nghiên cứu tổng hợp chất màu trên nền mạng tinh thể của kẽm titanat

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN VĂN THÔNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT MÀU TRÊN NỀN MẠNG TINH THỂ CỦA KẼM TITANAT Chuyên ngành : HÓA VÔ CƠ Mã số : 60 44 25 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. TRẦN DƯƠNG Huế, năm 2010 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả luận văn Nguyễn Văn Thông ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Trần Dương đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Huế, đồng cảm ơn khoa Hóa học và khoa Vật lý trường Đại học Khoa học Huế đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và lãnh đạo trường Trung học Phổ thông Phú Lộc đã động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành khóa học này. Huế, ngày 10 tháng 9 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Thông iii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Mục lục 1 Chữ viết tắt và danh mục ký hiệu các mẫu 4 Danh mục các bảng biểu 5 Danh mục các hình vẽ 6 MỞ ĐẦU 7 Chương 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 9 1.1. KHÁI QUÁT VỀ GỐM SỨ 9 1.1.1. Vật liệu gốm sứ 9 1.1.2. Gốm truyền thống 9 1.1.3. Gốm kỹ thuật 10 1.2. KHÁI QUÁT VỀ CHẤT MÀU CHO GỐM SỨ 10 1.2.1. Màu sắc và bản chất màu sắc của khoáng vật 10 1.2.2. Nguyên nhân gây màu của khoáng vật 10 1.2.3. Một số tiêu chuẩn để đánh giá chất màu tổng hợp cho gốm sứ 12 1.2.4. Cơ sở hóa lí về tổng hợp chất màu cho gốm sứ 13 1.2.5. Các nguyên tố gây màu và một số oxit tạo màu phổ biến 13 1.2.6. Phân loại màu theo vị trí trang trí giữa men và màu 14 1.3. PHẢN ỨNG GIỮA CÁC PHA RẮN 15 1.3.1. Phản ứng giữa các pha rắn theo cơ chế khuếch tán Wagner 15 1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng giữa các pha rắn 16 1.3.3. Dung dịch rắn thay thế và dung dịch rắn xâm nhập 18 1 1.4. GIỚI THIỆU MỘT SỐ CHẤT MÀU 18 1.5. CHẤT MÀU TRÊN CƠ SỞ MẠNG LƯỚI TINH THỂ SPINEN 19 1.5.1. Cấu trúc của mạng tinh thể spinen 19 1.5.2. Các phương pháp tổng hợp spinen 20 1.5.3. Tình hình tổng hợp chất màu trên mạng lưới tinh thể spinen 21 Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 22 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 22 2.2.1. Nghiên cứu tổng hợp chất nền spinen kẽm orthotitanat 22 2.2.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu trên nền spinen kẽm orthotitanat 23 2.2.3. Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu 24 2.2.4. Khảo sát khả năng thay thế đồng hình của Co 2+ và Cu 2+ cho Zn 2+ 24 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2.3.1. Phương pháp tổng hợp spinen và chất màu 24 2.3.2. Phương pháp phân tích nhiệt 24 2.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 24 2.3.4. Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến (UV – Vis) 26 2.3.5. Phương pháp đo màu 26 2.3.6. Phương pháp đánh giá chất lượng màu trên men gạch 27 2.3.7. Phương pháp chuẩn độ complexon 27 2.4. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT 28 2.4.1. Dụng cụ 28 2.4.2. Thiết bị 28 2.4.3. Hóa chất 28 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT NỀN SPINEN 29 2 3.1.1. Chuẩn bị phối liệu 29 3.1.2. Khảo sát sự phân hủy nhiệt của mẫu phối liệu 30 3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nguyên liệu đầu 31 3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung 32 3.