tổng hợp vật liệu màu xanh trên nền mạng tinh thể spinel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ TỔNG HỢP VẬT LIỆU MÀU XANH TRÊN NỀN MẠNG TINH THỂ SPINEL Mã số: B2010.19.55 Chủ nhiệm đề tài: TS PHAN THỊ HOÀNG OANH TP HCM, tháng 6/2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ TỔNG HỢP VẬT LIỆU MÀU XANH TRÊN NỀN MẠNG TINH THỂ SPINEL Mã số: B2010.19.55 Xác nhận quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài TS Phan Thị Hoàng Oanh TP HCM, tháng 6/2012 DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ CÁC ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Các thành viên tham gia thực đề tài : TS Phan Thị Hoàng Oanh – Chủ nhiệm đề tài ThS Mai Anh Hùng ThS Đào Thúy Lành ThS Trần Phƣơng Dung ThS Nguyễn Đức Vũ Quyên CN Hoàng Đức Hƣng CN Trƣơng Quốc Phú Các đơn vị phối hợp chính: Viện Công nghệ Hóa học TP HCM Trung tâm Khoa học Vật liệu Đại học Quốc gia Hà Nội Công ty Vật tƣ Gốm sứ Thừa Thiên - Huế (Cty Frit) Công ty Hucera Huế Công ty Gốm sứ Thanh Bình, Bình Dƣơng Công ty Gốm sứ Kim Trúc, TP HCM MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG I DANH MỤC CÁC HÌNH II THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU III INFORMATION ON RESEARCH RESULTS V LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Chất màu cho gốm sứ 1.2 Một số tiêu chuẩn để đánh giá chất màu tổng hợp cho gốm sứ 1.3 Cơ sở hóa lý tổng hợp chất màu cho gốm sứ 1.4 Các nguyên tố gây màu số oxit tạo màu phổ biến 1.5 Phân loại màu theo vị trí trang trí men màu 1.6 Phản ứng pha rắn 1.7 Dung dịch rắn thay dung dịch rắn xâm nhập 13 1.8 Cấu trúc mạng tinh thể spinel 14 1.9 Các phương pháp tổng hợp spinel 15 1.10 Tình hình tổng hợp chất màu mạng lưới tinh thể spinel 17 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1 Đối tượng nghiên cứu 18 2.2 Nội dung nghiên cứu 2.2.1 Nghiên cứu tổng hợp chất spinel 2.2.1.1 Chuẩn bị phối liệu 2.2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng dạng nguyên liệu đến tạo pha spinel 2.2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung đến tạo pha spinel 2.2.1.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu đến tạo pha spinel 2.2.2 Nghiên cứu tổng hợp chất màu spinel 2.2.2.1 Tổng hợp chất màu 𝑀𝑔1 − 𝑥𝐶𝑜𝑥𝐴𝑙2𝑂4 2.2.2.2 Tổng hợp chất màu 𝑀𝑔𝐶𝑟𝑥𝐴𝑙2 − 𝑥𝑂4 2.2.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu 2.2.3.1 Thử màu sản phẩm men gốm 18 18 18 19 19 19 19 19 20 20 20 2.2.3.2 Khảo sát cường độ màu, khả phát màu men 20 2.2.4 Đánh giá độ bền nhiệt sản phẩm màu thu 20 2+ 3+ 2+ 3+ 2.2.5 Khảo sát khả thay đồng hình cation Co , Cr cho Mg Al mạng lưới tinh thể spinel 20 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp tổng hợp spinel bột màu 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt 2.3.4 Phương pháp đo màu 2.3.5 Phương pháp đánh giá chất lượng bột màu qua thử nghiệm men màu 2.3.6 Phương pháp đơn biến 2.3.7 Phương pháp chuẩn độ complexon 21 21 21 22 22 24 24 25 2.4 Dụng cụ, thiết bị hóa chất 2.4.1 Dụng cụ 2.4.2 Thiết bị 2.4.3 Hoá chất 26 26 26 26 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Nghiên cứu tổng hợp chất spinel 3.1.1 Chuẩn bị phối liệu theo phương pháp gốm truyền thống 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng dạng nguyên liệu đến