Tổng hợp chất mầu hệ kẽm tinanat pha tạp bời niken hay coban

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -HÀ QUANG ÁNH HÀ QUANG ÁNH TỔNG HỢP CHẤT MẦU HỆ KẼM TITANAT CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU VÔ CƠ PHA TẠP BỞI NIKEN HAY COBAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU VÔ CƠ 2008 - 2010 Hà Nội – 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thân tôi, số liệu kết nghiên cứu trình bày luận văn trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố công trình khác Hà Quang Ánh i LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Lê Xuân Thành giành thời gian quí báu, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ dạy bảo tận tình Thầy Cô giáo Bộ môn Công nghệ chất vô nói riêng Khoa Công nghệ hóa học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội nói chung thời gian qua Xin chân thành cảm ơn động viên, trao đổi góp ý chân thành đồng nghiệp, bạn khóa Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu khoa Công nghệ vật liệu – Trường Cao đẳng Hóa chất hỗ trợ tạo điều kiện tốt giúp hoàn thành khóa học Hà Quang Ánh ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 10 1.1 Mở đầu 10 1.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển khoa học mầu sắc 10 1.1.2 Định nghĩa chất màu 11 12 1.2 Lý thuyết màu sắc 1.2.1 Ánh sáng mầu sắc 12 1.2.1.1 Hiện tượng phản xạ, tán xạ 12 1.2.1.2 Hiện tượng hấp thụ xuyên qua 13 1.2.2 Các đại lượng đặc trưng màu 13 1.2.3 Bề mặt màu – màu vật chất 15 1.2.3.1 Màu vật chất yếu tố ảnh hưởng 15 1.2.3.2 Nguyên nhân gây mầu khoáng vật 17 1.2.4 Các nguyên lý tổng hợp màu 18 1.2.4.1 Màu 18 1.2.4.2 Phương pháp cộng màu 19 1.2.4.3 Phương pháp màu trừ 20 1.2.4.4 Màu đối 21 1.2.5 Sự hệ thống hóa thể màu lượng 22 1.2.5.1 Phương pháp chuẩn màu 22 1.2.5.2 Phương pháp so màu 22 23 1.3 Chất màu cho đồ gốm 1.3.1 Màu men 23 1.3.2 Màu men 24 1.3.3 Màu men 24 1.3.4 Màu xương gốm 25 1.3.5 Đánh giá chất lượng bột màu tổng hợp bền nhiệt 25 1.4 Một số tinh thể tổng hợp chất màu 26 1.4.1 Spinel 27 1.4.2 Corderit 28 1.4.3 Trên sở mạng lưới Zircon 29 1.4.4 Màu sở phosterit (2MgO.SiO2) 29 1.4.5 Chất màu thuộc nhóm grenat 30 1.5 Phản ứng hoá rắn tổng hợp chất màu 1.5.1 Cơ chế phản ứng pha rắn 31 31 1.5.2 Phản ứng pha rắn yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng 1.5.3 Ảnh hưởng độ mịn nguyên liệu đến hiệu suất phản ứng tổng hợp chất màu 32 34 38 1.6 Phương pháp tổng hợp chất màu 1.6.1 Phương pháp gốm truyền thống 38 1.6.2 Phương pháp khuếch tán rắn lỏng 39 1.6.3 Phương pháp đồng kết tủa 39 1.6.4 Phương pháp sol – gel 40 1.7 Tình hình tổng hợp chất màu mạng tinh thể kẽm titanat chất màu kẽm titanat Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 44 2.1 Nội dung 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 2.2.2 Phương pháp phân tích nhiệt 2.2.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét 2.2.4 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 2.2.5 Phương pháp đo màu thiết bị đo màu Nippon Denshoku NF33 2.2.6 Phương pháp phân tích thành phần cấp hạt tán xạ laze 2.2.7 Phương pháp đánh giá chất lượng bột màu qua thử nghiệm làm men màu gốm sứ 2.3 Dụng cụ - thiết bị hóa chất 2.3.1 Dụng cụ - thiết bị 2.3.2 Hóa chất CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu tổng hợp Zn2TiO4 3.1.1 Chuẩn bị phối liệu theo phương pháp khuấy 3.1.1.1 Chuẩn bị phối liệu theo phương pháp khuấy dung dịch NH3 3.1.1.2 Chuẩn bị phối liệu theo phương pháp khuấy (không có NH3) 3.1.2 Xác định đặc tính bột phối liệu sau khuấy trộn theo phương pháp SEM tán xạ laze 3.1.3 Xác định đặc tính bột phối liệu sau khuấy trộn theo phương pháp phân tích nhiệt DSC phổ hồng ngoại 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng chế độ nung 3.1.4.1 Khảo sát nhiệt độ nung cực đại 3.1.4.