Nghiên cứu tổng hợp chất màu trên cơ sở kẽm cromit

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Xuân Thành LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tôi, số liệu luận văn trung thực, tác giả cho phép sử dụng không chép tài liệu khoa học HỌC VIÊN Bùi Hiếu Trung Bùi Hiếu Trung - CB130799 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Xuân Thành LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Xuân Thành, người tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ cho suốt trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn Công nghệ chất Vô - Viện Kỹ Thuật Hoá học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ thời gian học tập nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên, đóng góp ý kiến giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận văn tốt nghiệp Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2015 HỌC VIÊN Bùi Hiếu Trung Bùi Hiếu Trung - CB130799 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Xuân Thành MỞ ĐẦU Trên giới, đặc biệt nước phát triển, sản xuất chất màu nghiên cứu vào thương mại từ lâu, hình thành ngành công nghiệp sản xuất chất màu hoàn chỉnh, cung cấp thị trường nhiều sản phẩm với chất lượng cao, mẫu mã đa dạng, phong phú, đem lại lợi ích kinh tế to lớn Trong năm gần số nước Trung Quốc, Thái Lan, Indonexia, Hàn Quốc … đầu tư nghiên cứu cho đời nhiều sản phẩm, cung cấp thị trường bán sang Việt Nam với giá thành cao Hiện nước ta chưa có sở sản xuất cung cấp thị trường sản phẩm chất màu thương mại với quy mô công nghiệp Trong nhu cầu sử dụng chất màu dùng cho sơn Việt Nam ngày lớn với yêu cầu ngày khắt khe chất lượng, mẫu mã, chủng loại Các chất màu oxit, đặc biệt oxit phức hợp cấu trúc spinen thường sử dụng làm chất màu cho gốm, bền nhiệt độ cao bền môi trường men nóng chảy Nguồn nguyên liệu cho sản xuất chất màu từ hóa chất sẵn có qua tái chế từ nguồn hóa chất thải Từ nhận định trên, luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu tổng hợp chất màu sở kẽm crômit” từ hóa chất sẵn có từ nguồn kẽm thải áp dụng tạo màu cho gốm, có ý nghĩa khoa học thực tiễn quan trọng Các nhiệm vụ đề tài: - Nghiên cứu tổng hợp chất màu kẽm crômit theo phương pháp đốt cháy gel - Nghiên cứu điều chế kẽm oxit từ bã thải ứng dụng việc tổng hợp chất màu kẽm cromit pha tạp sắt - Khảo sát tạo màu cho men gốm Bùi Hiếu Trung - CB130799 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Xuân Thành CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN GIỚI THIỆU CHẤT MÀU 1.1 Bức xạ điện từ Bức xạ điện từ phát truyền lượng dạng sóng điện từ Mỗi sóng gồm hai thành phần điện trường từ trường vuông góc với vuông góc với phương truyền Hình 1.1: Sóng ánh sáng Phổ xạ điện từ trải rộng từ tia γ (do chất phóng xạ phát ra) có bước sóng cỡ 10-12m, qua tia Rơntghen, tia tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại cuối sóng rađio (sóng vô tuyến điện) với bước sóng dài 105m Ánh sáng nhìn thấy nằm vùng hẹp phổ với bước sóng từ 0,4µm đến 0,7µm Hình 1.2: Dải xạ điện từ Bùi Hiếu Trung - CB130799 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Xuân Thành 1.1.1 Tính hạt ánh sáng Ánh sáng đề tài thu hút quan tâm nhà khoa học giới Đến lý thuyết ánh sáng làm sáng tỏ dùng làm cở sở để giải thích nhiều tượng tự nhiên Theo quan điểm lượng tử, xạ điện từ hạt lượng tử hay photon Mỗi photon mang lượng ε xác định phương trình:   h  h c (1.1)  Trong đó: h số Plăng, có giá trị 6,625.10-34 J.s Như vậy, lượng photon tỉ lệ thuận với