(Đồ án hcmute) tổng hợp chất màu trang trí bề mặt thủy tinh thuộc họ resinat kim loại bằng phương pháp sol gel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC TỔNG HỢP CHẤT MÀU TRANG TRÍ BỀ MẶT THỦY TINH THUỘC HỌ RESINAT KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL GVHD: VÕ THỊ THU NHƯ SVTH: NGUYỄN THANH TÂM MSSV: 15128060 SKL 0 9 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2019 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔNG HỢP CHẤT MÀU TRANG TRÍ BỀ MẶT THỦY TINH THUỘC HỌ RESINAT KIM LOẠI BẰNG PHƢƠNG PHÁP SOL-GEL MÃ SỐ KHÓA LUẬN: VC.19.04 SVTH: Nguyễn Thanh Tâm MSSV: 15128060 GVHD: ThS Võ Thị Thu Nhƣ TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔNG HỢP CHẤT MÀU TRANG TRÍ BỀ MẶT THỦY TINH THUỘC HỌ RESINAT KIM LOẠI BẰNG PHƢƠNG PHÁP SOL-GEL MÃ SỐ KHÓA LUẬN: VC.19.04 SVTH: Nguyễn Thanh Tâm MSSV: 15128060 GVHD: ThS Võ Thị Thu Nhƣ TP HCM, tháng năm 2019 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Thanh Tâm MSSV: 15128060 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học Chun ngành: Hóa học Vơ Cơ Tên khóa luận: Tổng hợp chất màu trang trí bề mặt thủy tinh thuộc họ resinat kim loại phƣơng pháp sol-gel Nhiệm vụ khóa luận: Tổng hợp chất màu oxit sắt oxit kẽm ứng dụng trang trí bề mặt thủy tinh từ resinat sắt resinat kẽm phƣơng pháp sol-gel Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: Ngày 22 tháng 02 năm 2019 Ngày hoàn thành khóa luận: Ngày 22 tháng 07 năm 2019 Họ tên ngƣời hƣớng dẫn: ThS Võ Thị Thu Nhƣ Nội dung hƣớng dẫn: - Chế tạo vật liệu resinat sắt resinat kẽm từ nguyên liệu colophan thông - Khảo sát đặc trƣng tính chất mẫu resinat kim loại - Khảo sát sơ giai đoạn phủ màu chế độ nung resinat kim loại trang trí màu sản phẩm thủy tinh Nội dung u cầu khóa luận tốt nghiệp đƣợc thơng qua Trƣởng Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học Tp.HCM, ngày 22 tháng 07 năm 2019 TRƢỞNG BỘ MÔN NGƢỜI HƢỚNG DẪN an an an an an an LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn q thầy Khoa Cơng nghệ hóa học thực phẩm trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM tận tình giảng dạy tạo điều kiện cho tơi hồn thành khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Mỹ Lệ quản lý phịng thí nghiệm tạo mơi trƣờng làm việc nhƣ cung cấp dụng cụ, thiết bị để việc tiến hành luanaj văn đƣợc suôn sẻ Tôi xin chân thành cảm ơn với thầy Nguyễn Minh Tiến cô Lê Thị Duy Hạnh giúp giải đáp đƣợc nhiều thắc mắc thời gian thực luận văn Tôi xin bày tỏ long biết ơn sâu sắc đến ThS Võ Thị Thu Nhƣ, Khoa Hóa trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM – ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình giúp đỡ, bảo tơi Cơ ln nhiệt tình quan tâm tơi lúc khó khăn suốt q trình hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè ln động viên giúp đỡ Cuối xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô, quý đọc giả đọc đóng góp ý kiến cho khóa luận Xin chân thành cảm ơn! i an Từ 250˚C - 500˚C: Hiệu ứng tỏa nhiệt mạnh đồng thời khối lƣợng mẫu giảm mạnh (khoảng 73%) Quá