nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર. તમે જે બ્રાઉઝર વર્ઝનનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છો તેમાં મર્યાદિત CSS સપોર્ટ છે. શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે નવીનતમ બ્રાઉઝર વર્ઝનનો ઉપયોગ કરો (અથવા ઇન્ટરનેટ એક્સપ્લોરરમાં સુસંગતતા મોડ બંધ કરો). વધુમાં, સતત સપોર્ટ સુનિશ્ચિત કરવા માટે, આ સાઇટમાં સ્ટાઇલ અથવા JavaScript શામેલ હશે નહીં.
આ અભ્યાસ NH4+ અશુદ્ધિઓ અને બીજ ગુણોત્તરની વૃદ્ધિ પદ્ધતિ અને નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટના પ્રદર્શન પરની અસરોની તપાસ કરે છે, અને નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટના વૃદ્ધિ પદ્ધતિ, થર્મલ ગુણધર્મો અને કાર્યાત્મક જૂથો પર NH4+ અશુદ્ધિઓની અસરોની તપાસ કરે છે. ઓછી અશુદ્ધિઓની સાંદ્રતા પર, Ni2+ અને NH4+ આયનો બંધન માટે SO42− સાથે સ્પર્ધા કરે છે, જેના પરિણામે સ્ફટિક ઉપજ અને વૃદ્ધિ દરમાં ઘટાડો થાય છે અને સ્ફટિકીકરણ સક્રિયકરણ ઊર્જામાં વધારો થાય છે. ઉચ્ચ અશુદ્ધિઓની સાંદ્રતા પર, NH4+ આયનો સ્ફટિક માળખામાં સમાવિષ્ટ થાય છે જેથી જટિલ મીઠું (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O બને છે. જટિલ મીઠાની રચનાથી સ્ફટિક ઉપજ અને વૃદ્ધિ દરમાં વધારો થાય છે અને સ્ફટિકીકરણ સક્રિયકરણ ઊર્જામાં ઘટાડો થાય છે. ઉચ્ચ અને નીચી NH4+ આયન સાંદ્રતા બંનેની હાજરી જાળી વિકૃતિનું કારણ બને છે, અને સ્ફટિકો 80 °C સુધીના તાપમાને થર્મલી સ્થિર હોય છે. વધુમાં, સ્ફટિક વૃદ્ધિ પદ્ધતિ પર NH4+ અશુદ્ધિઓનો પ્રભાવ બીજ ગુણોત્તર કરતા વધારે છે. જ્યારે અશુદ્ધિની સાંદ્રતા ઓછી હોય છે, ત્યારે અશુદ્ધિને સ્ફટિક સાથે જોડવી સરળ હોય છે; જ્યારે સાંદ્રતા વધારે હોય છે, ત્યારે અશુદ્ધિને સ્ફટિકમાં સમાવિષ્ટ કરવી સરળ હોય છે. બીજ ગુણોત્તર સ્ફટિકની ઉપજમાં ઘણો વધારો કરી શકે છે અને સ્ફટિક શુદ્ધતામાં થોડો સુધારો કરી શકે છે.
નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટ (NiSO4 6H2O) હવે બેટરી ઉત્પાદન, ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ, ઉત્પ્રેરક અને ખોરાક, તેલ અને પરફ્યુમના ઉત્પાદન સહિત વિવિધ ઉદ્યોગોમાં વપરાતી એક મહત્વપૂર્ણ સામગ્રી છે. 1,2,3 નિકલ-આધારિત લિથિયમ-આયન (LiB) બેટરી પર ખૂબ આધાર રાખતા ઇલેક્ટ્રિક વાહનોના ઝડપી વિકાસ સાથે તેનું મહત્વ વધી રહ્યું છે. 2030 સુધીમાં NCM 811 જેવા ઉચ્ચ-નિકલ એલોયનો ઉપયોગ પ્રભુત્વ મેળવવાની ધારણા છે, જેનાથી નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટની માંગમાં વધુ વધારો થશે. જો કે, સંસાધનોની મર્યાદાઓને કારણે, ઉત્પાદન વધતી માંગ સાથે સુસંગત ન રહી શકે, જેના કારણે પુરવઠા અને માંગ વચ્ચે અંતર સર્જાય છે. આ અછતથી સંસાધન ઉપલબ્ધતા અને ભાવ સ્થિરતા અંગે ચિંતાઓ ઉભી થઈ છે, જે ઉચ્ચ-શુદ્ધતા, સ્થિર બેટરી-ગ્રેડ નિકલ સલ્ફેટના કાર્યક્ષમ ઉત્પાદનની જરૂરિયાતને પ્રકાશિત કરે છે. 1,4
નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટનું ઉત્પાદન સામાન્ય રીતે સ્ફટિકીકરણ દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે. વિવિધ પદ્ધતિઓમાં, ઠંડક પદ્ધતિ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ છે, જેમાં ઓછી ઉર્જા વપરાશ અને ઉચ્ચ-શુદ્ધતા સામગ્રી ઉત્પન્ન કરવાની ક્ષમતાના ફાયદા છે. 5,6 અવ્યવસ્થિત ઠંડક સ્ફટિકીકરણનો ઉપયોગ કરીને નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટના સ્ફટિકીકરણ પરના સંશોધનમાં નોંધપાત્ર પ્રગતિ થઈ છે. હાલમાં, મોટાભાગના સંશોધન તાપમાન, ઠંડક દર, બીજનું કદ અને pH જેવા પરિમાણોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરીને સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયાને સુધારવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. 7,8,9 ધ્યેય પ્રાપ્ત સ્ફટિકોની સ્ફટિક ઉપજ અને શુદ્ધતા વધારવાનો છે. જો કે, આ પરિમાણોના વ્યાપક અભ્યાસ છતાં, સ્ફટિકીકરણ પરિણામો પર અશુદ્ધિઓ, ખાસ કરીને એમોનિયમ (NH4+) ના પ્રભાવ પર ધ્યાન આપવામાં આવે છે તેમાં હજુ પણ મોટો તફાવત છે.
નિષ્કર્ષણ પ્રક્રિયા દરમિયાન એમોનિયમ અશુદ્ધિઓની હાજરીને કારણે નિકલ સ્ફટિકીકરણ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા નિકલ દ્રાવણમાં એમોનિયમ અશુદ્ધિઓ હાજર હોવાની શક્યતા છે. એમોનિયાનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે સેપોનિફાઇંગ એજન્ટ તરીકે થાય છે, જે નિકલ દ્રાવણમાં NH4+ ની માત્રા છોડી દે છે. 10,11,12 એમોનિયમ અશુદ્ધિઓની સર્વવ્યાપકતા હોવા છતાં, સ્ફટિક માળખું, વૃદ્ધિ પદ્ધતિ, થર્મલ ગુણધર્મો, શુદ્ધતા વગેરે જેવા સ્ફટિક ગુણધર્મો પર તેમની અસરો નબળી રીતે સમજી શકાય છે. તેમની અસરો પર મર્યાદિત સંશોધન મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે અશુદ્ધિઓ સ્ફટિક વૃદ્ધિને અવરોધે છે અથવા બદલી શકે છે અને, કેટલાક કિસ્સાઓમાં, અવરોધક તરીકે કાર્ય કરે છે, મેટાસ્ટેબલ અને સ્થિર સ્ફટિકીય સ્વરૂપો વચ્ચેના સંક્રમણને અસર કરે છે. 13,14 તેથી ઔદ્યોગિક દ્રષ્ટિકોણથી આ અસરોને સમજવી મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે અશુદ્ધિઓ ઉત્પાદનની ગુણવત્તા સાથે ચેડા કરી શકે છે.
