nature.com ను సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ వెర్షన్‌లో CSS మద్దతు పరిమితంగా ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు తాజా బ్రౌజర్ వెర్షన్‌ను ఉపయోగించాలని (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌లో కంపాటిబిలిటీ మోడ్‌ను ఆఫ్ చేయాలని) మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము. అదనంగా, నిరంతర మద్దతును నిర్ధారించడానికి, ఈ సైట్‌లో స్టైల్స్ లేదా జావాస్క్రిప్ట్ ఉండవు.
ఈ అధ్యయనం, విచ్ఛిన్న శీతలీకరణ స్ఫటికీకరణ కింద నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ యొక్క పెరుగుదల విధానం మరియు పనితీరుపై NH4+ మలినాలు మరియు సీడ్ నిష్పత్తి యొక్క ప్రభావాలను పరిశోధిస్తుంది. అలాగే, నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ యొక్క పెరుగుదల విధానం, ఉష్ణ లక్షణాలు మరియు క్రియాత్మక సమూహాలపై NH4+ మలినాల ప్రభావాలను కూడా ఇది పరిశీలిస్తుంది. తక్కువ మలినాల గాఢతల వద్ద, Ni2+ మరియు NH4+ అయాన్లు బంధనం కోసం SO42− తో పోటీపడతాయి. దీని ఫలితంగా స్ఫటిక దిగుబడి మరియు పెరుగుదల రేటు తగ్గి, స్ఫటికీకరణ క్రియాశీలక శక్తి పెరుగుతుంది. అధిక మలినాల గాఢతల వద్ద, NH4+ అయాన్లు స్ఫటిక నిర్మాణంలో కలిసిపోయి (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O అనే సంక్లిష్ట లవణాన్ని ఏర్పరుస్తాయి. ఈ సంక్లిష్ట లవణం ఏర్పడటం వలన స్ఫటిక దిగుబడి మరియు పెరుగుదల రేటు పెరిగి, స్ఫటికీకరణ క్రియాశీలక శక్తి తగ్గుతుంది. అధిక మరియు తక్కువ NH4+ అయాన్ల గాఢతలు రెండూ ఉండటం వలన లాటిస్ వక్రీకరణ జరుగుతుంది, మరియు ఈ స్ఫటికాలు 80 °C వరకు ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటాయి. అదనంగా, స్ఫటిక పెరుగుదల విధానంపై సీడ్ నిష్పత్తి కంటే NH4+ మలినాల ప్రభావమే ఎక్కువగా ఉంటుంది. మలినాల సాంద్రత తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, మలినం స్ఫటికానికి సులభంగా అంటుకుంటుంది; సాంద్రత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, మలినాలు స్ఫటికంలో సులభంగా కలిసిపోతాయి. సీడ్ నిష్పత్తి స్ఫటిక దిగుబడిని బాగా పెంచి, స్ఫటిక స్వచ్ఛతను కొద్దిగా మెరుగుపరుస్తుంది.
నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ (NiSO4 6H2O) ఇప్పుడు బ్యాటరీ తయారీ, ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్, ఉత్ప్రేరకాలు, మరియు ఆహారం, నూనె, మరియు పరిమళ ద్రవ్యాల ఉత్పత్తితో సహా వివిధ పరిశ్రమలలో ఉపయోగించే ఒక కీలకమైన ముడి పదార్థం. 1,2,3 నికెల్ ఆధారిత లిథియం-అయాన్ (LiB) బ్యాటరీలపై ఎక్కువగా ఆధారపడే ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల వేగవంతమైన అభివృద్ధితో దీని ప్రాముఖ్యత పెరుగుతోంది. NCM 811 వంటి అధిక-నికెల్ మిశ్రమ లోహాల వాడకం 2030 నాటికి ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుందని అంచనా వేయబడింది, ఇది నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ కోసం డిమాండ్‌ను మరింత పెంచుతుంది. అయితే, వనరుల కొరత కారణంగా, ఉత్పత్తి పెరుగుతున్న డిమాండ్‌కు అనుగుణంగా ఉండకపోవచ్చు, ఇది సరఫరా మరియు డిమాండ్ మధ్య అంతరాన్ని సృష్టిస్తుంది. ఈ కొరత వనరుల లభ్యత మరియు ధరల స్థిరత్వంపై ఆందోళనలను పెంచింది, అధిక-స్వచ్ఛత, స్థిరమైన బ్యాటరీ-గ్రేడ్ నికెల్ సల్ఫేట్ యొక్క సమర్థవంతమైన ఉత్పత్తి అవసరాన్ని నొక్కి చెబుతోంది. 1,4
నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ ఉత్పత్తి సాధారణంగా స్ఫటికీకరణ ద్వారా జరుగుతుంది. వివిధ పద్ధతులలో, శీతలీకరణ పద్ధతి విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది, దీనికి తక్కువ శక్తి వినియోగం మరియు అధిక-స్వచ్ఛత గల పదార్థాలను ఉత్పత్తి చేయగల సామర్థ్యం వంటి ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. 5,6 విచ్ఛిన్న శీతలీకరణ స్ఫటికీకరణను ఉపయోగించి నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ స్ఫటికీకరణపై పరిశోధన గణనీయమైన పురోగతిని సాధించింది. ప్రస్తుతం, చాలా పరిశోధనలు ఉష్ణోగ్రత, శీతలీకరణ రేటు, సీడ్ పరిమాణం మరియు pH వంటి పారామితులను ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియను మెరుగుపరచడంపై దృష్టి సారిస్తున్నాయి. 7,8,9 దీని లక్ష్యం స్ఫటిక దిగుబడిని మరియు పొందిన స్ఫటికాల స్వచ్ఛతను పెంచడం. అయినప్పటికీ, ఈ పారామితులపై సమగ్ర అధ్యయనం జరిగినప్పటికీ, స్ఫటికీకరణ ఫలితాలపై మలినాల, ముఖ్యంగా అమ్మోనియం (NH4+) ప్రభావంపై శ్రద్ధ చూపడంలో ఇప్పటికీ పెద్ద అంతరం ఉంది.
