Ramans spektra av lösningar sammansatta av en aluminatmonomer och två dimeriska arter. Vibrationsband som förutses av ab-initio molekylär dynamik (AIMD) som visas i rött och grönt. Överlappande IR- och Raman -band gör att olika linjära kombinationer av arter har samma totala spektra, förhindra identifiering. Kredit:Environmental Molecular Sciences Laboratory
Upplöst aluminium bildat under industriell bearbetning har förvirrat kemister genom att det förekommer i mycket större koncentrationer än förutspått. Ansträngningar att förklara fenomenet har försvårats av en oförmåga att exakt identifiera koncentrationerna av varje närvarande aluminiumart. Ny forskning från forskare vid Interfacial Dynamics in Radioactive Environments and Materials (IDREAM) Energy Frontier Research Center sorterar ut vilka föreningar som finns och deras koncentrationer, tillhandahåller ett viktigt nytt verktyg med bred tillämpbarhet.
Arbetet, ledd av Pacific Northwest National Laboratory -forskare i samarbete med forskare vid Washington State University och Washington River Protection Solutions, presenterades i The Journal of Physical Chemistry B i ett papper med titeln, "Ab Initio Molecular Dynamics avslöjar spektroskopiska syskon och jonparning som nya utmaningar för att klargöra prenukleation av aluminiumspeciering."
Detta resultat ger stöd för förbättrad design av aluminiumproduktion och separationsprocesser för energiproduktion och överföring till radioaktivt avfall på hög nivå.
Industriell bearbetning av aluminium för energiproduktion och/eller högaktivt radioaktivt avfall kräver upplösning av aluminiumkomplex såsom gibbsite (α-Al (OH) 3 ) och boehmite (AlOOH), typiskt under mycket alkaliska förhållanden. Alltför höga koncentrationer av löst aluminium kan förklaras genom att överväga dimeriska aluminiumarter, men spektroskopiska bevis för att stödja dessa arter har inte varit avgörande. Flera dimeriska arter är möjliga, inklusive Al 2 O (OH) 6 2- och Al 2 (ÅH) 8 2- , som har överlappande vibrationsband som förhindrade unik identifiering, tills nu.
I det här arbetet, forskarna använde en kombination av Raman- och infraröda (IR) spektroskopier och beräkningsmetoder (ab-initio molekylär dynamik, AIMD) för att lösa vibrationsbandstilldelningar. Lösningsfas monomer Al (OH) 4- och dimer Al som antingen Al 2 O (OH) 6 2- eller Al 2 (ÅH) 8 2- löstes. Dessutom, bandbredder, anharmoniska skift, och genomsnittliga lösningsmedelseffekter bestämdes, möjliggör specifika banduppgifter och tillhandahåller vibrationsfingeravtryck för varje art. Vidare, lösningsmedelseffekter som är viktiga i sådana koncentrerade lösningar av elektrolyter bestämdes. Dessa resultat ger en grund för att förbättra jämviktsmodeller för lösning av boehmit och gibbsit, vilket ökar förtroendet för konstruktionen av industriella aluminiumbearbetningssystem.
Den unika identifieringen av aluminiumarter med vibrationsmetoder kommer nu att tillämpas på koncentrerade elektrolytlösningar som innehåller aluminiuminat för att lösa avvikelser i aluminiumlösligheter under alkaliska förhållanden.
