Nghiên cứu tổng hợp chất màu đen cho gốm sứ trên nền spinel theo phương pháp tiền chất từ tinh bột (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN VĂN PHÁT NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT MÀU ĐEN CHO GỐM SỨ TRÊN NỀN SPINEL THEO PHƯƠNG PHÁP TIỀN CHẤT TỪ TINH BỘT Demo Version - Select.Pdf SDK Chun ngành : HĨA VƠ CƠ Mã số : 60 44 01 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRẦN DƯƠNG Huế, năm 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố cơng trình khác Demo Version - Select.Pdf SDK Huế, tháng năm 2014 Tác giả ii MỤC LỤC Trang MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 KHÁI QUÁT VỀ GỐM SỨ 1.1.1 Vật liệu gốm sứ 1.1.2 Gốm truyền thống 1.1.3 Gốm kỹ thuật 1.2 KHÁI QUÁT VỀ CHẤT MÀU CHO GỐM SỨ 1.2.1 Màu sắc chất màu sắc khoáng vật 1.2.2 Nguyên nhân gây màu 1.2.2.1 Sự chuyển electron nội Demo Version - Select.Pdf SDK 1.2.2.2 Sự chuyển electron nguyên tố tinh thể 1.2.2.3 Sự chuyển electron khuyết tật mạng lưới tinh thể 10 1.2.3 Một số tiêu chuẩn để đánh giá chất màu tổng hợp cho gốm sứ 10 1.2.4 Cơ sở hóa lý tổng hợp chất màu cho gốm sứ 11 1.2.5 Các nguyên tố gây màu số oxit tạo màu phổ biến 12 1.2.5.1 Các nguyên tố gây màu 12 1.2.5.2 Một số oxit tạo màu phổ biến 13 1.2.6 Phân loại màu theo vị trí men màu 14 1.3 PHẢN ỨNG GIỮA CÁC PHA RẮN 16 1.3.1 Cơ chế phản ứng pha rắn 16 1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng pha rắn 18 1.3.3 Dung dịch rắn thay dung dịch rắn xâm nhập 19 1.4 CHẤT MÀU TRÊN CƠ SỞ MẠNG LƯỚI TINH THỂ SPINEL 20 1.4.1 Cấu trúc mạng tinh thể spinel 20 1.4.2 Các phương pháp tổng hợp spinel 22 1.4.2.1 Phương pháp gốm truyền thống 22 1.4.2.2 Phương pháp khuếch tán rắn - lỏng 22 1.4.2.3 Phương pháp đồng kết tủa 23 1.4.2.4 Phương pháp sol-gel 23 1.4.3 Tình hình tổng hợp chất màu mạng lưới tinh thể spinel 24 1.5 KHÁI QUÁT VỀ TINH BỘT 24 1.5.1 Thành phần cấu tạo tinh bột 24 1.5.2 Cấu trúc tinh thể tinh bột 25 1.5.3 Một số đặc tính tinh bột 26 1.6 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TIỀN CHẤT ĐỂ TỔNG HỢP CHẤT MÀU 26 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 29 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 29 2.2.1 Nghiên cứu tổng hợp tinh thể spinel MnFe2O4 29 2.2.1.1 Khảo sát chuẩn bị phối liệu 30 Demo - Select.Pdf SDK 2.2.1.2 Khảo Version sát ảnh hưởng nhiệt độ nung đến trình hình thành tinh thể spinel MnFe2O4 30 2.2.1.3 Khảo sát thời gian lưu trình tổng hợp tinh thể MnFe2O4 30 2.2.2 Nghiên cứu tổng hợp chất màu đen NixMn1xCryFe2yO4 30 2.2.2.1 Khảo sát chuẩn bị phối liệu 30 2.2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ Ni2+/Mn2+, Cr3+/Fe3+ NixMn1xCryFe2y đến màu đen chất màu 30 2.2.