nature.com-এ আসার জন্য আপনাকে ধন্যবাদ। আপনি যে ব্রাউজার সংস্করণটি ব্যবহার করছেন, তাতে CSS-এর সমর্থন সীমিত। সর্বোত্তম অভিজ্ঞতার জন্য, আমরা আপনাকে ব্রাউজারের সর্বশেষ সংস্করণ ব্যবহার করার পরামর্শ দিচ্ছি (অথবা ইন্টারনেট এক্সপ্লোরারে কম্প্যাটিবিলিটি মোড বন্ধ করে দিন)। এছাড়াও, সাইটের নিরবচ্ছিন্ন সমর্থন নিশ্চিত করার জন্য, এই সাইটে কোনো স্টাইল বা জাভাস্ক্রিপ্ট অন্তর্ভুক্ত করা হবে না।
এই গবেষণায় অবিচ্ছিন্ন শীতলীকরণ স্ফটিকীকরণের অধীনে নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেটের বৃদ্ধি প্রক্রিয়া এবং কার্যকারিতার উপর NH4+ অপদ্রব্য এবং বীজ অনুপাতের প্রভাব অনুসন্ধান করা হয়েছে এবং নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেটের বৃদ্ধি প্রক্রিয়া, তাপীয় বৈশিষ্ট্য এবং কার্যকরী গ্রুপগুলির উপর NH4+ অপদ্রব্যের প্রভাব পরীক্ষা করা হয়েছে। কম অপদ্রব্য ঘনত্বের ক্ষেত্রে, Ni2+ এবং NH4+ আয়নগুলি SO42− এর সাথে সংযুক্ত হওয়ার জন্য প্রতিযোগিতা করে, যার ফলে স্ফটিকের ফলন ও বৃদ্ধির হার কমে যায় এবং স্ফটিকীকরণের সক্রিয়করণ শক্তি বেড়ে যায়। উচ্চ অপদ্রব্য ঘনত্বের ক্ষেত্রে, NH4+ আয়নগুলি স্ফটিক কাঠামোতে অন্তর্ভুক্ত হয়ে একটি জটিল লবণ (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O গঠন করে। এই জটিল লবণ গঠনের ফলে স্ফটিকের ফলন ও বৃদ্ধির হার বেড়ে যায় এবং স্ফটিকীকরণের সক্রিয়করণ শক্তি কমে যায়। উচ্চ এবং নিম্ন উভয় NH4+ আয়ন ঘনত্বের উপস্থিতি ল্যাটিস বিকৃতি ঘটায় এবং স্ফটিকগুলি ৮০ °C পর্যন্ত তাপমাত্রায় তাপীয়ভাবে স্থিতিশীল থাকে। এছাড়াও, স্ফটিক বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার উপর NH4+ অপদ্রব্যের প্রভাব বীজ অনুপাতের প্রভাবের চেয়ে বেশি। যখন অশুদ্ধির ঘনত্ব কম থাকে, তখন অশুদ্ধি সহজেই স্ফটিকের সাথে সংযুক্ত হয়; যখন ঘনত্ব বেশি থাকে, তখন অশুদ্ধি সহজেই স্ফটিকের মধ্যে অন্তর্ভুক্ত হয়। বীজের অনুপাত স্ফটিকের ফলন ব্যাপকভাবে বাড়াতে পারে এবং স্ফটিকের বিশুদ্ধতা সামান্য উন্নত করতে পারে।
নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেট (NiSO4 6H2O) এখন একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান যা ব্যাটারি উৎপাদন, ইলেক্ট্রোপ্লেটিং, অনুঘটক এবং এমনকি খাদ্য, তেল ও সুগন্ধি উৎপাদন সহ বিভিন্ন শিল্পে ব্যবহৃত হয়। ১,২,৩ বৈদ্যুতিক যানবাহনের দ্রুত বিকাশের সাথে এর গুরুত্ব বাড়ছে, যা নিকেল-ভিত্তিক লিথিয়াম-আয়ন (LiB) ব্যাটারির উপর ব্যাপকভাবে নির্ভরশীল। ২০৩০ সালের মধ্যে NCM 811-এর মতো উচ্চ-নিকেল সংকর ধাতুর ব্যবহার প্রাধান্য পাবে বলে আশা করা হচ্ছে, যা নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেটের চাহিদা আরও বাড়িয়ে দেবে। তবে, সম্পদের সীমাবদ্ধতার কারণে, উৎপাদন ক্রমবর্ধমান চাহিদার সাথে তাল মেলাতে না পারায় সরবরাহ ও চাহিদার মধ্যে একটি ব্যবধান তৈরি হচ্ছে। এই ঘাটতি সম্পদের প্রাপ্যতা এবং মূল্যের স্থিতিশীলতা নিয়ে উদ্বেগ বাড়িয়েছে, যা উচ্চ-বিশুদ্ধ, স্থিতিশীল ব্যাটারি-গ্রেড নিকেল সালফেটের দক্ষ উৎপাদনের প্রয়োজনীয়তা তুলে ধরেছে। ১,৪
নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেটের উৎপাদন সাধারণত কেলাসীকরণের মাধ্যমে সম্পন্ন করা হয়। বিভিন্ন পদ্ধতির মধ্যে, শীতলীকরণ পদ্ধতি একটি বহুল ব্যবহৃত পদ্ধতি, যার সুবিধা হলো কম শক্তি খরচ এবং উচ্চ-বিশুদ্ধ উপাদান উৎপাদন করার ক্ষমতা। ৫,৬ অবিচ্ছিন্ন শীতলীকরণ কেলাসীকরণ ব্যবহার করে নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেটের কেলাসীকরণের উপর গবেষণায় উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি হয়েছে। বর্তমানে, বেশিরভাগ গবেষণা তাপমাত্রা, শীতলীকরণের হার, বীজের আকার এবং pH-এর মতো প্যারামিটারগুলো অপ্টিমাইজ করে কেলাসীকরণ প্রক্রিয়া উন্নত করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে। ৭,৮,৯ এর লক্ষ্য হলো কেলাস উৎপাদন বৃদ্ধি করা এবং প্রাপ্ত কেলাসগুলোর বিশুদ্ধতা বাড়ানো। তবে, এই প্যারামিটারগুলোর ব্যাপক অধ্যয়ন সত্ত্বেও, কেলাসীকরণের ফলাফলের উপর অপদ্রব্য, বিশেষ করে অ্যামোনিয়াম (NH4+)-এর প্রভাবের প্রতি মনোযোগের ক্ষেত্রে এখনও একটি বড় ঘাটতি রয়েছে।
