tổng hợp một số chất màu trên nền tinh thể mullite, zircon và zincite

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA    KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: HOÁ VÔ CƠ Đề tài: TỔNG HỢP MỘT SỐ CHẤT MÀU TRÊN NỀN TINH THỂ MULLITE, ZIRCON VÀ ZINCITE GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Ngô Thanh Trinh THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tháng 05 năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA    KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: HOÁ VÔ CƠ Đề tài: TỔNG HỢP MỘT SỐ CHẤT MÀU TRÊN NỀN TINH THỂ MULLITE, ZIRCON VÀ ZINCITE GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Ngô Thanh Trinh THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tháng 05 năm 2013 LỜI CẢM ƠN Khóa luận thực Phòng thí nghiệm Hóa lý, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Cô Phan Thị Hoàng Oanh, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện cho hoàn thành khóa luận Sự tận tụy, nhiệt tình, động viên cô lúc khó khăn học đáng quý từ cô hành trang cho nẻo đường Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện cho hoàn thành tốt khóa luận Đồng thời, xin cảm ơn Thầy Huỳnh Kì Phương Hạ Chủ nhiệm Bộ môn Kỹ thuật Hóa Vô Cơ Và Cô Nguyễn Thị Kim Liên quản lí Phòng thí nghiệm Bộ môn Kỹ thuật Hóa Vô Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho sử dụng lò nung bên Trường Bách Khoa để hoàn thành tốt khóa luận Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè, động viên, giúp đỡ suốt trình học tập hoàn thành khóa luận Cuối xin gửi lời cảm ơn đến Quý Thầy Cô, quý độc giả đọc, đóng góp ý kiến, chia sẻ khóa luận Xin chân thành cảm ơn! Ngô Thanh Trinh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 10 1.1 Giới thiệu gốm sứ [9] 10 1.2 Chất màu cho gốm sứ 11 1.2.1 Bản chất màu sắc khoáng vật [3,4] 11 1.2.2 Chất màu cho gốm sứ [1,4] 12 1.2.3 Một số loại mạng tinh thể thông dụng tạo màu cho gốm sứ [1] 13 1.3 Nguyên nhân gây màu khoáng vật [10] 14 1.3.1 Sự chuyển electron nội 15 1.3.2 Sự chuyển điện tích cấu trúc tinh thể ion nằm cạnh 15 1.3.3 Sự chuyển điện tử khuyết tật cấu trúc tinh thể 16 1.3.4 Sự chuyển mức dải lượng 16 1.4 Một số oxit gây màu thông dụng [4] 16 1.4.1 Nhôm oxit (Al O ) 16 1.4.2 Crom oxit ( Cr O ) 17 1.4.3 Coban oxit ( CoO) 17 1.4.4 Kẽm oxit ( ZnO) 18 1.4.5 Sắt oxit ( Fe O ) 18 1.4.6 Zirconi oxit ( ZrO ) 18 1.4.7 Magie oxit ( MgO) 18 1.4.8 Đồng oxit (CuO) 18 1.5 Phân loại màu theo vị trí trang trí men màu [1] 19 1.5.1 Màu men 19 1.5.2 Màu men 19 1.5.3 Màu men 20 1.6 Một số phương pháp tổng hợp chất màu [4, 7] 20 1.6.1 Phương pháp gốm truyền thống 20 1.6.2 Phương pháp đồng kết tủa 21 1.6.3 Phương pháp sol – gel 22 1.6.4 Phương pháp khuếch tán rắn - lỏng 22 1.6.5 Vai trò chất khoáng hóa 23 1.7 Một số loại chất màu trang trí khác [1] 23 1.8 Silica tro trấu [11] 24 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 Nội dung nghiên cứu 26 2.2 Các phương pháp nghiên cứu 27 2.2.1 Phương pháp tổng hợp chất màu [5] 27 2.2.2 Phương pháp phân tích nhiệt (TG-DTG) 27 2.