tạo pha spinel phương pháp gốm truyền thống 3.1.3 Chuẩn bị phối liệu theo phương pháp khuếch tán rắn lỏng 3.1.3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ mol NH3/Mg2+ đến % mol Mg2+ kết tủa 3.1.3.2 Quan hệ tỷ lệ mol MgO/Al2O3 hỗn hợp đầu kết tủa 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng phương pháp tổng hợp đến tạo pha spinel 3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung đến tạo pha spinel 3.1.6 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu đến tạo pha spinel 27 27 3.2 Nghiên cứu tổng hợp chất màu spinel 3.2.1 Tổng hợp chất màu Mg1-xCoxAl2O4 3.2.2 Tổng hợp chất màu MgCrxAl2-xO4 45 45 47 3.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu 3.3.1 Thử màu sản phẩm men gốm 3.3.2 Khảo sát cường độ màu, khả phát màu men 49 49 50 3.4 Đánh giá độ bền nhiệt sản phẩm màu thu 52 32 33 34 36 40 42 44 3.5 Đánh giá khả thay đồng hình cation Co 2+, Cr3+ vào mạng lưới tinh thể spinel qua thông số mạng lưới 53 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 4.1 Kết luận 57 4.2 Kiến nghị 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 61 DANH MỤC CÁC BẢNG Số thứ tự tên bảng Trang Bảng 1.1 Tia bị hấp thụ màu tia ló vùng khả kiến Bảng 1.2 Một số mạng tinh thể thông dụng Bảng 3.1 % khối lƣợng oxit Al2O3 MgO nguyên liệu 27 Bảng 3.2 Thành phần phối liệu mẫu M N 28 Bảng 3.3 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol NH3/Mg2+ đến % mol Mg2+ kết tủa 35 Bảng 3.4 Tỷ lệ mol MgO/Al2O3 hỗn hợp đầu kết tủa 37 Bảng 3.5 Ký hiệu sản phẩm nung 42 Bảng 3.6 Độ rộng bán phổ mẫu N sau nung 43 Bảng 3.7 Độ rộng bán phổ mẫu N1200-1h, N1200-2h N1200-3h 45 Bảng 3.8 Công thức hợp thức spinel Mg1-xCoxAl2O4 46 Bảng 3.9 Thành phần phối liệu mẫu từ Co1 đến Co5 46 Bảng 3.10 Công thức hợp thức spinel MgCrxAl2-xO4 47 Bảng 3.11 Thành phần phối liệu mẫu Cr1 - Cr5 48 Bảng 3.12 Kết đo màu men màu xanh 51 Bảng 3.13 Kết đo màu men màu nâu 52 Bảng 3.14 Độ bền màu theo nhiệt độ chất màu xanh màu nâu 53 Bảng 3.15 Bán kính cation (Shannon) 54 Bảng 3.16 Thông số mạng lƣới mẫu N1200-2h, Co2 Cr4 56 i DANH MỤC CÁC HÌNH Số thứ tự tên hình Trang Hình 1.1 Sơ đồ phản ứng MgO Al2O3 11 Hình 1.2 Tế bào mạng lƣới tinh thể spinel 15 Hình 1.3 Sơ đồ tổng hợp theo phƣơng pháp gốm truyền thống 16 Hình 2.1 Hệ tọa độ biểu diễn màu sắc CIE L**a*b* 24 Hình 3.1 Giản đồ DTG-DSC mẫu N 30 Hình 3.2 Giản đồ DTG-DSC mẫu M 32 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu N M sau nung đến 1200oC 33 Hình 3.4 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol NH3/Mg2+ đến % mol Mg2+ kết tủa Hình 3.5 Sự phụ thuộc tỷ lệ mol MgO/Al2O3 hỗn hợp đầu kết tủa 35 38 Hình 3.6 Giản đồ DTG-DSC mẫu RL 39 Hình 3.7 Giản đồ XRD mẫu N RL sau nung đến 1200oC 41 Hình 3.8 Giản đồ XRD mẫu N1100, N1150 N1200 43 Hình 3.9 Giản đồ XRD mẫu N1200-1h, N1200-2h N1200-3h 44 Hình 3.10 Sản phẩm bột màu xanh thu đƣợc nung phối liệu Mg1-xCoxAl2O4 1200oC 47 Hình 3.11 Sản phẩm bột màu nâu thu đƣợc nung phối liệu MgCrxAl2-xO4 1200oC 48 Hình 3.12 Quy trình thử nghiệm màu men gạch 49 Hình 3.13 Màu sắc mẫu Co1 ÷ Co5 mẫu chuẩn SCo 50 Hình 3.14 Màu sắc mẫu Cr1 ÷ Cr5 50 Hình 3.15 Giản đồ XRD mẫu Co2 54 Hình 3.16 Giản đồ XRD mẫu Cr4 55 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM TP HCM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày 25 tháng năm 2012 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung:  Tên đề tài: TỔNG HỢP VẬT LIỆU MÀU XANH TRÊN NỀN MẠNG TINH THỂ SPINEL  Mã số: B2010.19.55  Chủ nhiệm: TS Phan Thị Hoàng Oanh  Cơ quan chủ trì: Trƣờng Đại học Sƣ phạm TP HCM  Thời gian thực hiện: tháng năm 2010 đến tháng năm 2012 Mục tiêu: Xác định điều kiện thích hợp cho trình tổng hợp vật liệu màu xanh mạng tinh thể spinel có chất lƣợng ổn định dùng cho gốm sứ Tính sáng tạo: Bên cạnh phƣơng pháp gốm truyền thống khảo sát thêm phƣơng pháp đồng kết tủa để tạo gốm Kết nghiên cứu: Đã khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến tạo pha spinel nhƣ: phƣơng pháp tổng hợp chất nền, dạng nguyên liệu đầu, nhiệt độ nung, thời gian lƣu Từ đƣa điều kiện thích hợp để tổng hợp spinel: - Phƣơng pháp tổng hợp: gốm truyền thống - Nguyên liệu đầu: 4MgCO3.Mg(OH)2.6H2O Al(OH)3 - Nhiệt độ nung: 1200oC - Thời gian lƣu nhiệt: Đã tổng hợp đƣợc chất màu xanh nâu nhạt khoáng spinel với nhận xét: - Khi thay Mg2+ Co2+ với nguyên liệu thay CoSO4.7H2O, hàm lƣợng mol coban thay tăng dần từ 0,1 đến 0,5 thu đƣợc dãy iii chất màu xanh từ xanh lam nhạt đến xanh đậm Với công thức men Mg0,8Co0,2Al2O4 sản phẩm thu đƣợc có màu sắc tƣơng đƣơng với màu nhập từ Châu Âu mà nhà máy gạch men Hucera – Huế sử dụng - Khi thay Al3+ Cr3+ (nguyên liệu thay Cr2O3) với số mol Cr2O3 thay đổi từ 0,1 ÷ 0,5mol so với số mol Al2O3, thu đƣợc dãy màu từ nâu nhạt đến nâu đậm Khi thay lần lƣợt cation Mg2+ Al3+ mạng lƣới spinen cation Co2+ Cr3+ thông số mạng lƣới tinh thể spinen bị thay đổi, cụ thể nhƣ sau: - Thay Mg2+ Co2+ a tăng từ 8,080 đến 8,128 - Thay Al3+ Cr3+ a tăng từ 8,080 đến 8,107 Nhƣ vậy, có thay đồng hình ion Co2+ Cr3+ lần lƣợt vào mạng tinh thể spinen Đã khảo sát cƣờng độ màu, khả phát màu men nhƣ độ bền nhiệt chất màu tổng hợp Các thông số L*, a*, b* cho thấy chất màu tổng hợp đƣợc có cƣờng độ màu tƣơng đƣơng màu nhập ngoại, bền nhiệt đến 1200oC ứng dụng công nghiệp sản xuất chất màu cho gốm sứ Sản phẩm: - báo khoa học - Chất màu xanh nâu Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Nghiên cứu thêm quy mô pilot quy mô công nghiệp để đƣa vào sản xuất iv Phụ lục Giản đồ XRD mẫu N1200 - 2h Phụ lục 10 Giản đồ XRD mẫu N1200 - 3h Phụ lục 11 Giản đồ XRD mẫu N1200 - 1h Phụ lục 12 Giản đồ XRD mẫu Co2 Phụ lục 13 Giản đồ XRD mẫu Cr4 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM TP.HCM THUYẾT MINH ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ TÊN ĐỀ TÀI MÃ SỐ B2010.19.55 TỔNG HỢP VẬT LIỆU MÀU XANH TRÊN NỀN MẠNG TINH THỂ SPINEL LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU Tự nhiên Xã hội nhân văn Giáo dục LOẠI HÌNH NGHIÊN CỨU Kỹ thuật Nông Lâm-Ngƣ Môi trƣờng Y dƣợc Cơ Ứng dụng Triển khai X THỜI GIAN THỰC HIỆN: 24 tháng, từ tháng năm 2010 đến tháng năm 2012 CƠ QUAN CHỦ TRÌ Tên quan : Trƣờng Đại học Sƣ phạm Tp.HCM Địa : 280, An Dƣơng Vƣơng, Q.5, Tp.HCM Điện thoại : 08 352 020 Fax : E-mail : CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Họ tên : PHAN THỊ HOÀNG OANH Học vị, chức danh KH : Tiến sĩ Chức vụ : Trƣởng Bộ môn Địa NR: CC KCN Tân Bình, Q Tân Phú, Tp.HCM Địa CQ: Khoa Hoá, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Tp.HCM