వెలికితీత ప్రక్రియలో అమ్మోనియం మలినాలు ఉండటం వలన, నికెల్ స్ఫటికీకరణ కోసం ఉపయోగించే నికెల్ ద్రావణంలో అమ్మోనియం మలినాలు ఉండే అవకాశం ఉంది. అమ్మోనియాను సాధారణంగా సపోనిఫైయింగ్ ఏజెంట్‌గా ఉపయోగిస్తారు, ఇది నికెల్ ద్రావణంలో స్వల్ప పరిమాణంలో NH4+ ను మిగిల్చివేస్తుంది. 10,11,12 అమ్మోనియం మలినాలు సర్వవ్యాప్తిగా ఉన్నప్పటికీ, స్ఫటిక నిర్మాణం, పెరుగుదల విధానం, ఉష్ణ లక్షణాలు, స్వచ్ఛత మొదలైన స్ఫటిక లక్షణాలపై వాటి ప్రభావాలు ఇంకా సరిగా అర్థం కాలేదు. వాటి ప్రభావాలపై జరుగుతున్న పరిమిత పరిశోధన చాలా ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే మలినాలు స్ఫటిక పెరుగుదలను అడ్డుకోగలవు లేదా మార్చగలవు మరియు కొన్ని సందర్భాల్లో, అస్థిర మరియు స్థిర స్ఫటికాకార రూపాల మధ్య పరివర్తనను ప్రభావితం చేసే నిరోధకాలుగా పనిచేస్తాయి. 13,14 అందువల్ల, పారిశ్రామిక దృక్కోణం నుండి ఈ ప్రభావాలను అర్థం చేసుకోవడం చాలా కీలకం, ఎందుకంటే మలినాలు ఉత్పత్తి నాణ్యతను దెబ్బతీయగలవు.
ఒక నిర్దిష్ట ప్రశ్న ఆధారంగా, నికెల్ స్ఫటికాల లక్షణాలపై అమ్మోనియం మలినాల ప్రభావాన్ని పరిశోధించడం ఈ అధ్యయనం యొక్క లక్ష్యం. మలినాల ప్రభావాన్ని అర్థం చేసుకోవడం ద్వారా, వాటి ప్రతికూల ప్రభావాలను నియంత్రించడానికి మరియు తగ్గించడానికి కొత్త పద్ధతులను అభివృద్ధి చేయవచ్చు. ఈ అధ్యయనం మలినాల సాంద్రత మరియు సీడ్ నిష్పత్తిలో మార్పుల మధ్య ఉన్న సంబంధాన్ని కూడా పరిశోధించింది. ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో సీడ్‌ను విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తున్నందున, ఈ అధ్యయనంలో సీడ్ పారామితులను ఉపయోగించారు, మరియు ఈ రెండు కారకాల మధ్య సంబంధాన్ని అర్థం చేసుకోవడం చాలా అవసరం. 15 ఈ రెండు పారామితుల ప్రభావాలను స్ఫటిక దిగుబడి, స్ఫటిక వృద్ధి యంత్రాంగం, స్ఫటిక నిర్మాణం, స్వరూపం మరియు స్వచ్ఛతను అధ్యయనం చేయడానికి ఉపయోగించారు. అదనంగా, కేవలం NH4+ మలినాల ప్రభావంతో స్ఫటికాల గతిశీల ప్రవర్తన, ఉష్ణ లక్షణాలు మరియు క్రియాత్మక సమూహాలను మరింతగా పరిశోధించారు.
ఈ అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన పదార్థాలు: GEM అందించిన నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ (NiSO₄·6H₂O, ≥ 99.8%); టియాంజిన్ హువాషెంగ్ కో., లిమిటెడ్ నుండి కొనుగోలు చేసిన అమ్మోనియం సల్ఫేట్ ((NH₄)₂SO₄, ≥ 99%); మరియు స్వేదన జలం. ఉపయోగించిన సీడ్ క్రిస్టల్ NiSO₄·6H₂O, దీనిని 0.154 మి.మీ. ఏకరీతి కణ పరిమాణాన్ని పొందేందుకు నలిపి, జల్లించారు. NiSO₄·6H₂O యొక్క లక్షణాలు పట్టిక 1 మరియు పటం 1లో చూపబడ్డాయి.
మధ్యంతర శీతలీకరణను ఉపయోగించి నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ యొక్క స్ఫటికీకరణపై NH4+ మలినాలు మరియు సీడ్ నిష్పత్తి యొక్క ప్రభావాన్ని పరిశోధించడం జరిగింది. అన్ని ప్రయోగాలు 25 °C ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రత వద్ద నిర్వహించబడ్డాయి. వడపోత సమయంలో ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ పరిమితులను పరిగణనలోకి తీసుకుని, స్ఫటికీకరణ ఉష్ణోగ్రతగా 25 °C ఎంపిక చేయబడింది. తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత బక్నర్ ఫన్నెల్‌ను ఉపయోగించి వేడి ద్రావణాలను వడపోసేటప్పుడు ఆకస్మిక ఉష్ణోగ్రత హెచ్చుతగ్గుల ద్వారా స్ఫటికీకరణను ప్రేరేపించవచ్చు. ఈ ప్రక్రియ గతిశాస్త్రం, మలినాల శోషణ మరియు వివిధ స్ఫటిక లక్షణాలను గణనీయంగా ప్రభావితం చేయగలదు.
200 ml స్వేదన జలంలో 224 g NiSO4 6H2O ను కరిగించడం ద్వారా నికెల్ ద్రావణాన్ని మొదట తయారు చేశారు. ఎంచుకున్న గాఢత 1.109 అతిసంతృప్తత (S) కు అనుగుణంగా ఉంటుంది. 25 °C వద్ద కరిగిన నికెల్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాల ద్రావణీయతను, నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ ద్రావణీయతతో పోల్చడం ద్వారా అతిసంతృప్తతను నిర్ధారించారు. ఉష్ణోగ్రతను ప్రారంభ స్థాయికి తగ్గించినప్పుడు ఆకస్మిక స్ఫటికీకరణను నివారించడానికి తక్కువ అతిసంతృప్తతను ఎంచుకున్నారు.
నికెల్ ద్రావణానికి (NH4)2SO4 ను జోడించడం ద్వారా స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియపై NH4+ అయాన్ గాఢత ప్రభావాన్ని పరిశోధించడం జరిగింది. ఈ అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన NH4+ అయాన్ గాఢతలు 0, 1.25, 2.5, 3.75, మరియు 5 గ్రా/లీ. ద్రావణాన్ని ఏకరీతిగా కలపడానికి, 300 rpm వద్ద కలుపుతూ 60 °C వద్ద 30 నిమిషాల పాటు వేడి చేశారు. ఆ తర్వాత ద్రావణాన్ని కావలసిన చర్య ఉష్ణోగ్రతకు చల్లబరిచారు. ఉష్ణోగ్రత 25 °C కి చేరినప్పుడు, ద్రావణానికి వివిధ పరిమాణాలలో సీడ్ స్ఫటికాలను (0.5%, 1%, 1.5%, మరియు 2% సీడ్ నిష్పత్తులలో) జోడించారు. ద్రావణంలోని NiSO4 6H2O బరువుతో సీడ్ బరువును పోల్చడం ద్వారా సీడ్ నిష్పత్తిని నిర్ధారించారు.
