Nghiên cứu tổng hợp một số spinen dạng zn1 xnixfe2o4 và nicr2 xfexo4 từ một số nguồn nguyên liệu và thăm dò khả năng ứng dụng làm chất màu

LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Phó giáo sư - Tiến sĩ Lê Xuân Thành, Tiến sĩ Tạ Ngọc Dũng ln tận tình hướng dẫn, bảo tạo điều kiện thuận lợi suốt trình nghiên cứu để tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ chất vô cơ; Viện Kỹ thuật Hóa học, Viện Đào tạo Sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; Cục Hóa chất, Bộ Cơng Thương, đồng nghiệp gia đình ln tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành tốt nhiệm vụ học tập, nghiên cứu, làm việc thực luận án./ Hà nội, ngày tháng Tác giả Nguyễn Chí Thanh năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết nghiên cứu nêu luận án trích dẫn từ báo xuất đồng tác giả Các kết trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả NGUYỄN CHÍ THANH DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Các chữ viết tắt DTA : Phân tích nhiệt vi sai (differential thermal analyis) EDX : Phổ tán sắc lượng tia X (energy dispersive X-ray spectroscopy) FE-SEM : Hiển vi điện tử quét phát xạ trường (field emission scanning electron microscope) FPD : Hiển thị phẳng (flat panel display) HR-TEM : Kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (high resolution transmission electron microscope) SEM : Kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope) TEM : Kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscope) TGA : Phân tích nhiệt trọng lượng (thermogravimetry analysis) XRD : Nhiễu xạ tia X (x-ray diffraction) Các ký hiệu  : Góc chùm tia X mặt phẳng phản xạ λ : Bước sóng β Độ rộng vị trí nửa pic υ : Tần số I : Cường độ xạ η : Hiệu suất lượng tử phát quang D : Kích thước tinh thể trung bình với góc nhiễu xạ 2 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ STT KÝ HIỆU NỘI DUNG ng ánh sáng TRANG Hình 1.1 Hình 1.2 C chế tư ng tác photon với chất rắn Hình 1.3 Dải màu sắc Hình 1.4 Cấu trúc khơng gian spinen AB2O4 10 Hình 1.5 Hình 1.6 Quy trình sản xuất vỏ pin kẽm 34 Hình 2.1 đồ công nghệ điều chế Zn1-xNixFe2O4 (x=0) theo phư ng pháp tiền chất muối 37 Hình 2.2 đồ cơng nghệ điều chế ZnFe2O4 theo phư ng pháp phản ưng pha rắn 39 Hình 2.3 đồ cơng nghệ điều chế Zn1-xNixFe2O4 theo phư ng pháp đồng kết tủa từ dung dịch thải 41 10 Hình 2.4 Quy trình thử nghiệm màu men gạch với tỉ lệ 4% chất màu 43 11 Hình 2.5 12 Hình 2.6 Sự nhiễu xạ tia X bề mặt tinh thể 47 13 Hình 2.7 Hệ tọa độ màu CIELAB 1976 52 14 Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt hỗn hợp hai muối 58 15 Hình 3.2 Giản đồ XRD mẫu 1.9 ( x= 0) 59 16 Hình 3.3 Giản đồ XRD mẫu 2.9 ( x = 0,2) 59 17 Hình 3.4 Giản đồ XRD mẫu 3.9 ( x = 0,4) 60 18 Hình 3.5 Giản đồ XRD mẫu 4.9 ( x = 0,6) 60 19 Hình 3.6 Giản đồ XRD mẫu 5.9 ( x = 0,8) 61 hư ng pháp gốm truyền thống đồ công nghệ chế tạo s n hãng s n Hà Nội 22 44 STT KÝ HIỆU NỘI DUNG TRANG 20 Hình 3.7 Giản đồ XRD mẫu 6.9 ( x = 1,0) 61 21 Hình 3.8 Hình ảnh chồng phổ XRD