tần số tỉ lệ nghịch với bước sóng ánh sáng 1.1.2 Tƣơng tác ánh sáng vật rắn Khi chùm photon chiếu vào chất rắn, tương tác diễn ra, điều liên quan đến lý thuyết lượng tử Theo nguyên lý tán xạ xạ điện từ Huygen, photon đến gần tiếp xúc với chất rắn, vectơ điện trường từ trường photon tới cặp đôi với vectơ điện trường từ trường electron nguyên tử chất rắn Tương tác gồm thành phần, cụ thể là: R - xạ phản xạ; A - xạ hấp thụ; T - xạ truyền qua; S - xạ tán xạ Cơ chế minh họa hình 1.3 sau: Hình 1.3: Cơ chế tương tác photon với chất rắn Bùi Hiếu Trung - CB130799 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Xuân Thành Ta có: Io = IR + IA + IT + IS (1.1) Trong đó: Io cường độ ánh sáng tới IR, IA, IT, IS cường độ ánh sáng phản xạ, hấp thụ, truyền qua tán xạ Trong trường hợp hấp thụ, lượng photon làm thay đổi lượng nguyên tử phân tử chất rắn, dẫn đến làm nóng lên vị trí hấp thụ Khi photon truyền qua chất rắn (coi chất rắn suốt chiều dài sóng photon), tương tác xảy Khi phản xạ (tán xạ), photon va chạm đàn hồi không đàn hồi với nguyên tử chất rắn Ở trường hợp va chạm đàn hồi bước sóng không thay đổi, va chạm không đàn hồi làm thay đổi bước sóng photon Điều có nghĩa phần lượng hấp thụ tạo trạng thái “kích thích”, electron chuyển lên vùng lượng cao Trường hợp bước sóng photon phát không bị thay đổi, photon gọi “tán xạ” phản xạ va chạm đàn hồi Các công thức áp dụng tính chất quang học chất rắn: - Độ hấp thụ: A = log 1/T = log Io /I (1.2) - Trong đó: I: cường độ ánh sáng đo Io: cường độ ánh sáng tới - Độ truyền qua: T = I / Io (1.3) - Cường độ: Cường độ I định nghĩa lượng đơn vị diện tích chùm photon, tức xạ điện từ Một phần cường độ ban đầu Io hấp thụ, phần khác truyền qua, phần khác tán xạ phần khác phản xạ Các thành phần, S T, Bùi Hiếu Trung - CB130799 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Xuân Thành trình không phụ thuộc vào bước sóng photon tới, R A chủ yếu phụ thuộc vào bước sóng Trường hợp hấp thụ nhỏ so với tán xạ, chất màu có màu trắng Trường hợp hấp thụ cao nhiều so với tán xạ vùng ánh sáng nhìn thấy, chất màu có màu đen Ở chất màu có màu khác, hấp thụ chọn lọc (phụ thuộc bước sóng) Chẳng hạn, chất có màu lục chúng cho tia màu lục qua hấp thụ tia màu đỏ cho tất tia khác qua Bảng 1.1 sau màu chất theo bước sóng ánh sáng bị hấp thụ Bảng 1.1: Màu chất theo bước sóng ánh sáng bị hấp thụ Bước sóng vạch Năng lượng Màu ánh sáng hấp thụ (nm) kJ/mol bị hấp thụ 299 Tia tử ngoại Không màu 400  435 299  274 Tím Lục – Vàng 435  480 274  249 Lam Vàng 480  490 249  244 Lam – Lục nhạt Cam 490  500 244  238 Lục – Lam nhạt Đỏ 500  560 238  214 Lục Đỏ tía 560  580 214  206 Lục – Vàng Tím 580  595 206  200 Vàng Lam 595  605 200  198 Cam Lam – Lục nhạt 605  750 198  149 Đỏ Lục – Lam nhạt >750 [...]... độ mẫu đến nhiệt độ tổng hợp cần thiết 1.5 Đánh giá chất lƣợng bột màu tổng hợp Bột màu tổng hợp thường được đánh giá theo một số chỉ tiêu kỹ thuật sau đây: - Tông màu, gam màu hay sắc thái màu: - Chỉ tiêu này thể hiện tính đơn màu của bột màu, thể hiện gam màu đặc trưng của bột màu - Cường độ màu: Cường độ màu chỉ độ đậm nhạt của màu Nó phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ chất màu có trong chúng Bùi Hiếu... thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Xuân Thành 2.3 Nghiên cứu điều chế kẽm oxit từ bã thải và ứng d ng trong việc tổng hợp chất màu kẽm cromit pha tạp sắt 2.3.1 Điều chế kẽm oxit từ bã thải kẽm 2.3.1.1 Nghiên cứu hoà tan bã thải kẽm bằng axit sunfuric Cân