એક ચોક્કસ પ્રશ્નના આધારે, આ અભ્યાસનો હેતુ નિકલ સ્ફટિકોના ગુણધર્મો પર એમોનિયમ અશુદ્ધિઓની અસરની તપાસ કરવાનો હતો. અશુદ્ધિઓની અસરને સમજીને, તેમની નકારાત્મક અસરોને નિયંત્રિત કરવા અને ઘટાડવા માટે નવી પદ્ધતિઓ વિકસાવી શકાય છે. આ અભ્યાસમાં અશુદ્ધિની સાંદ્રતા અને બીજ ગુણોત્તરમાં ફેરફાર વચ્ચેના સહસંબંધની પણ તપાસ કરવામાં આવી હતી. ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં બીજનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થતો હોવાથી, આ અભ્યાસમાં બીજ પરિમાણોનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, અને આ બે પરિબળો વચ્ચેના સંબંધને સમજવું જરૂરી છે. 15 આ બે પરિમાણોની અસરોનો ઉપયોગ સ્ફટિક ઉપજ, સ્ફટિક વૃદ્ધિ પદ્ધતિ, સ્ફટિક માળખું, આકારશાસ્ત્ર અને શુદ્ધતાનો અભ્યાસ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. વધુમાં, ફક્ત NH4+ અશુદ્ધિઓના પ્રભાવ હેઠળ સ્ફટિકોના ગતિશીલ વર્તન, થર્મલ ગુણધર્મો અને કાર્યાત્મક જૂથોની વધુ તપાસ કરવામાં આવી હતી.
આ અભ્યાસમાં ઉપયોગમાં લેવાતી સામગ્રી નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટ (NiSO 6H2O, ≥ 99.8%) GEM દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવી હતી; એમોનિયમ સલ્ફેટ ((NH)SO, ≥ 99%) તિયાનજિન હુઆશેંગ કંપની લિમિટેડ પાસેથી ખરીદેલ; નિસ્યંદિત પાણી. વપરાયેલ બીજ સ્ફટિક NiSO 6H2O હતું, જેને કચડીને ચાળણીથી 0.154 મીમીનું એકસમાન કણ કદ મેળવવામાં આવ્યું હતું. NiSO 6H2O ની લાક્ષણિકતાઓ કોષ્ટક 1 અને આકૃતિ 1 માં બતાવવામાં આવી છે.
નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટના સ્ફટિકીકરણ પર NH4+ અશુદ્ધિઓ અને બીજ ગુણોત્તરની અસરની તપાસ ઇન્ટરમિટન્ટ કૂલિંગનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવી હતી. બધા પ્રયોગો 25 °C ના પ્રારંભિક તાપમાને હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા. ગાળણ દરમિયાન તાપમાન નિયંત્રણની મર્યાદાઓને ધ્યાનમાં રાખીને 25 °C ને સ્ફટિકીકરણ તાપમાન તરીકે પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું. નીચા-તાપમાનવાળા બુચનર ફનલનો ઉપયોગ કરીને ગરમ દ્રાવણના ગાળણ દરમિયાન અચાનક તાપમાનમાં વધઘટ દ્વારા સ્ફટિકીકરણ થઈ શકે છે. આ પ્રક્રિયા ગતિશાસ્ત્ર, અશુદ્ધિ શોષણ અને વિવિધ સ્ફટિક ગુણધર્મોને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરી શકે છે.
નિકલ દ્રાવણ સૌપ્રથમ 200 મિલી નિસ્યંદિત પાણીમાં 224 ગ્રામ NiSO4 6H2O ઓગાળીને તૈયાર કરવામાં આવ્યું હતું. પસંદ કરેલ સાંદ્રતા સુપરસેચ્યુરેશન (S) = 1.109 ને અનુરૂપ છે. 25 °C તાપમાને ઓગળેલા નિકલ સલ્ફેટ સ્ફટિકોની દ્રાવ્યતા અને નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટની દ્રાવ્યતાની તુલના કરીને સુપરસેચ્યુરેશન નક્કી કરવામાં આવ્યું હતું. જ્યારે તાપમાન પ્રારંભિક તાપમાન સુધી ઘટાડી દેવામાં આવે ત્યારે સ્વયંભૂ સ્ફટિકીકરણ અટકાવવા માટે નીચું સુપરસેચ્યુરેશન પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું.
સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા પર NH4+ આયન સાંદ્રતાની અસરની તપાસ નિકલ દ્રાવણમાં (NH4)2SO4 ઉમેરીને કરવામાં આવી હતી. આ અભ્યાસમાં ઉપયોગમાં લેવાતી NH4+ આયન સાંદ્રતા 0, 1.25, 2.5, 3.75 અને 5 g/L હતી. સમાન મિશ્રણ સુનિશ્ચિત કરવા માટે દ્રાવણને 30 મિનિટ માટે 60 °C પર 300 rpm પર હલાવતા ગરમ કરવામાં આવ્યું હતું. ત્યારબાદ દ્રાવણને ઇચ્છિત પ્રતિક્રિયા તાપમાન સુધી ઠંડુ કરવામાં આવ્યું હતું. જ્યારે તાપમાન 25 °C સુધી પહોંચ્યું, ત્યારે દ્રાવણમાં વિવિધ માત્રામાં બીજ સ્ફટિકો (0.5%, 1%, 1.5% અને 2% ના બીજ ગુણોત્તર) ઉમેરવામાં આવ્યા હતા. દ્રાવણમાં NiSO4 6H2O ના વજન સાથે બીજના વજનની તુલના કરીને બીજ ગુણોત્તર નક્કી કરવામાં આવ્યો હતો.