Điện thoại CQ : Di động : 0914 19 36 36 Fax : Điện thoại NR : E-mail : phoanhhue@yahoo.com.vn oanhpth@hcmup.edu.vn NHỮNG NGƢỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Họ tên TS Phan Thị Hoàng Oanh Đơn vị công tác lĩnh vực chuyên môn Khoa Hóa, Đại học Sƣ phạm Tp.HCM Nội dung nghiên cứu cụ thể giao – Điều hành chung – Tổng hợp số liệu – Xây dựng quy trình Chữ ký Mai Anh Hùng Khoa Hóa, Đại học Sƣ phạm Tp.HCM Hoàng Đức Hƣng Khoa Hóa, ĐH Khoa học Huế Nguyễn Đức Vũ Quyên Khoa Hóa, ĐH Khoa học Huế – Khảo sát phƣơng pháp điều chế vật liệu màu – Thử nghiệm màu men gốm – Viết báo cáo tổng kết – Chuẩn bị nguyên vật liệu – Khảo sát phƣơng pháp điều chế vật liệu màu – Khảo sát phƣơng pháp điều chế vật liệu màu – Thử nghiệm màu men gốm – Khảo sát phƣơng pháp điều chế vật liệu màu – Thử nghiệm màu men gốm ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Tên đơn vị nước Viện Công nghệ Hoá học Tp HCM Nội dung phối hợp Khảo sát trình hình thành vật liệu màu Họ tên người đại diện TS Đào Thanh Hùng Trung tâm Khoa học Vật Xác định thành phần hoá học, thành liệu, ĐH Quốc gia Hà Nội phần pha, hình dáng, kích thƣớc hạt chuyển hoá nhiệt mẫu PGS TS Ngô Sĩ Lƣơng phƣơng pháp XRD, SEM, DTA-TGA, tán xạ laser, ICP-AES Công ty Gốm Sứ Thanh Khảo sát chất lƣợng màu men Nguyễn Phú Huyền Châu Bình, Bình Dƣơng Công ty Vật tƣ Gốm sứ Thừa Thiên - Huế (Cty Frit) Khảo sát chất lƣợng màu men TS Lê Đình Quý Sơn 10 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 10.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Hiện nay, chất màu sử dụng phổ biến cho sản xuất gốm sứ có cấu trúc mạng lƣới tinh thể bền, chủ yếu là: spinel MgAl2O4, zircon ZrSiO4, zirconia ZrO2, corunđum Al2O3, cordierite 2MgO.2Al2O3.5SiO2, augite (Ca, Mg, Fe)SiO3 Bằng việc thay phần ion M2+, M3+ cấu trúc mạng lƣới chất ion kim loại d có khả phát màu nhƣ Cu2+, Ni2+, Cr3+, Co3+… ngƣời ta tổng hợp đƣợc nhiều chất màu có độ bền nhiệt cao, phù hợp với nhiều mục đích sử dụng khác Các chất màu đƣợc tổng hợp nhiều phƣơng pháp khác nhƣ: phƣơng pháp gốm truyền thống, phƣơng pháp khuếch tán rắn lỏng, phƣơng pháp đồng kết tủa, phƣơng pháp sol-gel Trong hệ chất màu này, chất màu có mạng lƣới tinh thể spinel (AB2O4) đƣợc phát minh từ cuối năm 1940 có nhiều ƣu điểm bật nhƣ: màu sắc tƣơi sáng, độ phát màu mạnh, bền môi trƣờng sử dụng nên đƣợc sử dụng phổ biến cho sản xuất gốm sứ Trên giới có nhiều công trình nghiên cứu việc tổng hợp chất màu có mạng lƣới tinh thể spinel, nhiên công bố hầu hết dừng việc khảo sát tính chất sơ chất màu mà không đƣa điều kiện cụ thể để đƣa vào quy trình sản xuất 10.2 Danh mục công trình liên quan (Họ tên tác giả ; Nhan đề báo, ấn phẩm ; Các yếu tố xuất bản) a) Của chủ nhiệm đề tài ngƣời tham gia thực đề tài Phan Thị Hoàng Oanh, Nguyễn Vinh Thanh (2006); Nghiên cứu tổng hợp vật liệu màu hồng dùng cho gốm sứ; Kỷ yếu Hội nghị Khoa học cán nữ lần thứ 5, Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Huế (19 - 22) Phan Văn Tường, Ngô Sĩ Lương, Trần Ngọc Tuyền, Phan Thị Hoàng Oanh (2005) ; Tổng hợp precursor cordierite từ cao lanh A Lƣới phƣơng pháp đồng kết tủa; Tạp chí Hóa học, Tập 43, Số (715 - 719) Phan Văn Tường, Ngô Sĩ Lương, Trần Ngọc Tuyền, Phan Thị