Tổng hợp vật liệu màu xanh trên nền mạng tinh thể spinel báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ TỔNG HỢP VẬT LIỆU MÀU XANH TRÊN NỀN MẠNG TINH THỂ SPINEL Mã số: B2010.19.55 Chủ nhiệm đề tài: TS PHAN THỊ HOÀNG OANH TP HCM, tháng 6/2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ TỔNG HỢP VẬT LIỆU MÀU XANH TRÊN NỀN MẠNG TINH THỂ SPINEL Mã số: B2010.19.55 Xác nhận quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài TS Phan Thị Hoàng Oanh TP HCM, tháng 6/2012 DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ CÁC ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Các thành viên tham gia thực đề tài : TS Phan Thị Hoàng Oanh – Chủ nhiệm đề tài ThS Mai Anh Hùng ThS Đào Thúy Lành ThS Trần Phƣơng Dung ThS Nguyễn Đức Vũ Quyên CN Hoàng Đức Hƣng CN Trƣơng Quốc Phú Các đơn vị phối hợp chính: Viện Cơng nghệ Hóa học TP HCM Trung tâm Khoa học Vật liệu Đại học Quốc gia Hà Nội Công ty Vật tƣ Gốm sứ Thừa Thiên - Huế (Cty Frit) Công ty Hucera Huế Cơng ty Gốm sứ Thanh Bình, Bình Dƣơng Công ty Gốm sứ Kim Trúc, TP HCM MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG I DANH MỤC CÁC HÌNH II THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU III INFORMATION ON RESEARCH RESULTS V LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Chất màu cho gốm sứ 1.2 Một số tiêu chuẩn để đánh giá chất màu tổng hợp cho gốm sứ 1.3 Cơ sở hóa lý tổng hợp chất màu cho gốm sứ 1.4 Các nguyên tố gây màu số oxit tạo màu phổ biến 1.5 Phân loại màu theo vị trí trang trí men màu 1.6 Phản ứng pha rắn 1.7 Dung dịch rắn thay dung dịch rắn xâm nhập 13 1.8 Cấu trúc mạng tinh thể spinel 14 1.9 Các phương pháp tổng hợp spinel 15 1.10 Tình hình tổng hợp chất màu mạng lưới tinh thể spinel 17 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1 Đối tượng nghiên cứu 18 2.2 Nội dung nghiên cứu 2.2.1 Nghiên cứu tổng hợp chất spinel 2.2.1.1 Chuẩn bị phối liệu 2.2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng dạng nguyên liệu đến tạo pha spinel 2.2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung đến tạo pha spinel 2.2.1.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu đến tạo pha spinel 2.2.2 Nghiên cứu tổng hợp chất màu spinel 2.2.2.1 Tổng hợp chất màu 𝑀𝑔1 − 𝑥𝐶𝑜𝑥𝐴𝑙2𝑂4 2.2.2.2 Tổng hợp chất màu 𝑀𝑔𝐶𝑟𝑥𝐴𝑙2 − 𝑥𝑂4 2.2.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu 2.2.3.1 Thử màu sản phẩm men gốm 18 18 18 19 19 19 19 19 20 20 20 2.2.3.2 Khảo sát cường độ màu, khả phát màu men 20 2.2.4 Đánh giá độ bền nhiệt sản phẩm màu thu 20 2+ 3+ 2+ 3+ 2.2.5 Khảo sát khả thay đồng hình cation Co , Cr cho Mg Al mạng lưới tinh thể spinel 20 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp tổng hợp spinel bột màu 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt 2.3.4 Phương pháp đo màu 2.3.5 Phương pháp đánh giá chất lượng bột màu qua thử nghiệm men màu 2.3.6 Phương pháp đơn biến 2.3.7 Phương pháp chuẩn độ complexon 21 21 21 22 22 24 24 25 2.4 Dụng cụ, thiết bị hóa chất 2.4.1 Dụng cụ 2.4.2 Thiết bị 2.4.3 Hoá chất 26 26 26 26 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Nghiên cứu