દ્રાવણમાં બીજ સ્ફટિકો ઉમેર્યા પછી, સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા કુદરતી રીતે થઈ. સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા 30 મિનિટ સુધી ચાલી. દ્રાવણમાંથી સંચિત સ્ફટિકોને વધુ અલગ કરવા માટે ફિલ્ટર પ્રેસનો ઉપયોગ કરીને દ્રાવણને ફિલ્ટર કરવામાં આવ્યું. ગાળણ પ્રક્રિયા દરમિયાન, સ્ફટિકોને નિયમિતપણે ઇથેનોલથી ધોવામાં આવતા હતા જેથી પુનઃસ્ફટિકીકરણની શક્યતા ઓછી થાય અને સ્ફટિકોની સપાટી પર દ્રાવણમાં અશુદ્ધિઓનું સંલગ્નતા ઓછું થાય. સ્ફટિકોને ધોવા માટે ઇથેનોલ પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું કારણ કે સ્ફટિકો ઇથેનોલમાં અદ્રાવ્ય હોય છે. ફિલ્ટર કરેલા સ્ફટિકોને 50 °C તાપમાને પ્રયોગશાળા ઇન્ક્યુબેટરમાં મૂકવામાં આવ્યા હતા. આ અભ્યાસમાં ઉપયોગમાં લેવાતા વિગતવાર પ્રાયોગિક પરિમાણો કોષ્ટક 2 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે.
XRD સાધન (SmartLab SE—HyPix-400) નો ઉપયોગ કરીને સ્ફટિક માળખું નક્કી કરવામાં આવ્યું હતું અને NH4+ સંયોજનોની હાજરી શોધી કાઢવામાં આવી હતી. સ્ફટિક મોર્ફોલોજીનું વિશ્લેષણ કરવા માટે SEM લાક્ષણિકતા (Apreo 2 HiVac) કરવામાં આવી હતી. TGA સાધન (TG-209-F1 Libra) નો ઉપયોગ કરીને સ્ફટિકોના થર્મલ ગુણધર્મો નક્કી કરવામાં આવ્યા હતા. FTIR (JASCO-FT/IR-4X) દ્વારા કાર્યાત્મક જૂથોનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. ICP-MS સાધન (Prodigy DC Arc) નો ઉપયોગ કરીને નમૂનાની શુદ્ધતા નક્કી કરવામાં આવી હતી. નમૂના 100 mL નિસ્યંદિત પાણીમાં 0.5 ગ્રામ સ્ફટિકો ઓગાળીને તૈયાર કરવામાં આવ્યો હતો. ફોર્મ્યુલા (1) અનુસાર ઇનપુટ સ્ફટિકના સમૂહ દ્વારા આઉટપુટ સ્ફટિકના સમૂહને વિભાજીત કરીને સ્ફટિકીકરણ ઉપજ (x) ની ગણતરી કરવામાં આવી હતી.
જ્યાં x એ સ્ફટિક ઉપજ છે, જે 0 થી 1 સુધી બદલાય છે, mout એ આઉટપુટ સ્ફટિકોનું વજન (g), min એ ઇનપુટ સ્ફટિકોનું વજન (g), msol એ દ્રાવણમાં રહેલા સ્ફટિકોનું વજન છે, અને mseed એ બીજ સ્ફટિકોનું વજન છે.
સ્ફટિક વૃદ્ધિ ગતિશાસ્ત્ર નક્કી કરવા અને સક્રિયકરણ ઊર્જા મૂલ્યનો અંદાજ કાઢવા માટે સ્ફટિકીકરણ ઉપજની વધુ તપાસ કરવામાં આવી હતી. આ અભ્યાસ 2% ના બીજ ગુણોત્તર અને પહેલા જેવી જ પ્રાયોગિક પ્રક્રિયા સાથે કરવામાં આવ્યો હતો. આઇસોથર્મલ સ્ફટિકીકરણ ગતિશાસ્ત્ર પરિમાણો વિવિધ સ્ફટિકીકરણ સમય (10, 20, 30, અને 40 મિનિટ) અને પ્રારંભિક તાપમાન (25, 30, 35, અને 40 °C) પર સ્ફટિક ઉપજનું મૂલ્યાંકન કરીને નક્કી કરવામાં આવ્યા હતા. પ્રારંભિક તાપમાન પર પસંદ કરેલ સાંદ્રતા અનુક્રમે 1.109, 1.052, 1, અને 0.953 ના સુપરસેચ્યુરેશન (S) મૂલ્યોને અનુરૂપ હતી. પ્રારંભિક તાપમાને નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટની દ્રાવ્યતા સાથે ઓગળેલા નિકલ સલ્ફેટ સ્ફટિકોની દ્રાવ્યતાની તુલના કરીને સુપરસેચ્યુરેશન મૂલ્ય નક્કી કરવામાં આવ્યું હતું. આ અભ્યાસમાં, અશુદ્ધિઓ વિના વિવિધ તાપમાને 200 મિલી પાણીમાં NiSO4 6H2O ની દ્રાવ્યતા આકૃતિ 2 માં બતાવવામાં આવી છે.
જોહ્ન્સન-મેઇલ-અવરામી (JMA સિદ્ધાંત) નો ઉપયોગ આઇસોથર્મલ સ્ફટિકીકરણ વર્તણૂકનું વિશ્લેષણ કરવા માટે થાય છે. JMA સિદ્ધાંત પસંદ કરવામાં આવે છે કારણ કે જ્યાં સુધી બીજ સ્ફટિકો દ્રાવણમાં ઉમેરવામાં ન આવે ત્યાં સુધી સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા થતી નથી. JMA સિદ્ધાંત નીચે મુજબ વર્ણવેલ છે:
જ્યાં x(t) એ t સમયે સંક્રમણનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, k એ સંક્રમણ દર સ્થિરાંકનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, t એ સંક્રમણ સમયનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, અને n એવરામી સૂચકાંકનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. સૂત્ર 3 સૂત્ર (2) માંથી લેવામાં આવ્યું છે. સ્ફટિકીકરણની સક્રિયકરણ ઊર્જા એરેનિયસ સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને નક્કી કરવામાં આવે છે:
જ્યાં kg એ પ્રતિક્રિયા દર સ્થિરાંક છે, k0 એ સ્થિરાંક છે, દા.ત. સ્ફટિક વૃદ્ધિની સક્રિયકરણ ઊર્જા છે, R એ દાઢ વાયુ સ્થિરાંક છે (R=8.314 J/mol K), અને T એ સમતાપી સ્ફટિકીકરણ તાપમાન (K) છે.
