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 HĨA    KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Chun ngành: HỐ VƠ CƠ Đề tài: TỔNG HỢP MỘT SỐ CHẤT MÀU TRÊN NỀN TINH THỂ MULLITE, ZIRCON VÀ ZINCITE GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh SVTH: Ngơ 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 Chun ngành: HỐ VƠ CƠ Đề tài: TỔNG HỢP MỘT SỐ CHẤT MÀU TRÊN NỀN TINH THỂ MULLITE, ZIRCON VÀ ZINCITE GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh SVTH: Ngơ Thanh Trinh THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tháng 05 năm 2013 LỜI CẢM ƠN Khóa luận thực Phịng thí nghiệm Hóa lý, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến Cơ Phan Thị Hồng Oanh, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi hồn thành khóa luận Sự tận tụy, nhiệt tình, động viên lúc khó khăn học đáng quý từ cô hành trang cho nẻo đường Tôi xin chân thành cảm ơn Q Thầy Cơ Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt khóa luận Đồng thời, tơi xin cảm ơn Thầy Huỳnh Kì Phương Hạ Chủ nhiệm Bộ mơn Kỹ thuật Hóa Vơ Cơ Và Cơ Nguyễn Thị Kim Liên quản lí Phịng thí nghiệm Bộ mơn Kỹ thuật Hóa Vơ Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho sử dụng lị nung bên Trường Bách Khoa để hồn thành tốt khóa luận Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè, động viên, giúp đỡ suốt trình học tập hồn 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 trị chất khống 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 trơng 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 cịn 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 cơng 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 cịn gặp nhiều khó khăn Do lĩnh vực chất màu mẻ mà đòi hỏi chất màu phải bền nhiệt ( đến 1200oC), bền cơ…trong khống tự nhiên thường có thành phần khơng 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 vơ 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 tơi 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 ... 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... 14000C Màu men thường pha thêm 20% men 1.5.3 Màu men Màu men tạo cách đưa trực tiếp số hợp chất gây màu chất màu tổng hợp bền nhiệt vào men Độ mịn màu đưa vào men có ảnh hưởng mạnh đến cường độ màu, ... 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, khơng tan men mà phân bố men để tạo màu đục men Các chất màu chất