mẫu bảng 3.2 62 22 Hình 3.9 Kết chụp XRD mẫu x=0,4 nung 1000oC (mẫu 3.10) 64 23 Kết chụp XRD mẫu x= 0,4 nung 1100oC (mẫu Hình 3.10 3.11) 64 24 Hình 3.11 Ảnh SEM sản phẩm 3.9 (x=0,4 nung 900oC) với độ ph ng đại tăng dần 66 25 Hình 3.12 Phổ hấp thụ UV-Vis cuả mẫu ZnFe2O4 67 26 Hình 3.13 Phổ hấp thụ UV-Vis mẫu Zn0,8Ni0,2Fe2O4 67 27 Hình 3.14 Phổ hấp Thụ UV-Vis mẫu Zn0,6Ni0,4Fe2O4 67 28 Hình 3.15 Phổ hấp thụ UV-Vis mẫu Zn0,4Ni0,6Fe2O4 67 29 Hình 3.16 Phổ hấp thụ UV-Vis mẫu Zn0,2Ni0,8Fe2O4 67 30 Hình 3.17a Giản đồ nhiễu xạ tia X bùn đỏ 73 31 Hình 3.17b Đường TG DTG mẫu kết tủa kẽm cacbonat bazo 75 32 Hình 3.18 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu ZnO nung 1h 5000C 75 33 Hình 3.19 Giản đồ XRD mẫu 7- nung 1h 750oC 76 34 Hình 3.20 Giản đồ XRD mẫu - nung 1h 800oC đại tăng dần 76 35 Hình 3.21 Giản đồ XRD mẫu – nung 1h 900oC 77 36 Hình 3.22 Phổ EDS mẫu 78 37 Hình 3.23 Ảnh SEM mẫu với độ ph ng đại tăng dần 78 38 Hình 3.24 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu tiền chất 10 80 39 Hình 3.25 Phổ XRD mẫu 10.9 có x=0 81 40 Hình 3.26 Phổ XRD mẫu 11.9 có x=0,2 81 STT KÝ HIỆU NỘI DUNG TRANG 41 Hình 3.27 Phổ XRD mẫu 12.9 có x=0,4 82 42 Hình 3.28 Phổ XRD mẫu 13.9 có x=0,6 82 43 Hình 3.29 Phổ XRD mẫu 14.9 có x=0,8 83 44 Hình 3.30 Phổ XRD mẫu 15.9 có x=1 83 45 Hình 3.31 Ảnh SEM mẫu 10.9 có x=0 85 46 Hình 3.32 Ảnh SEM mẫu 11.9 có x=0,2 85 47 Hình 3.33 Ảnh SEM mẫu 12.9 có x=0,4 85 48 Hình 3.34 Ảnh SEM mẫu 13.9 có x=0,6 85 49 Hình 3.35 Ảnh SEM mẫu 14.9 có x=0,8 86 50 Hình 3.36 Ảnh SEM mẫu 15.9 có x=1 86 51 Hình 3.37 Giản đồ phân tích nhiệt hỗn hợp hai muối 88 52 Hình 3.38 iản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M1 (900) 89 53 Hình 3.39 iản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M2 (900) 90 54 Hình 3.40 55 Hình 3.41 Ảnh E mẫu 92 56 Hình 3.42 Ảnh E mẫu 92 57 Hình 3.43 Phổ UV – Vis mẫu M2 93 58 Hình 3.44 Hình ảnh mẫu gốm phủ men sau nung 93 59 Hình 3.45 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu tiền chất 16 có x=0 95 60 Hình 3.46 Giản đồ XRD mẫu 16.9 96 61 Hình 3.47 Giản đồ XRD mẫu 17.9 96 62 Hình 3.48 Giản đồ XRD mẫu 18.9 97 Phổ chồng XRD mẫu M1 nung nhiệt độ khác 90 STT KÝ HIỆU NỘI DUNG TRANG 63 Hình 3.49 Giản đồ XRD mẫu 19.9 97 64 Hình 3.50 Giản đồ XRD mẫu 20.9 98 65 Hình 3.51 Giản đồ XRD mẫu 21.9 98 66 Hình 3.52 Giản đồ XRD mẫu 17.10 101 67 Hình 3.53 Giản đồ XRD mẫu 17.11 101 68 Hình 3.54 Ảnh SEM mẫu 16.9 có x=0 102 69 Hình 3.55 Ảnh SEM mẫu 17.9 có x=0,2 102 70 Hình 3.56 Ảnh SEM mẫu 18.9 có x=0,4 103 71 Hình 3.57 Ảnh SEM mẫu 19.9 có x=0,6 103 72 Hình 3.58 Ảnh SEM mẫu 20.9 có x=0,8 103 73 Hình 3.59 Ảnh SEM mẫu 21.9 có x=1,0 103 74 Hình 3.60 Phổ hấp thụ UV-Vis mẫu NiCr2O4 75 Hình 3.61 Phổ hấp thụ UV-Vis mẫu NiCr1.8Fe0.2O4 76 Hình 3.62 Phổ hấp thụ UV-Vis mẫu NiCr1.6Fe0.4O4 77 Hình 3.63 Phổ hấp thụ UV-Vis mẫu NiCr1.4Fe0.6O4 78 Hình 3.64 Phổ hấp thụ UV-Vis mẫu NiCr1.2Fe0.8O4 79 Hình 3.65 Phổ hấp thụ UV-Vis mẫu NiCrFeO4 104 DANH MỤC BẢNG BIỂU STT KÝ HIỆU NỘI DUNG TRANG