ద్రావణానికి విత్తన స్ఫటికాలను జోడించిన తర్వాత, స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ సహజంగా జరిగింది. స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ 30 నిమిషాల పాటు కొనసాగింది. ద్రావణం నుండి పేరుకుపోయిన స్ఫటికాలను మరింతగా వేరు చేయడానికి, ద్రావణాన్ని ఫిల్టర్ ప్రెస్ ఉపయోగించి వడపోశారు. వడపోత ప్రక్రియ సమయంలో, పునఃస్ఫటికీకరణ అవకాశాన్ని తగ్గించడానికి మరియు ద్రావణంలోని మలినాలు స్ఫటికాల ఉపరితలానికి అంటుకోవడాన్ని తగ్గించడానికి, స్ఫటికాలను ఇథనాల్‌తో క్రమం తప్పకుండా కడిగారు. స్ఫటికాలు ఇథనాల్‌లో కరగవు కాబట్టి, వాటిని కడగడానికి ఇథనాల్‌ను ఎంచుకున్నారు. వడపోసిన స్ఫటికాలను 50 °C వద్ద ప్రయోగశాల ఇంక్యుబేటర్‌లో ఉంచారు. ఈ అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన వివరణాత్మక ప్రయోగాత్మక పారామితులు పట్టిక 2లో చూపబడ్డాయి.
XRD పరికరం (SmartLab SE—HyPix-400) ఉపయోగించి స్ఫటిక నిర్మాణం నిర్ధారించబడింది మరియు NH4+ సమ్మేళనాల ఉనికి గుర్తించబడింది. స్ఫటిక స్వరూపాన్ని విశ్లేషించడానికి SEM లక్షణీకరణ (Apreo 2 HiVac) నిర్వహించబడింది. TGA పరికరం (TG-209-F1 Libra) ఉపయోగించి స్ఫటికాల ఉష్ణ లక్షణాలు నిర్ధారించబడ్డాయి. క్రియాత్మక సమూహాలను FTIR (JASCO-FT/IR-4X) ద్వారా విశ్లేషించారు. ICP-MS పరికరం (Prodigy DC Arc) ఉపయోగించి నమూనా యొక్క స్వచ్ఛత నిర్ధారించబడింది. 0.5 గ్రాముల స్ఫటికాలను 100 mL స్వేదన జలంలో కరిగించి నమూనా తయారు చేయబడింది. ఫార్ములా (1) ప్రకారం అవుట్‌పుట్ స్ఫటికం యొక్క ద్రవ్యరాశిని ఇన్‌పుట్ స్ఫటికం యొక్క ద్రవ్యరాశితో భాగించడం ద్వారా స్ఫటికీకరణ దిగుబడి (x) లెక్కించబడింది.
ఇక్కడ x అనేది 0 నుండి 1 వరకు మారే స్ఫటిక దిగుబడి, mout అనేది అవుట్‌పుట్ స్ఫటికాల బరువు (గ్రాములలో), min అనేది ఇన్‌పుట్ స్ఫటికాల బరువు (గ్రాములలో), msol అనేది ద్రావణంలోని స్ఫటికాల బరువు, మరియు mseed అనేది సీడ్ స్ఫటికాల బరువు.
స్ఫటిక వృద్ధి గతిశాస్త్రాన్ని నిర్ధారించడానికి మరియు క్రియాశీలక శక్తి విలువను అంచనా వేయడానికి స్ఫటికీకరణ దిగుబడిని మరింతగా పరిశోధించారు. ఈ అధ్యయనాన్ని 2% సీడింగ్ నిష్పత్తితో మరియు మునుపటిలాగే అదే ప్రయోగాత్మక విధానంతో నిర్వహించారు. వివిధ స్ఫటికీకరణ సమయాలలో (10, 20, 30, మరియు 40 నిమిషాలు) మరియు ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (25, 30, 35, మరియు 40 °C) స్ఫటిక దిగుబడిని మూల్యాంకనం చేయడం ద్వారా ఐసోథర్మల్ స్ఫటికీకరణ గతిశాస్త్ర పారామితులను నిర్ధారించారు. ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఎంచుకున్న గాఢతలు వరుసగా 1.109, 1.052, 1, మరియు 0.953 యొక్క సూపర్‌శాచురేషన్ (S) విలువలకు అనుగుణంగా ఉన్నాయి. ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రత వద్ద కరిగిన నికెల్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాల ద్రావణీయతను నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ ద్రావణీయతతో పోల్చడం ద్వారా సూపర్‌శాచురేషన్ విలువను నిర్ధారించారు. ఈ అధ్యయనంలో, మలినాలు లేకుండా వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద 200 mL నీటిలో NiSO4 6H2O యొక్క ద్రావణీయతను పటం 2లో చూపించారు.
ఐసోథర్మల్ స్ఫటికీకరణ ప్రవర్తనను విశ్లేషించడానికి జాన్సన్-మెయిల్-అవ్రామి (JMA సిద్ధాంతం) ఉపయోగించబడుతుంది. ద్రావణానికి సీడ్ క్రిస్టల్స్ జోడించే వరకు స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ జరగదు కాబట్టి JMA సిద్ధాంతం ఎంపిక చేయబడింది. JMA సిద్ధాంతం ఈ క్రింది విధంగా వివరించబడింది:
ఇక్కడ x(t) అనేది t సమయంలో జరిగే పరివర్తనను, k అనేది పరివర్తన రేటు స్థిరాంకాన్ని, t అనేది పరివర్తన సమయాన్ని, మరియు n అనేది అవ్రామి సూచికను సూచిస్తుంది. ఫార్ములా 3, ఫార్ములా (2) నుండి ఉద్భవించింది. స్ఫటికీకరణ యొక్క క్రియాశీలక శక్తిని అర్హేనియస్ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి నిర్ణయిస్తారు:
ఇక్కడ kg అనేది చర్య రేటు స్థిరాంకం, k0 అనేది ఒక స్థిరాంకం, Eg అనేది స్ఫటిక వృద్ధి యొక్క క్రియాశీలక శక్తి, R అనేది మోలార్ వాయు స్థిరాంకం (R=8.314 J/mol K), మరియు T అనేది ఐసోథర్మల్ స్ఫటికీకరణ ఉష్ణోగ్రత (K).
