tổng hợp một số chất màu trên nền tinh thể spinel và mullite

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HCM KHOA HÓA  BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH VÔ CƠ Tên đề tài: TỔNG HỢP MỘT SỐ CHẤT MÀU TRÊN NỀN TINH THỂ SPINEL VÀ MULLITE TP HCM, tháng năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HCM KHOA HÓA  BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH VÔ CƠ Tên đề tài: TỔNG HỢP MỘT SỐ CHẤT MÀU TRÊN NỀN TINH THỂ SPINEL VÀ MULLITE GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Đặng Phương Thảo - 34106054 TP HCM, tháng năm 2012 LỜI CẢM ƠN Khóa luận thực phòng thí nghiệm Hóa lý, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư Phạm Hồ Chí Minh Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS 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 thầy Nguyễn Anh Tiến, giúp đỡ, động viên suốt trình làm khóa luận 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 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 Đặng Phương Thảo MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 10 1.1 Chất màu cho gốm sứ 10 1.1.1 Bản chất màu sắc [6, 7] 10 1.1.2 Chất màu cho gốm sứ [6, 7] 11 1.1.3 Các loại tinh thể dùng để tổng hợp chất màu cho gốm sứ [6] 12 1.2 Nguyên nhân gây màu cho khoáng vật [2] 13 1.2.1 Sự chuyển electron nội 13 1.2.2 Sự chuyển electron kèm theo chuyển điện tích 13 1.2.3 Sự chuyển electron khuyết tật tinh thể 14 1.2.4 Sự chuyển dải lượng 14 1.3 Một số oxit gây màu thông dụng [7] 15 1.3.1 Nhôm oxit (Al O ) 15 1.3.2 Coban oxit (CoO) 15 1.3.3 Crom oxit (Cr O ) 15 1.3.4 Sắt oxit 16 1.3.5 Zirconi oxit (ZrO ) 16 1.3.6 Magie oxit (MgO) 16 1.4 Các phương pháp dùng chất màu trang trí sản phẩm [6] 16 1.4.1 Màu men 16 1.4.2 Màu men 17 1.4.3 Màu men 17 1.5 Một số loại chất màu trang trí khác [6] 18 1.6 Phương pháp tổng hợp chất màu 18 1.6.1 Phương pháp gốm truyền thống [7, 9] 19 1.6.2 Phương pháp đồng kết tủa [7, 9] 20 1.6.3 Phương pháp sol – gel [7, 9] 20 1.6.4 Phương pháp khuếch tán rắn lỏng [7, 9] 21 1.6.5 Phản ứng pha rắn chế phản ứng khuếch tán [3,9] 21 1.6.6 Vai trò chất khoáng hóa 23 1.7 Silica tro trấu [5] 24 1.7.1 Tính chất silica tro trấu 24 1.7.2 Ứng dụng silica tro trấu 24 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 Nội dung nghiên cứu 27 2.2 Các phương pháp nghiên cứu [8] 27 2.2.1 Phương pháp tổng hợp chất màu 27 2.2.2 Phương pháp phân tích nhiệt (TG – DTG) 27 2.2.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 28 2.2.4 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 29 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 hệ spinel 30 3.1.1 Phương pháp tổng hợp chất màu xanh Mg 0,9 Co 0,1 Al O 30 3.1.