આકૃતિ 3a દર્શાવે છે કે બીજિંગ ગુણોત્તર અને ડોપન્ટ સાંદ્રતા નિકલ સ્ફટિકોની ઉપજ પર અસર કરે છે. જ્યારે દ્રાવણમાં ડોપન્ટ સાંદ્રતા 2.5 ગ્રામ/લિટર સુધી વધી, ત્યારે સ્ફટિક ઉપજ 7.77% થી ઘટીને 6.48% (બીજ ગુણોત્તર 0.5%) અને 10.89% થી ઘટીને 10.32% (બીજ ગુણોત્તર 2%) થઈ ગઈ. ડોપન્ટ સાંદ્રતામાં વધુ વધારાને કારણે સ્ફટિક ઉપજમાં અનુરૂપ વધારો થયો. જ્યારે બીજિંગ ગુણોત્તર 2% હતો અને ડોપન્ટ સાંદ્રતા 5 ગ્રામ/લિટર હતી ત્યારે સૌથી વધુ ઉપજ 17.98% સુધી પહોંચી. ડોપન્ટ સાંદ્રતામાં વધારા સાથે સ્ફટિક ઉપજ પેટર્નમાં ફેરફાર સ્ફટિક વૃદ્ધિ પદ્ધતિમાં ફેરફારો સાથે સંબંધિત હોઈ શકે છે. જ્યારે ડોપન્ટ સાંદ્રતા ઓછી હોય છે, ત્યારે Ni2+ અને NH4+ આયનો SO42− સાથે બંધન માટે સ્પર્ધા કરે છે, જે દ્રાવણમાં નિકલની દ્રાવ્યતામાં વધારો અને સ્ફટિક ઉપજમાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે. ૧૪ જ્યારે અશુદ્ધિની સાંદ્રતા વધારે હોય છે, ત્યારે પણ સ્પર્ધા પ્રક્રિયા ચાલુ રહે છે, પરંતુ કેટલાક NH4+ આયનો નિકલ અને સલ્ફેટ આયનો સાથે સંકલન કરીને નિકલ એમોનિયમ સલ્ફેટનું ડબલ મીઠું બનાવે છે. ૧૬ ડબલ મીઠાની રચના દ્રાવ્યની દ્રાવ્યતામાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે, જેનાથી સ્ફટિક ઉપજ વધે છે. બીજ બીજ ઉપજમાં સતત સુધારો કરી શકે છે. દ્રાવ્ય આયનો માટે સ્ફટિકો ગોઠવવા અને બનાવવા માટે પ્રારંભિક સપાટી વિસ્તાર પૂરો પાડીને બીજ ન્યુક્લિયેશન પ્રક્રિયા અને સ્વયંભૂ સ્ફટિક વૃદ્ધિ શરૂ કરી શકે છે. જેમ જેમ બીજ ગુણોત્તર વધે છે, તેમ તેમ આયનો ગોઠવવા માટે પ્રારંભિક સપાટી વિસ્તાર વધે છે, તેથી વધુ સ્ફટિકો બનાવી શકાય છે. તેથી, બીજ ગુણોત્તરમાં વધારો સ્ફટિક વૃદ્ધિ દર અને સ્ફટિક ઉપજ પર સીધી અસર કરે છે. ૧૭
NiSO4 6H2O ના પરિમાણો: (a) સ્ફટિક ઉપજ અને (b) ઇનોક્યુલેશન પહેલાં અને પછી નિકલ દ્રાવણનું pH.
આકૃતિ 3b દર્શાવે છે કે બીજ ગુણોત્તર અને ડોપન્ટ સાંદ્રતા બીજ ઉમેરતા પહેલા અને પછી નિકલ દ્રાવણના pH ને અસર કરે છે. દ્રાવણના pH પર દેખરેખ રાખવાનો હેતુ દ્રાવણમાં રાસાયણિક સંતુલનમાં થતા ફેરફારોને સમજવાનો છે. બીજ સ્ફટિકો ઉમેરતા પહેલા, H+ પ્રોટોન છોડતા NH4+ આયનોની હાજરીને કારણે દ્રાવણનું pH ઘટે છે. ડોપન્ટ સાંદ્રતા વધારવાથી વધુ H+ પ્રોટોન મુક્ત થાય છે, જેના કારણે દ્રાવણનું pH ઘટે છે. બીજ સ્ફટિકો ઉમેર્યા પછી, બધા દ્રાવણોનું pH વધે છે. pH વલણ સ્ફટિક ઉપજ વલણ સાથે હકારાત્મક રીતે સંકળાયેલું છે. સૌથી ઓછું pH મૂલ્ય 2.5 g/L ની ડોપન્ટ સાંદ્રતા અને 0.5% ના બીજ ગુણોત્તર પર પ્રાપ્ત થયું હતું. જેમ જેમ ડોપન્ટ સાંદ્રતા 5 g/L સુધી વધે છે, તેમ તેમ દ્રાવણનું pH વધે છે. આ ઘટના સમજી શકાય તેવી છે, કારણ કે દ્રાવણમાં NH4+ આયનોની ઉપલબ્ધતા કાં તો શોષણને કારણે, અથવા સમાવેશને કારણે, અથવા સ્ફટિકો દ્વારા NH4+ આયનોના શોષણ અને સમાવેશને કારણે ઘટે છે.
સ્ફટિક વૃદ્ધિના ગતિશીલ વર્તનને નક્કી કરવા અને સ્ફટિક વૃદ્ધિની સક્રિયકરણ ઊર્જાની ગણતરી કરવા માટે સ્ફટિક ઉપજ પ્રયોગો અને વિશ્લેષણ વધુ હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા. પદ્ધતિઓ વિભાગમાં સમતાપી સ્ફટિકીકરણ ગતિશાસ્ત્રના પરિમાણો સમજાવવામાં આવ્યા હતા. આકૃતિ 4 જોહ્ન્સન-મેહલ-અવરામી (JMA) પ્લોટ દર્શાવે છે જે નિકલ સલ્ફેટ સ્ફટિક વૃદ્ધિના ગતિશીલ વર્તનને દર્શાવે છે. ln t મૂલ્ય (સમીકરણ 3) સામે ln[− ln(1− x(t))] મૂલ્યનું પ્લોટિંગ કરીને પ્લોટ જનરેટ કરવામાં આવ્યો હતો. પ્લોટમાંથી મેળવેલા ઢાળ મૂલ્યો JMA ઇન્ડેક્સ (n) મૂલ્યોને અનુરૂપ છે જે વધતા સ્ફટિકના પરિમાણો અને વૃદ્ધિ પદ્ધતિ દર્શાવે છે. જ્યારે કટઓફ મૂલ્ય વૃદ્ધિ દર સૂચવે છે જે સતત ln k દ્વારા રજૂ થાય છે. JMA ઇન્ડેક્સ (n) મૂલ્યો 0.35 થી 0.75 સુધીની હોય છે. આ n મૂલ્ય સૂચવે છે કે સ્ફટિકોમાં એક-પરિમાણીય વૃદ્ધિ છે અને પ્રસરણ-નિયંત્રિત વૃદ્ધિ પદ્ધતિને અનુસરે છે; 0 < n < 1 એક-પરિમાણીય વૃદ્ધિ સૂચવે છે, જ્યારે n < 1 પ્રસરણ-નિયંત્રિત વૃદ્ધિ પદ્ધતિ સૂચવે છે. ૧૮ વધતા તાપમાન સાથે સ્થિર k નો વિકાસ દર ઘટે છે, જે દર્શાવે છે કે નીચા તાપમાને સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા ઝડપી થાય છે. આ નીચા તાપમાને દ્રાવણના સુપરસેચ્યુરેશનમાં વધારા સાથે સંબંધિત છે.
વિવિધ સ્ફટિકીકરણ તાપમાને નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટના જોહ્ન્સન-મેહલ-અવરામી (JMA) પ્લોટ: (a) 25 °C, (b) 30 °C, (c) 35 °C અને (d) 40 °C.