tổng hợp chất spinel 3.1.1 Chuẩn bị phối liệu theo phương pháp gốm truyền thống 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng dạng nguyên liệu đến tạo pha spinel phương pháp gốm truyền thống 3.1.3 Chuẩn bị phối liệu theo phương pháp khuếch tán rắn lỏng 3.1.3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ mol NH3/Mg2+ đến % mol Mg2+ kết tủa 3.1.3.2 Quan hệ tỷ lệ mol MgO/Al2O3 hỗn hợp đầu kết tủa 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng phương pháp tổng hợp đến tạo pha spinel 3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung đến tạo pha spinel 3.1.6 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu đến tạo pha spinel 27 27 3.2 Nghiên cứu tổng hợp chất màu spinel 3.2.1 Tổng hợp chất màu Mg1-xCoxAl2O4 3.2.2 Tổng hợp chất màu MgCrxAl2-xO4 45 45 47 3.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu 3.3.1 Thử màu sản phẩm men gốm 3.3.2 Khảo sát cường độ màu, khả phát màu men 49 49 50 3.4 Đánh giá độ bền nhiệt sản phẩm màu thu 52 32 33 34 36 40 42 44 3.5 Đánh giá khả thay đồng hình cation Co 2+, Cr3+ vào mạng lưới tinh thể spinel qua thông số mạng lưới 53 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 4.1 Kết luận 57 4.2 Kiến nghị 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 61 DANH MỤC CÁC BẢNG Số thứ tự tên bảng Trang Bảng 1.1 Tia bị hấp thụ màu tia ló vùng khả kiến Bảng 1.2 Một số mạng tinh thể thông dụng Bảng 3.1 % khối lƣợng oxit Al2O3 MgO nguyên liệu 27 Bảng 3.2 Thành phần phối liệu mẫu M N 28 Bảng 3.3 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol NH3/Mg2+ đến % mol Mg2+ kết tủa 35 Bảng 3.4 Tỷ lệ mol MgO/Al2O3 hỗn hợp đầu kết tủa 37 Bảng 3.5 Ký hiệu sản phẩm nung 42 Bảng 3.6 Độ rộng bán phổ mẫu N sau nung 43 Bảng 3.7 Độ rộng bán phổ mẫu N1200-1h, N1200-2h N1200-3h 45 Bảng 3.8 Công thức hợp thức spinel Mg1-xCoxAl2O4 46 Bảng 3.9 Thành phần phối liệu mẫu từ Co1 đến Co5 46 Bảng 3.10 Công thức hợp thức spinel MgCrxAl2-xO4 47 Bảng 3.11 Thành phần phối liệu mẫu Cr1 - Cr5 48 Bảng 3.12 Kết đo màu men màu xanh 51 Bảng 3.13 Kết đo màu men màu nâu 52 Bảng 3.14 Độ bền màu theo nhiệt độ chất màu xanh màu nâu 53 Bảng 3.15 Bán kính cation (Shannon) 54 Bảng 3.16 Thông số mạng lƣới mẫu N1200-2h, Co2 Cr4 56 i DANH MỤC CÁC HÌNH Số thứ tự tên hình Trang Hình 1.1 Sơ đồ phản ứng MgO Al2O3 11 Hình 1.2 Tế bào mạng lƣới tinh thể spinel 15 Hình 1.3 Sơ đồ tổng hợp theo phƣơng pháp gốm truyền thống 16 Hình 2.1 Hệ tọa độ biểu diễn màu sắc CIE L**a*b* 24 Hình 3.1 Giản đồ DTG-DSC mẫu N 30 Hình 3.2 Giản đồ DTG-DSC mẫu M 32 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu N M sau nung đến 1200oC 33 Hình 3.4 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol NH3/Mg2+ đến % mol Mg2+ kết tủa Hình 3.5 Sự phụ thuộc tỷ lệ mol MgO/Al2O3 hỗn hợp đầu kết tủa 35 38 Hình 3.6 Giản đồ DTG-DSC mẫu RL 39 Hình 3.7 Giản đồ XRD mẫu N RL sau nung đến 1200oC 41 Hình 3.8 Giản đồ XRD mẫu N1100, N1150 N1200 43 Hình 3.9 Giản đồ XRD mẫu N1200-1h, N1200-2h N1200-3h 44 Hình 3.10 Sản phẩm bột màu xanh thu đƣợc nung phối liệu Mg1-xCoxAl2O4 1200oC 47 Hình 3.11 Sản phẩm bột