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA) 28 2.2.4 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 28 2.3 Dụng cụ, thiết bị hóa chất 29 2.3.1 Dụng cụ thiết bị 29 2.3.2 Nguyên liệu, hóa chất 29 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Khảo sát tổng hợp chất màu xanh coban zincite ZnO 30 3.1.1 Tổng hợp chất màu Zn 0,9 Co 0.09 Zr 0,01 O 30 3.1.2 Khả phát màu độ bền màu màu xanh coban – zincite 34 3.1.3 Khảo sát sản phẩm sau tráng men 12000C lưu 35 3.2 Tổng hợp chất màu xanh mạ Zircon 40 3.2.1 Điều chế SiO từ tro trấu 40 3.2.2 Tổng hợp chất màu xanh mạ zircon ZrSiO 41 3.2.2.1 Tổng hợp chất màu xanh mạ Zr 1-x Cr x SiO 41 3.2.2.2 Tổng hợp chất màu xanh mạ Zr 1-x Cu x SiO 49 3.3 Tổng hợp chất màu xanh mullite 3Al O 2SiO 54 3.3.1 Ảnh hưởng thành phần nguyên liệu đến nhiệt độ nung thiêu kết 56 3.3.2 Kết khảo sát bột màu 12000C lưu 58 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 61 4.1 Kết luận 61 4.2 Đề xuất 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 3.1 Quy trình tổng hợp chất màu xanh coban 33 Hình 3.2 Giản đồ DTG – DTA – TG mẫu Zn 0,9 Co 0,1 O 34 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu Zn 0.9 Co 0,09 Zr 0,01 O 10000C – 35 Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu Zn 0,9 Co 0,09 Zr 0,01 O 12000C – 36 Hình 3.5 Mẫu tráng men 37 Hình 3.6 Quy trình thử nghiệm màu men 37 Hình 3.7 Mẫu Zn 0,9 Co 0,09 Zr 0,01 O 10000C – - 0,5g – 38 Hình 3.8 Mẫu Zn 0,9 Co 0,09 Zr 0,01 O 10000C – - 0,75g – 38 Hình 3.9 Mẫu Zn 0,9 Co 0,09 Zr 0,01 O 12000C – - 0,5g – 39 Hình 3.10 Mẫu Zn 0,9 Co 0,09 Zr 0,01 O 12000C – - 0,75g – 39 Hình 3.11 Giản đồ XRD tráng men mẫu Zn 0,9 Co 0,09 Zr 0,01 O 12000C – 0,75g – .40 Hình 3.12 Mẫu Zn 0,9 Co 0,09 Zr 0,01 O 10000C – -0,75g – 40 Hình 3.13 Mẫu Zn 0,9 Co 0,09 Zr 0,01 O 12000C – - 0,75g – 41 Hình 3.14 Quy trình điều chế silica tro trấu 42 Hình 3.15 Giản đồ DTG mẫu ZCR1 44 Hình 3.16 Giản đồ TG – DSC mẫu ZCR1 45 Hình 3.17 Giản đồ DTG mẫu ZCR2 45 Hình 3.18 Giản đồ TG – DSC mẫu ZCR2 46 Hình 3.19 Giản đồ XRD mẫu ZCR1 10000C – 47 Hình 3.20 Giản đồ XRD mẫu ZCR1 12000C – 47 Hình 3.21 Giản đồ XRD mẫu ZCR2 12000C – 48 Hình 3.22 Mẫu ZCR2 – 12000C – - 0,5g – 49 Hình 3.23 Mẫu ZCR2 – 12000C - - 0,75g – 49 Hình 3.24 Giản đồ XRD tráng men mẫu ZCR2 50 Hình 3.25 Giản đồ so sánh mẫu ZCR2 trước sau tráng men 50 Hình 3.26 Giản đồ XRD mẫu ZCU1 12000C – 53 Hình 3.27 Giản đồ XRD mẫu ZCU2 12000C – 53 Hình 3.28 Mẫu ZCU1 – 12000C – - 0,5 g – 54 Hình 3.29 Mẫu ZCU1 – 12000C - - 0,75 g – 55 Hình 3.30 Mẫu ZCU2 - 12000C – - 0,5 g – 55 Hình 3.31 Mẫu ZCU2 - 12000C – - 0,75 g – 56 Hình 3.32 Giản đồ TG – DTG mẫu MR – Al(OH) 59 Hình 3.33 Giản đồ TG – DTG mẫu MR – AlCl 6H O 60 Hình 3.34 Giản đồ XRD mẫu MR1 61 Hình 3.35 Giản đồ XRD mẫu MR2 61 Hình 3.36 Giản đồ XRD mẫu MR3 62 