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu 33 3.1.6. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nghiền 36 3.1.7. Khảo sát ảnh hưởng của lực ép viên 37 3.1.8. Khảo sát ảnh hưởng của chất khoáng hóa 38 3.2. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT MÀU TRÊN NỀN SPINEN 39 3.2.1. Tổng hợp chất màu xanh kẽm titanat pha tạp coban 39 3.2.2. Tổng hợp chất màu xanh kẽm titanat pha tạp đồng 40 3.3. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM BỘT MÀU 41 3.3.1. Thử màu sản phẩm trên men gốm 41 3.3.2. Khảo sát cường độ màu, khả năng phát màu trong men 42 3.3.3. Khảo sát khả năng thay thế đồng hình của các cation Co 2+ và Cu 2+ cho Zn 2+ vào mạng lưới tinh thể nền spinen kẽm orthotitanat 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC P1 3 CHỮ VIẾT TẮT VÀ DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC MẪU TG : Thermal Gravity DSC : Diffirential Scanning Calometry XRD : X – ray diffraction UV-Vis : Ultra Violet - visible Stt Ký hiệu Nhiệt độ nung Thời gian nghiền Lực ép Thời gian lưu 1 A1200 1200 o C 120 phút 6 tấn 60 phút 2 B1200 1200 o C 120 phút 6 tấn 60 phút 3 B1150 1150 o C 120 phút 6 tấn 60 phút 4 B1200(30) 1200 o C 120 phút 6 tấn 30 phút 5 B1200(60) 1200 o C 120 phút 6 tấn 60 phút 6 B1200-1h 1200 o C 60 phút 6 tấn 60 phút 7 B1200-2h 1200 o C 120 phút 6 tấn 60 phút 8 B1200-3h 1200 o C 180 phút 6 tấn 60 phút 9 B1200-4t 1200 o C 180 phút 4 tấn 60 phút 10 B1200-6t 1200 o C 180 phút 6 tấn 60 phút 11 B1200-8t 1200 o C 180 phút 8 tấn 60 phút 12 BF1 1200 o C 180 phút 8 tấn 60 phút 13 BF2 1200 o C 180 phút 8 tấn 60 phút 14 BF3 1200 o C 180 phút 8 tấn 60 phút 15 Co1 1200 o C 180 phút 8 tấn 60 phút 16 Co2 1200 o C 180 phút 8 tấn 60 phút 17 Co3 1200 o C 180 phút 8 tấn 60 phút 18 Co4 1200 o C 180 phút 8 tấn 60 phút 19 Co5 1200 o C 180 phút 8 tấn 60 phút 20 Cu1 1200 o C 180 phút 8 tấn 60 phút 21 Cu2 1200 o C 180 phút 8 tấn 60 phút 22 Cu3 1200 o C 180 phút 8 tấn 60 phút 23 Cu4 1200 o C 180 phút 8 tấn 60 phút 24 Cu5 1200 o C 180 phút 8 tấn 60 phút 4 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Stt Ký hiệu Nội dung Trang 1 Bảng 1.1. Màu tia bị hấp thụ và màu tia ló trong vùng khả kiến 10 2 Bảng 3.1 Độ tinh khiết ( %m) của ZnO và TiO 2 trong nguyên liệu đầu 29 3 Bảng 3.2 Thành phần khối lượng các mẫu phối liệu A và B 30 4 Bảng 3.3 Độ rộng bán phổ của các mẫu A1200 và B1200 32 5 Bảng 3.4 Bảng tính độ rộng bán phổ của các mẫu B1200-1h, B1200-2h, B1200-3h 36 6 Bảng 3.5 Bảng tính độ rộng bán phổ của các mẫu B1200-4t, B1200-6t và B1200-8t 37 7 Bảng 3.6 Thành phần khối lượng của các mẫu BF1, BF2 và BF3 38 8 Bảng 3.7 Bảng tính độ rộng bán phổ của các mẫu BF1, BF2 và BF3 39 9 Bảng 3.8 Công thức hợp thức của spinen mang màu xanh coban 40 10 Bảng 3.9 Thành phần phối liệu của các mẫu Co1 ÷ Co5 40 11 Bảng 3.10 Công thức hợp thức của spinen mang màu xanh đồng 41 12 Bảng 3.11 Thành phần phối liệu của các mẫu Cu1 ÷ Cu5 41 13 Bảng 3.12 Kết quả đo màu men của kẽm titanat pha tạp coban 43 