంది. తరువాత, ప్లాట్ నుండి పొందిన ప్రవణత విలువను ఉపయోగించి క్రియాశీలక శక్తిని లెక్కించారు. చిత్రం 5b వివిధ అశుద్ధ సాంద్రతల కింద స్ఫటికీకరణ యొక్క క్రియాశీలక శక్తి విలువలను చూపుతుంది. ఫలితాలు అశుద్ధ సాంద్రతలో మార్పులు క్రియాశీలక శక్తిని ప్రభావితం చేస్తాయని చూపిస్తున్నాయి. మలినాలు లేకుండా నికెల్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాల స్ఫటికీకరణ యొక్క క్రియాశీలక శక్తి 215.79 kJ/mol. అశుద్ధ సాంద్రత 2.5 g/Lకి చేరుకున్నప్పుడు, క్రియాశీలక శక్తి 3.99% పెరిగి 224.42 kJ/molకి చేరుకుంటుంది. క్రియాశీలక శక్తిలో పెరుగుదల స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ యొక్క శక్తి అవరోధం పెరుగుతుందని సూచిస్తుంది, ఇది క్రిస్టల్ వృద్ధి రేటు మరియు క్రిస్టల్ దిగుబడిలో తగ్గుదలకు దారితీస్తుంది. మలిన సాంద్రత 2.5 గ్రా/లీ కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, స్ఫటికీకరణ యొక్క క్రియాశీలక శక్తి గణనీయంగా తగ్గుతుంది. 5 గ్రా/లీ అశుద్ధ సాంద్రత వద్ద, క్రియాశీలక శక్తి 205.85 kJ/mol ఉంటుంది, ఇది 2.5 గ్రా/లీ అశుద్ధ సాంద్రత వద్ద క్రియాశీలక శక్తి కంటే 8.27% తక్కువగా ఉంటుంది. క్రియాశీలక శక్తిలో తగ్గుదల స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ సులభతరం చేయబడిందని సూచిస్తుంది, ఇది స్ఫటిక వృద్ధి రేటు మరియు స్ఫటిక దిగుబడి పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది.
(ఎ) ln(kg) ప్లాట్‌ను 1/T కి వ్యతిరేకంగా అమర్చడం మరియు (బి) క్రియాశీలక శక్తి ఉదా. వివిధ అశుద్ధ సాంద్రతలలో స్ఫటికీకరణ.
XRD మరియు FTIR స్పెక్ట్రోస్కోపీ ద్వారా క్రిస్టల్ గ్రోత్ మెకానిజం పరిశోధించబడింది మరియు క్రిస్టల్ గ్రోత్ కైనటిక్స్ మరియు యాక్టివేషన్ ఎనర్జీని విశ్లేషించారు. చిత్రం 6 XRD ఫలితాలను చూపిస్తుంది. డేటా PDF #08–0470కి అనుగుణంగా ఉంటుంది, ఇది α-NiSO4 6H2O (ఎరుపు సిలికా) అని సూచిస్తుంది. క్రిస్టల్ టెట్రాగోనల్ వ్యవస్థకు చెందినది, స్పేస్ గ్రూప్ P41212, యూనిట్ సెల్ పారామితులు a = b = 6.782 Å, c = 18.28 Å, α = β = γ = 90°, మరియు వాల్యూమ్ 840.8 Å3. ఈ ఫలితాలు మనోమెనోవా మరియు ఇతరులు గతంలో ప్రచురించిన ఫలితాలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. 19 NH4+ అయాన్ల పరిచయం కూడా (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది. డేటా PDF నం. 31–0062కి చెందినది. ఈ క్రిస్టల్ మోనోక్లినిక్ వ్యవస్థకు చెందినది, స్పేస్ గ్రూప్ P21/a, యూనిట్ సెల్ పారామితులు a = 9.186 Å, b = 12.468 Å, c = 6.242 Å, α = γ = 90°, β = 106.93°, మరియు వాల్యూమ్ 684 Å3. ఈ ఫలితాలు సు మరియు ఇతరులు నివేదించిన మునుపటి అధ్యయనానికి అనుగుణంగా ఉన్నాయి.20.
నికెల్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాల యొక్క ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ నమూనాలు: (a–b) 0.5%, (c–d) 1%, (e–f) 1.5%, మరియు (g–h) 2% విత్తన నిష్పత్తి. కుడి చిత్రం ఎడమ చిత్రం యొక్క విస్తరించిన వీక్షణ.