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm 31 3.1.3 Tổng hợp chất màu CoAl O 45 3.1.4 Khả phát màu độ bền màu màu xanh coban – spinel 47 3.2 Khảo sát tổng hợp chất màu xanh hệ mullite 56 3.2.1 Điều chế SiO từ tro trấu 56 3.2.2 Tổng hợp chất màu xanh hệ mullite 3(Al,Cr) O 2SiO 58 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 65 4.1 Kết luận 65 4.2 Đề xuất 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 67 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ phản ứng MgO Al O 22 Hình 3.1: Quy trình tổng hợp chất màu xanh coban 30 Hình 3.2: Giản đồ phân tích nhiệt TG – DTG mẫu SC1 32 Hình 3.3: Giản đồ phân tích nhiệt TG – DTG mẫu SC2 32 Hình 3.4: Giản đồ phân tích nhiệt TG – DTG mẫu SC3 33 Hình 3.5: Giản đồ phân tích nhiệt TG – DTG mẫu SC4 33 Hình 3.6: Giản đồ phổ XRD mẫu SC1-01-900-30 34 Hình 3.7: Giản đồ phổ XRD mẫu SC1-01-1000-30 35 Hình 3.8: Giản đồ phổ XRD mẫu SC3-01-900-30 35 Hình 3.9: Giản đồ phổ XRD mẫu SC3-01-1000-30 36 Hình 3.10: Giản đồ phổ XRD mẫu SC1-01-900-1h 37 Hình 3.11: Giản đồ phổ XRD mẫu SC1-01-1000-1h 37 Hình 3.12: Giản đồ phổ XRD mẫu SC3-01-900-1h 38 Hình 3.13: Giản đồ phổ XRD mẫu SC3-01-1000-1h 38 Hình 3.14: Ảnh SEM mẫu SC1-01-1000-1h 39 hình 3.15: Giản đồ phổ XRD mẫu SC1-01-900-2h 40 Hình 3.16: Giản đồ phổ XRD mẫu SC1-01-1000-2h 41 Hình 3.17: Giản đồ phổ XRD mẫu SC3-01-900-2h 41 Hình 3.18: Giản đồ phổ XRD mẫu SC3-01-1000-2h 42 Hình 3.19: Giản đồ phổ XRD mẫu SC1-01-1100-1h 43 Hình 3.20: Giản đồ phổ XRD mẫu SC3-01-1100-1h 43 Hình 3.21: Giản đồ phổ XRD mẫu SC1-01-1100-2h 44 Hình 3.22: Giản đồ phổ XRD mẫu SC3-01-1100-2h 44 Hình 3.23: Giản đồ phổ mẫu SCa-1000-1h 46 Hình 3.24: Giản đồ phổ XRD mẫu SCb-1000-1h 46 Hình 3.25: Quy trình thử nghiệm màu men 47 Hình 3.26: Men 47 Hình 3.27: Chất màu SC1 48 Hình 3.28: Chất màu SC3 49 Hình 3.29: Chất màu SC1 50 Hình 3.30: Chất màu SC3 51 Hình 3.31: Chất màu SC1 52 Hình 3.32: Chất màu SC3 52 Hình 3.33: Ảnh hưởng lượng nước 54 Hình 3.34: Chất màu CoAl O 55 Hình 3.35: Quy trình điều chế silica tro trấu 57 Hình 3.36: Giản đồ phân tích nhiệt TG – DTG mẫu MR1 59 Hình 3.37: Giản đồ phân tích nhiệt TG - DTG mẫu MR2 59 Hình 3.38: Giản đồ phổ XRD mẫu MR1-1000-30 60 Hình 3.39: Giản đồ phổ XRD mẫu MR2-1000-30 60 Hình 3.40: Giản đồ phổ XRD mẫu MR1-1000-1h 61 Hình 3.41: Giản đồ phổ XRD mẫu MR2-1000-1h 61 Hình 3.42: Giản đồ phổ XRD mẫu MR1-1000-2h 62 Hình 3.43: Giản đồ phổ XRD mẫu MR2-1000-2h 62 Hình 3.44: Giản đồ phổ XRD mẫu MR1-1100-2h 63 Hình 3.45: Giản đồ phổ XRD mẫu MR2-1100-2h 64 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Màu chất có dải hấp thụ phần phổ trông thấy xạ ánh sáng ban ngày 11 Bảng 1.2 Một số mạng lưới tinh thể dùng tổng hợp chất màu cho gốm sứ 12 Bảng 3.1: Thành phần nguyên liệu mẫu 31 Bảng 3.2: Thành phần nguyên liệu mẫu 45 Bảng 3.3: Ảnh hưởng nhiệt độ lên màu men SC1 49 Bảng 3.4: Ảnh hưởng nhiệt độ lên màu men SC3 49 Bảng 3.5: Ảnh hưởng thời gian lưu đến màu men SC1 51 Bảng 3.6: Ảnh hưởng thời gian lưu đến màu men SC3 51 Bảng 3.7: Ảnh hưởng hàm lượng chất màu đến màu men 53 