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bước sóng ánh sáng trông thấy màu 13 Bảng 1.2 Một số mạng tinh lưới tinh thể dùng tổng hợp chất màu cho gốm sứ 14 Bảng 3.1 Thành phần phối liệu mẫu zincite mang màu 32 Bảng 3.2 Thành phần hóa học tro trấu (%) 43 Bảng 3.3 Thành phần phối liệu hệ Zircon - Cr theo cát 43 Bảng 3.4 Thành phần phối liệu hệ Zircon - Cr theo tro trấu 43 Bảng 3.5 Thành phần phối liệu mẫu Zr 0,9 Cr 0,1 SiO 44 Bảng 3.6 Thành phần phối liệu hệ Zircon - Cu theo cát 51 Bảng 3.7 Thành phần phối liệu hệ Zircon - Cu theo tro trấu 52 Bảng 3.8 Thành phần phối liệu mẫu Zr 0,9 Cu 0,1 SiO 52 Bảng 3.9 Thành phần phối liệu mẫu mullite MR1 57 Bảng 3.10 Thành phần phối liệu mẫu mullite MR2 58 Bảng 3.11 Thành phần phối liệu mẫu mullite MR3 58 Bảng 3.12 Thành phần phối liệu mẫu MR1 MR2 58 Bảng 3.13 Thành phần phối liệu mẫu MR1 MR3 59 MỞ ĐẦU Trong đời sống xã hội ngày nay, sản phẩm gốm sứ mỹ nghệ, gốm sứ dân dụng gốm sứ công nghiệp đa dạng, phong phú chủng loại, mẫu mã hình dạng mà trang trí, phủ loại chất màu khác với nhiều chi tiết tấu hoa văn đẹp làm cho giá trị thẩm mỹ sản phẩm nâng lên cao Nghệ thuật trang trí sản phẩm gốm sứ chất màu gốm sứ phổ biến rộng rãi ngày hoàn thiện nâng lên tầm cao mới, đáp ứng thõa mãn cho nhu cầu sử dụng người Phủ chất màu bề mặt sản phẩm gốm sứ bảo đảm cho hình ảnh trang trí nghệ thuật chúng có độ bền vĩnh cửu Khác với chất màu hữu cơ, chất màu gốm sứ có độ bền cao chống lại tác động ánh sáng, nhiệt độ, môi trường bền với thời gian Nhưng chi phí màu cho sản xuất gốm sứ lớn, chiếm tới 20% chi phí nguyên liệu đa số chúng phải nhập từ nước vào với giá thành cao Trung bình năm lượng màu cần nhập khoảng 5000 tấn, có khoảng 700 màu xanh lá, 700 màu xanh dương, 1000 màu đen, 1000 màu nâu Tại Việt Nam, năm gần ngành công nghiệp gốm sứ có phát triển Năm 2005 đạt công suất 120 triệu m3 gạch ốp lát, ceramic granit Nhưng ngành công nghiệp gốm sứ gặp nhiều khó khăn Do lĩnh vực chất màu mẻ mà đòi hỏi chất màu phải bền nhiệt ( đến 1200oC), bền cơ…trong khoáng tự nhiên thường có thành phần không ổn định, lẫn nhiều tạp chất gây khó khăn cho trình tổng hợp hạn chế việc sử dụng Ngoài nay, chưa có nhà máy sản xuất chất màu đời nhằm phục vụ cho ngành sản xuất gốm sứ Những điều làm hạn chế lớn khả cạnh tranh sản phẩm gốm sứ Việt Nam thị trường giới Vì việc nghiên cứu tổng hợp chất màu nhân tạo nhằm phục vụ cho ngành công nghiệp gốm sứ nước ta, trở thành nhu cầu cần thiết Một khoáng tinh thể cho nhiều màu đẹp Mullite Zircon có thành phần silica Tuy nhiên, nguồn silica tự nhiên chủ yếu tồn đất sét cát nên khả phản ứng chưa cao, điều kiện phản ứng khắc nghiệt Gần người ta tìm nguồn giàu silica có hoạt tính cao ( tồn dạng vô định hình) vỏ trấu, điều mở nhiều hướng phát triển cho nhiều ngành sử dụng silica Việt Nam nước có truyền thống nông nghiệp, lương thực chủ yếu lúa Sau lần thu hoạch người dân thường đốt rơm rạ, vỏ trấu để bắt đầu vụ mùa