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu 31 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.3.1 Phương pháp tổng hợp spinel MnFe2O4 chất màu 31 2.3.2 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) 31 2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt 32 2.3.4 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 32 2.3.5 Phương pháp đo màu 33 2.3.6 Phương pháp đánh giá chất lượng màu men gạch 34 2.4 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT 35 2.4.1 Dụng cụ 35 2.4.2 Thiết bị 35 2.4.3 Hoá chất 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP TINH THỂ NỀN SPINEL MnFe2O4 36 3.1.1 Chuẩn bị phối liệu 36 3.1.1.1 Tổng hợp tiền chất Sắt 36 3.1.1.2 Tổng hợp tiền chất Mangan 36 3.1.1.3 Tổng hợp tiền chất Niken 36 3.1.1.4 Tổng hợp tiền chất Crom 37 3.1.1.5 Xác định tiền chất phân tích phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) 37 3.1.1.6 Nung sơ tiền chất, xác định tỉ lệ khối lượng tiền chất/oxit 40 3.1.1.7 Trộn nung phối liệu 41 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung 41 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu: 44 Demo Version - Select.Pdf SDK 3.2 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT MÀU ĐEN NixMn1xCryFe2yO4 45 3.2.1 Chuẩn bị phối liệu 45 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol Ni2+/Mn2+ Cr3+/Fe3+ đến màu sắc sản phẩm 45 3.2.2.1 Ảnh hưởng thay đổi tỉ lệ mol Ni2+/Mn2+ mẫu có tỉ lệ mol Cr3+/Fe3+ = đến màu sắc sản phẩm 45 3.2.2.2 Ảnh hưởng thay đổi tỉ lệ mol Ni2+/Mn2+ mẫu có tỉ lệ mol Cr3+/Fe3+ = 1,5 đến màu sắc sản phẩm 47 3.2.2.3 Ảnh hưởng thay đổi tỉ lệ mol Ni2+/Mn2+ mẫu có tỉ lệ Cr3+/Fe3+ = 2,0 đến màu sắc sản phẩm 48 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 KẾT LUẬN 50 KIẾN NGHỊ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TG Thermal Gravity DTA Differential Thermal Analysis XRD X – ray diffraction CIE International Commission de I’Eclairage IR Infrared DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU STT Ký hiệu Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Nội dung Màu tia bị hấp thụ màu tia ló vùng khả kiến Một số mạng tinh thể thông dụng Màu sắc số ion nguyên tố họ f Một số chất màu tổng hợp bền nhiệt sử dụng cho Bảng 1.4 gạch ốp lát Bảng 3.1 Tỉ lệ khối lượng tiền chất/oxit Các thơng số màu mẫu có tỉ lệ mol Cr3+/Fe3+ Bảng 3.2 Version2+- Select.Pdf Demo = Ni /Mn2+ thay đổiSDK Các thông số màu mẫu có tỉ lệ mol Cr3+/Fe3+ Bảng 3.3 = 1,5 Ni2+/Mn2+ thay đổi Các thông số màu mẫu có tỉ lệ mol Cr3+/Fe3+ Bảng 3.4 = 1,5 Ni2+/Mn2+ thay đổi Trang 12 13 16 41 46 48 49 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Ký hiệu Hình 1.1 Hình 1.2 Nội dung Trang Sơ đồ phản ứng MgO Al2O 18 Tế bào mạng lưới tinh thể spinel 21 Sơ đồ tổng hợp spinel theo phương pháp gốm truyền Hình 1.3 22 thống Hình 1.4 Cấu trúc phân tử amylose 24 Hình 1.5 Cấu trúc phân tử amylopectin 25 Hình 1.6 Sơ đồ tổng hợp tiền chất kim loại 27 Hình 1.7 Sơ đồ tổng hợp chất màu theo phương pháp tiền chất 28 Hình 2.1 Sơ đồ tia tới tia phản xạ mạng tinh thể 32 Hình 2.2 Độ tù pic nhiễu xạ gây kích