màu nâu thu đƣợc nung phối liệu MgCrxAl2-xO4 1200oC 48 Hình 3.12 Quy trình thử nghiệm màu men gạch 49 Hình 3.13 Màu sắc mẫu Co1 ÷ Co5 mẫu chuẩn SCo 50 Hình 3.14 Màu sắc mẫu Cr1 ÷ Cr5 50 Hình 3.15 Giản đồ XRD mẫu Co2 54 Hình 3.16 Giản đồ XRD mẫu Cr4 55 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM TP HCM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày 25 tháng năm 2012 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung:  Tên đề tài: TỔNG HỢP VẬT LIỆU MÀU XANH TRÊN NỀN MẠNG TINH THỂ SPINEL  Mã số: B2010.19.55  Chủ nhiệm: TS Phan Thị Hồng Oanh  Cơ quan chủ trì: Trƣờng Đại học Sƣ phạm TP HCM  Thời gian thực hiện: tháng năm 2010 đến tháng năm 2012 Mục tiêu: Xác định điều kiện thích hợp cho trình tổng hợp vật liệu màu xanh mạng tinh thể spinel có chất lƣợng ổn định dùng cho gốm sứ Tính sáng tạo: Bên cạnh phƣơng pháp gốm truyền thống khảo sát thêm phƣơng pháp đồng kết tủa để tạo gốm Kết nghiên cứu: Đã khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến tạo pha spinel nhƣ: phƣơng pháp tổng hợp chất nền, dạng nguyên liệu đầu, nhiệt độ nung, thời gian lƣu Từ đƣa điều kiện thích hợp để tổng hợp spinel: - Phƣơng pháp tổng hợp: gốm truyền thống - Nguyên liệu đầu: 4MgCO3.Mg(OH)2.6H2O Al(OH)3 - Nhiệt độ nung: 1200oC - Thời gian lƣu nhiệt: Đã tổng hợp đƣợc chất màu xanh nâu nhạt khoáng spinel với nhận xét: - Khi thay Mg2+ Co2+ với nguyên liệu thay CoSO4.7H2O, hàm lƣợng mol coban thay tăng dần từ 0,1 đến 0,5 thu đƣợc dãy iii chất màu xanh từ xanh lam nhạt đến xanh đậm Với cơng thức men Mg0,8Co0,2Al2O4 sản phẩm thu đƣợc có màu sắc tƣơng đƣơng với màu nhập từ Châu Âu mà nhà máy gạch men Hucera – Huế sử dụng - Khi thay Al3+ Cr3+ (nguyên liệu thay Cr2O3) với số mol Cr2O3 thay đổi từ 0,1 ÷ 0,5mol so với số mol Al2O3, thu đƣợc dãy màu từ nâu nhạt đến nâu đậm Khi thay lần lƣợt cation Mg2+ Al3+ mạng lƣới spinen cation Co2+ Cr3+ thơng số mạng lƣới tinh thể spinen bị thay đổi, cụ thể nhƣ sau: - Thay Mg2+ Co2+ a tăng từ 8,080 đến 8,128 - Thay Al3+ Cr3+ a tăng từ 8,080 đến 8,107 Nhƣ vậy, có thay đồng hình ion Co2+ Cr3+ lần lƣợt vào mạng tinh thể spinen Đã khảo sát cƣờng độ màu, khả phát màu men nhƣ độ bền nhiệt chất màu tổng hợp Các thông số L*, a*, b* cho thấy chất màu tổng hợp đƣợc có cƣờng độ màu tƣơng đƣơng màu nhập ngoại, bền nhiệt đến 1200oC ứng dụng cơng nghiệp sản xuất chất màu cho gốm sứ Sản phẩm: - báo khoa học - Chất màu xanh nâu Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Nghiên cứu thêm quy mô pilot quy mô công nghiệp để đƣa vào sản xuất iv ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ TỔNG HỢP VẬT LIỆU MÀU XANH TRÊN NỀN MẠNG TINH THỂ SPINEL Mã số: B2010.19.55... chất màu mà không đƣa điều kiện cụ thể để đƣa vào quy trình sản xuất [8, 9, 12, 14-16, 20] Xuất phát từ vấn đề nêu trên, chọn nghiên cứu đề tài: ? ?Tổng hợp vật liệu màu xanh mạng tinh thể spinel? ??... phúc Tp HCM, ngày 25 tháng năm 2012 THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung:  Tên đề tài: TỔNG HỢP VẬT LIỆU MÀU XANH TRÊN NỀN MẠNG TINH THỂ SPINEL  Mã số: B2010.19.55  Chủ nhiệm: TS Phan