mới, điều tác động xấu tới môi trường gây ô nhiềm môi trường SiO trấu có nhiều ứng dụng hoạt tính cao nó, sử dụng SiO để tổng hợp chất Mullite Zircon điều chế màu cho gốm sứ Việc sử dụng silica tro trấu giúp nâng cao giá trị lúa, hạn chế ô nhiễm môi trường sau lần thu hoạch hạ giá thành sản phẩm Với lí xin chọn đề tài “Tổng hợp số chất màu tinh thể Mullite, Zircon Zincite” với mong muốn góp phần phát triển lĩnh vực chất màu cho gốm sứ, hạ giá thành sản phẩm, tăng khả cạnh tranh sản phẩm gốm Việt Nam thị trường Phụ lục 7: Giản đồ DTG mẫu ZCR2 Phụ lục 8: Giản đồ TG – DSC mẫu ZCR2 Phụ lục 9: Giản đồ XRD mẫu ZCR1 10000C – Phụ lục 10: Giản đồ XRD mẫu ZCR1 12000C – Phụ lục 11: Giản đồ XRD mẫu ZCR2 12000C – Phụ lục 12: Giản đồ XRD tráng men mẫu ZCR2 Phụ lục 13: Giản đồ so sánh mẫu ZCR2 trước sau tráng men Phụ lục 14: Giản đồ XRD mẫu ZCU1 12000C – Phụ lục 15: Giản đồ XRD mẫu ZCU2 12000C – Phụ lục 16: Giản đồ XRD mẫu ZCU2 12000C – Phụ lục 17: Giản đồ TG – DTG mẫu MR – AlCl 6H O Phụ lục 18: Giản đồ XRD mẫu MR1 Phụ lục 19: Giản đồ XRD mẫu MR2 Phụ lục 20: Giản đồ XRD mẫu MR3 [...]... hại, có thể tái chế nên thân thiện với môi trường Tính chất của zeolite: tính hấp phụ, tính trao đổi ion, tính axit, bền nhiệt và bền hóa Tổng hợp chất màu cho gốm sứ Việc tổng hợp chất màu dựa trên những hệ tinh thể bền là một hướng phát triển mang nhiều hiệu quả trong thời gian gần đây Chất màu được tổng hợp bằng cách đưa các nguyên tố gây màu vào các hệ tinh thể có sẵn cho nhiều màu đẹp, tông màu rộng,... chính để tổng hợp chất màu xanh lá mullite và zircon Để đạt được các mục tiêu của khóa luận đặt ra, chúng tôi xin thực hiện các mục tiêu sau: 1) Điều chế chất màu xanh coban trên nền tinh thể zincite và chất màu xanh lá trên nền tinh thể mullite và zircon 2) Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố sau đến chất lượng sản phẩm màu: - Thành phần nguyên liệu ban đầu - Nhiệt độ nung 3) Khảo sát độ bền của màu trong... đổi màu - Sự tạo màu trong men bằng các chất màu không tan trong men Chất màu đưa vào men là những chất màu có cấu trúc bền, không tan trong men mà chỉ phân bố đều trong men để tạo màu đục trong men Các chất màu này có thể là những chất màu tổng hợp bền nhiệt hoặc các khoáng thiên nhiên bền có màu Trường hợp này màu trong men sẽ bền hơn và ổn định hơn Màu trong men có nhiều gam màu phong phú hơn màu. .. tan hơn để đưa vào men Màu do hợp chất coban đưa vào thường thể hiện là màu xanh nhạt đến màu xanh lam tùy theo hàm lượng coban Các hợp chất này thường kết hợp với Al 2 O 3 và ZnO tạo thành các hợp chất mang màu, hàm lượng Al 2 O 3 càng cao thì màu xanh càng nhạt Coban khi kết hợp với photphat hoặc arsenat cho ta màu tím xanh đến tím Sự phát màu có tác dụng rõ rệt hơn khi thêm vào men một lượng nhỏ... thông dụng tạo màu cho gốm sứ [1] Chất màu cho gốm sứ được tổng hợp dựa trên cơ sở mạng lưới tinh thể nền của một số chất Các mạng lưới tinh này phải