ડોપેન્ટ ઉમેરવાથી બધા તાપમાને વૃદ્ધિ દરની સમાન પેટર્ન જોવા મળી. જ્યારે ડોપેન્ટ સાંદ્રતા 2.5 ગ્રામ/લિટર હતી, ત્યારે સ્ફટિક વૃદ્ધિ દરમાં ઘટાડો થયો, અને જ્યારે ડોપેન્ટ સાંદ્રતા 2.5 ગ્રામ/લિટર કરતા વધારે હતી, ત્યારે સ્ફટિક વૃદ્ધિ દરમાં વધારો થયો. જેમ અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે, સ્ફટિક વૃદ્ધિ દરના પેટર્નમાં ફેરફાર દ્રાવણમાં આયનો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પદ્ધતિમાં ફેરફારને કારણે થાય છે. જ્યારે ડોપેન્ટ સાંદ્રતા ઓછી હોય છે, ત્યારે દ્રાવણમાં આયનો વચ્ચેની સ્પર્ધા પ્રક્રિયા દ્રાવ્યની દ્રાવ્યતામાં વધારો કરે છે, જેનાથી સ્ફટિક વૃદ્ધિ દરમાં ઘટાડો થાય છે. 14 વધુમાં, ડોપેન્ટની ઉચ્ચ સાંદ્રતા ઉમેરવાથી વૃદ્ધિ પ્રક્રિયામાં નોંધપાત્ર ફેરફાર થાય છે. જ્યારે ડોપેન્ટ સાંદ્રતા 3.75 ગ્રામ/લિટર કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે વધારાના નવા સ્ફટિક ન્યુક્લી રચાય છે, જે દ્રાવ્યની દ્રાવ્યતામાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે, જેનાથી સ્ફટિક વૃદ્ધિ દરમાં વધારો થાય છે. નવા સ્ફટિક ન્યુક્લીની રચના ડબલ સોલ્ટ (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O) ની રચના દ્વારા દર્શાવી શકાય છે. ૧૬ સ્ફટિક વૃદ્ધિ પદ્ધતિની ચર્ચા કરતી વખતે, એક્સ-રે વિવર્તન પરિણામો ડબલ મીઠાની રચનાની પુષ્ટિ કરે છે.
સ્ફટિકીકરણની સક્રિયકરણ ઊર્જા નક્કી કરવા માટે JMA પ્લોટ ફંક્શનનું વધુ મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું. સક્રિયકરણ ઊર્જાની ગણતરી એરેનિયસ સમીકરણ (સમીકરણ (4) માં બતાવેલ) નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવી હતી. આકૃતિ 5a ln(kg) મૂલ્ય અને 1/T મૂલ્ય વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવે છે. પછી, પ્લોટમાંથી મેળવેલા ગ્રેડિયન્ટ મૂલ્યનો ઉપયોગ કરીને સક્રિયકરણ ઊર્જાની ગણતરી કરવામાં આવી હતી. આકૃતિ 5b વિવિધ અશુદ્ધતા સાંદ્રતા હેઠળ સ્ફટિકીકરણના સક્રિયકરણ ઊર્જા મૂલ્યો દર્શાવે છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે અશુદ્ધતા સાંદ્રતામાં ફેરફાર સક્રિયકરણ ઊર્જાને અસર કરે છે. અશુદ્ધિઓ વિના નિકલ સલ્ફેટ સ્ફટિકોના સ્ફટિકીકરણની સક્રિયકરણ ઊર્જા 215.79 kJ/mol છે. જ્યારે અશુદ્ધતા સાંદ્રતા 2.5 g/L સુધી પહોંચે છે, ત્યારે સક્રિયકરણ ઊર્જા 3.99% વધીને 224.42 kJ/mol થાય છે. સક્રિયકરણ ઊર્જામાં વધારો સૂચવે છે કે સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયાના ઊર્જા અવરોધમાં વધારો થાય છે, જે સ્ફટિક વૃદ્ધિ દર અને સ્ફટિક ઉપજમાં ઘટાડો તરફ દોરી જશે. જ્યારે અશુદ્ધિની સાંદ્રતા 2.5 ગ્રામ/લિટર કરતા વધુ હોય છે, ત્યારે સ્ફટિકીકરણની સક્રિયકરણ ઊર્જા નોંધપાત્ર રીતે ઘટે છે. 5 ગ્રામ/લિટરની અશુદ્ધિની સાંદ્રતા પર, સક્રિયકરણ ઊર્જા 205.85 kJ/mol હોય છે, જે 2.5 ગ્રામ/લિટરની અશુદ્ધિની સાંદ્રતા પર સક્રિયકરણ ઊર્જા કરતા 8.27% ઓછી છે. સક્રિયકરણ ઊર્જામાં ઘટાડો સૂચવે છે કે સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા સરળ બને છે, જે સ્ફટિક વૃદ્ધિ દર અને સ્ફટિક ઉપજમાં વધારો તરફ દોરી જાય છે.
(a) ln(kg) વિરુદ્ધ 1/T ના પ્લોટનું ફિટિંગ અને (b) સક્રિયકરણ ઊર્જા દા.ત. વિવિધ અશુદ્ધતા સાંદ્રતા પર સ્ફટિકીકરણ.
XRD અને FTIR સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી દ્વારા સ્ફટિક વૃદ્ધિ પદ્ધતિની તપાસ કરવામાં આવી હતી, અને સ્ફટિક વૃદ્ધિ ગતિશાસ્ત્ર અને સક્રિયકરણ ઊર્જાનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. આકૃતિ 6 XRD પરિણામો દર્શાવે છે. ડેટા PDF #08–0470 સાથે સુસંગત છે, જે દર્શાવે છે કે તે α-NiSO4 6H2O (લાલ સિલિકા) છે. સ્ફટિક ટેટ્રાગોનલ સિસ્ટમનો છે, અવકાશ જૂથ P41212 છે, એકમ કોષ પરિમાણો a = b = 6.782 Å, c = 18.28 Å, α = β = γ = 90° છે, અને વોલ્યુમ 840.8 Å3 છે. આ પરિણામો મનોમેનોવા એટ અલ દ્વારા અગાઉ પ્રકાશિત પરિણામો સાથે સુસંગત છે. 19 NH4+ આયનોનો પરિચય (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O ની રચના તરફ દોરી જાય છે. ડેટા PDF નં. 31–0062 નો છે. આ સ્ફટિક મોનોક્લિનિક સિસ્ટમ, સ્પેસ ગ્રુપ P21/a નું છે, યુનિટ સેલ પેરામીટર્સ a = 9.186 Å, b = 12.468 Å, c = 6.242 Å, α = γ = 90°, β = 106.93° છે, અને વોલ્યુમ 684 Å3 છે. આ પરિણામો Su et al.20 દ્વારા અહેવાલ કરાયેલા અગાઉના અભ્યાસ સાથે સુસંગત છે.