Bảng 1.1 Màu chất theo bước sóng ánh sáng bị hấp thụ Bảng Bảng Bảng 2.1 Thành phần phối liệu kéo men 42 Bảng 3.1 Thành phần nguyên liệu chế tạo tiền chất 57 Bảng 3.2 Một số thông số phổ XRD mẫu sau nung 63 Bảng 3.3 Bảng 3.4a Một số đặc điểm phổ hấp thụ UV – Vis 68 Bảng 3.4b Màu sắc men gốm mẫu 1.9 – 6.9 69 10 Bảng 3.5 Thành phần phối liệu chế tạo s n 70 11 Bảng 3.6 Màu sắc đặc tính màng s n 71 12 Bảng 3.7 Thành phần bùn đỏ nhà máy hóa chất Tân Bình 72 13 Bảng 3.8 Thành phần khoáng xỉ kẽm oxit 74 14 Bảng 3.9 Thành phần mẫu 77 15 Bảng Một số thông số phổ XRD mẫu 10.9 – 15.9 84 16 Bảng Màu sắc thông số màu men mẫu 10.9 – 15.9 86 17 Bảng 12 Các mẫu tiền chất từ muối nguyên liệu 18 Bảng 13 19 Bảng 14 Các mẫu tiền chất từ muối nguyên liệu ột số hệ spinen AB2O4 ứng với màu sắc hác Thành phần hóa học bùn đỏ, % khối lượng Một số thông số phổ XRD mẫu nung nhiệt độ khác Thông số mạng ích thước hạt gần đ ng mẫu 11 33 65 87 91 94 STT KÝ HIỆU NỘI DUNG TRANG 20 Bảng 15 Một số thông số phổ XRD mẫu sau nung 100 21 Bảng 3.16 Một số thông số phổ XRD mẫu sau nung 102 22 Bảng 3.17 Một số đặc điểm phổ hấp thụ UV - Vis 105 23 Bảng 3.18 Màu sắc men gốm mẫu 16.9 – 21.9 106 MỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1.Lý thuyết chất màu 1.1.1 Bức xạ điện từ 1.1.2 Tính chất hạt ánh sáng 1.1.3 1.1.4 Tương tác ánh sáng vật rắn Các nguyên tố gây màu 1.1.5 Nguyên nhân gây màu khoáng vật 1.1.5.1 Sự chuyển electron nội 1.1.5.2 Sự chuyển electron nguyên tố hay chuyển điện tích 1.1.5.3 Sự chuyển electron cảm ứng khuyết tật tinh thể 1.1.5.4 Sự chuyển dải lượng 1.2 Chất màu cho gốm 1.2.1 Chất màu sở mạng spinen 1.2.2 Chất màu sở mạng tinh thể khác 12 1.2.3 Men phương pháp tạo màu cho gốm 15 1.2.3.1 Men gốm 15 1.2.3.2 Các phương pháp tạo màu cho gốm 17 1.3.Chất màu sơn 19 1.4 Các phương pháp tổng hợp spinen 22 1.4.1 Phương pháp gốm 22 1.4.2 Phương pháp đồng kết tủa 23 1.4.3 Phương pháp sol- gel 24 1.5 Tổng hợp spinen sở kẽm/niken ferit niken cromit 26 1.6 Giới thiệu nguồn thải liên quan : 33 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 2.1 Các nguyên liệu thiết bị cần thiết 36 2.2 Các phương pháp tổng hợp 36 2.2.1 Tổng hợp spinen Zn1-xNixFe2O4 NiCr2-xFexO4 theo phương pháp phân hủy tiền chất muối 36 2.2.2 Tổng hợp ZnFe2O4 theo phương pháp phản ứng pha rắn 38 2.2.2.1 Điều chế ZnO từ xỉ kẽm oxit 38 2.2.2.2 Tổng hợp chất màu kẽm ferit từ bùn đỏ kẽm oxit 38 112 T i liệu tiếng nh 14 A, Goldman (1993) Modern Ferrite Technology 15 A C F M Costa, E Tortella, M R Morelli, M Kaufman, R H G A Kiminami (2002) Effect of heating conditions during combustion synthesis on the characteristics of Ni0,5Zn0,5Fe2O4 nanopowders 37(17), pp 35693572 16 A P Kazin, M N Rumyantseva, V E Prusakov, I.P Suzdalev, A M Gaskov (2012) Cation distribution in nanocrystalline NixZn1-xFe2O4 spinel ferrites Inorganic materials, 48 (5), pp 525 – 530 17 Aaron, Wold (1993) Solid state Chemistry 18 Abu-Zied, B.M (2002) Preparation of cadmium chromite spinel: a combustion