নিষ্কাশন প্রক্রিয়ার সময় অ্যামোনিয়াম অপদ্রব্যের উপস্থিতির কারণে নিকেল স্ফটিকীকরণের জন্য ব্যবহৃত নিকেল দ্রবণে অ্যামোনিয়াম অপদ্রব্য থাকার সম্ভাবনা থাকে। অ্যামোনিয়া সাধারণত একটি সাবানীকরণকারী পদার্থ (saponifying agent) হিসাবে ব্যবহৃত হয়, যা নিকেল দ্রবণে সামান্য পরিমাণে NH4+ রেখে যায়। 10,11,12 অ্যামোনিয়াম অপদ্রব্যের সর্বব্যাপী উপস্থিতি সত্ত্বেও, স্ফটিকের গঠন, বৃদ্ধির প্রক্রিয়া, তাপীয় বৈশিষ্ট্য, বিশুদ্ধতা ইত্যাদির মতো স্ফটিকের বৈশিষ্ট্যগুলির উপর তাদের প্রভাব সম্পর্কে খুব কমই জানা গেছে। তাদের প্রভাবের উপর সীমিত গবেষণা গুরুত্বপূর্ণ কারণ অপদ্রব্য স্ফটিকের বৃদ্ধিকে বাধাগ্রস্ত বা পরিবর্তন করতে পারে এবং কিছু ক্ষেত্রে, প্রতিবন্ধক (inhibitor) হিসাবে কাজ করে, যা অস্থায়ী (metastable) এবং স্থিতিশীল (stable) স্ফটিক রূপের মধ্যে রূপান্তরকে প্রভাবিত করে। 13,14 তাই শিল্পগত দৃষ্টিকোণ থেকে এই প্রভাবগুলি বোঝা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ কারণ অপদ্রব্য পণ্যের গুণমানকে ক্ষতিগ্রস্ত করতে পারে।
একটি নির্দিষ্ট প্রশ্নের উপর ভিত্তি করে, এই গবেষণার লক্ষ্য ছিল নিকেল স্ফটিকের বৈশিষ্ট্যের উপর অ্যামোনিয়াম অপদ্রব্যের প্রভাব অনুসন্ধান করা। অপদ্রব্যের প্রভাব বোঝার মাধ্যমে, তাদের নেতিবাচক প্রভাব নিয়ন্ত্রণ ও হ্রাস করার জন্য নতুন পদ্ধতি তৈরি করা যেতে পারে। এই গবেষণায় অপদ্রব্যের ঘনত্ব এবং সীড অনুপাতের পরিবর্তনের মধ্যে পারস্পরিক সম্পর্কও অনুসন্ধান করা হয়েছে। যেহেতু উৎপাদন প্রক্রিয়ায় সীড ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, তাই এই গবেষণায় সীড প্যারামিটার ব্যবহার করা হয়েছে, এবং এই দুটি উপাদানের মধ্যে সম্পর্ক বোঝা অপরিহার্য। এই দুটি প্যারামিটারের প্রভাব ব্যবহার করে স্ফটিকের ফলন, স্ফটিক বৃদ্ধির প্রক্রিয়া, স্ফটিকের গঠন, রূপ এবং বিশুদ্ধতা অধ্যয়ন করা হয়েছে। এছাড়াও, শুধুমাত্র NH4+ অপদ্রব্যের প্রভাবে স্ফটিকের গতিগত আচরণ, তাপীয় বৈশিষ্ট্য এবং কার্যকরী গ্রুপগুলি আরও অনুসন্ধান করা হয়েছে।
এই গবেষণায় ব্যবহৃত উপাদানগুলো হলো: GEM কর্তৃক সরবরাহকৃত নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেট (NiSO₄·6H₂O, ≥ ৯৯.৮%), তিয়ানজিন হুয়াশেং কোং, লিমিটেড থেকে ক্রয়কৃত অ্যামোনিয়াম সালফেট ((NH₄)₂SO₄, ≥ ৯৯%) এবং পাতিত জল। ব্যবহৃত বীজ স্ফটিকটি ছিল NiSO₄·6H₂O, যা চূর্ণ করে এবং চেলে ০.১৫৪ মিমি-এর একটি সুষম কণার আকার দেওয়া হয়েছিল। NiSO₄·6H₂O-এর বৈশিষ্ট্যগুলো সারণি ১ এবং চিত্র ১-এ দেখানো হয়েছে।
সবিরাম শীতলীকরণ পদ্ধতি ব্যবহার করে নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেটের কেলাসীকরণের উপর NH4+ অপদ্রব্য এবং বীজ অনুপাতের প্রভাব অনুসন্ধান করা হয়েছিল। সমস্ত পরীক্ষা ২৫ °C প্রাথমিক তাপমাত্রায় পরিচালিত হয়েছিল। পরিস্রাবণের সময় তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের সীমাবদ্ধতা বিবেচনা করে কেলাসীকরণের তাপমাত্রা হিসেবে ২৫ °C নির্বাচন করা হয়েছিল। নিম্ন-তাপমাত্রার বুখনার ফানেল ব্যবহার করে গরম দ্রবণ পরিস্রাবণের সময় তাপমাত্রার আকস্মিক ওঠানামার মাধ্যমে কেলাসীকরণ ঘটানো যেতে পারে। এই প্রক্রিয়াটি গতিবিদ্যা, অপদ্রব্য শোষণ এবং বিভিন্ন কেলাস বৈশিষ্ট্যকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করতে পারে।
প্রথমে ২০০ মিলি পাতিত জলে ২২৪ গ্রাম NiSO4 6H2O দ্রবীভূত করে নিকেল দ্রবণটি প্রস্তুত করা হয়েছিল। নির্বাচিত ঘনত্বটি ১.১০৯ অতিসম্পৃক্তি (S) এর সমতুল্য। ২৫ °C তাপমাত্রায় দ্রবীভূত নিকেল সালফেট স্ফটিকের দ্রবণীয়তার সাথে নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেটের দ্রবণীয়তার তুলনা করে অতিসম্পৃক্তি নির্ধারণ করা হয়েছিল। তাপমাত্রা কমিয়ে প্রাথমিক অবস্থায় আনার সময় স্বতঃস্ফূর্ত স্ফটিকীকরণ রোধ করার জন্য নিম্নতর অতিসম্পৃক্তি নির্বাচন করা হয়েছিল।
নিকেল দ্রবণে (NH4)2SO4 যোগ করে কেলাসীকরণ প্রক্রিয়ার উপর NH4+ আয়নের ঘনত্বের প্রভাব অনুসন্ধান করা হয়েছিল। এই গবেষণায় ব্যবহৃত NH4+ আয়নের ঘনত্বগুলো ছিল ০, ১.২৫, ২.৫, ৩.৭৫ এবং ৫ গ্রাম/লিটার। সুষম মিশ্রণ নিশ্চিত করার জন্য দ্রবণটিকে ৩০০ আরপিএম গতিতে নাড়াচাড়া করার সময় ৬০ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় ৩০ মিনিট ধরে উত্তপ্ত করা হয়েছিল। এরপর দ্রবণটিকে কাঙ্ক্ষিত বিক্রিয়া তাপমাত্রায় ঠান্ডা করা হয়। তাপমাত্রা ২৫ ডিগ্রি সেলসিয়াসে পৌঁছালে, দ্রবণে বিভিন্ন পরিমাণে বীজ কেলাস (বীজের অনুপাত ০.৫%, ১%, ১.৫% এবং ২%) যোগ করা হয়েছিল। দ্রবণে থাকা NiSO4 6H2O-এর ওজনের সাথে বীজের ওজন তুলনা করে বীজের অনুপাত নির্ধারণ করা হয়েছিল।