નિકલ સલ્ફેટ સ્ફટિકોના એક્સ-રે વિવર્તન પેટર્ન: (a–b) 0.5%, (c–d) 1%, (e–f) 1.5%, અને (g–h) 2% બીજ ગુણોત્તર. જમણી છબી ડાબી છબીનું વિસ્તૃત દૃશ્ય છે.
આકૃતિઓ 6b, d, f અને h માં બતાવ્યા પ્રમાણે, દ્રાવણમાં એમોનિયમ સાંદ્રતાની મહત્તમ મર્યાદા 2.5 g/L છે, જેમાં વધારાનું મીઠું બનાવ્યા વિના એમોનિયમ સાંદ્રતા હોય છે. જ્યારે અશુદ્ધિની સાંદ્રતા 3.75 અને 5 g/L હોય છે, ત્યારે NH4+ આયનો સ્ફટિક માળખામાં સમાવિષ્ટ થાય છે જેથી જટિલ મીઠું (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O બને છે. માહિતી અનુસાર, જટિલ મીઠાની ટોચની તીવ્રતા વધે છે કારણ કે અશુદ્ધિની સાંદ્રતા 3.75 થી 5 g/L થાય છે, ખાસ કરીને 2θ 16.47° અને 17.44° પર. જટિલ મીઠાની ટોચમાં વધારો ફક્ત રાસાયણિક સંતુલનના સિદ્ધાંતને કારણે છે. જો કે, 2θ 16.47° પર કેટલાક અસામાન્ય શિખરો જોવા મળે છે, જે સ્ફટિકના સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિને આભારી હોઈ શકે છે. 21 લાક્ષણિકતા પરિણામો એ પણ દર્શાવે છે કે ઉચ્ચ બીજ ગુણોત્તર જટિલ મીઠાની ટોચની તીવ્રતામાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે. બીજનો ગુણોત્તર વધારે હોવાથી સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા ઝડપી બને છે, જેના કારણે દ્રાવ્યમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે. આ કિસ્સામાં, સ્ફટિક વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા બીજ પર કેન્દ્રિત થાય છે, અને દ્રાવણના અતિસંતૃપ્તિમાં ઘટાડો થવાથી નવા તબક્કાઓનું નિર્માણ અવરોધાય છે. તેનાથી વિપરીત, જ્યારે બીજનો ગુણોત્તર ઓછો હોય છે, ત્યારે સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા ધીમી હોય છે, અને દ્રાવણનું અતિસંતૃપ્તિ પ્રમાણમાં ઊંચા સ્તરે રહે છે. આ પરિસ્થિતિ ઓછા દ્રાવ્ય ડબલ મીઠા (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O) ના ન્યુક્લિયેશનની સંભાવના વધારે છે. ડબલ મીઠા માટે ટોચની તીવ્રતાનો ડેટા કોષ્ટક 3 માં આપવામાં આવ્યો છે.
NH4+ આયનોની હાજરીને કારણે યજમાન જાળીમાં કોઈપણ વિકૃતિ અથવા માળખાકીય ફેરફારોની તપાસ કરવા માટે FTIR લાક્ષણિકતા કરવામાં આવી હતી. 2% ના સતત બીજ ગુણોત્તરવાળા નમૂનાઓનું લાક્ષણિકતા આપવામાં આવી હતી. આકૃતિ 7 FTIR લાક્ષણિકતા પરિણામો દર્શાવે છે. 3444, 3257 અને 1647 cm−1 પર જોવા મળેલા પહોળા શિખરો અણુઓના O–H સ્ટ્રેચિંગ મોડ્સને કારણે છે. 2370 અને 2078 cm−1 પરના શિખરો પાણીના અણુઓ વચ્ચેના આંતરઆણ્વિક હાઇડ્રોજન બોન્ડનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. 412 cm−1 પરનો બેન્ડ Ni–O સ્ટ્રેચિંગ વાઇબ્રેશનને આભારી છે. વધુમાં, મુક્ત SO4− આયનો 450 (υ2), 630 (υ4), 986 (υ1) અને 1143 અને 1100 cm−1 (υ3) પર ચાર મુખ્ય વાઇબ્રેશન મોડ્સ દર્શાવે છે. υ1-υ4 પ્રતીકો વાઇબ્રેશનલ મોડ્સના ગુણધર્મો દર્શાવે છે, જ્યાં υ1 નોન-ડિજનરેટ મોડ (સપ્રમાણ સ્ટ્રેચિંગ) દર્શાવે છે, υ2 ડબલ ડિજનરેટ મોડ (સપ્રમાણ બેન્ડિંગ) દર્શાવે છે, અને υ3 અને υ4 ટ્રિપલ ડિજનરેટ મોડ્સ (અસમપ્રમાણ સ્ટ્રેચિંગ અને અસમપ્રમાણ બેન્ડિંગ, અનુક્રમે) દર્શાવે છે. 22,23,24 લાક્ષણિકતા પરિણામો દર્શાવે છે કે એમોનિયમ અશુદ્ધિઓની હાજરી 1143 cm-1 (આકૃતિમાં લાલ વર્તુળ સાથે ચિહ્નિત) ના તરંગ ક્રમાંક પર વધારાની ટોચ આપે છે. 1143 cm-1 પર વધારાની ટોચ સૂચવે છે કે NH4+ આયનોની હાજરી, સાંદ્રતાને ધ્યાનમાં લીધા વિના, જાળીની રચનામાં વિકૃતિનું કારણ બને છે, જે સ્ફટિકની અંદર સલ્ફેટ આયન પરમાણુઓની કંપન આવર્તનમાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે.