6b, d, f మరియు h లలో చూపిన విధంగా, అదనపు లవణాన్ని ఏర్పరచకుండా ద్రావణంలో అమ్మోనియం సాంద్రత యొక్క అత్యధిక పరిమితి 2.5 g/L. అశుద్ధ సాంద్రత 3.75 మరియు 5 g/L. అయినప్పుడు, సంక్లిష్ట లవణం (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O) ఏర్పడటానికి NH4+ అయాన్లు స్ఫటిక నిర్మాణంలో చేర్చబడతాయి. డేటా ప్రకారం, సంక్లిష్ట లవణం యొక్క గరిష్ట తీవ్రత 3.75 నుండి 5 g/L వరకు పెరుగుతుంది, ముఖ్యంగా 2θ 16.47° మరియు 17.44° వద్ద పెరుగుతుంది. సంక్లిష్ట లవణం యొక్క గరిష్ట తీవ్రత పెరుగుదల రసాయన సమతుల్యత సూత్రం వల్ల మాత్రమే జరుగుతుంది. అయితే, 2θ 16.47° వద్ద కొన్ని అసాధారణ శిఖరాలు గమనించబడతాయి, ఇది క్రిస్టల్ యొక్క సాగే వైకల్యానికి కారణమని చెప్పవచ్చు. 21 అధిక సీడింగ్ నిష్పత్తి సంక్లిష్ట లవణం యొక్క గరిష్ట తీవ్రతలో తగ్గుదలకు దారితీస్తుందని కూడా క్యారెక్టరైజేషన్ ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. అధిక విత్తన నిష్పత్తి స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియను వేగవంతం చేస్తుంది, ఇది ద్రావణంలో గణనీయమైన తగ్గుదలకు దారితీస్తుంది. ఈ సందర్భంలో, స్ఫటిక పెరుగుదల ప్రక్రియ విత్తనంపై కేంద్రీకృతమై ఉంటుంది మరియు ద్రావణం యొక్క తగ్గిన సూపర్‌సాచురేషన్ ద్వారా కొత్త దశల నిర్మాణం దెబ్బతింటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, విత్తన నిష్పత్తి తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ నెమ్మదిగా ఉంటుంది మరియు ద్రావణం యొక్క సూపర్‌సాచురేషన్ సాపేక్షంగా అధిక స్థాయిలో ఉంటుంది. ఈ పరిస్థితి తక్కువ కరిగే డబుల్ సాల్ట్ (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O యొక్క న్యూక్లియేషన్ సంభావ్యతను పెంచుతుంది. డబుల్ సాల్ట్ కోసం గరిష్ట తీవ్రత డేటా టేబుల్ 3లో ఇవ్వబడింది.
NH4+ అయాన్ల ఉనికి కారణంగా హోస్ట్ లాటిస్‌లో ఏదైనా రుగ్మత లేదా నిర్మాణాత్మక మార్పులను పరిశోధించడానికి FTIR క్యారెక్టరైజేషన్ నిర్వహించబడింది. 2% స్థిరమైన సీడింగ్ నిష్పత్తి కలిగిన నమూనాలను వర్గీకరించారు. చిత్రం 7 FTIR క్యారెక్టరైజేషన్ ఫలితాలను చూపుతుంది. 3444, 3257 మరియు 1647 cm−1 వద్ద గమనించిన విస్తృత శిఖరాలు అణువుల O–H సాగతీత మోడ్‌ల కారణంగా ఉన్నాయి. 2370 మరియు 2078 cm−1 వద్ద ఉన్న శిఖరాలు నీటి అణువుల మధ్య ఇంటర్‌మోలిక్యులర్ హైడ్రోజన్ బంధాలను సూచిస్తాయి. 412 cm−1 వద్ద ఉన్న బ్యాండ్ Ni–O సాగతీత వైబ్రేషన్‌లకు ఆపాదించబడింది. అదనంగా, ఉచిత SO4− అయాన్లు 450 (υ2), 630 (υ4), 986 (υ1) మరియు 1143 మరియు 1100 cm−1 (υ3) వద్ద నాలుగు ప్రధాన వైబ్రేషన్ మోడ్‌లను ప్రదర్శిస్తాయి. υ1-υ4 చిహ్నాలు కంపన రీతుల లక్షణాలను సూచిస్తాయి, ఇక్కడ υ1 క్షీణత లేని మోడ్‌ను సూచిస్తుంది (సిమెట్రిక్ స్ట్రెచింగ్), υ2 డబుల్ డీజెనరేట్ మోడ్‌ను సూచిస్తుంది (సిమెట్రిక్ బెండింగ్), మరియు υ3 మరియు υ4 ట్రిపుల్ డీజెనరేట్ మోడ్‌లను సూచిస్తాయి (వరుసగా అసమాన స్ట్రెచింగ్ మరియు అసమాన బెండింగ్). 