approach Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 211, pp 27–42 19 Ajayan PM, Redlich P, Ru"hle M (1997) Structure of carbon nanotubebased nanocomposites J Micro 185(2), pp 275-282 20 AL, Peter (1987) Pigment handbook John Wiley & Sons 21 Alarifi A, Deraz NM, Shaban S (2009) Structural, morphological and magnetic properties of NiFe2O4 nano-particles J Alloys Compd 486(1- 2), pp 501-506 22 Albuquerquea, Adriana Silva de (1999) Structure and magnetic properties of granular Ni-Zn-ferit-SiO2 Materials Research, 2(3), pp 235-238 23 Andris Sutka, Cundars Meziskis (2012) Sol-gel auto-combustion synthesis of spinel-type ferrit nanomaterials Mater Sci, 6(2), pp 128 -141 24 Bai, Jiahai (2009) Synthesis and photocatalytic activity of cobalt oxide doped ZnFe2O4–Fe2O3–ZnO mixed oxides Materials Letters, 63, pp 14851488 25 Barnett, Robert J, Mezner, Michael B (2001) Process for treating red mud to recover metal values therefrom 113 26 Baykal A, Kasapoglun , Durmus Z, Kavas H, Toprak MS, Koseoglu Y (2009) CTABAssisted Hydrothermal Synthesis and Magnetic Characterization of NiXCo1-xFe2O4 Nanoparticles (x = 0.0, 0.6, 1.0) Turk J Chem 33, pp 33-45 27 Baykal Al, Kasapoglu N, Koseoglu Yk, Toprak MS, Bayrakdar H (2008) CTAB-assisted hydrothermal synthesis of NiFe2O4 and its magnetic characterization J Alloys Compd, 464(1-2), pp 514-518 28 Bengisu, M (2001) Engineering Ceramics 29 Burghart, F J., Potzel,W., Kalvius, G M., Schreier, E., Grosse, G., Noakes,D R., Schafer, W., Kockelmann, W., Campbell, S J., Kaczmarek, W A.,Martin, A and Krause, M K (2000) Magnetism of crystalline and nanostructured ZnFe2O4 Physica B, 289, pp 286–290 30 C, Kim (1999) Growth of ultrafine Co-Mn ferrite and magnetic properties by a sol-gel method J Appl Phys 85(8), pp 5223-5225 31 C Xiangfeng, L Xingqin, M Guangyao (1999) Preparation and gas sensitivity properties of ZnFe2O4 semiconductors Sens Actuators B: Chem, 55, pp 19–22 32 Cao, Guozhong (2004) Nano structures and nanomaterials Synthesis, Properties, and Applications 33 Cao, Y Zhu, G Cheng, Y Huang (2009) ZnFe2O4 nanoparticles: microwavehydrothermal ionic liquid synthesis and photocatalytic property over phenol J Hazard Mater, 171, pp 431–435 34 Chang, Raymond (1998) Chemistry 35 Chen, N S., Yang, X J., Liu, E S and Huang, J L (2000) Reducing gas sensing properties of ferrite compounds MFe2O4 (M = Cu, Zn, Cd and Mg) Sens Actuator B:-Chem, 66, pp 178–180 36 Chen YJ, Liu PS, Jin ZM (1995) Studies of La2O3 additive in Ni Zn ferrite Journal of Material Science Letters 14(14), pp 998 114 37 Chu Xiangfeng, Liu Xingqin, Meng Guangyao (1999) Preparation and gas sensitivity properties of ZnFe2O4 semiconductors Sensors and Actuators B: Chemical, 55, pp 19-22 38 Chu Xiangfeng, Liu Xingqin, Meng Guangyao (2000) Effects of CdO dopant on the gas sensitivity properties of ZnFe2O4 semiconductors Sensors and Actuators B: Chemical, 65, pp 64-67 39 Costa, A C F M., Morelli, M R and Kiminami, R H G A (2004) Combustion synthesis, sintering and magnetical properties of nanocrystalline Ni–Zn ferrites doped with samarium J Mater Sci, 39, pp 1773– 1778 40 Costa, A C F M., Morelli, M R and Kiminami, R H G A (2007) Microstructure and magnetic properties of Ni − ZnxFe2O4 J Mater Sci, 2007, pp 41 Costa, A C F M., Tortella, E., Morelli, M R and Kiminami, R H G A (2002) Effect of heating conditions during combustion synthesis on the characteristics of Ni0.5Zn0.5Fe2O4 nanopowders J Mater Sci, 17, pp 3569– 3572 42 Costa, A.C.F.M (2008) Brown pigment of the nanopowder spinel ferrite prepared by combustion reaction Journal of the European Ceramic Society, 28 (10), pp 2033-2037 43 Costa G, Ribeiro MJ, Labrincha JA (2005) Waste-based new ceramic pigments Proceedings of fifth international congress valorisation and recycling of industrial waste 44 Costa G, Ribeiro MJ, Trindade T, Labrincha JA (2006) Development of novel waste-based ceramic pigments Adv Sci Technol 45, pp 2229-34 45 Costa G, Ribeiro MJ, Trindade T, Labrincha JA (2007) Development of wastebased ceramic pigments Bol Soc Esp Ceram Vidrio 46, pp 7-13 46 D Guin, B Baruwati, S.V Manorama (2005) A simple chemical synthesis of nanocrystalline AFe2O4 (A = Fe, Ni, Zn): an efficient catalyst for selective oxidation of styrene J Mol Catal A: Chem, 242 pp 26–31 115 47 DCMA (1982) Classification and chemical description of the mixed metal oxide inorganic coloured pigments, metal oxides and ceramics colors subcommittee 48 E, Ozel (2006) Production of brown and black pigments by using flotation waste from copper slag Waste Manage Res 24, pp 125 – 33 49 Eppler, Richard A., Ceramic Colorants U.s.E.o.I Chemistry, Editor 2000: Copyright by Wiley-VCH 50 Erik Casbeer, Virender K Sharma, Xiang-Zhong Li (2012) Synthesis and photocatalytic activity of ferrites under visible light: A review Separation and Purification Technology, 87, pp 1-14 51 F, Bondioli (2000) Grey ceramic pigment (Fe,Zn)-Cr2O4 obtained from industrial fly ash Tile Brick Int, 16, pp 246 - 52 Feltin N, Pileni MP (1997) New Technique for Synthesizing Iron Ferrite Magnetic Nanosized Particles Langmuir, 13(15), pp 3927-3933 53 Ferreira TAS, Waerenborgh JC, Mendonsa MHRM, Nunes MR, Costa FM (2003) Structural and morphological characterization of FeCo2O4 and CoFe2O4 spinels prepared by a coprecipitation method Solid State Sci 5(2), pp 383-392 54 Fu Y-P, Pan K-Y, Lin C-H (2002) Microwave-induced combustion synthesis of Ni0.25Cu0.25Zn0.5 ferrite powders and their characterizations Mater Lett, 57(2), pp 291-296 55 G Fan, Z Gu, L Yang, F Li (2009) Nanocrystalline zinc ferrite photocatalysts formed using the colloid mill and hydrothermal technique Chem Eng J (Amsterdam, Neth.), 155, pp 534–541 56 G Zhang, W Xu, Z Li, W Hu, Y Wang (2009) Preparation and characterization of multi-functional CoFe2O4–ZnO nanocomposites J Magn Magn Mater, 321, pp 1424–1427 57 G.Costa, V.P.Della, M.J.Riberio, A.P.N Oliveria, G.Monros, J.A Labrincha (2008) Synthesis