chính xác 10g bã thải kẽm cho vào cốc thủy tinh, thêm nước cất và một lượng axit H2SO4 96% cần thiết Điều kiện thích hợp về lượng axit sử dụng, thời gian phản... hạt thay đổi trong khoảng từ (100 ÷ 200)nm Cỡ hạt này là khá phù hợp cho nhiều mục đích sử dụng 3.2 Nghiên cứu điều chế kẽm oxit từ bã thải và ứng d ng trong việc tổng hợp chất màu kẽm cromit pha tạp sắt 3.2.1 Nghiên cứu điều chế kẽm oxit từ bã thải kẽm 3.2.1.1 Xác định thành phần bã thải kẽm * Theo phƣơng pháp EDX Thành phần của bã thải kẽm được xác định theo phương pháp phổ tán xạ năng lượng (EDX)... với lớp men do đó đòi hỏi tính chất khắc nghiệt hơn so với loại màu trên men, để sản phẩm không bị rạn nứt thì hệ số dãn nở nhiệt không chênh lệch nhiều so với xương sứ và men Màu dưới men có chất trợ dung ít hơn và nhiệt độ chảy cao hơn màu trên men Nhờ có một lớp men bóng và trong suốt che phủ trên lớp chất màu nên các chất màu này bám rất chặt trên bề mặt sản phẩm và có màu rất đẹp, có độ ánh, sáng... Phối liệu tạo màu thường được nghiền trộn kỹ đến một độ mịn thích hợp trong máy nghiền bi ướt hoặc khô Phối liệu để tạo các chất màu thường bao gồm: - Các oxit hoặc hydroxit, các muối có khả năng phân hủy ở nhiệt độ cao tạo ra oxit - Các chất khoáng hóa: Là các chất giúp thúc đẩy nhanh quá trình tổng hợp chất màu, hạ bớt nhiệt độ nung cần thiết Chất chảy được sử dụng thường gặp là: + Các hợp chất của bo... bền Do nung ở nhiệt độ cao, nên chủng loại màu dưới men rất hạn chế, nhiều chất màu dễ bị biến đổi màu sắc khi đưa lên nhiệt độ cao Trong chủng loại các chất màu dưới men cho gốm nung ở nhiệt độ (1160  1200)oC không có được các tông màu rực rỡ Còn chủng loại chất màu dưới men cho sứ nung tới nhiệt độ 1400oC cho tới nay thì chỉ có một ít chất màu Song các chất màu này với đặc tính thẩm mỹ và độ bền vững... chảy như chì, bo…), chất pha loãng (cao lanh, silica, oxit nhôm…) và dầu hữu cơ, hoặc với nước thì có thêm phụ gia hữu cơ dẻo và chống lắng Chất trợ dung có nhiệt độ chảy thấp hơn nhiệt độ chảy của men, có tác dụng làm cho màu vẽ lên sản phẩm chóng khô cứng, sau khi nung màu được bám chắc vào men, đồng thời là tăng độ ánh của màu Chủng loại của chất màu trên men rất phong phú Màu trên men thì có cường... vì vậy mở rộng và Bùi Hiếu Trung - CB130799 11 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Xuân Thành phát triển chủng loại chất màu dưới men đang là một nhiệm vụ quan trọng trong lĩnh vực tổng hợp chất màu gốm sứ hiện nay 1.4 Kỹ thuật tổng hợp chất màu 1.4.1 Phƣơng pháp gốm Chất màu cho gốm sứ thường được chế tạo theo phương pháp gốm truyền thống Có thể mô tả phương pháp gốm truyền thống theo dạng sơ... đại từ 30 tới 120000 lần Bùi Hiếu Trung - CB130799 21 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Xuân Thành CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp chất màu ZnCr2O4 theo phƣơng pháp đốt cháy gel 3.1.1 Điều chế gel tiền chất Chất màu kẽm cromit được tổng hợp theo phương pháp chỉ ra ở mục 2.3 Cụ thể hoà tan 10,95g Zn(CH3COO)2.2H2O (0,05 mol), 40g Cr(NO3)3.9H2O (0,1 mol) trong 40 ml nước Khuấy và... Thành 1.3.3 - Màu trên men: Màu này dùng để trang trí (vẽ thủ công, in ấn hoặc dán giấy…) lên sản phẩm gốm đã tráng men và nung chín rồi, sau đó nung lại ở nhiệt độ thấp hơn (khoảng 600 oC đến 900 oC), thường gọi là men thấp Thông thường nhiệt độ nung kết của loại màu này là khoảng (700  850)oC Màu trên men gồm hỗn hợp chất màu với chất trợ dung (dạng frit nhiệt độ chảy thấp có chứa nhiều chất chảy như