Hoàng Oanh (2005) ; Tổng hợp khảo sát số tính chất gốm cordierite; Tạp chí hóa học, Tập 43, Số (554 - 558) b) Của ngƣời khác Sonia A Bocanegra, Adriana D Ballarini, Osvaldo A Scelza, Sergio R de Miguel (2008); The influence of the synthesis routes of MgAl2O4 in its properties and behavior as support of dehydrogenation catalysts; Glass and Ceramics, 111, pp 534 - 541 Phan Văn Tường, Lê Đình Quý Sơn (2007); Nghiên cứu tổng hợp màu pink coral (hồng san hô) ZrSiO4(Fe2O3)X cho đồ gốm sứ; Tạp chí Hoá học Ứng dụng, T (67), (30 – 33) Phan Văn Tường, Lê Đình Quý Sơn (2007), Tổng hợp chất màu xanh (Co, Ni, Cu, FeCordierite) sử dung cho gạch ceramic; Tạp Chí Hoá Học, T 45 (4), (397 – 402) Gunter Buxbaum and Gerhard Pfaff (2005); Industrial Inorganic Pigments; WILEYVCH Verlag GmbH & CoKGaA, Weinheim A Yu Chapskaya, N I Radishevskaya, N G Kasatskii, O K Lepakova, Yu S Naiborodenko and V V Vereshchagin (2005); The effect of composition and synthesis conditions on the structure of cobalt-bearing pigments of the spinel type; Glass and Ceramics, 62, pp 388 – 390 G N Maslennikova (2001); Pigments of the spinel type; Glass and Ceramics, 58, pp 216 -220 11 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ngày nay, sản phẩm gốm sứ dân dụng mỹ nghệ gạch ốp lát đa dạng phong phú mẫu mã, chủng loại mà phong phú màu sắc Những năm gần đây, ngành sản xuất gốm sứ giới nhƣ Việt Nam có bƣớc phát triển mạnh mẽ, đặc biệt ngành sản xuất gạch ốp lát ceramic granit Trên thị trƣờng nay, mức tiêu thụ sản phẩm gốm sứ tăng mạnh, nguyên nhân sản phẩm đáp ứng tốt yêu cầu khắt khe ngƣời tiêu dùng mẫu mã, chủng loại, đặc biệt màu sắc trang trí Trong gốm sứ, chất màu đóng vai trò quan trọng, định tính thẩm mỹ sản phẩm Song chi phí màu cho sản xuất gốm sứ lớn, chiếm 20% chi phí nguyên liệu đa số chúng phải nhập ngoại với giá thành cao Trung bình năm lƣợng màu cần nhập khoảng 5000 tấn, khoảng 700 màu xanh dƣơng, 700 màu xanh cây, 1000 màu đen, 1000 màu nâu Ở nƣớc ta nay, ngành công nghiệp gốm sứ có phát triển, nhƣng gặp nhiều khó khăn Cho đến nay, chƣa có nhà máy sản xuất chất màu đời nhằm phục vụ cho ngành sản xuất gốm sứ Trong nƣớc phƣơng tây sản xuất thƣơng mại hoá chất màu gốm sứ từ lâu, Trung Quốc phát triển lĩnh vực mạnh, nƣớc Thái Lan, Indonesia đầu tƣ mạnh bán sản phẩm sang Việt Nam với giá thành cao so với chi phí chế tạo Điều làm hạn chế lớn khả cạnh tranh sản phẩm gốm sứ Việt Nam thị trƣờng nƣớc nhƣ giới Xuất phát từ nhu cầu đó, việc nghiên cứu tổng hợp chất màu với đặc tính bền nhiệt bền hóa cao, chất lƣợng ổn định nhằm phục vụ cho ngành công nghiệp gốm sứ nƣớc ta trở thành nhu cầu cần thiết Xuất phát từ vấn đề nêu trên, chọn đề tài nghiên cứu “Tổng hợp vật liệu màu xanh mạng tinh thể spinel” 12 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Xác định điều kiện thích hợp cho trình tổng hợp vật liệu màu xanh mạng tinh thể spinel có chất lƣợng ổn định dùng cho gốm sứ 13 CÁCH TIẾP CẬN, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 13.1 Cách tiếp cận Dựa sở phƣơng pháp phổ biến đƣợc sử dụng để điều chế vật liệu màu, nhóm nghiên cứu khảo sát tìm điều kiện nguyên liệu đầu phù hợp để điều chế vật liệu màu xanh spinel có chất lƣợng ổn định dùng cho gốm sứ 13 Phƣơng pháp