thước hạt 33 Hình 2.3 Hệ tọa độ biểu diễn màu sắc CIE L*a*b* 34 Hình 3.1 Phổ IR tiền chất tinh bột 37 Hình 3.2 Phổ IR tiền chất Sắt 38 Hình 3.3 Phổ IR tiền chất Mangan 38 Hình 3.4 Phổ IR tiền chất Niken 39 Hình 3.5 Phổ IR tiền chất Crom 39 Demo Version Select.Pdf SDK Hình 3.6 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu phối liệu SPN-PL 42 Giản đồ XRD mẫu SPN-01; SPN-02; SPN-03; Hình 3.7 43 SPN-04 Giản đồ XRD mẫu SPN-950; SPN-1000; SPNHình 3.8 44 1050; SPN-1100 Màu mẫu có tỉ lệ mol Cr3+/Fe3+ = Ni2+/Mn2+ Hình 3.9 46 thay đổi Màu mẫu có tỉ lệ mol Cr3+/Fe3+ = 1,5 Hình 3.10 47 Ni2+/Mn2+ thay đổi Màu mẫu có tỉ lệ mol Cr3+/Fe3+ = 1,5 Hình 3.11 48 Ni2+/Mn2+ thay đổi MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, để theo kịp phát triển công nghệ sản xuất gốm sứ giới nên lĩnh vực nghiên cứu sản xuất hợp chất màu gốm sứ nước ta trọng Hiện nay, nhu cầu gốm sứ phục vụ cho xây dựng, trang trí nội thất lớn Do ngành sản xuất gốm sứ phát triển số lượng chất lượng nhằm đáp ứng yêu cầu Tuy nhiên, phần lớn lượng chất màu dùng làm nguyên liệu nhập Việc nghiên cứu điều chế hợp chất màu đạt tiêu chuẩn, đáp ứng nhu cầu nước cần thiết Việc tổng hợp chất màu cho gốm sứ thực nhiều phương pháp khác như: phương pháp gốm truyền thống, phương pháp khuếch tán rắn lỏng, phương pháp sol – gel, phương pháp sử dụng tiền chất, phương pháp đồng kết tủa Trong phương pháp tiền chất có ưu điểm làm giảm đáng kể nhiệt độ nung, chất màu sản xuất có kích thước hạt nhỏ nên khả phát màu cao, độ phân tán đồng Chất màu tổng hợp nhiều chất khác như: Spinel, corundum, cordierite, zircon… Chất màu sở mạng tinh thể spinel có đặc tính Demo Version - Select.Pdf SDK bền hoá, bền nhiệt, bền men Tuy nhiên tự nhiên spinel gặp số spinel hồn tồn khơng tồn tại, mà việc tổng hợp spinel đối tượng nhiều cơng trình nghiên cứu Với mục đích nghiên cứu tạo chất màu có đặc tính bền hố, bền nhiệt có khả phát màu cao, độ phân tán đồng đều, thực đề tài “Nghiên cứu tổng hợp chất màu đen cho gốm sứ spinel theo phương pháp tiền chất từ tinh bột” Trong luận văn này, trọng kháo sát điều kiện ảnh hưởng đến việc hình thành tinh thể spinel MnFe2O4 việc thay đồng hình ion Fe3+, Mn2+ tinh thể spinel MnFe2O4 ion Cr3+, Ni2+ tỉ lệ thích hợp để tạo chất màu đen cho gốm sứ ... Việc tổng hợp chất màu cho gốm sứ thực nhiều phương pháp khác như: phương pháp gốm truyền thống, phương pháp khuếch tán rắn lỏng, phương pháp sol – gel, phương pháp sử dụng tiền chất, phương pháp. .. đến màu đen chất màu 30 2.2.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu 31 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.3.1 Phương pháp tổng hợp spinel MnFe2O4 chất màu 31 2.3.2 Phương pháp. .. nghiên cứu Với mục đích nghiên cứu tạo chất màu có đặc tính bền hố, bền nhiệt có khả phát màu cao, độ phân tán đồng đều, thực đề tài Nghiên cứu tổng hợp chất màu đen cho gốm sứ spinel theo phương