నికెల్ స్ఫటికాల దిగుబడిపై సీడింగ్ నిష్పత్తి మరియు డోపెంట్ గాఢత ప్రభావం చూపుతాయని పటం 3a చూపిస్తుంది. ద్రావణంలో డోపెంట్ గాఢత 2.5 గ్రా/లీ కు పెరిగినప్పుడు, స్ఫటికాల దిగుబడి 7.77% నుండి 6.48% కు (0.5% సీడ్ నిష్పత్తి వద్ద) మరియు 10.89% నుండి 10.32% కు (2% సీడ్ నిష్పత్తి వద్ద) తగ్గింది. డోపెంట్ గాఢతను మరింత పెంచడం వల్ల స్ఫటికాల దిగుబడిలో కూడా అదే విధంగా పెరుగుదల కనిపించింది. సీడింగ్ నిష్పత్తి 2% మరియు డోపెంట్ గాఢత 5 గ్రా/లీ ఉన్నప్పుడు అత్యధిక దిగుబడి 17.98% కి చేరుకుంది. డోపెంట్ గాఢత పెరగడంతో స్ఫటికాల దిగుబడి సరళిలో వచ్చే మార్పులు, స్ఫటికాల పెరుగుదల యంత్రాంగంలో వచ్చే మార్పులకు సంబంధించినవి కావచ్చు. డోపెంట్ గాఢత తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, Ni2+ మరియు NH4+ అయాన్లు SO42− తో బంధం కోసం పోటీపడతాయి, దీనివల్ల ద్రావణంలో నికెల్ ద్రావణీయత పెరిగి, స్ఫటికాల దిగుబడి తగ్గుతుంది. 14 మలినాల గాఢత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, పోటీ ప్రక్రియ జరుగుతుంది, కానీ కొన్ని NH4+ అయాన్లు నికెల్ మరియు సల్ఫేట్ అయాన్లతో సమన్వయం చెంది నికెల్ అమ్మోనియం సల్ఫేట్ యొక్క ద్వంద్వ లవణాన్ని ఏర్పరుస్తాయి. 16 ద్వంద్వ లవణం ఏర్పడటం వల్ల ద్రావ్యం యొక్క ద్రావణీయత తగ్గుతుంది, తద్వారా స్ఫటిక దిగుబడి పెరుగుతుంది. సీడింగ్ నిష్పత్తిని పెంచడం ద్వారా స్ఫటిక దిగుబడిని నిరంతరం మెరుగుపరచవచ్చు. ద్రావ్య అయాన్లు వ్యవస్థీకృతమై స్ఫటికాలను ఏర్పరచడానికి ప్రారంభ ఉపరితల వైశాల్యాన్ని అందించడం ద్వారా, సీడ్స్ కేంద్రక ప్రక్రియను మరియు ఆకస్మిక స్ఫటిక పెరుగుదలను ప్రారంభిస్తాయి. సీడింగ్ నిష్పత్తి పెరిగేకొద్దీ, అయాన్లు వ్యవస్థీకృతం కావడానికి ప్రారంభ ఉపరితల వైశాల్యం పెరుగుతుంది, కాబట్టి మరిన్ని స్ఫటికాలు ఏర్పడతాయి. అందువల్ల, సీడింగ్ నిష్పత్తిని పెంచడం స్ఫటిక పెరుగుదల రేటు మరియు స్ఫటిక దిగుబడిపై ప్రత్యక్ష ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. 17
NiSO4 6H2O యొక్క పారామితులు: (ఎ) స్ఫటిక దిగుబడి మరియు (బి) టీకాకు ముందు మరియు తరువాత నికెల్ ద్రావణం యొక్క pH.
సీడ్ క్రిస్టల్స్ కలపక ముందు మరియు కలిపిన తర్వాత నికెల్ ద్రావణం యొక్క pH పై సీడ్ నిష్పత్తి మరియు డోపెంట్ గాఢత ప్రభావం చూపుతాయని పటం 3b చూపిస్తుంది. ద్రావణంలోని రసాయన సమతుల్యతలో మార్పులను అర్థం చేసుకోవడమే ద్రావణం యొక్క pH ను పర్యవేక్షించడం యొక్క ఉద్దేశ్యం. సీడ్ క్రిస్టల్స్ కలపక ముందు, H+ ప్రోటాన్‌లను విడుదల చేసే NH4+ అయాన్‌ల ఉనికి కారణంగా ద్రావణం యొక్క pH తగ్గుతుంది. డోపెంట్ గాఢతను పెంచడం వల్ల మరిన్ని H+ ప్రోటాన్‌లు విడుదలవుతాయి, తద్వారా ద్రావణం యొక్క pH తగ్గుతుంది. సీడ్ క్రిస్టల్స్ కలిపిన తర్వాత, అన్ని ద్రావణాల pH పెరుగుతుంది. pH యొక్క ధోరణి, క్రిస్టల్ దిగుబడి ధోరణితో అనుపాత సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. 2.5 గ్రా/లీ డోపెంట్ గాఢత మరియు 0.5% సీడ్ నిష్పత్తి వద్ద అత్యల్ప pH విలువ లభించింది. డోపెంట్ గాఢత 5 గ్రా/లీ కి పెరిగే కొద్దీ, ద్రావణం యొక్క pH పెరుగుతుంది. ఈ దృగ్విషయం చాలా సులభంగా అర్థం చేసుకోదగినది, ఎందుకంటే క్రిస్టల్స్ ద్వారా NH4+ అయాన్‌లు శోషించబడటం, లేదా చేర్చబడటం, లేదా శోషించబడి మరియు చేర్చబడటం వలన ద్రావణంలో NH4+ అయాన్‌ల లభ్యత తగ్గుతుంది.
స్ఫటిక పెరుగుదల యొక్క గతిశాస్త్ర ప్రవర్తనను నిర్ధారించడానికి మరియు స్ఫటిక పెరుగుదల యొక్క క్రియాశీలక శక్తిని లెక్కించడానికి స్ఫటిక దిగుబడి ప్రయోగాలు మరియు విశ్లేషణలు మరింతగా నిర్వహించబడ్డాయి. ఐసోథర్మల్ స్ఫటికీకరణ గతిశాస్త్రం యొక్క పారామితులను పద్ధతుల విభాగంలో వివరించబడ్డాయి. నికెల్ సల్ఫేట్ స్ఫటిక పెరుగుదల యొక్క గతిశాస్త్ర ప్రవర్తనను చూపించే జాన్సన్-మెహ్ల్-అవ్రామి (JMA) ప్లాట్‌ను పటం 4 చూపిస్తుంది. ఈ ప్లాట్‌ను ln t విలువకు (సమీకరణం 3) వ్యతిరేకంగా ln[− ln(1− x(t))] విలువను ప్లాట్ చేయడం ద్వారా రూపొందించబడింది. ప్లాట్ నుండి పొందిన గ్రేడియంట్ విలువలు JMA సూచిక (n) విలువలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి, ఇవి పెరుగుతున్న స్ఫటికం యొక్క కొలతలు మరియు పెరుగుదల యంత్రాంగాన్ని సూచిస్తాయి. కటాఫ్ విలువ పెరుగుదల రేటును సూచిస్తుంది, దీనిని స్థిరాంకం ln k సూచిస్తుంది. JMA సూచిక (n) విలువలు 0.35 నుండి 0.75 వరకు ఉంటాయి. ఈ n విలువ స్ఫటికాలు ఏక-పరిమాణ పెరుగుదలను కలిగి ఉన్నాయని మరియు వ్యాపన-నియంత్రిత పెరుగుదల యంత్రాంగాన్ని అనుసరిస్తాయని సూచిస్తుంది; 0 < n < 1 అనేది ఏకమితీయ పెరుగుదలను సూచిస్తుంది, అయితే n < 1 అనేది వ్యాపన-నియంత్రిత పెరుగుదల యంత్రాంగాన్ని సూచిస్తుంది. 18 స్థిరాంకం k యొక్క పెరుగుదల రేటు ఉష్ణోగ్రత పెరిగే కొద్దీ తగ్గుతుంది, ఇది తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ వేగంగా జరుగుతుందని సూచిస్తుంది. ఇది తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ద్రావణం యొక్క అతిసంతృప్తత పెరగడానికి సంబంధించినది.