trình tƣơng ứng với trình cháy hữu xảy mãnh liệt 460˚C Từ 500˚C - 580˚C: Hiệu ứng tỏa nhiệt mạnh mạnh 515˚C ứng với q trình oxy hóa kẽm thành oxit kẽm đồng thời trình cháy hữu tiếp tục đƣợc diễn Vì vậy, khối lƣợng mẫu giảm giảm 12% Hình 3.7 Đƣờng cong phân tích nhiệt vi sai DTA tổn thất khối lƣợng TG trình nung resinat kẽm Hình 3.8 Phổ Rơnghen mẫu resinat kẽm sau nung 600oC 35 an Kết phân tích XRD ZnO 600˚C với tốc độ nâng nhiệt 10˚C/phút lƣu 1h cho thấy đỉnh nhiễu xạ góc 2θ: 31,86˚, 34,58˚, 36,36˚, 47,65˚, 56,72˚, 63˚, 66,45˚, 68,05˚, 69,2˚, 72,72˚, 77,1˚ tƣơng ứng với ZnO [20] 3.4.3 Phân tích nhiệt vi sai, biến đổi nung Rơnghen mẫu hỗn hợp resinat sắt resinat kẽm Hình 3.9 Đƣờng cong phân tích nhiệt vi sai DTA tổn thất khối lƣợng TG hỗn hợp resinat sắt kẽm Kết phân tích nhiệt vi sai DTA cho thấy q trình phân hủy nhiệt resinat sắt resinat kẽm phức tạp, chia làm giai đoạn Trong khoảng từ 30˚C - 250˚C: Hiệu ứng tỏa nhiệt, khối lƣợng mẫu giảm dự đốn trình biến đổi pha trình nƣớc vật lý, trình biến đổi cấu trúc xảy mạnh mẽ mẫu sấy khơ đem phân tích Kết phân tích XRD mẫu ban đầu cho thấy hỗn hợp có cấu trúc vơ định hình nhƣ hình 3.10 Trong khoảng từ 250˚C - 470˚C: Hiệu ứng tỏa nhiệt, mạnh 460˚C đồng thời với giảm mạnh khối lƣợng giảm 75.78% Quá trình tƣơng ứng với cháy phân hủy chất hữu 36 an Từ 470˚C - 600˚C: Hiệu ứng tỏa nhiệt tỏa nhiệt mạnh 550˚C tƣơng ứng với q trình oxy hóa Zn Fe thành ZnFe2O4, đồng thời trình cháy hữu diễn nên kết phân tích TG mẫu giảm thêm 7% Hình 3.10 Phổ Rơn Ghen mẫu ban đầu phân tích XRD Kết phân tích XRD mẫu 600˚C tốc độ nâng nhiệt 10˚C/phút lƣu 1h cho thấy đỉnh đặc trƣng nhiễu xạ góc 30˚, 35,37˚, 43˚, 53,4˚, 56,8˚, 62,2˚, 70˚, 74,3˚ cấu trúc spinel ZnFe2O4 tƣơng ứng Fankinite có màu nâu vàng Fe2O3 [21] Hình 3.11 Phổ Rơnghen mẫu nung 600oC phân tích XRD 37 an Xác định kích thƣớc hạt bột màu kính hiển vi điển tử quét (SEM) Để kiểm tra kích cỡ hạt màu thu đƣợc sau nung 600˚C 1h kính hiển vi điển tử quét (SEM) ta thu đƣợc hạt màu có kích thƣớc hạt khoảng 100nm Hình 3.12 Chùm hạt bơt màu ZnFe2O4 với kích thƣớc hạt riêng khoảng 100nm 3.5 Khảo sát đƣờng cong nung Căn vào kết đƣờng cong phân tích nhiệt vi sai DTA tổn thất khối lƣợng TG nhận thấy hầu nhƣ nung lên đến khoảng 600˚C khối lƣợng mẫu resinat khơng thay đổi đồng thời q trình diễn hồn tất Nhƣ vậy, chúng tơi tiến hành khảo sát hòa tan resinat kim loại tráng lên ly thủy tinh với hai chế độ nung 600˚C tƣơng ứng với chế độ nung 1: tốc độ nâng nhiệt 10˚C/phút lƣu 1h chế độ nung 2: từ 0˚C - 250˚C 10˚C/phút, từ 250˚C - 600˚C 5˚C/phút lƣu 2h để thực việc so sánh Kết khảo sát nhƣ sau: 1- Chế độ nung 2- Chế độ nung Hình 3.13 Nung hỗn hợp resinat sắt kẽm chế nung tƣơng ứng 38 an Nhận xét: Cả hai chế độ nung cho màu óng ánh xà cừ độ bám dính bề mặt thủy tinh nhƣ Từ đó, chúng tơi xây dựng đƣờng cong nung theo chế độ nung thứ để tiết kiệm đƣợc thời gian lƣợng Hình 3.14 Biểu đồ đƣờng cong nung hỗn hợp resinat kim loại Giai đoạn nâng nhiệt: Tốc độ nâng nhiệt 10˚C/phút thời gian nâng 60 phút Giai