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu 3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy (nung nhiệt độ 9000C) 3.1.6 Khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy (nung nhiệt độ 12000C) 3.1.7 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng NH3 44 44 44 45 45 46 47 48 49 50 50 51 52 52 52 52 52 53 55 58 58 59 61 61 62 3.2 Tổng hợp chất màu kẽm titanat pha tạp cô ban hay niken 3.2.1 Phương pháp tiến hành 64 64 3.2.2 Khảo sát phản ứng tổng hợp chất mầu xanh phương pháp XRD 67 3.2.2.1 Mẫu pha tạp Niken 67 3.2.2.2 Mẫu pha tạp Coban 68 3.2.3 Khảo sát tạo màu cho men gốm 3.2.3.1 Chế tạo men (men men đục) 3.2.3.2 Thử nghiệm đưa vào men mầu N1, N2, N3, N4, N5, N6 3.2.2.3 Đánh giá độ bền nhiệt màu N1, N2, N3, N4, N5, N6 3.2.3.4 Thử nghiệm đưa vào men mầu C1, C2, C3, C4, C5, C6 3.2.2.5 Đánh giá độ bền nhiệt màu C1, C2, C3, C4, C5, C6 68 68 68 71 73 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC P1 – P36 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SEM Scanning Electron Microscopy (Hiển vi điện tử quét) XRD X- ray Diffraction (nhiễu xạ tia X) DSC Differential Scanning Calorimetry (Đo nhiệt vi sai) IR Infrared spectroscopy (Quang phổ hồng ngoại) DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Màu sắc nhận ứng với bước sóng ánh sáng bị hấp thụ 16 Bảng 1.2: Thành phần tính chất vài mẫu grenat tự nhiên 30 Bảng 1.3: Ảnh hưởng kích thước hạt đặc điểm nguyên liệu đến hình thành Zn2TiO4 41 Bảng 3.1: So sánh trình phản ứng hai mẫu Q1 L5 56 Bảng 3.2: Ký hiệu mẫu khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung 59 Bảng 3.3: Thành phần ký hiệu mẫu khảo sát ảnh hưởng hàm lượng NH3 62 Bảng 3.4: Bán kính ion cation 64 Bảng 3.5: Thành phần mẫu pha tạp niken 65 Bảng 3.6: Thành phần mẫu pha tạp Coban 65 Bảng 3.7: Đánh giá mẫu men màu N1 –N7 70 Bảng 3.8: Kết so sánh màu sắc mẫu men màu N1 – N7 70 Bảng 3.9: Độ bền màu theo nhiệt độ (12000C 12400C) màu N1 – N7 Bảng 3.10: Đánh giá mẫu men màu C1 – C6 74 Bảng 3.11: Kết so sánh màu sắc mẫu men màu C1 – C6 74 Bảng 3.12: Độ bền màu theo nhiệt độ (1200 C 1240 C) màuC1 – C6 72 75 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Tổng hợp màu theo phương pháp màu cộng 19 Hình 1.2: Sự tổng hợp màu theo phương pháp màu trừ 20 Hình 1.3: Vòng sắc màu 21 Hình 1.4: Không gian màu CIE Lab 23 Hình 1.5: Cấu trúc Spinel, AB2O4 27 Hình 1.6: Mô hình giai đoạn phản ứng xẩy pha rắn hai agglomerat A&B Hình 1.7: Mô hình phụ thuộc hiệu suất phản ứng vào kích thước hạt nguyên liệu trình tạo bột mầu Hình 1.8: Mặt cắt (trái) mặt (phải) hạt màu với bề dày lớp màu khác (hiệu suất phản ứng khác nhau) 37 37 38 Hình2.1: Dao động hoá trị (a) dao động biến dạng (b) 46 Hình 2.2: Hệ toạ độ màu HunterLab 48 Hình 3.1: Ảnh SEM mẫu Q1 sau sấy 53 Hình 3.2: Ảnh SEM mẫu L5 sau sấy 53 Hình 3.3: Giản đồ DSC mẫu