వివిధ స్ఫటికీకరణ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ యొక్క జాన్సన్-మెహ్ల్-అవ్రామి (JMA) ప్లాట్లు: (ఎ) 25 °C, (బి) 30 °C, (సి) 35 °C మరియు (డి) 40 °C.
డోపెంట్‌లను కలపడం అన్ని ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పెరుగుదల రేటులో ఒకే నమూనాను చూపించింది. డోపెంట్ గాఢత 2.5 గ్రా/లీ ఉన్నప్పుడు, స్ఫటిక పెరుగుదల రేటు తగ్గింది, మరియు డోపెంట్ గాఢత 2.5 గ్రా/లీ కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, స్ఫటిక పెరుగుదల రేటు పెరిగింది. ఇంతకు ముందు చెప్పినట్లుగా, స్ఫటిక పెరుగుదల రేటు నమూనాలో మార్పు ద్రావణంలోని అయాన్‌ల మధ్య పరస్పర చర్య విధానంలో మార్పు కారణంగా వస్తుంది. డోపెంట్ గాఢత తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, ద్రావణంలోని అయాన్‌ల మధ్య పోటీ ప్రక్రియ ద్రావ్యం యొక్క ద్రావణీయతను పెంచుతుంది, తద్వారా స్ఫటిక పెరుగుదల రేటును తగ్గిస్తుంది. 14 అంతేకాకుండా, అధిక గాఢతలలో డోపెంట్‌లను కలపడం పెరుగుదల ప్రక్రియను గణనీయంగా మారుస్తుంది. డోపెంట్ గాఢత 3.75 గ్రా/లీ దాటినప్పుడు, అదనపు కొత్త స్ఫటిక కేంద్రకాలు ఏర్పడతాయి, ఇది ద్రావ్యం యొక్క ద్రావణీయతలో తగ్గుదలకు దారితీస్తుంది, తద్వారా స్ఫటిక పెరుగుదల రేటును పెంచుతుంది. కొత్త స్ఫటిక కేంద్రకాల ఏర్పాటును (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O అనే ద్వంద్వ లవణం ఏర్పడటం ద్వారా ప్రదర్శించవచ్చు. 16 స్ఫటిక వృద్ధి యంత్రాంగాన్ని చర్చిస్తున్నప్పుడు, ఎక్స్-రే వివర్తన ఫలితాలు ద్వంద్వ లవణం ఏర్పడటాన్ని నిర్ధారిస్తాయి.
స్ఫటికీకరణ యొక్క క్రియాశీలక శక్తిని నిర్ధారించడానికి JMA ప్లాట్ ఫంక్షన్‌ను మరింతగా మూల్యాంకనం చేశారు. ఆర్హేనియస్ సమీకరణాన్ని (సమీకరణం (4)లో చూపబడింది) ఉపయోగించి క్రియాశీలక శక్తిని లెక్కించారు. పటం 5a, ln(kg) విలువ మరియు 1/T విలువ మధ్య సంబంధాన్ని చూపుతుంది. ఆ తర్వాత, ప్లాట్ నుండి పొందిన గ్రేడియంట్ విలువను ఉపయోగించి క్రియాశీలక శక్తిని లెక్కించారు. పటం 5b వివిధ మలినాల సాంద్రతల వద్ద స్ఫటికీకరణ యొక్క క్రియాశీలక శక్తి విలువలను చూపుతుంది. మలినాల సాంద్రతలో మార్పులు క్రియాశీలక శక్తిని ప్రభావితం చేస్తాయని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. మలినాలు లేని నికెల్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాల స్ఫటికీకరణ యొక్క క్రియాశీలక శక్తి 215.79 kJ/mol. మలినాల సాంద్రత 2.5 g/L కు చేరినప్పుడు, క్రియాశీలక శక్తి 3.99% పెరిగి 224.42 kJ/mol అవుతుంది. క్రియాశీలక శక్తిలో ఈ పెరుగుదల, స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ యొక్క శక్తి అవరోధం పెరుగుతుందని సూచిస్తుంది, ఇది స్ఫటిక వృద్ధి రేటు మరియు స్ఫటిక దిగుబడిలో తగ్గుదలకు దారితీస్తుంది. మలినాల గాఢత 2.5 గ్రా/లీ కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, స్ఫటికీకరణ క్రియాశీలక శక్తి గణనీయంగా తగ్గుతుంది. 5 గ్రా/లీ మలినాల గాఢత వద్ద, క్రియాశీలక శక్తి 205.85 kJ/molగా ఉంటుంది, ఇది 2.5 గ్రా/లీ మలినాల గాఢత వద్ద ఉన్న క్రియాశీలక శక్తి కంటే 8.27% తక్కువ. క్రియాశీలక శక్తిలో తగ్గుదల స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ సులభతరం అవుతుందని సూచిస్తుంది, ఇది స్ఫటిక వృద్ధి రేటు మరియు స్ఫటిక దిగుబడిలో పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది.
(a) ln(kg) వర్సెస్ 1/T ప్లాట్ యొక్క ఫిట్టింగ్ మరియు (b) వివిధ మలినాల సాంద్రతల వద్ద స్ఫటికీకరణ యొక్క క్రియాశీలక శక్తి Eg.
స్ఫటిక వృద్ధి యంత్రాంగాన్ని XRD మరియు FTIR స్పెక్ట్రోస్కోపీ ద్వారా పరిశోధించారు, మరియు స్ఫటిక వృద్ధి గతిశాస్త్రం మరియు క్రియాశీలక శక్తిని విశ్లేషించారు. పటం 6 XRD ఫలితాలను చూపుతుంది. ఈ డేటా PDF #08–0470తో సరిపోలుతుంది, ఇది α-NiSO4 6H2O (ఎరుపు సిలికా) అని సూచిస్తుంది. ఈ స్ఫటికం టెట్రాగోనల్ వ్యవస్థకు చెందినది, స్పేస్ గ్రూప్ P41212, యూనిట్ సెల్ పారామితులు a = b = 6.782 Å, c = 18.28 Å, α = β = γ = 90°, మరియు ఘనపరిమాణం 840.8 Å3. ఈ ఫలితాలు మనోమెనోవా మరియు ఇతరులు 19 గతంలో ప్రచురించిన ఫలితాలతో సరిపోలుతున్నాయి. NH4+ అయాన్ల ప్రవేశం (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O ఏర్పడటానికి కూడా దారితీస్తుంది. ఈ డేటా PDF నం. 31–0062కు చెందినది. ఈ స్ఫటికం మోనోక్లినిక్ వ్యవస్థకు, స్పేస్ గ్రూప్ P21/a కు చెందినది, యూనిట్ సెల్ పారామితులు a = 9.186 Å, b = 12.468 Å, c = 6.242 Å, α = γ = 90°, β = 106.93°, మరియు ఘనపరిమాణం 684 Å3. ఈ ఫలితాలు సు మరియు ఇతరులు20 నివేదించిన మునుపటి అధ్యయనంతో స్థిరంగా ఉన్నాయి.