দ্রবণে বীজ স্ফটিক যোগ করার পর, স্ফটিকীকরণ প্রক্রিয়াটি স্বাভাবিকভাবে ঘটেছিল। স্ফটিকীকরণ প্রক্রিয়াটি ৩০ মিনিট ধরে চলেছিল। দ্রবণ থেকে জমা হওয়া স্ফটিকগুলোকে আরও পৃথক করার জন্য একটি ফিল্টার প্রেস ব্যবহার করে দ্রবণটি ফিল্টার করা হয়েছিল। পরিস্রাবণ প্রক্রিয়া চলাকালীন, পুনঃস্ফটিকীকরণের সম্ভাবনা কমাতে এবং দ্রবণের অপদ্রব্যের স্ফটিকের পৃষ্ঠে লেগে যাওয়া কমাতে স্ফটিকগুলোকে নিয়মিত ইথানল দিয়ে ধোয়া হয়েছিল। স্ফটিকগুলো ধোয়ার জন্য ইথানল বেছে নেওয়া হয়েছিল কারণ স্ফটিকগুলো ইথানলে অদ্রবণীয়। ফিল্টার করা স্ফটিকগুলোকে ৫০ °C তাপমাত্রায় একটি ল্যাবরেটরি ইনকিউবেটরে রাখা হয়েছিল। এই গবেষণায় ব্যবহৃত বিস্তারিত পরীক্ষামূলক পরামিতিগুলো সারণি ২-এ দেখানো হয়েছে।
একটি XRD যন্ত্র (SmartLab SE—HyPix-400) ব্যবহার করে স্ফটিকের গঠন নির্ণয় করা হয়েছিল এবং NH4+ যৌগের উপস্থিতি শনাক্ত করা হয়েছিল। স্ফটিকের আকারবিদ্যা বিশ্লেষণের জন্য SEM চারিত্র্যায়ন (Apreo 2 HiVac) করা হয়েছিল। একটি TGA যন্ত্র (TG-209-F1 Libra) ব্যবহার করে স্ফটিকগুলির তাপীয় বৈশিষ্ট্য নির্ণয় করা হয়েছিল। FTIR (JASCO-FT/IR-4X) দ্বারা কার্যকরী গ্রুপগুলি বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। একটি ICP-MS যন্ত্র (Prodigy DC Arc) ব্যবহার করে নমুনার বিশুদ্ধতা নির্ণয় করা হয়েছিল। ১০০ মিলি পাতিত জলে ০.৫ গ্রাম স্ফটিক দ্রবীভূত করে নমুনাটি প্রস্তুত করা হয়েছিল। সূত্র (১) অনুসারে, উৎপন্ন স্ফটিকের ভরকে উৎপন্ন স্ফটিকের ভর দ্বারা ভাগ করে স্ফটিকায়ন ফলন (x) গণনা করা হয়েছিল।
যেখানে x হলো ক্রিস্টালের ফলন, যার মান ০ থেকে ১ পর্যন্ত হতে পারে, mout হলো উৎপাদিত ক্রিস্টালের ওজন (গ্রাম), min হলো প্রদত্ত ক্রিস্টালের ওজন (গ্রাম), msol হলো দ্রবণে থাকা ক্রিস্টালের ওজন, এবং mseed হলো বীজ ক্রিস্টালের ওজন।
স্ফটিক বৃদ্ধির গতিবিদ্যা নির্ধারণ করতে এবং সক্রিয়করণ শক্তির মান অনুমান করার জন্য স্ফটিকীকরণের ফলন আরও তদন্ত করা হয়েছিল। এই গবেষণাটি ২% বীজ বপন অনুপাত এবং পূর্বের মতোই একই পরীক্ষামূলক পদ্ধতি ব্যবহার করে করা হয়েছিল। বিভিন্ন স্ফটিকীকরণের সময় (১০, ২০, ৩০, এবং ৪০ মিনিট) এবং প্রাথমিক তাপমাত্রায় (২৫, ৩০, ৩৫, এবং ৪০ °C) স্ফটিকের ফলন মূল্যায়ন করে সমতাপীয় স্ফটিকীকরণ গতিবিদ্যার পরামিতিগুলি নির্ধারণ করা হয়েছিল। প্রাথমিক তাপমাত্রায় নির্বাচিত ঘনত্বগুলি যথাক্রমে ১.১০৯, ১.০৫২, ১, এবং ০.৯৫৩ অতি-সম্পৃক্তি (S) মানের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ ছিল। দ্রবীভূত নিকেল সালফেট স্ফটিকের দ্রবণীয়তার সাথে প্রাথমিক তাপমাত্রায় নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেটের দ্রবণীয়তার তুলনা করে অতি-সম্পৃক্তির মান নির্ধারণ করা হয়েছিল। এই গবেষণায়, কোনো অপদ্রব্য ছাড়া বিভিন্ন তাপমাত্রায় ২০০ মিলি জলে NiSO4 6H2O-এর দ্রবণীয়তা চিত্র ২-এ দেখানো হয়েছে।
সমতাপীয় কেলাসায়ন আচরণ বিশ্লেষণ করার জন্য জনসন-মেইল-আভ্রামি (জেএমএ তত্ত্ব) ব্যবহার করা হয়। জেএমএ তত্ত্বটি বেছে নেওয়া হয় কারণ দ্রবণে বীজ কেলাস যোগ না করা পর্যন্ত কেলাসায়ন প্রক্রিয়াটি ঘটে না। জেএমএ তত্ত্বটি নিম্নরূপে বর্ণনা করা হলো:
যেখানে x(t) হলো t সময়ে রূপান্তর, k হলো রূপান্তর হার ধ্রুবক, t হলো রূপান্তরের সময়, এবং n হলো আভ্রামি সূচক। সূত্র 3, সূত্র (2) থেকে উদ্ভূত। স্ফটিকীকরণের সক্রিয়করণ শক্তি আরহেনিয়াস সমীকরণ ব্যবহার করে নির্ধারিত হয়:
যেখানে kg হলো বিক্রিয়ার হার ধ্রুবক, k0 একটি ধ্রুবক, Eg হলো স্ফটিক বৃদ্ধির সক্রিয়করণ শক্তি, R হলো মোলার গ্যাস ধ্রুবক (R=8.314 J/mol K), এবং T হলো সমতাপীয় স্ফটিকীকরণ তাপমাত্রা (K)।