đoạn lƣu nhiệt: Để thủy tinh biến mềm oxit kim loại đƣợc hình thành bám bề mặt thủy tinh để thời gian lƣu nhiệt Giai đoạn làm nguội: Tốc độ giảm nhiệt 10˚C/phút để trở nhiệt độ phịng 1-Fe2O3 2-ZnO 3-ZnFe2O4 Hình 3.15 Các oxit kim loại tƣơng ứng 3.6 Xác định hàm lƣợng resinat hỗn hợp ly thủy tinh Kết cảm quan khảo sát hàm lƣợng resinat hỗn hợp (g) hòa tan ml dầu thông nhƣ sau 39 an 1-0.1g resinat hỗn hợp 2-0.2g resinat hỗn hợp 3-0.5g resinat hỗn hợp Hình3.16 Sản phẩm nung hỗn hợp resinat tráng ly thủy tinh Nhận xét: Ở tỉ lệ resinat khác cho cƣờng độ màu đậm nhạt khác Theo thứ tự từ đến độ màu tăng dần, mẫu láng mịn nhƣng mẫu thứ có màu phân tán chƣa đều, bề mặt xuất vảy lƣợng resinat hỗn hợp trƣớc nung bị dƣ làm cho mẫu không đƣợc đẹp bắt mắt Ngoài ra, kết khảo sát cảm quan ly thủy tinh hòa tan 0.2g loại resinat kẽm, sắt hỗn hợp 1ml dầu thông, đƣợc đem nung 600˚C lƣu 1h với tốc độ nâng nhiệt 10˚C/phút 1-resinat kẽm 2-Resinat sắt 3-Resinat hỗn hợp Hình 3.17 Kết nung resinat trang trí lên thủy tinh Nhận xét: Ở resinat khác nung cho màu sắc đặc trƣng khác 40 an KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau trình nghiên cứu đề tài đạt đƣợc kết sau: - Đã tổng hợp đƣợc resinat sắt, resinat kẽm hỗn hợp resinat sắt kẽm từ hỗn hợp colophan thông - Kết phân tích DTA, phổ XRD dự đốn đƣợc trình phân hủy resinat sắt kẽm cho thấy khoảng thay đổi khối lƣợng nung từ 30˚C - 600˚C từ dự đốn q trình phản ứng xảy mẫu resinat Với kết phân tích Ronghen 600˚C hồn tồn oxit kim loại từ xác định chế độ nung - Khảo sát khả phát màu hòa tan tỷ lệ khác resinat kim loại dầu thông - Phân tích kính hiển vi điện tử SEM dự đốn kích thƣớc hạt tạo thành Đề nghị số hƣớng nghiên cứu tiếp theo: - Nghiên cứu tổng hợp hệ màu spinel trang trí bề mặt thủy tinh từ resinat kim loại nhƣ đồng, coban, nhôm, … - Nghiên cứu tổng hợp resinat kim loại từ nguồn nguyên liệu khác - Nghiên cứu tổng hợp chất màu thuộc hệ resinat kim loại ứng dụng trang trí bề mặt ngành gốm sứ, … 41 an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Đỗ Quang Minh, Kỹ thuật sản xuất thủy tinh Đh Quốc Gia TP.HCM, 2006 [2] TS Vũ Quốc Bảo, Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm keo nhựa thơng biến tính dùng cho gia keo giấy tơng bao gói Hà Nội: Bộ Công Thƣơng, 2008 [3] G C Harris and T F J J o t A C S Sanderson, "Resin Acids I An Improved Method of Isolation of Resin Acids; The Isolation of a New AbieticType1 Acid, Neoabietic Acid," vol 70, no 1, pp 334-339, 1948 [4] R Tanaka, H Tokuda, and Y J P Ezaki, "Cancer chemopreventive activity of “rosin” constituents of Pinus spez and their derivatives in two-stage mouse skin carcinogenesis test," vol 15, no 11, pp 985-992, 2008 [5] Hồng Nhâm, "Hóa học vơ tập 3," 2005 [6] V T Lê and M P Nguyễn, Công nghệ sản xuất chất màu gốm sứ 2004 [7] Nguyễn Đức Vận, Hóa Vơ Cơ (Tập 2) NXB Khoa học Kỹ thuật, 2003 [8] K Bittler and W J A C I E i E Ostertag, "Developments in the field of inorganic pigments," vol 19, no 3, pp 190-196, 1980 [9] Đỗ Quang Minh, "Kỹ thuật sản xuất