22,23,24 అమ్మోనియం మలినాల ఉనికి 1143 cm-1 తరంగసంఖ్య వద్ద అదనపు శిఖరాన్ని ఇస్తుందని క్యారెక్టరైజేషన్ ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి (చిత్రంలో ఎరుపు వృత్తంతో గుర్తించబడింది). 1143 cm-1 వద్ద ఉన్న అదనపు శిఖరం NH4+ అయాన్ల ఉనికి, ఏకాగ్రతతో సంబంధం లేకుండా, లాటిస్ నిర్మాణం యొక్క వక్రీకరణకు కారణమవుతుందని సూచిస్తుంది, ఇది క్రిస్టల్ లోపల సల్ఫేట్ అయాన్ అణువుల కంపన ఫ్రీక్వెన్సీలో మార్పుకు దారితీస్తుంది.
స్ఫటిక పెరుగుదల మరియు క్రియాశీలక శక్తి యొక్క గతి ప్రవర్తనకు సంబంధించిన XRD మరియు FTIR ఫలితాల ఆధారంగా, NH4+ మలినాలను జోడించడంతో నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ యొక్క స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ యొక్క స్కీమాటిక్‌ను చిత్రం 8 చూపిస్తుంది. మలినాలు లేనప్పుడు, Ni2+ అయాన్లు H2Oతో చర్య జరిపి నికెల్ హైడ్రేట్ [Ni(6H2O)]2−ను ఏర్పరుస్తాయి. అప్పుడు, నికెల్ హైడ్రేట్ ఆకస్మికంగా SO42− అయాన్లతో కలిసి Ni(SO4)2 6H2O కేంద్రకాలను ఏర్పరుస్తుంది మరియు నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ స్ఫటికాలుగా పెరుగుతుంది. ద్రావణంలో తక్కువ సాంద్రత కలిగిన అమ్మోనియం మలినాలను (2.5 గ్రా/లీ లేదా అంతకంటే తక్కువ) జోడించినప్పుడు, [Ni(6H2O)]2− SO42− అయాన్లతో పూర్తిగా కలపడం కష్టం ఎందుకంటే [Ni(6H2O)]2− మరియు NH4+ అయాన్లు SO42− అయాన్లతో కలయిక కోసం పోటీపడతాయి, అయినప్పటికీ రెండు అయాన్లతో చర్య తీసుకోవడానికి తగినంత సల్ఫేట్ అయాన్లు ఇప్పటికీ ఉన్నాయి. ఈ పరిస్థితి స్ఫటికీకరణ యొక్క క్రియాశీలక శక్తి పెరుగుదలకు మరియు స్ఫటిక పెరుగుదల మందగించడానికి దారితీస్తుంది. 14,25 నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ కేంద్రకాలు ఏర్పడి స్ఫటికాలుగా పెరిగిన తర్వాత, బహుళ NH4+ మరియు (NH4)2SO4 అయాన్లు స్ఫటిక ఉపరితలంపై శోషించబడతాయి. NSH-8 మరియు NSH-12 నమూనాలలో SO4− అయాన్ (తరంగ సంఖ్య 1143 cm−1) యొక్క క్రియాత్మక సమూహం డోపింగ్ ప్రక్రియ లేకుండా ఎందుకు ఏర్పడిందో ఇది వివరిస్తుంది. అశుద్ధత సాంద్రత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, NH4+ అయాన్లు స్ఫటిక నిర్మాణంలో చేర్చడం ప్రారంభిస్తాయి, డబుల్ లవణాలను ఏర్పరుస్తాయి. 16 ఈ దృగ్విషయం ద్రావణంలో SO42− అయాన్లు లేకపోవడం వల్ల సంభవిస్తుంది మరియు SO42− అయాన్లు అమ్మోనియం అయాన్ల కంటే వేగంగా నికెల్ హైడ్రేట్‌లకు బంధిస్తాయి. ఈ విధానం డబుల్ లవణాల న్యూక్లియేషన్ మరియు పెరుగుదలను ప్రోత్సహిస్తుంది. మిశ్రమ ప్రక్రియలో, Ni(SO4)2 6H2O మరియు (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O కేంద్రకాలు ఒకేసారి ఏర్పడతాయి, ఇది పొందిన న్యూక్లియైల సంఖ్యలో పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది. న్యూక్లియైల సంఖ్యలో పెరుగుదల క్రిస్టల్ పెరుగుదల త్వరణాన్ని మరియు క్రియాశీలత శక్తిని తగ్గిస్తుంది.
నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్‌ను నీటిలో కరిగించి, కొద్ది మొత్తంలో మరియు పెద్ద మొత్తంలో అమ్మోనియం సల్ఫేట్‌ను జోడించి, ఆపై స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియను నిర్వహించడం యొక్క రసాయన ప్రతిచర్యను ఈ క్రింది విధంగా వ్యక్తీకరించవచ్చు:
SEM క్యారెక్టరైజేషన్ ఫలితాలు చిత్రం 9లో చూపించబడ్డాయి. జోడించిన అమ్మోనియం ఉప్పు పరిమాణం మరియు సీడింగ్ నిష్పత్తి క్రిస్టల్ ఆకారాన్ని గణనీయంగా ప్రభావితం చేయవని క్యారెక్టరైజేషన్ ఫలితాలు సూచిస్తున్నాయి. ఏర్పడిన స్ఫటికాల పరిమాణం సాపేక్షంగా స్థిరంగా ఉంటుంది, అయినప్పటికీ కొన్ని పాయింట్ల వద్ద పెద్ద స్ఫటికాలు కనిపిస్తాయి. అయినప్పటికీ, ఏర్పడిన స్ఫటికాల సగటు పరిమాణంపై అమ్మోనియం ఉప్పు సాంద్రత మరియు సీడింగ్ నిష్పత్తి ప్రభావాన్ని నిర్ణయించడానికి ఇంకా క్యారెక్టరైజేషన్ అవసరం.
NiSO4 6H2O యొక్క స్ఫటిక స్వరూపం: (a–e) 0.5%, (f–j) 1%, (h–o) 1.5% మరియు (p–u) 2% విత్తన నిష్పత్తి పై నుండి క్రిందికి NH4+ గాఢతలో మార్పును చూపిస్తుంది, ఇది వరుసగా 0, 1.25, 2.5, 3.75 మరియు 5 గ్రా/లీ.
చిత్రం 10a వివిధ అశుద్ధ సాంద్రతలతో స్ఫటికాల యొక్క TGA వక్రతలను చూపిస్తుంది. 2% సీడింగ్ నిష్పత్తి కలిగిన నమూనాలపై TGA విశ్లేషణ నిర్వహించబడింది. ఏర్పడిన సమ్మేళనాలను నిర్ణయించడానికి NSH-20 నమూనాపై XRD విశ్లేషణ కూడా నిర్వహించబడింది. చిత్రం 10bలో చూపిన XRD ఫలితాలు క్రిస్టల్ నిర్మాణంలో మార్పులను నిర్ధారిస్తాయి. థర్మోగ్రావిమెట్రిక్ కొలతలు అన్ని సంశ్లేషణ చేయబడిన స్ఫటికాలు 80°C వరకు ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని ప్రదర్శిస్తాయని చూపిస్తున్నాయి. తదనంతరం, ఉష్ణోగ్రత 200°Cకి పెరిగినప్పుడు క్రిస్టల్ బరువు 35% తగ్గింది. స్ఫటికాల బరువు తగ్గడం కుళ్ళిపోయే ప్రక్రియ కారణంగా జరుగుతుంది, ఇందులో NiSO4 H2O ఏర్పడటానికి 5 నీటి అణువుల నష్టం జరుగుతుంది. ఉష్ణోగ్రత 300–400°Cకి పెరిగినప్పుడు, స్ఫటికాల బరువు మళ్ళీ తగ్గింది. స్ఫటికాల బరువు తగ్గడం దాదాపు 6.5%, అయితే NSH-20 క్రిస్టల్ నమూనా బరువు తగ్గడం కొంచెం ఎక్కువగా ఉంది, సరిగ్గా 6.65%. NSH-20 నమూనాలో NH4+ అయాన్లు NH3 వాయువుగా కుళ్ళిపోవడం వల్ల కొంచెం ఎక్కువ తగ్గింపు సామర్థ్యం ఏర్పడింది. ఉష్ణోగ్రత 300 నుండి 400°Cకి పెరిగినప్పుడు, స్ఫటికాల బరువు తగ్గింది, ఫలితంగా అన్ని స్ఫటికాలు NiSO4 నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉన్నాయి. ఉష్ణోగ్రతను 700°C నుండి 800°Cకి పెంచడం వల్ల స్ఫటిక నిర్మాణం NiOగా రూపాంతరం చెందింది, దీని వలన SO2 మరియు O2 వాయువులు విడుదలయ్యాయి.25,26
నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ స్ఫటికాల స్వచ్ఛతను DC-Arc ICP-MS పరికరాన్ని ఉపయోగించి NH4+ గాఢతను అంచనా వేయడం ద్వారా నిర్ణయించారు. నికెల్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాల స్వచ్ఛతను ఫార్ములా (5) ఉపయోగించి నిర్ణయించారు.