চিত্র 3a দেখায় যে সিডিং অনুপাত এবং ডোপ্যান্টের ঘনত্ব নিকেল স্ফটিকের ফলনের উপর প্রভাব ফেলে। যখন দ্রবণে ডোপ্যান্টের ঘনত্ব 2.5 g/L পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়, তখন স্ফটিকের ফলন 7.77% থেকে 6.48% (সিডিং অনুপাত 0.5%) এবং 10.89% থেকে 10.32% (সিডিং অনুপাত 2%) হ্রাস পায়। ডোপ্যান্টের ঘনত্ব আরও বৃদ্ধির ফলে স্ফটিকের ফলনও আনুপাতিকভাবে বৃদ্ধি পায়। সর্বোচ্চ ফলন 17.98% এ পৌঁছেছিল যখন সিডিং অনুপাত 2% এবং ডোপ্যান্টের ঘনত্ব 5 g/L ছিল। ডোপ্যান্টের ঘনত্ব বৃদ্ধির সাথে স্ফটিক ফলনের ধরনে এই পরিবর্তন স্ফটিক বৃদ্ধির কৌশলের পরিবর্তনের সাথে সম্পর্কিত হতে পারে। যখন ডোপ্যান্টের ঘনত্ব কম থাকে, তখন Ni2+ এবং NH4+ আয়ন SO42− এর সাথে বন্ধন তৈরির জন্য প্রতিযোগিতা করে, যার ফলে দ্রবণে নিকেলের দ্রবণীয়তা বৃদ্ধি পায় এবং স্ফটিকের ফলন হ্রাস পায়। ১৪ যখন অশুদ্ধির ঘনত্ব বেশি থাকে, তখনও প্রতিযোগিতামূলক প্রক্রিয়াটি ঘটে, কিন্তু কিছু NH4+ আয়ন নিকেল এবং সালফেট আয়নের সাথে সংযুক্ত হয়ে নিকেল অ্যামোনিয়াম সালফেটের একটি দ্বৈত লবণ তৈরি করে। ১৬ দ্বৈত লবণ গঠনের ফলে দ্রাব্যের দ্রাব্যতা কমে যায়, যার ফলে স্ফটিকের ফলন বৃদ্ধি পায়। সিডিং অনুপাত বৃদ্ধি করলে স্ফটিকের ফলন ক্রমাগত উন্নত করা যায়। বীজগুলো দ্রাব্য আয়নগুলোকে সংগঠিত হয়ে স্ফটিক গঠনের জন্য একটি প্রাথমিক পৃষ্ঠতল সরবরাহ করে নিউক্লিয়েশন প্রক্রিয়া এবং স্বতঃস্ফূর্ত স্ফটিক বৃদ্ধি শুরু করতে পারে। সিডিং অনুপাত বাড়ার সাথে সাথে আয়নগুলোর সংগঠিত হওয়ার জন্য প্রাথমিক পৃষ্ঠতল বৃদ্ধি পায়, ফলে আরও বেশি স্ফটিক তৈরি হতে পারে। অতএব, সিডিং অনুপাত বৃদ্ধি স্ফটিক বৃদ্ধির হার এবং স্ফটিকের ফলনের উপর সরাসরি প্রভাব ফেলে। ১৭
NiSO4 6H2O-এর পরামিতি: (ক) স্ফটিকের ফলন এবং (খ) ইনোকুলেশনের আগে ও পরে নিকেল দ্রবণের pH।
চিত্র 3b দেখায় যে, সীড যোগ করার আগে ও পরে সীড অনুপাত এবং ডোপ্যান্টের ঘনত্ব নিকেল দ্রবণের pH-কে প্রভাবিত করে। দ্রবণের pH পর্যবেক্ষণের উদ্দেশ্য হলো দ্রবণের রাসায়নিক সাম্যাবস্থার পরিবর্তন বোঝা। সীড ক্রিস্টাল যোগ করার আগে, NH4+ আয়নের উপস্থিতির কারণে দ্রবণের pH হ্রাস পাওয়ার প্রবণতা দেখা যায়, কারণ এই আয়নগুলো H+ প্রোটন ত্যাগ করে। ডোপ্যান্টের ঘনত্ব বাড়ালে আরও বেশি H+ প্রোটন নির্গত হয়, যার ফলে দ্রবণের pH কমে যায়। সীড ক্রিস্টাল যোগ করার পরে, সমস্ত দ্রবণের pH বৃদ্ধি পায়। pH-এর এই প্রবণতা ক্রিস্টাল উৎপাদনের প্রবণতার সাথে ধনাত্মকভাবে সম্পর্কিত। সর্বনিম্ন pH মান পাওয়া গিয়েছিল 2.5 g/L ডোপ্যান্টের ঘনত্বে এবং 0.5% সীড অনুপাতে। ডোপ্যান্টের ঘনত্ব 5 g/L পর্যন্ত বাড়লে দ্রবণের pH বৃদ্ধি পায়। এই ঘটনাটি বেশ বোধগম্য, কারণ দ্রবণে NH4+ আয়নের প্রাপ্যতা কমে যায়, হয় শোষণের কারণে, অথবা ক্রিস্টাল দ্বারা NH4+ আয়নের অন্তর্ভুক্তির কারণে, অথবা শোষণ ও অন্তর্ভুক্তি উভয় কারণেই।
স্ফটিক বৃদ্ধির গতিবিদ্যাগত আচরণ নির্ধারণ করতে এবং স্ফটিক বৃদ্ধির সক্রিয়করণ শক্তি গণনা করার জন্য স্ফটিক ফলন পরীক্ষা ও বিশ্লেষণ আরও পরিচালিত হয়েছিল। সমতাপীয় স্ফটিকীকরণ গতিবিদ্যার পরামিতিগুলি পদ্ধতি বিভাগে ব্যাখ্যা করা হয়েছে। চিত্র ৪ জনসন-মেল-আভ্রামি (JMA) প্লট দেখায় যা নিকেল সালফেট স্ফটিক বৃদ্ধির গতিবিদ্যাগত আচরণ প্রদর্শন করে। প্লটটি ln[− ln(1− x(t))] মানকে ln t মানের বিপরীতে স্থাপন করে তৈরি করা হয়েছিল (সমীকরণ ৩)। প্লট থেকে প্রাপ্ত গ্রেডিয়েন্ট মানগুলি JMA সূচক (n) মানের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ, যা ক্রমবর্ধমান স্ফটিকের মাত্রা এবং বৃদ্ধির প্রক্রিয়া নির্দেশ করে। অন্যদিকে, কাটঅফ মান বৃদ্ধির হার নির্দেশ করে, যা ধ্রুবক ln k দ্বারা প্রকাশ করা হয়। JMA সূচক (n) এর মান ০.৩৫ থেকে ০.৭৫ পর্যন্ত হয়ে থাকে। এই n মান নির্দেশ করে যে স্ফটিকগুলির এক-মাত্রিক বৃদ্ধি ঘটে এবং এটি একটি ব্যাপন-নিয়ন্ত্রিত বৃদ্ধির প্রক্রিয়া অনুসরণ করে; 0 < n < 1 এক-মাত্রিক বৃদ্ধি নির্দেশ করে, যেখানে n < 1 একটি ব্যাপন-নিয়ন্ত্রিত বৃদ্ধি প্রক্রিয়া নির্দেশ করে। 18 ধ্রুবক k-এর বৃদ্ধির হার তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে হ্রাস পায়, যা নির্দেশ করে যে নিম্ন তাপমাত্রায় স্ফটিকীকরণ প্রক্রিয়া দ্রুততর হয়। এটি নিম্ন তাপমাত্রায় দ্রবণের অতি-সম্পৃক্ততা বৃদ্ধির সাথে সম্পর্কিত।
বিভিন্ন স্ফটিকায়ন তাপমাত্রায় নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেটের জনসন-মেহল-আভ্রামি (JMA) প্লট: (ক) ২৫ °সে, (খ) ৩০ °সে, (গ) ৩৫ °সে এবং (ঘ) ৪০ °সে।
