Espectros Raman de soluciones compuestas por un monómero de aluminato y dos especies diméricas. Bandas vibratorias predichas por dinámica molecular ab-initio (AIMD) mostradas en rojo y verde. La superposición de las bandas IR y Raman hace que diferentes combinaciones lineales de especies tengan el mismo espectro general, impidiendo la identificación. Crédito:Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales
El aluminio disuelto formado durante el procesamiento industrial ha dejado perplejos a los químicos al encontrarse en concentraciones mucho mayores de lo previsto. Los esfuerzos para explicar el fenómeno se han visto obstaculizados por la incapacidad de identificar con precisión las concentraciones de cada especie de aluminio presente. Una nueva investigación de científicos del Centro de Investigación de la Frontera Energética de Dinámica Interfacial en Ambientes y Materiales Radiactivos (IDREAM) clasifica qué compuestos están presentes y sus concentraciones, proporcionando una nueva herramienta importante con una amplia aplicabilidad.
La obra, dirigido por científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico en colaboración con científicos de la Universidad Estatal de Washington y Washington River Protection Solutions, apareció en The Revista de química física B en un papel titulado, "Ab Initio Molecular Dynamics revela los hermanos espectroscópicos y el emparejamiento de iones como nuevos desafíos para dilucidar la especiación de aluminio por prenucleación".
Este hallazgo respalda el diseño mejorado de los procesos de producción y separación de aluminio para la generación y transmisión de energía al tratamiento de desechos radiactivos de alto nivel.
El procesamiento industrial de aluminio para la producción de energía y / o la limpieza de desechos radiactivos de alto nivel requiere la disolución de complejos de aluminio como la gibbsita (α-Al (OH) 3 ) y boehmita (AlOOH), típicamente en condiciones muy alcalinas. Las concentraciones excesivamente altas de aluminio disuelto podrían explicarse considerando especies de aluminio dimérico, pero la evidencia espectroscópica para apoyar estas especies no ha sido concluyente. Son posibles múltiples especies diméricas, incluyendo a Al 2 OH) 6 2- y Al 2 (OH) 8 2- , que tienen bandas vibratorias superpuestas que impiden la identificación única, hasta ahora.
En este trabajo, Los investigadores utilizaron una combinación de espectroscopias Raman e infrarrojas (IR) y métodos computacionales (dinámica molecular ab-initio, AIMD) para resolver las asignaciones de bandas vibratorias. Al (OH) monomérico en fase de solución 4- y Al dimérico como Al 2 OH) 6 2- o Al 2 (OH) 8 2- fueron resueltos. Además, anchos de banda, cambios anarmónicos, y se determinaron los efectos promedio de los solventes, permitiendo asignaciones de bandas específicas y proporcionando huellas dactilares vibratorias para cada especie. Es más, Se determinaron los efectos de los solventes que son importantes en tales soluciones concentradas de electrolitos. Estos resultados proporcionan una base para mejorar los modelos de equilibrio para las solubilidades de boehmita y gibbsita, lo que aumenta la confianza en el diseño de esquemas industriales de procesamiento de aluminio.
La identificación única de las especies de aluminio mediante métodos vibratorios se aplicará ahora a las soluciones de electrolitos concentrados que contienen aluminato para resolver las discrepancias en las solubilidades del aluminio en condiciones alcalinas.