of black ceramic pigments from secondary raw materials Science Direct Dye and Pigment pp 137-144 116 58 Geoffrey C Allen, Josephine A Jutson, Paul A Tempest (1988) Characterization of nickel-chromium-iron spinel-type oxides Journal of Nuclear Materials, 158, pp 96-107 59 Gunjakar JL, More AM, Gurav KV, Lokhande CD (2008) Chemical synthesis of spinel nickel ferrite (NiFe2O4) nano-sheets Appl Surf Sci 254(18), pp 5844-5848 60 H Ishibashi, T Yasumi (2007) Structural transition of spinel compound NiCr2O4 at ferrimagnetic transition temperature Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 310, pp 610 - 612 61 Harris, Daniel C (1996) Quantitative Chemical analysis 62 Henz, Henrich (2004) Pigment , Inorganic Ullman‟s Encyclopedia of Industry Chemistry, A20, pp 308-311 63 Hochepied JF, Bonville P, Pileni MP (2000) Nonstoichiometric Zinc Ferrite Nanocrystals: Syntheses and Unusual Magnetic Properties J Phys Chem, 104(5), pp 905-912 64 Hu J, Li L-s, Yang W, Manna L, Wang L-w, Alivisatos AP (2001) Linearly Polarized Emission from Colloidal Semiconductor Quantum Rods Science, 292(5524), pp 2060-2063 65 J, Calbo ( 2004) Minimization of toxicity in nickel ferrite black pigment Br Ceram Trans 103(3-9), pp 66 J Qiu, C Wang, M Gu (2004) Photocatalytic properties and optical absorption of zinc ferrite nanometer films Mater Sci Eng., B112, pp 1–4 67 J Wolska, K Przepiera, H Grabowska, A Przepiera, M Jablonski, R Klimkiewicz (2008) ZnFe2O4 as a new catalyst in the c-methylation of phenol Res Chem Intermed, 34, pp 43–51 68 J.A Toledo, M.A Valenzuela, P Bosch, H Armendáriz, A Montoya, N Nava, A Vázquez (2000) Effect of AI3+ introduction into hydrothermally prepared ZnFe2O4 Applied Catalysis A: General, 198, pp 235-245 69 J.D.T, Richard (2000) Colour and the optical properties of materials 117 70 Jang ji-sen, Gao lian, Guo jing-kun, Yang xielong (2006) Preparation of nanonocrystalline Zn ferrit by high energy ball milling Chiniese Journal Materials Research, 13(2) pp 142- 146 71 K, Nassau (1978) The origins of color in Minerals Mineralogist, 63, pp 219-229 72 K Arshaka, E Moorea, C Cunniffea, M Nicholsonb, A Arshakb (2007) Preparation and characterisation of ZnFe2O4/ZnO polymer nanocomposite sensors for the detection of alcohol vapours Superlattices and Microstructures, 42, pp 479–488 73 K Premalatha, P.S Raghavan, B Viswanathan (2012) Liquid phase oxidation of benzyl alcohol with molecular oxygen catalyzed by metal chromites Applied Catalysis A: General, 419–420, pp 203-209 74 Kalkan, Ekrem (2006) Utilization of red mud as a stabilization material for the preparation of clay liners Engineering Geology, 87, pp 220-229 75 Kamellia Nejati, Rezvanh Zabihi (2012) Preparation and magnetic properties of nano size nickel ferrite particles using hydrothermal method Chemistry Central Journal, 6:23, pp 2-6 76 Kavas H, Kasapoglu N, Baykal A, Kaseoglu Y (2009) Characterization of NiFe2O4 nanoparticles synthesized by various methods