ডোপ্যান্টের সংযোজন সকল তাপমাত্রায় বৃদ্ধির হারের একই ধরণ দেখিয়েছে। যখন ডোপ্যান্টের ঘনত্ব ২.৫ গ্রাম/লিটার ছিল, তখন স্ফটিক বৃদ্ধির হার কমে গিয়েছিল, এবং যখন ডোপ্যান্টের ঘনত্ব ২.৫ গ্রাম/লিটারের চেয়ে বেশি ছিল, তখন স্ফটিক বৃদ্ধির হার বেড়ে গিয়েছিল। পূর্বে যেমন উল্লেখ করা হয়েছে, স্ফটিক বৃদ্ধির হারের ধরণে এই পরিবর্তন দ্রবণে থাকা আয়নগুলোর মধ্যে পারস্পরিক ক্রিয়ার পদ্ধতির পরিবর্তনের কারণে ঘটে। যখন ডোপ্যান্টের ঘনত্ব কম থাকে, তখন দ্রবণে থাকা আয়নগুলোর মধ্যে প্রতিযোগিতামূলক প্রক্রিয়া দ্রাব্যের দ্রাব্যতা বাড়িয়ে দেয়, যার ফলে স্ফটিক বৃদ্ধির হার কমে যায়। ১৪ অধিকন্তু, উচ্চ ঘনত্বের ডোপ্যান্টের সংযোজন বৃদ্ধির প্রক্রিয়াকে উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তন করে। যখন ডোপ্যান্টের ঘনত্ব ৩.৭৫ গ্রাম/লিটার অতিক্রম করে, তখন অতিরিক্ত নতুন স্ফটিক নিউক্লিয়াস গঠিত হয়, যা দ্রাব্যের দ্রাব্যতা কমিয়ে দেয়, ফলে স্ফটিক বৃদ্ধির হার বেড়ে যায়। নতুন স্ফটিক নিউক্লিয়াসের গঠন দ্বি-লবণ (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O গঠনের মাধ্যমে প্রদর্শন করা যেতে পারে। ১৬ স্ফটিক বৃদ্ধির প্রক্রিয়া নিয়ে আলোচনা করার সময়, এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন ফলাফল একটি দ্বৈত লবণের গঠন নিশ্চিত করে।
কেলাসীকরণের সক্রিয়করণ শক্তি নির্ধারণের জন্য JMA প্লট ফাংশনটি আরও মূল্যায়ন করা হয়েছিল। আরহেনিয়াস সমীকরণ (সমীকরণ (4) এ দেখানো হয়েছে) ব্যবহার করে সক্রিয়করণ শক্তি গণনা করা হয়েছিল। চিত্র 5a ln(kg) মান এবং 1/T মানের মধ্যে সম্পর্ক দেখায়। তারপর, প্লট থেকে প্রাপ্ত গ্রেডিয়েন্ট মান ব্যবহার করে সক্রিয়করণ শক্তি গণনা করা হয়েছিল। চিত্র 5b বিভিন্ন অশুদ্ধি ঘনত্বের অধীনে কেলাসীকরণের সক্রিয়করণ শক্তির মান দেখায়। ফলাফল থেকে দেখা যায় যে অশুদ্ধি ঘনত্বের পরিবর্তন সক্রিয়করণ শক্তিকে প্রভাবিত করে। অশুদ্ধি ছাড়া নিকেল সালফেট কেলাসগুলির কেলাসীকরণের সক্রিয়করণ শক্তি হল 215.79 kJ/mol। যখন অশুদ্ধি ঘনত্ব 2.5 g/L এ পৌঁছায়, তখন সক্রিয়করণ শক্তি 3.99% বৃদ্ধি পেয়ে 224.42 kJ/mol হয়। সক্রিয়করণ শক্তির বৃদ্ধি নির্দেশ করে যে কেলাসীকরণ প্রক্রিয়ার শক্তি বাধা বৃদ্ধি পায়, যা কেলাস বৃদ্ধির হার এবং কেলাস ফলন হ্রাসের দিকে পরিচালিত করবে। যখন অপদ্রব্যের ঘনত্ব ২.৫ গ্রাম/লিটার-এর বেশি হয়, তখন কেলাসনের সক্রিয়করণ শক্তি উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়। ৫ গ্রাম/লিটার অপদ্রব্যের ঘনত্বে সক্রিয়করণ শক্তি হলো ২০৫.৮৫ কিলোজুল/মোল, যা ২.৫ গ্রাম/লিটার অপদ্রব্যের ঘনত্বের সক্রিয়করণ শক্তির চেয়ে ৮.২৭% কম। সক্রিয়করণ শক্তির এই হ্রাস নির্দেশ করে যে কেলাসন প্রক্রিয়াটি সহজতর হয়, যার ফলে কেলাস বৃদ্ধির হার এবং কেলাস উৎপাদন বৃদ্ধি পায়।
(ক) ln(kg) বনাম 1/T এর লেখচিত্রের ফিটিং এবং (খ) বিভিন্ন অশুদ্ধি ঘনমাত্রায় কেলাসনের সক্রিয়করণ শক্তি Eg।
XRD এবং FTIR স্পেকট্রোস্কোপি দ্বারা ক্রিস্টাল বৃদ্ধির প্রক্রিয়া অনুসন্ধান করা হয়েছিল এবং ক্রিস্টাল বৃদ্ধির গতিবিদ্যা ও সক্রিয়করণ শক্তি বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। চিত্র ৬-এ XRD-এর ফলাফল দেখানো হয়েছে। ডেটাগুলো PDF #08–0470-এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যা নির্দেশ করে যে এটি α-NiSO4 6H2O (লাল সিলিকা)। ক্রিস্টালটি টেট্রাগোনাল সিস্টেমের অন্তর্গত, স্পেস গ্রুপ হলো P41212, ইউনিট সেলের প্যারামিটারগুলো হলো a = b = 6.782 Å, c = 18.28 Å, α = β = γ = 90°, এবং এর আয়তন 840.8 ų। এই ফলাফলগুলো Manomenova et al. 19 দ্বারা পূর্বে প্রকাশিত ফলাফলের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। NH4+ আয়নের সংযোজনের ফলেও (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O গঠিত হয়। ডেটাগুলো PDF নং 31–0062-এর অন্তর্গত। স্ফটিকটি মনোক্লিনিক সিস্টেমের অন্তর্গত, স্পেস গ্রুপ P21/a, একক কোষের প্যারামিটারগুলো হলো a = 9.186 Å, b = 12.468 Å, c = 6.242 Å, α = γ = 90°, β = 106.93°, এবং এর আয়তন 684 ų। এই ফলাফলগুলো Su et al.²⁰ কর্তৃক পূর্বে প্রকাশিত গবেষণার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।
নিকেল সালফেট স্ফটিকের এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন প্যাটার্ন: (ক–খ) ০.৫%, (গ–ঘ) ১%, (ঙ–চ) ১.৫%, এবং (ছ–জ) ২% বীজ অনুপাত। ডানদিকের চিত্রটি বামদিকের চিত্রের একটি বিবর্ধিত দৃশ্য।