nghiên cứu - Xác định thành phần hóa học mẫu khảo sát: Phƣơng pháp phân tích hoá học theo TCVN; phƣơng pháp ICP-AES - Xác định thành phần pha tinh thể mẫu khảo sát: phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) - Xác định trình xảy nung mẫu khảo sát: phƣơng pháp phân tích nhiệt (DSC – TGA- DTG) - Xác định phân bố cỡ hạt, hình thái hạt sản phẩm: Phƣơng pháp SEM phƣơng pháp tán xạ laser - Phƣơng pháp quy hoạch hoá thực nghiệm: định hƣớng cho bƣớc khảo sát - Các phƣơng pháp chế hoá quặng hóa chất, nhiệt độ : phân huỷ quặng điều chế sản phẩm - Đánh giá chất lƣợng bột màu: xác định độ phân tán độ bền màu thông qua chất lƣợng lớp men bề mặt gốm, việc đo màu men gốm đƣợc thực máy đo phản xạ màu (Reflectance Spetrophotometers) 13.3 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu phƣơng pháp tổng hợp mạng spinel - Nghiên cứu phản ứng tổng hợp vật liệu màu mạng tinh thể spinel 13.4 Nội dung nghiên cứu a Nghiên cứu tổng hợp chất spinel - Chuẩn bị phối liệu theo phƣơng pháp gốm - Chuẩn bị phối liệu theo phƣơng pháp khuếch tán rắn - lỏng - Khảo sát ảnh hƣởng yếu tố: chế độ nghiền, nhiệt độ nung, thời gian lƣu nhiệt đến tạo pha spinel Từ trình trên, rút phƣơng pháp tổng hợp chất spinel hiệu để tiến hành bƣớc b Nghiên cứu tổng hợp vật liệu màu mạng tinh thể spinel - Thay phần Al3+ mạng tinh thể spinel Cr3+, khảo sát ảnh hƣởng lƣợng Cr3+ thay nguồn Cr3+ thay đến xuất màu độ bền pha spinel - Thay phần Mg2+ mạng tinh thể spinel Co2+, khảo sát ảnh hƣởng lƣợng Co2+ thay nguồn Co2+ thay đến xuất màu độ bền pha spinel - Khảo sát hình thành vật liệu màu phƣơng pháp XRD phân tích nhiệt c Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu qua thử nghiệm làm men màu - Khảo sát độ phân tán màu men - Khảo sát độ bền nhiệt chất màu - Khảo sát cƣờng độ tông màu 14 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN STT Các nội dung, công việc thực chủ yếu Sản phẩm phải đạt Thời gian (bắt đầu kết thúc) Người thực Tập hợp, tổng quan tài liệu; tập trung thiết bị, nguyên vật liệu Có đầy đủ tài liệu liên quan thiết bị, nguyên vật liệu cần thiết 4/2010 7/2010 Phan Thị Hoàng Oanh Mai Anh Hùng Hoàng Đức Hƣng Nguyễn Đức Vũ Quyên Nghiên cứu tổng hợp chất spinel Tìm đƣợc phƣơng pháp tổng hợp chất spinel hiệu để tiến 4/2010 hành bƣớc 2/2011 tình tổng hợp vật liệu màu Phan Thị Hoàng Oanh Mai Anh Hùng Hoàng Đức Hƣng Nguyễn Đức Vũ Quyên đơn vị phối hợp Nghiên cứu tổng hợp vật liệu màu mạng tinh thể spinel Đánh giá chất lƣợng sản phẩm bột màu qua thử nghiệm làm men màu Tổng hợp đƣợc vật liệu màu xanh chất lƣợng ổn định mạng tinh thể spinel Đánh giá đƣợc chất lƣợng bột màu thông qua thiết bị kỹ thuật 3/2011 8/2011 Phan Thị Hoàng Oanh Mai Anh Hùng Hoàng Đức Hƣng Nguyễn Đức Vũ Quyên đơn vị phối hợp 9/2011 1/2012 Phan Thị Hoàng Oanh Mai Anh Hùng Hoàng Đức Hƣng Nguyễn Đức Vũ Quyên đơn vị phối hợp Tập hợp, phân tích số liệu Có số liệu đƣợc lý giải đầy đủ 2/20121/2012 Phan Thị Hoàng Oanh Mai Anh Hùng Hoàng Đức Hƣng Nguyễn Đức Vũ Quyên Viết báo cáo Có báo cáo đề tài hoàn chỉnh 2/20124/2012 Phan Thị Hoàng Oanh 4/2012 Phan Thị Hoàng Oanh Mai Anh Hùng Hoàng Đức Hƣng Nguyễn Đức Vũ Quyên Nghiệm thu đề tài 15 SẢN PHẨM VÀ ĐỊA CHỈ ỨNG DỤNG  Loại sản phẩm : Mẫu X Vật liệu Thiết