Bảng 3.8: Ảnh hưởng lượng nước đến chất lượng màu men 54 Bảng 3.9: Kết khảo sát chất màu CoAl O 55 Bảng 3.10: Thành phần hóa học tro trấu (%) 57 Bảng 3.11: Thành phần phối liệu mẫu MR 58 MỞ ĐẦU Ngay từ thời xa xưa, sau tìm lửa, người sản xuất đồ gốm để phục vụ nhu cầu sinh hoạt hàng ngày Ở Việt Nam, đồ gốm xuất từ lâu phát triển thành làng nghề, sở tiếng Hương Canh, Bát Tràng, Móng Cái, Lái Thiêu, Biên Hòa… Từ xưa, nguyên liệu dùng để sản xuất gốm lấy chủ yếu từ tự nhiên, gia công đơn giản, màu điều chế từ khoáng vật tự nhiên chứa nguyên tố gây màu, với bí kinh nghiệm làm sản phẩm đẹp mà khoa học khó tái tạo lại Ngày khoa học gốm phát triển mạnh, không dừng lại gốm dân dụng, gốm mỹ nghệ mà mở rộng nhiều lĩnh vực khác gốm kỹ thuật Màu tổng hợp theo thành phần nguyên liệu ban đầu hay hệ tinh thể đáp ứng khả bền màu, bền nhiệt, bền cho nhiều màu phong phú Ở nước phương Tây, công nghệ sản xuất chất màu phát triển thương mại hóa Một số nước châu Á phát triển lĩnh vực Thái Lan, Indonesia, Đài Loan… Tại Việt Nam, năm gần phát triển mạnh gốm sứ Năm 2005 đạt công suất 120 triệu m2 gạch ốp, lát ceramic granit nhân tạo Tuy nhiên lĩnh vực chất màu mẻ, đòi hỏi chất màu phải bền nhiệt (đến 1200oC), bền cơ… 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 Vì việc nghiên cứu tổng hợp chất màu nhân tạo quan trọng cần thiết xu hướng Một khoáng tinh thể cho nhiều màu đẹp mullite, 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 nhiều (tồn dạng vô định hình) vỏ trấu xơ dừa, điều mở nhiều hướng phát triển cho nhiều ngành sử dụng silica Phụ lục 19: Giản đồ phổ XRD mẫu SC3-01-1100-1h Phụ lục 20: Giản đồ phổ XRD mẫu SC3-01-1100-2h Phụ lục 21: Giản đồ phổ XRD mẫu SCa-1000-1h Phụ lục 22: Giản đồ phổ XRD mẫu SCb-1000-1h Phụ lục 23: Giản đồ TG – DTG mẫu MR1 Phụ lục 24: Giản đồ TG – DTG mẫu MR2 Phụ lục 25: Giản đồ phổ XRD mẫu MR1-1000-30 Phụ lục 26: Giản đồ phổ XRD mẫu MR2-1000-30 Phụ lục 27: Giản đồ phổ XRD mẫu MR1-1000-1h Phụ lục 28: Giản đồ phổ XRD mẫu MR2-1000-1h Phụ lục 29: Giản đồ phổ XRD mẫu MR1-1000-2h Phụ lục 30: Giản đồ phổ XRD mẫu MR2-1000-2h Phụ lục 31: Giản đồ phổ XRD mẫu MR1-1100-2h Phụ lục 32: Giản đồ phổ XRD mẫu MR2-1100-2h Phụ lục 33: Ảnh SEM mẫu SC1-01-1000-1h [...]... của chất màu lúc sử dụng 1.1.3 Các loại tinh thể nền dùng để tổng hợp chất màu cho gốm sứ [6] Chất màu cho gốm sứ được tổng hợp dựa trên cơ sở mạng lưới tinh thể nền của một số chất Các mạng lưới 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 Bảng 1.2 Một số mạng lưới tinh thể dùng tổng hợp chất màu cho gốm sứ Kiểu mạng tinh thể. .. thể tái chế → thân thiện với môi trường Tính chất của zeolit: - Tính hấp phụ - Tính trao đổi ion - Tính axit - Tính 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. .. 