સ્ફટિક વૃદ્ધિ અને સક્રિયકરણ ઊર્જાના ગતિશીલ વર્તન સંબંધિત XRD અને FTIR પરિણામોના આધારે, આકૃતિ 8 નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટની સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયાની યોજના દર્શાવે છે જેમાં NH4+ અશુદ્ધિઓનો ઉમેરો થાય છે. અશુદ્ધિઓની ગેરહાજરીમાં, Ni2+ આયનો H2O સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને નિકલ હાઇડ્રેટ [Ni(6H2O)]2− બનાવે છે. પછી, નિકલ હાઇડ્રેટ સ્વયંભૂ SO42− આયનો સાથે જોડાય છે જેથી Ni(SO4)2 6H2O ન્યુક્લી બને છે અને નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટ સ્ફટિકોમાં વૃદ્ધિ પામે છે. જ્યારે દ્રાવણમાં એમોનિયમ અશુદ્ધિઓની ઓછી સાંદ્રતા (2.5 g/L અથવા ઓછી) ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે [Ni(6H2O)]2− ને SO42− આયનો સાથે સંપૂર્ણપણે જોડવું મુશ્કેલ છે કારણ કે [Ni(6H2O)]2− અને NH4+ આયનો SO42− આયનો સાથે સંયોજન માટે સ્પર્ધા કરે છે, જોકે હજુ પણ બંને આયનો સાથે પ્રતિક્રિયા આપવા માટે પૂરતા સલ્ફેટ આયનો છે. આ પરિસ્થિતિ સ્ફટિકીકરણની સક્રિયકરણ ઊર્જામાં વધારો અને સ્ફટિક વૃદ્ધિમાં મંદી તરફ દોરી જાય છે. ૧૪,૨૫ નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટ ન્યુક્લી રચાય છે અને સ્ફટિકોમાં વિકસ્યા પછી, બહુવિધ NH4+ અને (NH4)2SO4 આયનો સ્ફટિક સપાટી પર શોષાય છે. આ સમજાવે છે કે NSH-8 અને NSH-12 નમૂનાઓમાં SO4− આયન (તરંગ સંખ્યા 1143 cm−1) નું કાર્યાત્મક જૂથ ડોપિંગ પ્રક્રિયા વિના શા માટે રચાય છે. જ્યારે અશુદ્ધિની સાંદ્રતા વધારે હોય છે, ત્યારે NH4+ આયનો સ્ફટિક માળખામાં સમાવિષ્ટ થવાનું શરૂ કરે છે, જે ડબલ ક્ષાર બનાવે છે. ૧૬ આ ઘટના દ્રાવણમાં SO42− આયનોની અછતને કારણે થાય છે, અને SO42− આયનો એમોનિયમ આયન કરતાં નિકલ હાઇડ્રેટ્સ સાથે ઝડપથી જોડાય છે. આ પદ્ધતિ ડબલ ક્ષારના ન્યુક્લીએશન અને વૃદ્ધિને પ્રોત્સાહન આપે છે. એલોયિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન, Ni(SO4)2 6H2O અને (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O ન્યુક્લી એકસાથે રચાય છે, જે પ્રાપ્ત ન્યુક્લીની સંખ્યામાં વધારો તરફ દોરી જાય છે. ન્યુક્લીની સંખ્યામાં વધારો સ્ફટિક વૃદ્ધિના પ્રવેગ અને સક્રિયકરણ ઊર્જામાં ઘટાડોને પ્રોત્સાહન આપે છે.
પાણીમાં નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટ ઓગાળીને, થોડી માત્રામાં અને મોટી માત્રામાં એમોનિયમ સલ્ફેટ ઉમેરવાની અને પછી સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા હાથ ધરવાની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા નીચે મુજબ વ્યક્ત કરી શકાય છે:
SEM લાક્ષણિકતાના પરિણામો આકૃતિ 9 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. લાક્ષણિકતાના પરિણામો દર્શાવે છે કે ઉમેરવામાં આવેલા એમોનિયમ મીઠાની માત્રા અને બીજ ગુણોત્તર સ્ફટિકના આકારને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરતા નથી. રચાયેલા સ્ફટિકોનું કદ પ્રમાણમાં સ્થિર રહે છે, જોકે કેટલાક બિંદુઓ પર મોટા સ્ફટિકો દેખાય છે. જો કે, રચાયેલા સ્ફટિકોના સરેરાશ કદ પર એમોનિયમ મીઠાની સાંદ્રતા અને બીજ ગુણોત્તરની અસર નક્કી કરવા માટે હજુ પણ વધુ લાક્ષણિકતાની જરૂર છે.
NiSO4 6H2O નું સ્ફટિક આકારવિજ્ઞાન: (a–e) 0.5%, (f–j) 1%, (h–o) 1.5% અને (p–u) 2% બીજ ગુણોત્તર ઉપરથી નીચે સુધી NH4+ સાંદ્રતામાં ફેરફાર દર્શાવે છે, જે અનુક્રમે 0, 1.25, 2.5, 3.75 અને 5 g/L છે.
આકૃતિ 10a વિવિધ અશુદ્ધતા સાંદ્રતાવાળા સ્ફટિકોના TGA વળાંકો દર્શાવે છે. TGA વિશ્લેષણ 2% ના બીજ ગુણોત્તર સાથે નમૂનાઓ પર કરવામાં આવ્યું હતું. રચાયેલા સંયોજનો નક્કી કરવા માટે NSH-20 નમૂના પર XRD વિશ્લેષણ પણ કરવામાં આવ્યું હતું. આકૃતિ 10b માં બતાવેલ XRD પરિણામો સ્ફટિક માળખામાં ફેરફારોની પુષ્ટિ કરે છે. થર્મોગ્રેવિમેટ્રિક માપ દર્શાવે છે કે બધા સંશ્લેષિત સ્ફટિકો 80°C સુધી થર્મલ સ્થિરતા દર્શાવે છે. ત્યારબાદ, તાપમાન 200°C સુધી વધ્યું ત્યારે સ્ફટિકનું વજન 35% ઘટ્યું. સ્ફટિકોનું વજન ઘટાડવું વિઘટન પ્રક્રિયાને કારણે થાય છે, જેમાં NiSO4H2O બનાવવા માટે 5 પાણીના અણુઓનું નુકસાન શામેલ છે. જ્યારે તાપમાન 300-400°C સુધી વધ્યું, ત્યારે સ્ફટિકોનું વજન ફરીથી ઘટ્યું. સ્ફટિકોનું વજન ઘટાડવું લગભગ 6.5% હતું, જ્યારે NSH-20 સ્ફટિક નમૂનાનું વજન ઘટાડવું થોડું વધારે હતું, બરાબર 6.65%. NSH-20 નમૂનામાં NH4+ આયનોનું NH3 ગેસમાં વિઘટન થવાથી થોડી વધુ ઘટાડો થયો. તાપમાન 300 થી 400°C સુધી વધ્યું તેમ, સ્ફટિકોનું વજન ઘટ્યું, જેના પરિણામે બધા સ્ફટિકોમાં NiSO4 માળખું બન્યું. તાપમાન 700°C થી 800°C સુધી વધારવાથી સ્ફટિક માળખું NiO માં રૂપાંતરિત થયું, જેના કારણે SO2 અને O2 વાયુઓ મુક્ત થયા.25,26
નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટ સ્ફટિકોની શુદ્ધતા DC-Arc ICP-MS સાધનનો ઉપયોગ કરીને NH4+ સાંદ્રતાનું મૂલ્યાંકન કરીને નક્કી કરવામાં આવી હતી. નિકલ સલ્ફેટ સ્ફટિકોની શુદ્ધતા સૂત્ર (5) નો ઉપયોગ કરીને નક્કી કરવામાં આવી હતી.
જ્યાં Ma એ સ્ફટિકમાં અશુદ્ધિઓનું દળ (mg) છે, Mo એ સ્ફટિકનું દળ (mg) છે, Ca એ દ્રાવણમાં અશુદ્ધિઓનું સાંદ્રતા (mg/l) છે, V એ દ્રાવણનું કદ (l) છે.