Q1 55 Hình 3.4: Giản đồ DSC mẫu L5 56 Hình 3.5: Phổ IR mẫu TiO2 57 Hình 3.6: Phổ IR mẫu ZnO 57 Hình 3.7: Phổ IR phối liệu Q1 58 Hình 3.8: Giản đồ XRD mẫu Q1.4, thời gian lưu 1h 60 Hình 3.9: Giản đồ XRD mẫu Q1.4.1, thời gian lưu 45 phút 60 Hình 3.10: Giản đồ XRD mẫu Q1.4.2, thời gian lưu 30 phút 60 Hình 3.11: Ảnh SEM mẫu Q1 nung h 900 C với độ phóng đại khác Hình 3.12: Ảnh SEM mẫu Q1 nung h 12000C với độ phóng đại khác Hình 3.13: Các mẫu màu pha tạp niken 63 63 66 Hình 3.14: Các mẫu màu pha tạp Coban 66 Hình 3.15: Các mẫu men màu N1 – N6 69 Hình 3.16: Mẫu N7 đối chứng 69 Hình 3.17: Độ bền mầu mẫu N1- N7 nung nhiệt độ 12400C, lưu 20 phút Hình 3.18: Các mẫu men màu C1 – C6 72 74 Hình 3.19: Độ bền mầu mẫu C1 - C6 nung nhiệt độ 12400C, lưu 20 phút 75 Phụ lục 22: Giản đồ XRD mẫu L3 Phụ lục 23: Giản đồ XRD mẫu L4 Phụ lục 24: Giản đồ XRD mẫu L5 Phụ lục 25: Giản đồ XRD mẫu N1 Phụ lục 26: Giản đồ XRD mẫu N2 Phụ lục 27: Giản đồ XRD mẫu N3 Phụ lục 28: Giản đồ XRD mẫu N4 Phụ lục 29: Giản đồ XRD mẫu N5 Phụ lục 30: Giản đồ XRD mẫu N6 Phụ lục 30: Giản đồ XRD mẫu C1 Faculty of C hem istry, H US , VN U, D8 A DV A NC E-Bruker - M au C2 27 00 26 00 25 00 24 00 23 00 d=2.553 22 00 21 00 20 00 19 00 18 00 17 00 15 00 14 00 13 00 12 00 11 00 80 d=1.629 90 d=1.496 10 00 d=2.992 70 50 40 20 d=1.431 30 d=1.729 d=2.116 60 d=2.443 Lin (Cps) 16 00 10 0 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File : An h B K ma u C2 w - Type : Lo cke d Co up le d - S ta rt: 20 00 ° - E n d: 0.0 10 ° - Ste p : 03 ° - S te p tim e: s - T em p.: 25 °C (Ro o m) - Time Sta rte d: s - -Th eta : 20 00 ° - T he ta: 10 00 ° - Chi : 00 00 -0 25 -1 64 (*) - Zi nc Ti ta n ium O xi de - a lph a -Zn 2TiO - Y : % - d x by: - W L: 1.5 06 - Cu bic - a 46 02 - b 02 - c 60 20 - a lph a 0 0 - b eta 90 00 - ga mm a 0.0 00 - Fa ce -ce nte re d - Fd -3 Phụ lục 30: Giản đồ XRD mẫu C2 Phụ lục 30: Giản đồ XRD mẫu C3 Faculty of C hem istry, H US , VN U, D8 A DV A NC E-Bruker - M au C4 14 00 13 00 d=2.554 12 00 11 00 10 00 80 70 d=1.628 50 30 d=1.727 d=2.116 40 d=1.495 60 d=2.995 20 d=2.441 Lin (Cps) 90 10 0 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File : An h B K ma u C4 w - Type : Lo cke d Co up le d - S ta rt: 20 00 ° - E n d: 0.0 10 ° - Ste p : 03 ° - S te p tim e: s - T em p.: 25 °C (Ro o m) - Time Sta rte d: s - -Th eta : 20 00 ° - T he ta: 10 00 ° - Chi : 00 00 -0 25 -1 64 (*) - Zi nc Ti ta n ium O xi de - a lph a -Zn 2TiO - Y : % - d x by: - W L: 1.5 06 - Cu bic - a 46 02 - b 02 - c 60 20 - a lph a 0 0 - b eta 90 00 - ga mm a 0.0 00 - Fa ce -ce nte re d - Fd -3 Phụ lục 30: Giản đồ XRD mẫu C4 Phụ lục 30: Giản đồ XRD mẫu C5 Phụ lục 30: Giản đồ XRD mẫu C6 ... 61 62 3.2 Tổng hợp chất màu kẽm titanat pha tạp cô ban hay niken 3.2.1 Phương pháp tiến hành 64 64 3.2.2 Khảo sát phản ứng tổng hợp chất mầu xanh phương pháp XRD 67 3.2.2.1 Mẫu pha tạp Niken 67... - Tổng hợp chất Zn2TiO4, khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình tổng hợp Mục tiêu nhằm hạ thấp nhiệt độ nung, giảm chi phí lượng nghiền sản phẩm - Tổng hợp chất màu hệ kẽm titanat pha tạp coban hay. .. Nhằm phát huy tính đơn giản mặt công nghệ tìm cách khắc phục số nhược điểm phương pháp lựa chọn đề tài: Tổng hợp chất màu hệ kẽm titanat pha tạp niken hay coban để tiến hành nghiên cứu Trong