vật liệu gốm sứ, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Tp," ed: HCM, 2000 [10] Đỗ Quang Minh, "Tổng hợp bột màu Coban Aluminat (CoAl2O4) kích thích hạt siêu mịn nhiệt độ thấp," vol 10, no 10, pp 12-17 [11] TS Trần Văn Khải, Bài giảng Vật Liệu Vô Cơ Tiên Tiến ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM [12] TS Đặng Mậu Chiến, Vật liệu Nano, phương pháp chế tạo ứng dụng ĐH Quốc gia TP HCM, 2018 [13] C J Brinker and G W Scherer, Sol-gel science: the physics and chemistry of sol-gel processing Academic press, 2013 [14] L Cartechini et al., "X-ray absorption investigations of copper resinate blackening in a XV century Italian painting," vol 92, no 1, pp 243-250, 2008 [15] Nguyễn Thị Hằng, Nghiên cứu chế tạo nhũ vàng thay vàng thật trang trí gốm xứ 2016 [16] Chỉ tiêu kỹ thuật colophan thông theo TCVN 4190:1986 [17] ThS Nguyễn Minh Hảo, "Giáo trình Thí nghiệm Hóa Hữu Cơ," 2017: Chun ngành Kỹ thuật Hóa học, ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật 42 an [18] TS Lê Thị Duy Hạnh, Bài giảng Các phương pháp vật liệu vô ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM, 2019 [19] M Farahmandjou and F J J o N Soflaee, "Low temperature synthesis of αFe2O3 nano-rods using simple chemical route," vol 4, no 4, pp 413-418, 2014 [20] Z L J J o p c m Wang, "Zinc oxide nanostructures: growth, properties and applications," vol 16, no 25, p R829, 2004 [21] S Sun et al., "Enhanced photocatalytic activity of sponge-like ZnFe2O4 synthesized by solution combustion method," vol 22, no 6, pp 639-643, 2012 43 an PHỤ LỤC Tên tiêu Mức Loại I Loại II 1.Cảm quan Chất rắn, trong, giòn, dễ vỡ va đập, mầu từ vàng sáng đến vàng đục, có mùi đặc trƣng đun chảy Hàm lƣợng tạp chất (%), không lớn 0,30 1,00 Nhiệt độ chảy mềm (˚C) không thấp 70 65 Chỉ số axit 160-190 150-170 Hàm lƣợng chất khơng xà phịng hố (%) khơng 3,00 lớn 5,00 Phụ lục Bảng tiêu kỹ thuật colophan thông theo TCVN 4190:1986 Phụ lục Phổ IR colophan thông 44 an Phụ lục Phổ IR resinat sắt Phụ lục Phổ IR resinat kẽm 45 an Phụ lục Đƣờng cong biến đổi nhiệt vi sai DTA biến đổi khối lƣợng TG resinat sắt Phụ lục Đƣờng cong biến đổi nhiệt vi sai DTA biến đổi khối lƣợng TG resinat kẽm 46 an Phụ lục Đƣờng cong biến đổi nhiệt vi sai DTA biến đổi khối lƣợng TG hỗn hợp resinat sắt kẽm Phụ lục Phổ Rơnghen Fe2O3 47 an Phụ lục Phổ Rơnghen ZnO Phụ lục 10 Phổ Rơnghen ZnFe2O4 48 an S an K L 0 ... luận: Tổng hợp chất màu trang trí bề mặt thủy tinh thuộc họ resinat kim loại phƣơng pháp sol- gel Nhiệm vụ khóa luận: Tổng hợp chất màu oxit sắt oxit kẽm ứng dụng trang trí bề mặt thủy tinh từ resinat. .. Với lý đó, tơi chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp chất màu trang trí bề mặt thủy tinh thuộc họ resinat kim loại phương pháp sol- gel? ?? với mục đích tạo hệ màu trang trí bề mặt thủy tinh có giá trị... thành công chất màu trang trí bề mặt thủy tinh thuộc họ reesinat kim loại phƣơng pháp sol- gel Các tính chất đặc trƣng resisnat kim loại chất màu kim loại đƣợc xác định qua phƣơng pháp đo: Phổ