આકૃતિ 11 નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટ સ્ફટિકોની શુદ્ધતા દર્શાવે છે. શુદ્ધતા મૂલ્ય એ 3 લાક્ષણિકતાઓનું સરેરાશ મૂલ્ય છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે બીજનો ગુણોત્તર અને અશુદ્ધિની સાંદ્રતા રચાયેલા નિકલ સલ્ફેટ સ્ફટિકોની શુદ્ધતાને સીધી અસર કરે છે. અશુદ્ધિની સાંદ્રતા જેટલી વધારે હશે, અશુદ્ધિઓનું શોષણ વધુ હશે, જેના પરિણામે રચાયેલા સ્ફટિકોની શુદ્ધતા ઓછી થશે. જો કે, અશુદ્ધિઓના શોષણની પેટર્ન અશુદ્ધિની સાંદ્રતાના આધારે બદલાઈ શકે છે, અને પરિણામ ગ્રાફ દર્શાવે છે કે સ્ફટિકો દ્વારા અશુદ્ધિઓનું એકંદર શોષણ નોંધપાત્ર રીતે બદલાતું નથી. વધુમાં, આ પરિણામો એ પણ દર્શાવે છે કે ઉચ્ચ બીજનો ગુણોત્તર સ્ફટિકોની શુદ્ધતામાં સુધારો કરી શકે છે. આ ઘટના શક્ય છે કારણ કે જ્યારે મોટાભાગના રચાયેલા સ્ફટિક ન્યુક્લી નિકલ ન્યુક્લી પર કેન્દ્રિત હોય છે, ત્યારે નિકલ પર નિકલ આયનોના સંચયની સંભાવના વધારે હોય છે. 27
અભ્યાસમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે એમોનિયમ આયનો (NH4+) નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટ સ્ફટિકોના સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા અને સ્ફટિકીય ગુણધર્મોને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરે છે, અને સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા પર બીજ ગુણોત્તરનો પ્રભાવ પણ જાહેર કરે છે.
2.5 ગ્રામ/લિટરથી ઉપર એમોનિયમ સાંદ્રતા પર, સ્ફટિક ઉપજ અને સ્ફટિક વૃદ્ધિ દર ઘટે છે. 2.5 ગ્રામ/લિટરથી ઉપર એમોનિયમ સાંદ્રતા પર, સ્ફટિક ઉપજ અને સ્ફટિક વૃદ્ધિ દર વધે છે.
નિકલ દ્રાવણમાં અશુદ્ધિઓ ઉમેરવાથી SO42− માટે NH4+ અને [Ni(6H2O)]2− આયનો વચ્ચે સ્પર્ધા વધે છે, જેના કારણે સક્રિયકરણ ઊર્જામાં વધારો થાય છે. અશુદ્ધિઓની ઊંચી સાંદ્રતા ઉમેર્યા પછી સક્રિયકરણ ઊર્જામાં ઘટાડો NH4+ આયનોના સ્ફટિક માળખામાં પ્રવેશને કારણે થાય છે, આમ ડબલ મીઠું (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O બને છે.
ઉચ્ચ બીજ ગુણોત્તરનો ઉપયોગ કરવાથી નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટની સ્ફટિક ઉપજ, સ્ફટિક વૃદ્ધિ દર અને સ્ફટિક શુદ્ધતામાં સુધારો થઈ શકે છે.
ડેમિરેલ, એચએસ, વગેરે. લેટેરાઇટ પ્રક્રિયા દરમિયાન બેટરી-ગ્રેડ નિકલ સલ્ફેટ હાઇડ્રેટનું એન્ટિસોલવન્ટ સ્ફટિકીકરણ. સપ્ટેમ્બર શુદ્ધિકરણ ટેકનોલોજી, 286, 120473. https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2022.120473 (2022).
સગુન્ટલા, પી. અને યાસોટા, પી. ઉચ્ચ તાપમાને નિકલ સલ્ફેટ સ્ફટિકોના ઓપ્ટિકલ એપ્લિકેશન્સ: ડોપેન્ટ્સ તરીકે ઉમેરાયેલા એમિનો એસિડ સાથે લાક્ષણિકતા અભ્યાસ. મેટર. ટુડે પ્રોક. 9, 669–673. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2018.10.391 (2019).
બાબાઅહમાદી, વી., વગેરે. ઘટાડેલા ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ પર પોલીઓલ-મધ્યસ્થી પ્રિન્ટિંગ સાથે કાપડની સપાટી પર નિકલ પેટર્નનું ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશન. જર્નલ ઓફ ફિઝિકલ એન્ડ કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ ઓફ કોલોઇડલ સરફેસ 703, 135203. https://doi.org/10.1016/J.COLSURFA.2024.135203 (2024).
ફ્રેઝર, જે., એન્ડરસન, જે., લાઝુએન, જે., વગેરે. "ઇલેક્ટ્રિક વાહન બેટરી માટે નિકલના પુરવઠાની ભવિષ્યની માંગ અને સુરક્ષા." યુરોપિયન યુનિયનનું પ્રકાશન કાર્યાલય; (2021). https://doi.org/10.2760/212807
હેન, બી., બોકમેન, ઓ., વિલ્સન, બી.પી., લુન્ડસ્ટ્રોમ, એમ. અને લુહી-કુલ્ટાનેન, એમ. ઠંડક સાથે બેચ સ્ફટિકીકરણ દ્વારા નિકલ સલ્ફેટનું શુદ્ધિકરણ. કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ ટેકનોલોજી 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/CEAT.201800695 (2019).
મા, વાય. વગેરે. લિથિયમ-આયન બેટરી સામગ્રી માટે ધાતુના ક્ષારના ઉત્પાદનમાં વરસાદ અને સ્ફટિકીકરણ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ: એક સમીક્ષા. ધાતુઓ. 10(12), 1-16. https://doi.org/10.3390/MET10121609 (2020).
માસાલોવ, વીએમ, વગેરે. સ્થિર-સ્થિતિ તાપમાન ઢાળ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટ (α-NiSO4.6H2O) સિંગલ સ્ફટિકોનો વિકાસ. ક્રિસ્ટલોગ્રાફી. 60(6), 963–969. https://doi.org/10.1134/S1063774515060206 (2015).
ચૌધરી, આરઆર અને અન્ય. α-નિકલ સલ્ફેટ હેક્સાહાઇડ્રેટ સ્ફટિકો: વૃદ્ધિની સ્થિતિ, સ્ફટિક રચના અને ગુણધર્મો વચ્ચેનો સંબંધ. JApCr. 52, 1371–1377. https://doi.org/10.1107/S1600576719013797FILE (2019).
હેન, બી., બોકમેન, ઓ., વિલ્સન, બી.પી., લુંડસ્ટ્રોમ, એમ. અને લુહી-કુલ્ટાનેન, એમ. બેચ-કૂલ્ડ સ્ફટિકીકરણ દ્વારા નિકલ સલ્ફેટનું શુદ્ધિકરણ. કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ ટેકનોલોજી 42(7), 1475–1480. https://doi.org/10.1002/ceat.201800695 (2019).