14 Bảng 3.13 Kết quả đo màu men của kẽm titanat pha tạp đồng 44 15 Bảng 3.14 Bán kính của các cation 44 16 Bảng 3.15 Bảng tính độ rộng bán phổ của các mẫu Co1 ÷ Co5 45 17 Bảng 3.16 Bảng tính độ rộng bán phổ của các mẫu Cu1 ÷ Cu5 46 18 Bảng 3.17 Thông số mạng lưới của các mẫu BF1, Co4 và Cu3 47 5 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Stt Ký hiệu Nội dung Trang 1 Hình 1.1 Sơ đồ phản ứng giữa ZnO và TiO 2 16 2 Hình 1.2 Sơ đồ tổng hợp theo phương pháp gốm truyền thống 20 3 Hình 2.1 Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên mạng tinh thể 25 4 Hình 2.2 Độ tù của pic nhiễu xạ gây ra do kích thước hạt 25 5 Hình 2.3 Hệ tọa độ biểu diễn màu sắc CIE 27 6 Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu A 30 7 Hình 3.2 Giản đồ XRD của các mẫu A1200 và B1200 31 8 Hình 3.3 Giản đồ XRD của các mẫu B1150 và B1200 33 9 Hình 3.4 Giản đồ XRD của các mẫu B1200(30) và B1200(60) 34 10 Hình 3.5 Phổ UV – Vis của các mẫu M1, M2, B1150, B1200(30) và B1200(60) 35 11 Hình 3.6 Giản đồ XRD của các mẫu B1200-1h, B1200-2h và B1200-3h 36 12 Hình 3.7 Giản đồ XRD của các mẫu B1200-4t, B1200-6t và B1200-8t 37 13 Hình 3.8 Giản đồ XRD của các mẫu BF1, BF2 và BF3 38 14 Hình 3.9 Quy trình thử nghiệm màu men trên gạch 41 15 Hình 3.10 Màu sắc của các mẫu Co1 ÷ Co5 và mẫu chuẩn SCo 42 16 Hình 3.11 Màu sắc của các mẫu Cu1 ÷ Cu5 42 17 Hình 3.12 Giản đồ XRD của các mẫu Co1 ÷ Co5 45 18 Hình 3.13 Giản đồ XRD của các mẫu Cu1 ÷ Cu5 46 7 [...]... lệ phần trăm khối lượng của chất khoáng hóa thích hợp 2.2.2 Nghiên cứu tổng hợp chất màu trên nền spinen kẽm orthotiatanat Từ các kết quả thu được, chúng tôi tiến hành tổng hợp chất màu trên nền mạng tinh thể spinen Zn2TiO4 bằng cách thay thế một phần cation Zn 2+ trong mạng tinh thể kẽm titanat bằng cation Co2+và Cu2+ 2.2.2.1 Tổng hợp chất màu kẽm titanat pha tạp coban (Zn2-2xCo2x TiO4) Nguyên liệu... mỹ của sản phẩm Kích thước của hạt màu là yếu tố quyết định tính chất này, chất màu cho gốm sứ thường có kích thước nhỏ hơn 50µm 13 1.2.4 Cơ sở hóa lý về tổng hợp chất màu cho gốm sứ [7], [16], [17] Chất màu cho gốm sứ thường là chất màu tổng hợp nhân tạo Chúng được tổng hợp dựa trên cơ sở của việc đưa các ion kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm (ion gây màu) vào mạng lưới tinh thể của một chất làm nền. .. có màu như Co2+, Cu2+, Ni2+, Phạm vi màu sắc tạo ra trên nền spinen là khá rộng gồm màu đen, nâu, xám, vàng, xanh, hồng,… Ngày nay, vấn đề tổng hợp chất màu trên nền spinen rất được quan tâm 22 Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Trong những năm qua, nhiều nghiên cứu về chất màu đã được tiến hành và có những kết quả khách quan Chất màu được tổng hợp trên nhiều chất nền. .. gây màu vào mạng lưới tinh thể nền được thực hiện bằng phản ứng pha rắn giữa các oxit hoặc các muối Ion gây màu trong tinh thể nền ở dạng dung dịch rắn xâm nhập, dung dịch rắn thay thế hoặc tồn tại ở dạng tạp chất Do đó, cấu trúc của chất màu là không hoàn chỉnh, các thông số mạng lưới tinh thể bị sai lệch,… Cấu trúc lớp vỏ điện tử của nguyên tố gây màu bị biến dạng dưới tác động của trường tinh thể. .. spinen đó bằng sự thay thế đồng hình cation Zn 