నికెల్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాల యొక్క ఎక్స్-రే వివర్తన నమూనాలు: (ఎ–బి) 0.5%, (సి–డి) 1%, (ఇ–ఎఫ్) 1.5%, మరియు (జి–హెచ్) 2% సీడ్ నిష్పత్తి. కుడి వైపు చిత్రం ఎడమ వైపు చిత్రం యొక్క విస్తరించిన దృశ్యం.
పటాలు 6b, d, f మరియు h లలో చూపిన విధంగా, అదనపు లవణం ఏర్పడకుండా ద్రావణంలో అమ్మోనియం గాఢతకు 2.5 g/L అత్యధిక పరిమితి. మలిన గాఢత 3.75 మరియు 5 g/L ఉన్నప్పుడు, NH4+ అయాన్లు స్ఫటిక నిర్మాణంలోకి చేర్చబడి (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O అనే సంక్లిష్ట లవణాన్ని ఏర్పరుస్తాయి. డేటా ప్రకారం, మలిన గాఢత 3.75 నుండి 5 g/L కు పెరిగేకొద్దీ, ముఖ్యంగా 2θ 16.47° మరియు 17.44° వద్ద సంక్లిష్ట లవణం యొక్క శిఖర తీవ్రత పెరుగుతుంది. సంక్లిష్ట లవణం యొక్క శిఖరంలో ఈ పెరుగుదల కేవలం రసాయన సమతుల్య సూత్రం కారణంగానే జరుగుతుంది. అయితే, 2θ 16.47° వద్ద కొన్ని అసాధారణ శిఖరాలు గమనించబడ్డాయి, దీనికి స్ఫటికం యొక్క స్థితిస్థాపక విరూపణ కారణం కావచ్చు. 21 లక్షణీకరణ ఫలితాలు అధిక సీడింగ్ నిష్పత్తి సంక్లిష్ట లవణం యొక్క శిఖర తీవ్రతలో తగ్గుదలకు దారితీస్తుందని కూడా చూపిస్తున్నాయి. అధిక సీడ్ నిష్పత్తి స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియను వేగవంతం చేస్తుంది, ఇది ద్రావణంలో గణనీయమైన తగ్గుదలకు దారితీస్తుంది. ఈ సందర్భంలో, స్ఫటిక వృద్ధి ప్రక్రియ సీడ్‌పై కేంద్రీకృతమవుతుంది మరియు ద్రావణం యొక్క తగ్గిన సూపర్‌శాచురేషన్ వల్ల కొత్త దశల ఏర్పాటుకు ఆటంకం కలుగుతుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, సీడ్ నిష్పత్తి తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ నెమ్మదిగా ఉంటుంది మరియు ద్రావణం యొక్క సూపర్‌శాచురేషన్ సాపేక్షంగా అధిక స్థాయిలో ఉంటుంది. ఈ పరిస్థితి తక్కువ కరిగే డబుల్ సాల్ట్ (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O యొక్క న్యూక్లియేషన్ సంభావ్యతను పెంచుతుంది. డబుల్ సాల్ట్ యొక్క పీక్ తీవ్రత డేటా పట్టిక 3లో ఇవ్వబడింది.
NH4+ అయాన్ల ఉనికి కారణంగా హోస్ట్ లాటిస్‌లో ఏదైనా క్రమరాహిత్యం లేదా నిర్మాణ మార్పులను పరిశోధించడానికి FTIR క్యారెక్టరైజేషన్ నిర్వహించబడింది. 2% స్థిరమైన సీడింగ్ నిష్పత్తితో ఉన్న నమూనాలను క్యారెక్టరైజ్ చేశారు. చిత్రం 7 FTIR క్యారెక్టరైజేషన్ ఫలితాలను చూపుతుంది. 3444, 3257 మరియు 1647 cm−1 వద్ద గమనించిన విశాలమైన శిఖరాలు అణువుల యొక్క O–H స్ట్రెచింగ్ మోడ్‌ల వల్ల ఏర్పడ్డాయి. 2370 మరియు 2078 cm−1 వద్ద ఉన్న శిఖరాలు నీటి అణువుల మధ్య అంతర అణు హైడ్రోజన్ బంధాలను సూచిస్తాయి. 412 cm−1 వద్ద ఉన్న బ్యాండ్ Ni–O స్ట్రెచింగ్ వైబ్రేషన్‌లకు కారణమని చెప్పవచ్చు. అదనంగా, స్వేచ్ఛా SO4− అయాన్లు 450 (υ2), 630 (υ4), 986 (υ1) మరియు 1143 మరియు 1100 cm−1 (υ3) వద్ద నాలుగు ప్రధాన వైబ్రేషన్ మోడ్‌లను ప్రదర్శిస్తాయి. υ1-υ4 అనే చిహ్నాలు కంపన రీతుల లక్షణాలను సూచిస్తాయి, ఇక్కడ υ1 క్షీణించని రీతిని (సమరూప సాగతీత), υ2 ద్వివిధ క్షీణించిన రీతిని (సమరూప వంపు), మరియు υ3, υ4 త్రివిధ క్షీణించిన రీతులను (వరుసగా అసమరూప సాగతీత మరియు అసమరూప వంపు) సూచిస్తాయి. 22,23,24 లక్షణీకరణ ఫలితాలు అమ్మోనియం మలినాల ఉనికి 1143 cm-1 తరంగ సంఖ్య వద్ద ఒక అదనపు శిఖరాన్ని ఇస్తుందని చూపిస్తున్నాయి (పటంలో ఎరుపు వృత్తంతో గుర్తించబడింది). 1143 cm-1 వద్ద ఉన్న ఈ అదనపు శిఖరం, గాఢతతో సంబంధం లేకుండా NH4+ అయాన్ల ఉనికి జాలక నిర్మాణంలో వక్రీకరణకు కారణమవుతుందని, ఇది స్ఫటికం లోపల సల్ఫేట్ అయాన్ అణువుల కంపన పౌనఃపున్యంలో మార్పుకు దారితీస్తుందని సూచిస్తుంది.
