Eş Zamanlı Olarak Kristalizasyon Mekanizmalarının Takibi
Fotoğraf : Alüminyum ve sodyum iyonlarının alkalin çözeltileri, alüminyum metali merkezli ağlardan oluşan örnekteki gibi kompleks jeller oluşturmaktadır. Kristalizasyon boyunca bu ağlar, yapısı sodyum iyonlarının büyük konsantrasyonları ve çözünen-çözücü ortamı tarafından etkilenen iyonları serbest bırakır.
Radyoaktif Ortamlar ve Malzemeler (IDREAM) Enerji Sınırı Araştırma Merkezi’nde Ara Yüzey Dinamiği araştırmacıları yoğun sodyum hidroksit çözeltileri içerisindeki sulu alüminyum jellerden gibsitin kristalizasyonu boyunca geçici penta koordineli Al3+ türlerinin miktarını belirlemişlerdir. Araştırma çözeltideki konsantre elektrolitlerin hidrojen bağını, iyon etkileşimlerini ve koordinasyon geometrilerini şu anda öngörülemeyen bir şekilde etkilediğini göstermektedir.
Bu mekanistik çalışmalar iki Enerji Bakanlığı merkezinde radyoaktif atıkların işlenmesini hızlandırmak için yeni proses akış tabakalarının gelişimi desteklenmektedir. Ayrıca çalışmalar endüstriyel alüminyum üretimi için daha az enerji gerektiren yöntemlerin ortaya çıkmasını sağlayabilir.
Gibsit (α-Al(OH)3) endüstriyel alüminyum üretimi için gerekli olan önemli bir mineral kaynağıdır. Aynı zamanda gibsit Washington eyaleti ve Güney Carolina’daki ABD Enerji Bakanlığı merkezlerindeki üst düzey radyoaktif atık tanklarında büyük miktarlarda bulunmaktadır. Hem alüminyum üretimi hem de radyoaktif atık arıtımı için kullanılan geleneksel yöntem yüksek enerji yoğunluğuna ihtiyaç duymaktadır. Bu proses, konsantre elektrotun yüksek alkalin çözeltileri içerisindeki gibsitin çözünebilmesine olanak sağlamak için ısı kullanmaktadır. Bunun gibi kimyasal olarak zorlu sistemlerde çökelmenin başlaması için ısıl işlemi soğuma takip eder.
Radyoaktif atık arıtımında çözünme ve çökelme adımları bir hayli yavaş gerçekleşmektedir. Bunun nedeni ise üç değerlikli alüminyumun koordinasyon geometrisindeki değişikliklerin her iki işlemde de kısmen gerçekleşmesidir. Katı fazda, oktahedral geometri vermek için altı koordinatlı iken alüminyum iyonu çözelti fazına geçmek için geometrisini dört koordinatlı bir tetrahedral şekle dönüştürmek zorundadır.
Jian Zhi Hu ve Kevin Rosso liderliğindeki ekip, gibsitin çökelmesi boyunca iyon etkileşimlerini, çözünen organizasyonu ve çözücü özelliklerini derinlemesine inceleyen geniş alanlı MAS nükleer manyetik rezonans spektroskopi çalışmalarını yürüttüler. Ekip eş zamanlı sistem dinamiklerini deneysel koşulların bir fonksiyonu olarak gözlemledi ve daha önce bilinmeyen mekanistik detayları ortaya çıkardı.
Ekibin çalışması, koordinasyondaki değişimin oktahedral ve tetrahedral geometriler arasındaki basit bir dönüşüm olmadığını göstermiştir. Bu değişim, ara bir penta koordineli alüminyum metal merkezini içermektedir. Ayrıca bunlar, çözünen ve çözücü ortamındaki doğrudan dikkat çekmeyen değişikliklerden etkilenmektedir. Bu değişiklikler bazen katı fazın çözünmesine veya oluşmasına olanak sağlayacak jel ağlarının oluşmasına sebep olmaktadır. Zorlu ortamlarda alüminyum koordinasyonunun nasıl değiştiğini anlamak alüminyumun üretimindeki verimliliği arttırabilir ve radyoaktif atıkların işlenmesine ivme verebilir.
Kaynak : phys.org