bị máy móc Dây chuyền công nghệ Giống trồng Giống gia súc Qui trình công nghệ Phƣơng pháp Tiêu chuẩn Qui phạm Sơ đồ Báo cáo phân tích Tài liệu dự báo Đề án Luận chứng kinh tế Chƣơng trình máy tính Bản kiến nghị Sản phẩm khác :  Tên sản phẩm, số lƣợng yêu cầu khoa học sản phẩm X Tên sản phẩm STT Số lượng Yêu cầu khoa học Báo cáo khoa học Chi tiết, logic Bài báo khoa học Trên tạp chí khoa học chuyên ngành Luận văn Thạc sĩ Hƣớng dẫn bảo vệ thành công luận văn Thạc sĩ  Số học viên cao học đƣợc đào tạo : Số báo công bố :  Địa ứng dụng (tên địa phƣơng, đơn vị ứng dụng) :  - Các sở sản xuất vật liệu gốm sứ 16 KINH PHÍ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Tổng kinh phí : 99.000.000 đồng Trong đó: Kinh phí nghiệp khoa học : 99.000.000 đồng Các nguồn kinh phí khác (cơ sở hỗ trợ, tài trợ cá nhân, tổ chức) : Không Nhu cầu kinh phí năm : – Năm 2010 : 70.000.000 đồng – Năm 2011 : 29.000.000 đồng Dự trù kinh phí theo mục chi: Xây dựng thuyết minh chi tiết Chuyên đề NC xây dựng quy trình KHCN Báo cáo tổng quan tài liệu Báo cáo xử lý, phân tích số liệu Báo cáo khoa học tổng kết đề tài Quản lý phí Thù lao trách nhiệm điều hành chung chủ nhiệm 1.000.000 đ 5.000.000 đ 1.500.000 đ 3.000.000 đ 4.000.000 đ 4.950.000 đ 7.200.000 đ Xêmina lần x 15 ngƣời x 50.000 đ/ngƣời Nghiệm thu cấp đợt Mua vật liệu, hoá chất thí nghiệm Thuê khoán với cá nhân đơn vị Phát sinh TỔNG CỘNG : 1.500.000 đ 10.000.000 đ 15.000.000 đ 35.000.000 đ 10.850.000 đ 99.000.000 đ Ngày Ngày tháng năm 2009 Ngày 10 tháng năm 2009 Cơ quan chủ trì KT HIỆU TRƢỞNG PHÓ HIỆU TRƢỞNG Chủ nhiệm đề tài (Họ tên, kí) PGS TS Nguyễn Kim Hồng TS Phan Thị Hoàng Oanh tháng năm 200… Cơ quan chủ quản duyệt TL BỘ TRƢỞNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VỤ TRƢỞNG VỤ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƢỜNG [...]... thời gian lƣu đến sự tạo pha spinel đƣợc đánh giá thông qua giản đồ XRD của các sản phẩm nung Từ đó chọn thời gian lƣu thích hợp Từ các kết quả thu đƣợc khi tổng hợp pha spinel, chúng tôi tiến hành tổng hợp chất màu trên nền spinel 2.2.2 Nghiên cứu tổng hợp chất màu trên nền spinel Chất màu trên nền spinel đƣợc tổng hợp bằng cách thay thế một phần Mg2+ trong mạng tinh thể spinel bằng Co2+ theo công thức... Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về việc tổng hợp chất màu có mạng lƣới tinh thể nền spinel, tuy nhiên các công bố hầu hết chỉ dừng ở việc khảo sát tính chất sơ bộ của chất màu mà không đƣa ra những điều kiện cụ thể để đƣa vào quy trình sản xuất [8, 9, 12, 14-16, 20] Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, chúng tôi chọn nghiên cứu đề tài: Tổng hợp vật liệu màu xanh trên nền mạng tinh thể. .. thế một phần ion Mg2+ hay Al3+ trong spinel bằng các cation hóa trị II hoặc hóa trị III có màu Phạm vi màu sắc tạo ra trên nền spinel là khá rộng nhƣ chất màu đen, nâu, xám, nâu đỏ, xanh, hồng… Các chất màu bền nhiệt này đƣợc sử dụng nhiều, đặc biệt là trong ngành sản xuất gốm sứ Ngày nay, vấn đề tổng hợp chất màu trên nền tinh thể spinel cũng nhƣ trên các nền tinh thể khác rất đƣợc quan tâm [5, 16]... hoặc đất hiếm (ion gây màu) vào mạng lƣới tinh thể của một chất nền Việc đƣa ion gây màu vào mạng lƣới tinh thể nền đƣợc thực hiện bằng phản