1.4.3 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 rất mạnh đến cường độ màu, cũng như độ đồng đều của màu men Màu có cỡ hạt càng mịn cho màu trong men có cường độ màu càng cao và khả năng đồng đều màu càng cao Chất màu trong men phân bố theo hai cơ chế phụ thuộc bản chất của... chính để tổng hợp chất màu xanh lá mullite 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 cobalt trên nền tinh thể spinel và chất màu xanh lá cây trên nền tinh thể mullite 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, thời gian nung 3) Khảo sát độ bền của màu trên. .. dụng, ở đây chúng tôi sử dụng SiO 2 để tổng hợp chất nền mullite trong điều chế màu cho gốm sứ Việc sử dụng silica tro trấu sẽ giúp nâng cao giá trị cây lúa, hạn chế ô nhiễm môi trường và hạ giá thành sản phẩm Với những lý do trên tôi xin chọn đề tài Tổng hợp một số chất màu trên nền tinh thể spinel và mullite với mong muốn góp phần phát triển lĩnh vực chất màu cho gốm sứ, hạ giá thành sản phẩm,... Nam trên thị trường thế giới CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Chất màu cho gốm sứ 1.1.1 Bản chất của màu sắc [6, 7] Màu sắc của vật chất gồm tám màu cơ bản sau: trắng, đen, đỏ, da cam, vàng, lục, lam và tím Từ tám màu cơ bản có thể phối thành vô vàn tông màu khác nhau Màu sắc bao gồm: - Sắc thái màu (đơn màu) : là các màu đặc trưng như xanh, đỏ, tím, vàng, - Tông màu: chỉ sự biến đổi trong một phạm vi một. .. 2.3.2 Nguyên liệu, hóa chất Các loại hóa chất: CoCl 2 6H 2 O, Mg(OH) 2 , MgSO 4 7H 2 O, Al(OH) 3 , AlCl 3 6H 2 O, CrCl 3 6H 2 O Men trong, xương gốm Vỏ trấu CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát tổng hợp chất màu xanh coban trên hệ spinel 3.1.1 Phương pháp tổng hợp chất màu xanh Mg 0,9 Co 0,1 Al 2 O 4 Chúng tôi tiến hành tổng hợp chất màu xanh coban trên hệ tinh thể spinel MgAl 2 O 4... được phát triển và ứng dụng để tổng hợp nhiều loại vật liệu khác nhau do có các ưu điểm: - Có thể tổng hợp 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 [7, 9] 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... 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 dưới men 1.5 Một số loại chất màu trang trí khác [6] - Luster Đó là những rezinat kim loại tạo nên những hiệu quả màu lấp lánh trên đồ gốm do sau khi nung chảy sinh ra một lớp kim loại hay... là: - Cấu trúc spinel - Cấu trúc mullite Việc đưa các ion mang màu vào mạng lưới tinh thể nền thường được thực hiện bằng phản ứng giữa các pha rắn của các oxit Ion sinh màu khi đó nằm ở hốc trong mạng lưới tinh thể nền hay thay thế ion trong mạng lưới tinh thể nền 1.2 Nguyên nhân gây màu cho các khoáng vật [2] Ở một số ít khoáng vật nguyên nhân gây màu liên quan đến hiện tượng phản xạ và tán xạ bên ... định đến khả tạo màu, độ bền màu chất màu lúc sử dụng 1.1.3 Các loại tinh thể dùng để tổng hợp chất màu cho gốm sứ [6] Chất màu cho gốm sứ tổng hợp dựa sở mạng lưới tinh thể số chất Các mạng lưới... 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