চিত্র 6b, d, f এবং h-তে যেমন দেখানো হয়েছে, অতিরিক্ত লবণ তৈরি না করে দ্রবণে অ্যামোনিয়াম ঘনত্বের সর্বোচ্চ সীমা হলো 2.5 g/L। যখন অপদ্রব্যের ঘনত্ব 3.75 এবং 5 g/L হয়, তখন NH4+ আয়ন স্ফটিক কাঠামোতে অন্তর্ভুক্ত হয়ে জটিল লবণ (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O গঠন করে। তথ্য অনুসারে, অপদ্রব্যের ঘনত্ব 3.75 থেকে 5 g/L পর্যন্ত বাড়ার সাথে সাথে জটিল লবণের শীর্ষ তীব্রতা বৃদ্ধি পায়, বিশেষ করে 2θ 16.47° এবং 17.44°-তে। জটিল লবণের শীর্ষের এই বৃদ্ধি সম্পূর্ণরূপে রাসায়নিক সাম্যাবস্থার নীতির কারণে ঘটে। তবে, 2θ 16.47°-তে কিছু অস্বাভাবিক শীর্ষ লক্ষ্য করা যায়, যা স্ফটিকের স্থিতিস্থাপক বিকৃতির কারণে হতে পারে। 21 বৈশিষ্ট্য নিরূপণের ফলাফল আরও দেখায় যে উচ্চতর সিডিং অনুপাতের ফলে জটিল লবণের শীর্ষ তীব্রতা হ্রাস পায়। উচ্চতর সীড অনুপাত স্ফটিকীকরণ প্রক্রিয়াকে ত্বরান্বিত করে, যার ফলে দ্রাবকের পরিমাণ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়। এক্ষেত্রে, স্ফটিক বৃদ্ধির প্রক্রিয়াটি সীডের উপর কেন্দ্রীভূত হয় এবং দ্রবণের হ্রাসপ্রাপ্ত অতি-সম্পৃক্ততার কারণে নতুন দশার গঠন বাধাগ্রস্ত হয়। এর বিপরীতে, যখন সীড অনুপাত কম থাকে, তখন স্ফটিকীকরণ প্রক্রিয়া ধীর হয় এবং দ্রবণের অতি-সম্পৃক্ততা তুলনামূলকভাবে উচ্চ স্তরে থাকে। এই পরিস্থিতি কম দ্রবণীয় দ্বৈত লবণ (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O-এর নিউক্লিয়েশনের সম্ভাবনা বাড়িয়ে দেয়। দ্বৈত লবণের জন্য শীর্ষ তীব্রতার তথ্য সারণি ৩-এ দেওয়া হয়েছে।
NH4+ আয়নের উপস্থিতির কারণে হোস্ট ল্যাটিসে কোনো বিশৃঙ্খলা বা কাঠামোগত পরিবর্তন তদন্ত করার জন্য FTIR ক্যারেক্টারাইজেশন করা হয়েছিল। ২% এর একটি স্থির সিডিং অনুপাত সহ নমুনাগুলির ক্যারেক্টারাইজেশন করা হয়েছিল। চিত্র ৭ FTIR ক্যারেক্টারাইজেশনের ফলাফল দেখায়। 3444, 3257 এবং 1647 cm−1 এ পরিলক্ষিত প্রশস্ত পিকগুলি অণুর O–H স্ট্রেচিং মোডের কারণে হয়ে থাকে। 2370 এবং 2078 cm−1 এ পিকগুলি জলের অণুগুলির মধ্যে আন্তঃআণবিক হাইড্রোজেন বন্ধনকে প্রতিনিধিত্ব করে। 412 cm−1 এ ব্যান্ডটি Ni–O স্ট্রেচিং কম্পনের জন্য দায়ী। এছাড়াও, মুক্ত SO4− আয়নগুলি 450 (υ2), 630 (υ4), 986 (υ1) এবং 1143 ও 1100 cm−1 (υ3) এ চারটি প্রধান কম্পন মোড প্রদর্শন করে। υ1-υ4 প্রতীকগুলো কম্পন মোডগুলোর বৈশিষ্ট্য নির্দেশ করে, যেখানে υ1 হলো নন-ডিজেনারেট মোড (সিমেট্রিক স্ট্রেচিং), υ2 হলো ডাবলি ডিজেনারেট মোড (সিমেট্রিক বেন্ডিং), এবং υ3 ও υ4 হলো ট্রিপলি ডিজেনারেট মোড (যথাক্রমে অ্যাসিমেট্রিক স্ট্রেচিং এবং অ্যাসিমেট্রিক বেন্ডিং)। ২২,২৩,২৪ বৈশিষ্ট্য নিরূপণের ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, অ্যামোনিয়াম অপদ্রব্যের উপস্থিতির কারণে ১১৪৩ সেমি⁻¹ তরঙ্গসংখ্যায় একটি অতিরিক্ত শিখর (peak) তৈরি হয় (চিত্রে লাল বৃত্ত দ্বারা চিহ্নিত)। ১১৪৩ সেমি⁻¹ এ এই অতিরিক্ত শিখরটি নির্দেশ করে যে, ঘনত্ব নির্বিশেষে NH₄⁺ আয়নের উপস্থিতি ল্যাটিস কাঠামোর বিকৃতি ঘটায়, যা স্ফটিকের অভ্যন্তরে সালফেট আয়ন অণুর কম্পন ফ্রিকোয়েন্সিতে পরিবর্তন আনে।
ক্রিস্টাল বৃদ্ধির গতিগত আচরণ এবং সক্রিয়করণ শক্তি সম্পর্কিত XRD এবং FTIR ফলাফলের উপর ভিত্তি করে, চিত্র ৮-এ NH4+ অপদ্রব্যের সংযোজনের সাথে নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেটের স্ফটিকীকরণ প্রক্রিয়ার একটি রেখাচিত্র দেখানো হয়েছে। অপদ্রব্যের অনুপস্থিতিতে, Ni2+ আয়ন H2O-এর সাথে বিক্রিয়া করে নিকেল হাইড্রেট [Ni(6H2O)]2− গঠন করে। তারপর, নিকেল হাইড্রেট স্বতঃস্ফূর্তভাবে SO42− আয়নের সাথে যুক্ত হয়ে Ni(SO4)2 6H2O নিউক্লিয়াস গঠন করে এবং নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেট ক্রিস্টালে পরিণত হয়। যখন দ্রবণে কম ঘনত্বের অ্যামোনিয়াম অপদ্রব্য (২.