స్ఫటిక వృద్ధి యొక్క గతిశీల ప్రవర్తన మరియు క్రియాశీలక శక్తికి సంబంధించిన XRD మరియు FTIR ఫలితాల ఆధారంగా, NH4+ మలినాలను జోడించినప్పుడు నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ యొక్క స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ యొక్క రేఖాచిత్రాన్ని పటం 8 చూపిస్తుంది. మలినాలు లేనప్పుడు, Ni2+ అయాన్లు H2O తో చర్య జరిపి నికెల్ హైడ్రేట్ [Ni(6H2O)]2− ను ఏర్పరుస్తాయి. అప్పుడు, నికెల్ హైడ్రేట్ దానంతట అదే SO42− అయాన్లతో కలిసి Ni(SO4)2 6H2O కేంద్రకాలను ఏర్పరుస్తుంది మరియు నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ స్ఫటికాలుగా పెరుగుతుంది. ద్రావణానికి తక్కువ గాఢతలో అమ్మోనియం మలినాలను (2.5 గ్రా/లీ లేదా అంతకంటే తక్కువ) కలిపినప్పుడు, [Ni(6H2O)]2− అయాన్ SO42− అయాన్‌లతో పూర్తిగా కలవడం కష్టమవుతుంది. ఎందుకంటే, రెండు అయాన్‌లతో చర్య జరపడానికి తగినంత సల్ఫేట్ అయాన్లు ఉన్నప్పటికీ, [Ni(6H2O)]2− మరియు NH4+ అయాన్లు SO42− అయాన్‌లతో కలవడానికి పోటీపడతాయి. ఈ పరిస్థితి స్ఫటికీకరణ యొక్క క్రియాశీలక శక్తిలో పెరుగుదలకు మరియు స్ఫటిక పెరుగుదల మందగించడానికి దారితీస్తుంది. 14,25 నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ కేంద్రకాలు ఏర్పడి స్ఫటికాలుగా పెరిగిన తర్వాత, బహుళ NH4+ మరియు (NH4)2SO4 అయాన్లు స్ఫటిక ఉపరితలంపై అధిశోషించబడతాయి. డోపింగ్ ప్రక్రియ లేకుండా NSH-8 మరియు NSH-12 నమూనాలలో SO4− అయాన్ (తరంగసంఖ్య 1143 సెం.మీ−1) యొక్క క్రియాత్మక సమూహం ఎందుకు ఏర్పడి ఉంటుందో ఇది వివరిస్తుంది. మలినాల గాఢత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, NH4+ అయాన్లు స్ఫటిక నిర్మాణంలో చేరడం ప్రారంభించి, ద్వంద్వ లవణాలను ఏర్పరుస్తాయి. 16 ద్రావణంలో SO42− అయాన్లు లేకపోవడం వల్ల ఈ దృగ్విషయం సంభవిస్తుంది, మరియు SO42− అయాన్లు అమ్మోనియం అయాన్ల కంటే నికెల్ హైడ్రేట్‌లకు వేగంగా బంధించబడతాయి. ఈ యంత్రాంగం ద్వంద్వ లవణాల కేంద్రకీకరణ మరియు పెరుగుదలను ప్రోత్సహిస్తుంది. మిశ్రమం చేసే ప్రక్రియలో, Ni(SO4)2 6H2O మరియు (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O కేంద్రకాలు ఏకకాలంలో ఏర్పడతాయి, ఇది పొందిన కేంద్రకాల సంఖ్య పెరగడానికి దారితీస్తుంది. కేంద్రకాల సంఖ్య పెరగడం స్ఫటిక పెరుగుదల వేగవంతం కావడాన్ని మరియు క్రియాశీలక శక్తి తగ్గడాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది.
నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్‌ను నీటిలో కరిగించి, కొద్ది మరియు ఎక్కువ పరిమాణంలో అమ్మోనియం సల్ఫేట్‌ను జోడించి, ఆపై స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియను నిర్వహించే రసాయన చర్యను ఈ క్రింది విధంగా వ్యక్తీకరించవచ్చు:
SEM లక్షణీకరణ ఫలితాలు పటం 9లో చూపబడ్డాయి. జోడించిన అమ్మోనియం ఉప్పు పరిమాణం మరియు సీడింగ్ నిష్పత్తి స్ఫటికాకార ఆకారాన్ని గణనీయంగా ప్రభావితం చేయవని లక్షణీకరణ ఫలితాలు సూచిస్తున్నాయి. కొన్ని చోట్ల పెద్ద స్ఫటికాలు కనిపించినప్పటికీ, ఏర్పడిన స్ఫటికాల పరిమాణం సాపేక్షంగా స్థిరంగా ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, ఏర్పడిన స్ఫటికాల సగటు పరిమాణంపై అమ్మోనియం ఉప్పు గాఢత మరియు సీడింగ్ నిష్పత్తి యొక్క ప్రభావాన్ని నిర్ధారించడానికి ఇంకా తదుపరి లక్షణీకరణ అవసరం.
NiSO4 6H2O యొక్క స్ఫటిక స్వరూపం: (a–e) 0.5%, (f–j) 1%, (h–o) 1.5% మరియు (p–u) 2% సీడ్ నిష్పత్తి, పై నుండి క్రిందికి NH4+ గాఢతలో మార్పును చూపుతుంది, ఇది వరుసగా 0, 1.25, 2.5, 3.75 మరియు 5 g/L.
పటం 10a వివిధ మలినాల సాంద్రతలతో ఉన్న స్ఫటికాల యొక్క TGA వక్రరేఖలను చూపుతుంది. 2% సీడింగ్ నిష్పత్తి ఉన్న నమూనాలపై TGA విశ్లేషణ నిర్వహించబడింది. ఏర్పడిన సమ్మేళనాలను నిర్ధారించడానికి NSH-20 నమూనాపై XRD విశ్లేషణ కూడా నిర్వహించబడింది. పటం 10bలో చూపిన XRD ఫలితాలు స్ఫటిక నిర్మాణంలో మార్పులను ధృవీకరిస్తాయి. థర్మోగ్రావిమెట్రిక్ కొలతలు సంశ్లేషణ చేయబడిన అన్ని స్ఫటికాలు 80°C వరకు ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని ప్రదర్శిస్తాయని చూపిస్తున్నాయి. ఆ తర్వాత, ఉష్ణోగ్రత 200°Cకి పెరిగినప్పుడు స్ఫటికం బరువు 35% తగ్గింది. స్ఫటికాల బరువు తగ్గడానికి కారణం వియోగ ప్రక్రియ, దీనిలో 5 నీటి అణువులు నష్టపోయి NiSO4 H2O ఏర్పడుతుంది. ఉష్ణోగ్రత 300–400°Cకి పెరిగినప్పుడు, స్ఫటికాల బరువు మళ్ళీ తగ్గింది. స్ఫటికాల బరువు తగ్గుదల సుమారు 6.5% ఉండగా, NSH-20 స్ఫటిక నమూనా బరువు తగ్గుదల కొద్దిగా ఎక్కువగా, సరిగ్గా 6.65%గా ఉంది. NSH-20 నమూనాలో NH4+ అయాన్లు NH3 వాయువుగా వియోగం చెందడం వలన క్షయకరణశీలత కొద్దిగా పెరిగింది. ఉష్ణోగ్రత 300 నుండి 400°C కి పెరిగేకొద్దీ, స్ఫటికాల బరువు తగ్గింది, ఫలితంగా అన్ని స్ఫటికాలు NiSO4 నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉన్నాయి. ఉష్ణోగ్రతను 700°C నుండి 800°C కి పెంచడం వలన స్ఫటిక నిర్మాణం NiO గా రూపాంతరం చెందింది, దీనివల్ల SO2 మరియు O2 వాయువులు విడుదలయ్యాయి.25,26
DC-Arc ICP-MS పరికరాన్ని ఉపయోగించి NH4+ గాఢతను అంచనా వేయడం ద్వారా నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ స్ఫటికాల స్వచ్ఛతను 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 గాఢత (mg/l), V అనేది ద్రావణం యొక్క ఘనపరిమాణం (l).
