Aluminiumskomplekser identificeret via vibrationsfingeraftryk

Opløst aluminium dannet under industriel forarbejdning har forvirret kemikere ved at forekomme i meget større koncentrationer end forudsagt. Bestræbelser på at forklare fænomenet er blevet hæmmet af en manglende evne til nøjagtigt at identificere koncentrationerne af hver tilstedeværende aluminiumsart. Ny forskning fra forskere ved Interfacial Dynamics in Radioactive Environments and Materials (IDREAM) Energy Frontier Research Center sorterer ud, hvilke forbindelser der er til stede og deres koncentrationer, leverer et vigtigt nyt værktøj med bred anvendelighed.

Arbejdet, ledet af Pacific Northwest National Laboratory-forskere i samarbejde med forskere ved Washington State University og Washington River Protection Solutions, var med i The Journal of Physical Chemistry B i et papir med titlen, "Ab Initio Molecular Dynamics afslører spektroskopiske søskende og ionparring som nye udfordringer for at belyse prænukleationsaluminiumspeciering."

Denne konstatering giver støtte til forbedret design af aluminiumproduktions- og separationsprocesser til energiproduktion og transmission til højradioaktivt affaldsbehandling.

Industriel forarbejdning af aluminium til energiproduktion og/eller højrensning af radioaktivt affald kræver opløsning af aluminiumskomplekser såsom gibbsite (α-Al (OH) ₃ ) og boehmit (AlOOH), typisk under stærkt alkaliske forhold. For høje koncentrationer af opløst aluminium kunne forklares ved at overveje dimere aluminiumarter, men spektroskopiske beviser til støtte for disse arter har ikke været afgørende. Flere dimeriske arter er mulige, inklusive Al ₂ O(OH) ₆ ^2- og Al ₂ (ÅH) ₈ ^2- , som har overlappende vibrationsbånd, der forhindrede entydig identifikation, indtil nu.

I dette arbejde, forskerne brugte en kombination af Raman og infrarøde (IR) spektroskopier og beregningsmetoder (ab-initio molekylær dynamik, AIMD) for at løse vibrationsbåndtildelinger. Opløsningsfase monomer Al (OH) ^4- og dimer Al som enten Al ₂ O(OH) ₆ ^2- mundtlig ₂ (ÅH) ₈ ^2- blev løst. Ud over, båndbredder, anharmoniske skift, og gennemsnitlige opløsningsmiddeleffekter blev bestemt, muliggør specifikke båndtildelinger og giver vibrationsfingeraftryk for hver art. Desuden, opløsningsmiddeleffekter, der er vigtige i sådanne koncentrerede opløsninger af elektrolytter, blev bestemt. Disse resultater danner grundlag for forbedring af ligevægtsmodeller for opløseligheder ved boehmit og gibbsit, hvilket øger tilliden til design af industrielle aluminiumforarbejdningssystemer.

Den unikke identifikation af aluminiumarter ved hjælp af vibrationsmetoder vil nu blive anvendt på koncentrerede elektrolytopløsninger indeholdende aluminat for at løse uoverensstemmelser i aluminiumopløseligheder under alkaliske forhold.