bền ở nhiệt độ cao, bền với tác dụng của các môi trường xâm thực, không hòa tan hoặc hòa tan rất ít trong men 13 Bảng 1.2 Một số mạng tinh lưới tinh thể dùng tổng hợp chất màu cho gốm sứ Kiểu mạng tinh thể Công thức đại diện Spinel MgAl 2 O 4 Cordierite 2MgO.2Al... được phát triển và ứng dụng để tổng hợp nhiều loại vật liệu khác nhau do các ưu điểm: - Có thể tổng hợp các được chất màu dưới dạng bột với cấp hạt cỡ nanomet - Có thể tổng hợp được chất màu dưới dạng màng mỏng hay sợi - Nhiệt độ tổng hợp không cao 1.6.4 Phương pháp khuếch tán rắn - lỏng Ví dụ để tổng hợp MgAl 2 O 4 có thể đi từ MgO và muối nhôm Người ta tiến hành khuếch tán bột MgO vào dung dịch muối... nhau Chất màu cho gốm sứ ngoài các yếu tố đã nêu trên, màu sắc còn do dạng thù hình của nguyên tố tạo nên Như một lượng nhỏ Cr 2 O 3 trong α-Al 2 O 3 cho màu đỏ ngọc, trong β-Al 2 O 3 cho màu xanh Trong sản xuất chất màu cho gốm sứ, nhiệt độ nung và môi trường nung là những yếu tố quyết định đến khả năng tạo màu, độ bền màu 1.2.3 Một số loại mạng tinh thể nền thông dụng tạo màu cho gốm sứ [1] Chất màu. .. màu dưới men 1.6 Một số phương pháp tổng hợp chất màu [4, 7] 1.6.1 Phương pháp gốm truyền thống Phương pháp gốm truyền thống là thực hiện phản ứng giữa các pha rắn là hỗn hợp các oxit, muối ở nhiệt độ cao Ion sinh màu có thể ở trong tinh thể nền dưới dạng dung dịch rắn xâm nhập, dung dịch rắn thay thế hay tồn tại dưới dạng tạp chất trong tinh thể nền Quá trình phản ứng tổng hợp chất màu rất phức tạp,... 13500C chuyển thành màu vàng xám rất tối 19 Màu dưới men thường được phân thành hai loại: loại có nhiệt độ nung chín khoảng 12000C và loại có nhiệt độ nung chín khoảng 1300 – 14000C Màu dưới men thường được pha thêm 20% men 1.5.3 Màu trong men Màu trong men được tạo ra bằng cách đưa trực tiếp một số hợp chất gây màu hoặc các chất màu tổng hợp bền nhiệt vào men Độ mịn của màu đưa vào men có ảnh hưởng... cũng như nữa đục và men mờ khi cho thêm sắt oxit sẽ có màu nâu sáng, màu be, màu long cừu và đến màu nâu sẫm Cùng với các oxit của coban, mangan hoặc đồng tạo nên màu đen Nếu lượng oxit sắt quá nhiều men sẽ có màu nâu 1.4.6 Zirconi oxit ( ZrO2) Dựa vào hệ ZrO 2 – SiO 2 và ZrO 2 – V 2 O 5 , việc nhuộm men màu zircon ngày dễ dàng hơn Màu vàng ZrO 2 – V 2 O 5 là màu vàng rất đẹp khi cho vào một lượng CaO ... bền hóa Tổng hợp chất màu cho gốm sứ Việc tổng hợp chất màu dựa hệ tinh thể bền hướng phát triển mang nhiều hiệu thời gian gần Chất màu tổng hợp cách đưa nguyên tố gây màu vào hệ tinh thể có sẵn... chảy Màu men trường hợp dễ bị biến đổi màu - Sự tạo màu men chất màu không tan men Chất màu đưa vào men chất màu có cấu trúc bền, không tan men mà phân bố men để tạo màu đục men Các chất màu chất. .. chất màu chất màu tổng hợp bền nhiệt khoáng thiên nhiên bền có màu Trường hợp màu men bền ổn định Màu men có nhiều gam màu phong phú màu men 1.6 Một số phương pháp tổng hợp chất màu [4, 7] 1.6.1