ఇక్కడ Ma అనేది స్ఫటికంలోని మలినాల ద్రవ్యరాశి (mg), Mo అనేది స్ఫటికం యొక్క ద్రవ్యరాశి (mg), Ca అనేది ద్రావణంలోని మలినాల సాంద్రత (mg/l), V అనేది ద్రావణం యొక్క ఘనపరిమాణం (l).
చిత్రం 11 నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ స్ఫటికాల స్వచ్ఛతను చూపిస్తుంది. స్వచ్ఛత విలువ 3 లక్షణాల సగటు విలువ. సీడింగ్ నిష్పత్తి మరియు అశుద్ధత గాఢత ఏర్పడిన నికెల్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాల స్వచ్ఛతను నేరుగా ప్రభావితం చేస్తాయని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. అశుద్ధత గాఢత ఎక్కువగా ఉంటే, మలినాలను ఎక్కువగా గ్రహించడం జరుగుతుంది, ఫలితంగా ఏర్పడిన స్ఫటికాల స్వచ్ఛత తక్కువగా ఉంటుంది. అయితే, అశుద్ధత గాఢతను బట్టి మలినాలను శోషించే విధానం మారవచ్చు మరియు ఫలిత గ్రాఫ్ స్ఫటికాల ద్వారా మలినాలను మొత్తంగా గ్రహించడం గణనీయంగా మారదని చూపిస్తుంది. అదనంగా, ఈ ఫలితాలు అధిక సీడింగ్ నిష్పత్తి స్ఫటికాల స్వచ్ఛతను మెరుగుపరుస్తుందని కూడా చూపిస్తుంది. ఈ దృగ్విషయం సాధ్యమవుతుంది ఎందుకంటే ఏర్పడిన క్రిస్టల్ న్యూక్లియైలలో ఎక్కువ భాగం నికెల్ న్యూక్లియైలపై కేంద్రీకృతమై ఉన్నప్పుడు, నికెల్‌పై నికెల్ అయాన్లు పేరుకుపోయే సంభావ్యత ఎక్కువగా ఉంటుంది. 27
అమ్మోనియం అయాన్లు (NH4+) నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ స్ఫటికాల స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియను మరియు స్ఫటికాకార లక్షణాలను గణనీయంగా ప్రభావితం చేస్తాయని అధ్యయనం చూపించింది మరియు స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియపై విత్తన నిష్పత్తి ప్రభావాన్ని కూడా వెల్లడించింది.
2.5 గ్రా/లీ కంటే ఎక్కువ అమ్మోనియం సాంద్రతల వద్ద, స్ఫటిక దిగుబడి మరియు స్ఫటిక వృద్ధి రేటు తగ్గుతుంది. 2.5 గ్రా/లీ కంటే ఎక్కువ అమ్మోనియం సాంద్రతల వద్ద, స్ఫటిక దిగుబడి మరియు స్ఫటిక వృద్ధి రేటు పెరుగుతుంది.
నికెల్ ద్రావణంలో మలినాలను కలపడం వలన SO42− కోసం NH4+ మరియు [Ni(6H2O)]2− అయాన్ల మధ్య పోటీ పెరుగుతుంది, ఇది క్రియాశీలక శక్తిలో పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది. అధిక సాంద్రత కలిగిన మలినాలను జోడించిన తర్వాత క్రియాశీలక శక్తిలో తగ్గుదల NH4+ అయాన్లు స్ఫటిక నిర్మాణంలోకి ప్రవేశించడం వల్ల జరుగుతుంది, తద్వారా డబుల్ సాల్ట్ (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O ఏర్పడుతుంది.