৫ গ্রাম/লিটার বা তার কম) যোগ করা হয়, তখন [Ni(6H2O)]2− আয়নের পক্ষে SO42− আয়নের সাথে সম্পূর্ণরূপে যুক্ত হওয়া কঠিন হয়ে পড়ে, কারণ [Ni(6H2O)]2− এবং NH4+ আয়ন SO42− আয়নের সাথে যুক্ত হওয়ার জন্য প্রতিযোগিতা করে, যদিও উভয় আয়নের সাথে বিক্রিয়া করার জন্য তখনও যথেষ্ট সালফেট আয়ন উপস্থিত থাকে। এই পরিস্থিতি স্ফটিকীকরণের সক্রিয়করণ শক্তি বৃদ্ধি করে এবং স্ফটিকের বৃদ্ধিকে ধীর করে দেয়। ১৪,২৫ নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেট নিউক্লিয়াস গঠিত হয়ে স্ফটিকে পরিণত হওয়ার পর, একাধিক NH4+ এবং (NH4)2SO4 আয়ন স্ফটিকের পৃষ্ঠে অধিশোষিত হয়। এটি ব্যাখ্যা করে কেন NSH-8 এবং NSH-12 নমুনায় SO4− আয়নের (তরঙ্গসংখ্যা ১১৪৩ সেমি−১) কার্যকরী গ্রুপ ডোপিং প্রক্রিয়া ছাড়াই গঠিত থাকে। যখন অশুদ্ধির ঘনত্ব বেশি হয়, তখন NH4+ আয়ন স্ফটিক কাঠামোতে অন্তর্ভুক্ত হতে শুরু করে, যা দ্বৈত লবণ তৈরি করে। ১৬ এই ঘটনাটি দ্রবণে SO42− আয়নের অভাবের কারণে ঘটে, এবং SO42− আয়ন অ্যামোনিয়াম আয়নের চেয়ে দ্রুত নিকেল হাইড্রেটের সাথে আবদ্ধ হয়। এই প্রক্রিয়াটি দ্বৈত লবণের নিউক্লিয়েশন এবং বৃদ্ধিকে ত্বরান্বিত করে। সংকরীকরণ প্রক্রিয়ার সময়, Ni(SO4)2 6H2O এবং (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O নিউক্লিয়াস একই সাথে গঠিত হয়, যার ফলে প্রাপ্ত নিউক্লিয়াসের সংখ্যা বৃদ্ধি পায়। নিউক্লিয়াসের সংখ্যা বৃদ্ধি স্ফটিকের বৃদ্ধিকে ত্বরান্বিত করে এবং সক্রিয়করণ শক্তি হ্রাস করে।
জলে নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেট দ্রবীভূত করে, অল্প ও বেশি পরিমাণে অ্যামোনিয়াম সালফেট যোগ করে এবং তারপর স্ফটিকীকরণ প্রক্রিয়া সম্পন্ন করার রাসায়নিক বিক্রিয়াটি নিম্নরূপে প্রকাশ করা যেতে পারে:
SEM বিশ্লেষণের ফলাফল চিত্র ৯-এ দেখানো হয়েছে। এই বিশ্লেষণ থেকে বোঝা যায় যে, যোগ করা অ্যামোনিয়াম লবণের পরিমাণ এবং সিডিং অনুপাত স্ফটিকের আকৃতিকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে না। গঠিত স্ফটিকগুলোর আকার তুলনামূলকভাবে স্থির থাকে, যদিও কিছু কিছু স্থানে বড় আকারের স্ফটিক দেখা যায়। তবে, গঠিত স্ফটিকগুলোর গড় আকারের উপর অ্যামোনিয়াম লবণের ঘনত্ব এবং সিডিং অনুপাতের প্রভাব নির্ধারণ করার জন্য আরও বিশ্লেষণের প্রয়োজন রয়েছে।
NiSO4 6H2O-এর স্ফটিকের গঠন: (ক–ঙ) ০.৫%, (চ–ঞ) ১%, (জ–ও) ১.৫% এবং (প–উ) ২% বীজ অনুপাত, যা উপর থেকে নিচে যথাক্রমে ০, ১.২৫, ২.৫, ৩.৭৫ এবং ৫ গ্রাম/লিটার NH4+ ঘনত্বের পরিবর্তন দেখাচ্ছে।
চিত্র ১০ক-তে বিভিন্ন অপদ্রব্যের ঘনত্বযুক্ত ক্রিস্টালগুলোর TGA কার্ভ দেখানো হয়েছে। ২% সিডিং অনুপাতের নমুনাগুলোর উপর TGA বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। গঠিত যৌগগুলো নির্ধারণ করার জন্য NSH-20 নমুনার উপর XRD বিশ্লেষণও করা হয়েছিল। চিত্র ১০খ-তে দেখানো XRD ফলাফলগুলো ক্রিস্টাল কাঠামোর পরিবর্তনকে নিশ্চিত করে। থার্মোগ্র্যাভিমেট্রিক পরিমাপ থেকে দেখা যায় যে, সংশ্লেষিত সমস্ত ক্রিস্টাল ৮০°C পর্যন্ত তাপীয় স্থিতিশীলতা প্রদর্শন করে। পরবর্তীতে, তাপমাত্রা ২০০°C-তে বৃদ্ধি পেলে ক্রিস্টালের ওজন ৩৫% কমে যায়। ক্রিস্টালের এই ওজন হ্রাস বিয়োজন প্রক্রিয়ার কারণে ঘটে, যেখানে ৫টি পানির অণু অপসারিত হয়ে NiSO4 H2O গঠন করে। যখন তাপমাত্রা ৩০০–৪০০°C-তে বৃদ্ধি পায়, তখন ক্রিস্টালগুলোর ওজন আবার কমে যায়। ক্রিস্টালগুলোর ওজন হ্রাস ছিল প্রায় ৬.৫%, যেখানে NSH-20 ক্রিস্টাল নমুনার ওজন হ্রাস ছিল সামান্য বেশি, ঠিক ৬.৬৫%। NSH-20 নমুনায় NH4+ আয়নের NH3 গ্যাসে বিয়োজনের ফলে বিজারণযোগ্যতা সামান্য বৃদ্ধি পায়। তাপমাত্রা 300 থেকে 400°C পর্যন্ত বৃদ্ধি পাওয়ায়, স্ফটিকগুলির ওজন হ্রাস পায়, যার ফলে সমস্ত স্ফটিক NiSO4 কাঠামো ধারণ করে। তাপমাত্রা 700°C থেকে 800°C পর্যন্ত বৃদ্ধি করলে স্ফটিক কাঠামো NiO-তে রূপান্তরিত হয়, যার ফলে SO2 এবং O2 গ্যাস নির্গত হয়।25,26
একটি DC-Arc ICP-MS যন্ত্র ব্যবহার করে NH4+ ঘনত্ব মূল্যায়নের মাধ্যমে নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেট স্ফটিকের বিশুদ্ধতা নির্ধারণ করা হয়েছিল। সূত্র (5) ব্যবহার করে নিকেল সালফেট স্ফটিকের বিশুদ্ধতা নির্ধারণ করা হয়েছিল।
যেখানে Ma হলো স্ফটিকের মধ্যে থাকা অশুদ্ধির ভর (mg), Mo হলো স্ফটিকের ভর (mg), Ca হলো দ্রবণে অশুদ্ধির ঘনত্ব (mg/l), V হলো দ্রবণের আয়তন (l)।
চিত্র ১১ নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেট স্ফটিকের বিশুদ্ধতা দেখায়। বিশুদ্ধতার মান হলো ৩টি বৈশিষ্ট্যের গড় মান। ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, সিডিং অনুপাত এবং অশুদ্ধির ঘনত্ব গঠিত নিকেল সালফেট স্ফটিকের বিশুদ্ধতাকে সরাসরি প্রভাবিত করে। অশুদ্ধির ঘনত্ব যত বেশি হয়, অশুদ্ধির শোষণ তত বেশি হয়, যার ফলে গঠিত স্ফটিকের বিশুদ্ধতা কম হয়। তবে, অশুদ্ধির ঘনত্বের উপর নির্ভর করে অশুদ্ধির শোষণের ধরণ পরিবর্তিত হতে পারে, এবং ফলাফলের গ্রাফ থেকে দেখা যায় যে স্ফটিক দ্বারা অশুদ্ধির সামগ্রিক শোষণ উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হয় না। এছাড়াও, এই ফলাফলগুলি আরও দেখায় যে একটি উচ্চতর সিডিং অনুপাত স্ফটিকের বিশুদ্ধতা উন্নত করতে পারে। এই ঘটনাটি সম্ভব কারণ যখন গঠিত স্ফটিক নিউক্লিয়াসের বেশিরভাগই নিকেল নিউক্লিয়াসের উপর কেন্দ্রীভূত হয়, তখন নিকেলের উপর নিকেল আয়ন জমা হওয়ার সম্ভাবনা বেশি থাকে। ২৭