2+ bằng Co2+, Cu2+ để tạo ra chất màu xanh dương của Zn2-2xCo2x TiO4 và chất màu xanh lá của Zn2-2xCu2x TiO4 Bột màu thu được chúng tôi sẽ tiến hành kéo men để khảo sát cường độ màu, khả năng phát màu trong men 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.2.1 Nghiên cứu tổng hợp chất nền spinen kẽm orthotitanat Các điều kiện thực nghiệm được khảo sát theo phương pháp đơn biến... biến Xuất phát từ những vấn đề cấp thiết nêu trên, chúng tôi chọn đề tài của luận văn là: Nghiên cứu tổng hợp chất màu trên nền mạng tinh thể của kẽm titanat 9 Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 KHÁI QUÁT VỀ GỐM SỨ [1], [5] Gốm sứ là từ dùng để chỉ những sản phẩm mà nguyên liệu ban đầu đi từ cao lanh, đất sét hoặc có thể có thêm một số nguyên liệu khác như titanat, ferit,… Những nguyên liệu này được... giá chất màu tổng hợp cho gốm sứ [7], [13] Chất màu cho gốm sứ thường được đánh giá theo các tiêu chuẩn như sau: - Gam màu hay sắc thái màu: là tính đơn màu của màu sắc như xanh, đỏ, tím, vàng… Nó có thể được xác định dễ dàng bằng trực quan - Tông màu: là sự biến đổi xung quanh một đơn màu, ví dụ màu xanh gồm xanh lục, xanh dương, xanh chàm,… - Cường độ màu: là khả năng phát màu hay sự thuần khiết của. .. năng giữ màu c) Coban oxit CoO CoO là chất dạng tinh thể lập phương, màu lục thẫm Nó là một chất tạo màu tốt, rất ổn định được dùng trong vật liệu gốm thuộc nhóm tạo màu CoO là chất tạo màu xanh ở mọi nhiệt độ nung, trong hầu hết mọi loại men Màu do hợp chất coban đưa vào thường thể hiện là màu xanh nhạt đến màu xanh lam tuỳ theo hàm lượng coban Sắc xanh có thể bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các... lên trên, sau đó đem nung Nhiệt độ nung cao hơn màu trên men, khoảng 1175 – 1220 oC Tuy nhiên phải đảm bảo chất màu không bị phản ứng tạo màu phụ Màu dưới men được lớp men trên bảo vệ nên bền trước các tác nhân cơ học, hoá học  Màu trong men: là chất màu bền nhiệt được tổng hợp trước rồi đưa trực tiếp vào men Sự tạo màu trong men có thể xảy ra bằng cách phân bố các hạt màu vào trong men hoặc chất màu. .. của Co2+ và Cu2+ cho Zn2+ Với sản phẩm màu thu được, chúng tôi đem phân tích XRD để khảo sát khả năng tạo pha spinen của sản phẩm Qua đó, chúng tôi so sánh các thông số mạng lưới của mẫu bột màu với mẫu nền spinen và đưa ra kết luận về sự thay thế của các cation 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1 Phương pháp tổng hợp spinen và chất màu Trong phạm vi luận văn này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu tổng hợp . SỐ CHẤT MÀU 18 1.5. CHẤT MÀU TRÊN CƠ SỞ MẠNG LƯỚI TINH THỂ SPINEN 19 1.5.1. Cấu trúc của mạng tinh thể spinen 19 1.5.2. Các phương pháp tổng hợp spinen 20 1.5.3. Tình hình tổng hợp chất màu trên. trên mạng lưới tinh thể spinen 21 Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 22 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 22 2.2.1. Nghiên cứu tổng hợp chất nền spinen kẽm orthotitanat. Khảo sát ảnh hưởng của lực ép viên 37 3.1.8. Khảo sát ảnh hưởng của chất khoáng hóa 38 3.2. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT MÀU TRÊN NỀN SPINEN 39 3.2.1. Tổng hợp chất màu xanh kẽm titanat pha tạp coban