అధిక విత్తనాల నిష్పత్తిని ఉపయోగించడం వలన నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ యొక్క స్ఫటిక దిగుబడి, స్ఫటిక పెరుగుదల రేటు మరియు స్ఫటిక స్వచ్ఛత మెరుగుపడతాయి.
డెమిరెల్, HS, మరియు ఇతరులు. లాటరైట్ ప్రాసెసింగ్ సమయంలో బ్యాటరీ-గ్రేడ్ నికెల్ సల్ఫేట్ హైడ్రేట్ యొక్క యాంటీసాల్వెంట్ స్ఫటికీకరణ. సెప్టెంబర్ ప్యూరిఫికేషన్ టెక్నాలజీ, 286, 120473. https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2022.120473 (2022).
సగుంతల, పి. మరియు యసోటా, పి. అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద నికెల్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాల యొక్క ఆప్టికల్ అప్లికేషన్లు: డోపాంట్లుగా జోడించిన అమైనో ఆమ్లాలతో లక్షణ అధ్యయనాలు. మేటర్. టుడే ప్రోక్. 9, 669–673. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2018.10.391 (2019).
బాబాహ్మది, వి., మరియు ఇతరులు. తగ్గిన గ్రాఫేన్ ఆక్సైడ్‌పై పాలియోల్-మధ్యవర్తిత్వ ముద్రణతో వస్త్ర ఉపరితలాలపై నికెల్ నమూనాల ఎలక్ట్రోడిపోజిషన్. జర్నల్ ఆఫ్ ఫిజికల్ అండ్ కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ ఆఫ్ కొల్లాయిడల్ సర్ఫేసెస్ 703, 135203. https://doi.org/10.1016/J.COLSURFA.2024.135203 (2024).
ఫ్రేజర్, జె., ఆండర్సన్, జె., లాజుయెన్, జె., మరియు ఇతరులు. “ఎలక్ట్రిక్ వాహన బ్యాటరీలకు నికెల్ సరఫరా యొక్క భవిష్యత్తు డిమాండ్ మరియు భద్రత.” యూరోపియన్ యూనియన్ పబ్లికేషన్స్ ఆఫీస్; (2021). https://doi.org/10.2760/212807
హాన్, బి., బోక్మాన్, ఓ., విల్సన్, బిపి, లుండ్‌స్ట్రోమ్, ఎం. మరియు లౌహి-కుల్తానెన్, ఎం. శీతలీకరణతో బ్యాచ్ స్ఫటికీకరణ ద్వారా నికెల్ సల్ఫేట్ యొక్క శుద్దీకరణ. కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ టెక్నాలజీ 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/CEAT.201800695 (2019).
మా, వై. మరియు ఇతరులు. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ పదార్థాల కోసం లోహ లవణాల ఉత్పత్తిలో అవపాతం మరియు స్ఫటికీకరణ పద్ధతుల అప్లికేషన్: ఒక సమీక్ష. లోహాలు. 10(12), 1-16. https://doi.org/10.3390/MET10121609 (2020).
మసలోవ్, VM, మరియు ఇతరులు. స్థిరమైన-స్థితి ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత పరిస్థితులలో నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ (α-NiSO4.6H2O) సింగిల్ స్ఫటికాల పెరుగుదల. క్రిస్టలోగ్రఫీ. 60(6), 963–969. https://doi.org/10.1134/S1063774515060206 (2015).
చౌదరి, RR మరియు ఇతరులు. α-నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ స్ఫటికాలు: పెరుగుదల పరిస్థితులు, స్ఫటిక నిర్మాణం మరియు లక్షణాల మధ్య సంబంధం. JApCr. 52, 1371–1377. https://doi.org/10.1107/S1600576719013797FILE (2019).
హాన్, బి., బుక్మాన్, ఓ., విల్సన్, బిపి, లుండ్‌స్ట్రోమ్, ఎం. మరియు లౌహి-కుల్తానెన్, ఎం. బ్యాచ్-కూల్డ్ క్రిస్టలైజేషన్ ద్వారా నికెల్ సల్ఫేట్ యొక్క శుద్దీకరణ. కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ టెక్నాలజీ 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/ceat.201800695 (2019).