গবেষণায় দেখা গেছে যে, অ্যামোনিয়াম আয়ন (NH4+) নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেট স্ফটিকের কেলাসীকরণ প্রক্রিয়া ও কেলাসীয় বৈশিষ্ট্যকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে এবং কেলাসীকরণ প্রক্রিয়ার উপর বীজ অনুপাতের প্রভাবও প্রকাশ পেয়েছে।
২.৫ গ্রাম/লিটারের বেশি অ্যামোনিয়াম ঘনত্বে, স্ফটিকের ফলন এবং স্ফটিক বৃদ্ধির হার হ্রাস পায়। ২.৫ গ্রাম/লিটারের বেশি অ্যামোনিয়াম ঘনত্বে, স্ফটিকের ফলন এবং স্ফটিক বৃদ্ধির হার বৃদ্ধি পায়।
নিকেল দ্রবণে অপদ্রব্য যোগ করলে SO42− এর জন্য NH4+ এবং [Ni(6H2O)]2− আয়নের মধ্যে প্রতিযোগিতা বেড়ে যায়, যার ফলে সক্রিয়করণ শক্তি বৃদ্ধি পায়। উচ্চ ঘনত্বের অপদ্রব্য যোগ করার পর সক্রিয়করণ শক্তি হ্রাস পাওয়ার কারণ হলো NH4+ আয়নের কেলাস কাঠামোতে প্রবেশ করা, যার ফলে দ্বি-লবণ (NH4)2Ni(SO4)2 6H2O গঠিত হয়।
উচ্চতর বীজ বপন অনুপাত ব্যবহার করে নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেটের স্ফটিকের ফলন, স্ফটিক বৃদ্ধির হার এবং স্ফটিকের বিশুদ্ধতা উন্নত করা যায়।
ডেমিরেল, এইচএস, প্রমুখ। ল্যাটেরাইট প্রক্রিয়াকরণের সময় ব্যাটারি-গ্রেড নিকেল সালফেট হাইড্রেটের অ্যান্টিসলভেন্ট স্ফটিকীকরণ। সেপ্টেম্বর পিউরিফিকেশন টেকনোলজি, ২৮৬, ১২০৪৭৩। https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2022.120473 (২০২২)।
সাগুনতালা, পি. এবং ইয়াসোটা, পি. উচ্চ তাপমাত্রায় নিকেল সালফেট স্ফটিকের আলোকীয় প্রয়োগ: ডোপ্যান্ট হিসেবে অ্যামিনো অ্যাসিড যোগ করে বৈশিষ্ট্য নিরূপণ অধ্যয়ন। মেটের. টুডে প্রোক. ৯, ৬৬৯–৬৭৩। https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2018.10.391 (২০১৯)।
বাবাআহমাদি, ভি., প্রমুখ। হ্রাসকৃত গ্রাফিন অক্সাইডের উপর পলিওল-মধ্যস্থ মুদ্রণ পদ্ধতিতে বস্ত্র পৃষ্ঠতলে নিকেল প্যাটার্নের তড়িৎ-অবক্ষেপণ। জার্নাল অফ ফিজিক্যাল অ্যান্ড কেমিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং অফ কলোইডাল সারফেসেস ৭০৩, ১৩৫২০৩। https://doi.org/10.1016/J.COLSURFA.2024.135203 (২০২৪)।
ফ্রেজার, জে., অ্যান্ডারসন, জে., লাজুয়েন, জে., প্রমুখ। “বৈদ্যুতিক গাড়ির ব্যাটারির জন্য নিকেলের ভবিষ্যৎ চাহিদা এবং সরবরাহের নিরাপত্তা।” ইউরোপীয় ইউনিয়নের প্রকাশনা কার্যালয়; (২০২১)। https://doi.org/10.2760/212807
হান, বি., বকম্যান, ও., উইলসন, বিপি, লুন্ডস্ট্রম, এম. এবং লৌহি-কুলতানেন, এম.। শীতলীকরণ সহ ব্যাচ স্ফটিকীকরণ দ্বারা নিকেল সালফেটের পরিশোধন। কেমিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং টেকনোলজি 42(7), 1475–1480। https://doi.org/10.1002/CEAT.201800695 (2019)।
মা, ওয়াই. এট আল. লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির উপকরণের জন্য ধাতব লবণ উৎপাদনে অধঃক্ষেপণ এবং স্ফটিকীকরণ পদ্ধতির প্রয়োগ: একটি পর্যালোচনা। মেটালস। 10(12), 1-16। https://doi.org/10.3390/MET10121609 (2020)।
মাসালভ, ভিএম, প্রমুখ। স্থির-অবস্থা তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট পরিস্থিতিতে নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেট (α-NiSO4.6H2O) একক স্ফটিকের বৃদ্ধি। ক্রিস্টালোগ্রাফি। 60(6), 963–969। https://doi.org/10.1134/S1063774515060206 (2015)।
চৌধুরী, আর আর প্রমুখ। α-নিকেল সালফেট হেক্সাহাইড্রেট স্ফটিক: বৃদ্ধির শর্ত, স্ফটিক কাঠামো এবং বৈশিষ্ট্যের মধ্যে সম্পর্ক। জেএপিসিআর। ৫২, ১৩৭১–১৩৭৭। https://doi.org/10.1107/S1600576719013797FILE (২০১৯)।
হান, বি., বকম্যান, ও., উইলসন, বিপি, লুন্ডস্ট্রম, এম. এবং লৌহি-কুলতানেন, এম.। ব্যাচ-কুলড ক্রিস্টালাইজেশন দ্বারা নিকেল সালফেটের পরিশোধন। কেমিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং টেকনোলজি 42(7), 1475–1480। https://doi.org/10.1002/ceat.201800695 (2019)।