ứng pha rắn giữa các oxit hoặc các muối [5] 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 lƣới tinh thể bị sai lệch… Cấu trúc... kiện để tổng hợp chất màu xanh trên nền mạng spinel Trƣớc hết chúng tôi nghiên cứu điều kiện hình thành spinel MgAl2O4 từ các nguyên liệu khác nhau Từ đó tiến hành tổng hợp chất màu trên nền spinel bằng sự thay thế một phần Mg2+ bằng Co2+ theo công thức 𝑀𝑔1−𝑥 𝐶𝑜𝑥 𝐴𝑙2 𝑂4 ; một phần Al3+ bằng Cr3+ theo công thức 𝑀𝑔𝐶𝑟𝑥 𝐴𝑙2−𝑥 𝑂4 Sản phẩm bột màu thu đƣợc sẽ đƣợc đƣa vào men để khảo sát cƣờng độ màu, khả... trúc lớp vỏ điện tử của nguyên tố gây màu bị biến dạng dƣới tác động của trƣờng tinh thể Sự suy biến năng lƣợng của một số phân lớp điện tử làm cho các ion gây màu hấp thụ ánh sáng một cách chọn lọc tạo ra màu sắc Bảng 1.2 trình bày một số mạng lƣới tinh thể nền thƣờng đƣợc sử dụng để tổng hợp chất màu cho gốm sứ Bảng 1.2 Một số mạng tinh thể nền thông dụng [6] Tinh thể Nhiệt độ nóng chảy (oC) Chỉ số... cứu 2.3.1 Phương pháp tổng hợp spinel và bột màu Trong phạm vi đề tài, chúng tôi tiến hành nghiên cứu tổng hợp spinel bằng hai phƣơng pháp: gốm truyền thống và khuếch tán rắn lỏng Từ các kết quả thu đƣợc, chúng tôi chọn ra phƣơng pháp thích hợp để tổng hợp chất nền spinel, từ đó, tiến hành các nghiên cứu tiếp theo để tổng hợp chất màu trên mạng tinh thể nền spinel thu đƣợc 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ... CoO thƣờng đƣợc dùng làm chất xúc tác, bột màu trong sản xuất thủy tinh và gốm Màu do hợp chất coban đƣa vào thƣờng thƣờng thể hiện là màu xanh nhạt đến màu xanh lam tuỳ theo hàm lƣợng coban Các hợp chất này thƣờng kết hợp với Al2O3 và ZnO tạo thành các hợp chất mang màu, hàm lƣợng Al2O3 càng cao thì màu xanh càng nhạt Khi trộn CoO với TiO2 ta có men màu xanh lục, tuy nhiên thƣờng gây ra hiện tƣợng... nguyên liệu đầu là alkoxit đắt tiền, đồng thời quá trình tổng hợp phức tạp Ngoài những phƣơng pháp trên còn có một số phƣơng pháp khác nhƣ phƣơng pháp Pechini (thực chất là phƣơng pháp sol gel citrate), phƣơng pháp cơ hóa… 1.10 Tình hình tổng hợp chất màu trên mạng lƣới tinh thể spinel Trong số các spinel thì spinel MgAl2O4 đƣợc nghiên cứu rất kỹ về cả phƣơng pháp tổng hợp và các tính chất Spinel này... trong mạng lưới tinh thể nền spinel Trong số các sản phẩm màu thu đƣợc, chúng tôi chọn đại diện một mẫu màu dựa trên kết quả đo cƣờng độ màu, đem mẫu phân tích XRD để khảo sát khả năng tạo pha spinel của sản phẩm Qua đó, chúng tôi so sánh các thông số mạng 20 lƣới của mẫu bột màu với mẫu nền spinel và đƣa ra kết luận về sự thay thế của các cation 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp tổng hợp spinel ... thích hợp Từ kết thu đƣợc tổng hợp pha spinel, tiến hành tổng hợp chất màu spinel 2.2.2 Nghiên cứu tổng hợp chất màu spinel Chất màu spinel đƣợc tổng hợp cách thay phần Mg2+ mạng tinh thể spinel. .. nêu trên, chọn nghiên cứu đề tài: Tổng hợp vật liệu màu xanh mạng tinh thể spinel Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Chất màu cho gốm sứ Về chất, chất màu cho gốm sứ khoáng vật tự nhiên hay nhân tạo có màu, ... VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ TỔNG HỢP VẬT LIỆU MÀU XANH TRÊN NỀN MẠNG TINH THỂ SPINEL Mã số: B2010.19.55 Xác nhận quan chủ trì