Espectros Raman de soluções compostas por um monômero de aluminato e duas espécies diméricas. Bandas vibracionais previstas pela dinâmica molecular ab-initio (AIMD) mostradas em vermelho e verde. A sobreposição de bandas IR e Raman faz com que diferentes combinações lineares de espécies tenham o mesmo espectro geral, impedindo a identificação. Crédito:Laboratório de Ciências Moleculares Ambientais
O alumínio dissolvido formado durante o processamento industrial deixou os químicos perplexos por ocorrer em concentrações muito maiores do que o previsto. Os esforços para explicar o fenômeno foram prejudicados pela incapacidade de identificar com precisão as concentrações de cada espécie de alumínio presente. Uma nova pesquisa de cientistas do Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia da Dinâmica Interfacial em Ambientes e Materiais Radioativos (IDREAM) classifica quais compostos estão presentes e suas concentrações, fornecendo uma nova ferramenta importante com ampla aplicabilidade.
O trabalho, liderado por cientistas do Pacific Northwest National Laboratory em colaboração com cientistas da Washington State University e Washington River Protection Solutions, foi apresentado no Journal of Physical Chemistry B em um artigo intitulado, "A dinâmica molecular do Ab Initio revela irmãos espectroscópicos e o emparelhamento de íons como novos desafios para a elucidação da especiação de alumínio pré-enucleação."
Esta descoberta fornece suporte para um design aprimorado de produção de alumínio e processos de separação para geração e transmissão de energia para tratamento de rejeitos radioativos de alto nível.
O processamento industrial de alumínio para produção de energia e / ou limpeza de resíduos radioativos de alto nível requer a dissolução de complexos de alumínio, como gibbsita (α-Al (OH) 3 ) e boehmite (AlOOH), normalmente sob condições altamente alcalinas. Concentrações excessivamente altas de alumínio dissolvido podem ser explicadas considerando as espécies diméricas de alumínio, mas a evidência espectroscópica para apoiar essas espécies não foi conclusiva. Múltiplas espécies diméricas são possíveis, incluindo Al 2 O (OH) 6 2- e Al 2 (OH) 8 2- , que têm bandas vibracionais sobrepostas que impedem a identificação única, até agora.
Nesse trabalho, os pesquisadores usaram uma combinação de espectroscopias Raman e infravermelho (IR) e métodos computacionais (dinâmica molecular ab-initio, AIMD) para resolver atribuições de banda vibracional. Al monomérico de fase de solução (OH) 4- e Al dimérico como Al 2 O (OH) 6 2- ou Al 2 (OH) 8 2- foram resolvidos. Além disso, larguras de banda, mudanças anarmônicas, e os efeitos médios do solvente foram determinados, permitindo atribuições de bandas específicas e fornecendo impressões digitais vibracionais para cada espécie. Além disso, efeitos de solvente que são importantes em tais soluções concentradas de eletrólitos foram determinados. Estes resultados fornecem uma base para melhorar os modelos de equilíbrio para solubilidades de boemita e gibbsita, o que aumenta a confiança no projeto de esquemas de processamento industrial de alumínio.
A identificação única de espécies de alumínio usando métodos vibracionais agora será aplicada a soluções eletrolíticas concentradas contendo aluminato para resolver discrepâncias nas solubilidades de alumínio em condições alcalinas.