పటం 11 నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ స్ఫటికాల స్వచ్ఛతను చూపిస్తుంది. స్వచ్ఛత విలువ అనేది 3 లక్షణాల సగటు విలువ. ఏర్పడిన నికెల్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాల స్వచ్ఛతపై సీడింగ్ నిష్పత్తి మరియు మలినాల సాంద్రత నేరుగా ప్రభావం చూపుతాయని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. మలినాల సాంద్రత ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, మలినాల శోషణ అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఫలితంగా ఏర్పడిన స్ఫటికాల స్వచ్ఛత తక్కువగా ఉంటుంది. అయితే, మలినాల శోషణ సరళి మలినాల సాంద్రతపై ఆధారపడి మారవచ్చు, మరియు స్ఫటికాల ద్వారా మలినాల మొత్తం శోషణ గణనీయంగా మారదని ఫలిత గ్రాఫ్ చూపిస్తుంది. అదనంగా, అధిక సీడింగ్ నిష్పత్తి స్ఫటికాల స్వచ్ఛతను మెరుగుపరుస్తుందని కూడా ఈ ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. ఏర్పడిన స్ఫటిక కేంద్రకాలలో ఎక్కువ భాగం నికెల్ కేంద్రకాలపై కేంద్రీకృతమైనప్పుడు, నికెల్‌పై నికెల్ అయాన్లు పేరుకుపోయే సంభావ్యత ఎక్కువగా ఉండటం వల్ల ఈ దృగ్విషయం సాధ్యమవుతుంది. 27
అమ్మోనియం అయాన్లు (NH4+) నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ స్ఫటికాల స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ మరియు స్ఫటిక లక్షణాలను గణనీయంగా ప్రభావితం చేస్తాయని ఈ అధ్యయనం చూపించింది, అలాగే స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియపై సీడ్ నిష్పత్తి యొక్క ప్రభావాన్ని కూడా వెల్లడించింది.
2.5 గ్రా/లీ కంటే ఎక్కువ అమ్మోనియం గాఢతల వద్ద, స్ఫటిక దిగుబడి మరియు స్ఫటిక వృద్ధి రేటు తగ్గుతాయి. 2.5 గ్రా/లీ కంటే ఎక్కువ అమ్మోనియం గాఢతల వద్ద, స్ఫటిక దిగుబడి మరియు స్ఫటిక వృద్ధి రేటు పెరుగుతాయి.
నికెల్ ద్రావణానికి మలినాలను కలపడం వలన SO42− కోసం NH4+ మరియు [Ni(6H2O)]2− అయాన్ల మధ్య పోటీ పెరుగుతుంది, ఇది క్రియాశీలక శక్తి పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది. అధిక గాఢతలలో మలినాలను కలిపిన తర్వాత క్రియాశీలక శక్తి తగ్గడానికి కారణం, NH4+ అయాన్లు స్ఫటిక నిర్మాణంలోకి ప్రవేశించి, తద్వారా (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O అనే ద్వంద్వ లవణాన్ని ఏర్పరచడమే.
అధిక సీడింగ్ నిష్పత్తిని ఉపయోగించడం వల్ల నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ యొక్క స్ఫటిక దిగుబడి, స్ఫటిక పెరుగుదల రేటు మరియు స్ఫటిక స్వచ్ఛతను మెరుగుపరచవచ్చు.
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 యశోట, పి. అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద నికెల్ సల్ఫేట్ స్ఫటికాల ఆప్టికల్ అనువర్తనాలు: డోపెంట్లుగా అమైనో ఆమ్లాలను జోడించి చేసిన లక్షణ అధ్యయనాలు. మెటీరియల్స్ టుడే ప్రొసీడింగ్స్ 9, 669–673. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2018.10.391 (2019).
బాబాహ్మది, వి., మరియు ఇతరులు. క్షయీకరించిన గ్రాఫైన్ 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 బ్యాటరీల కోసం నికెల్ యొక్క భవిష్యత్ డిమాండ్ మరియు సరఫరా భద్రత.” యూరోపియన్ యూనియన్ పబ్లికేషన్స్ ఆఫీస్; (2021). https://doi.org/10.2760/212807
హాహ్న్, బి., బోక్‌మాన్, ఓ., విల్సన్, బిపి, లుండ్‌స్ట్రోమ్, ఎం. మరియు లౌహి-కుల్టానెన్, ఎం. శీతలీకరణతో బ్యాచ్ స్ఫటికీకరణ ద్వారా నికెల్ సల్ఫేట్ శుద్ధీకరణ. 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 అవక్షేపణ మరియు స్ఫటికీకరణ పద్ధతుల అనువర్తనం: ఒక సమీక్ష. మెటల్స్. 10(12), 1-16. https://doi.org/10.3390/MET10121609 (2020).
మసలోవ్, VM, మరియు ఇతరులు. స్థిర-స్థితి ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత పరిస్థితులలో నికెల్ సల్ఫేట్ హెక్సాహైడ్రేట్ (α-NiSO4.6H2O) సింగిల్ క్రిస్టల్స్ పెరుగుదల. క్రిస్టలోగ్రఫీ. 60(6), 963–969. https://doi.org/10.1134/S1063774515060206 (2015).
చౌధురి, 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).
హాహ్న్, బి., బోక్‌మాన్, ఓ., విల్సన్, బిపి, లుండ్‌స్ట్రోమ్, ఎం. మరియు లౌహి-కుల్టానెన్, ఎం. బ్యాచ్-కూల్డ్ క్రిస్టలైజేషన్ ద్వారా నికెల్ సల్ఫేట్ శుద్ధీకరణ. కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ టెక్నాలజీ 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/ceat.201800695 (2019).