Chem Papers 63(4), pp 450-455 77 Kim YI, Kim D, Lee CS (2003) Synthesis and characterization of CoFe2O4 magnetic nanoparticles prepared by temperature-controlled coprecipitation method Phys B(Amestherdam, Neth, 337(1-4), pp 42-51 78 Klabunde, Kenneth J (2001) Nanoscale Materials in Chemistry 79 Koch, Carl C (2001) Nanostructured Materials Processing, Synthesis, Properties, and Applications 80 Kochurani George, S Sugunan (2008) Nickel substituted copper chromite spinels: Preparation, characterization and catalytic activity in the oxidation reaction of ethylbenzene Catalysis Communications, 9, pp 2149-2153 118 81 Lee, Seung Hwon NiCrxFe − (1999) Electrical and magnetic properties of O4 spinel ≤ ≤ Materials Chemistry and Physics, 61, pp 147-15 82 Leng, Yang (2008) Materials Characterization- Introduction to Microscopic and Spectroscopic Methods 83 Lifshin, Dr Eric (1999) X-ray characterization of materials 84 Lisboa-Filho, P N (2002) Physica B, 320, pp 249–252 85 M, De Guire (1989) The cooling rate dependence of cation distributions in CoFe2O J Appl Phys 65(8), pp 3167-3172 86 M Maletin, Evagelia G Moshopoulou, A.G Kontos, E Devlin, A Delimitis, V.T Zaspalis, L Nalbandian, V.V Srdic (2007) Synthesis and structural characterization of In-doped ZnFe2O4 nanoparticles Journal of the European Ceramic Society, 27, pp 4391-4394 87 M Yazdanbakhsh, I Khosravi, E.K Goharshadi, A Youssefi (2010) Fabrication of nanospinel ZnCr2O4 using sol–gel method and its application on removal of azo dye from aqueous solution Journal of Hazardous Materials 184, pp 684–689 88 M.A Valenzuela, P Bosch, J Jiménez-Becerrill, O Quiroz, A.I Páez (2002) Preparation, characterization and photocatalytic activity of ZnO, Fe2O3 and ZnFe2O4 Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 148, pp 177-182 89 Maaz K, Karim S, Mumtaz A, Hasanain SK, Liu J, Duan JL (2009) Synthesis and magnetic characterization of nickel ferrite nanoparticles prepared by coprecipitation route J Magn Magn Mater 321(12), pp 18381842 90 Manova E, Tsoncheva T, Paneva D, Mitov I, Tenchev K, Petrov L (2004) Mechanochemically synthesized nano-dimensional iron-cobalt spinel oxides as catalysts for methanol decomposition Appl Catal A 277(1-2), pp 119127 91 MB, Tian (2001) Magnetic Material Tsinghua University Press, Beijing 119 92 N Chau, N.K Thuan, D L Minh, N.H Luong (2008) Effects of Zn content on the magnetic and magnetocaloric properties of Ni – Zn ferrites VNU Journal of Science, Mathematics – Physics, 24, pp 155-162 93 N Kislova, S.S Srinivasana, Yu Emirovb, E.K (2008) Stefanakosa Optical absorption red and blue shifts in ZnFe2O4 nanoparticles Materials Science and Engineering B 153, pp 70–77 94 Navrotsky, A and Kleppa, O J (1967) The thermodynamics of cation distributions in simple spinels J Inorg Nucl Chem, 29, pp 2701–2714 95 Nien-Hsun Li, Yen-Hsin Chen, Ching-Yao Hu, Ching-Hong Hsieh, ShangLien Lo (2011) Stabilization of nickel-laden sludge by a high-temperature NiCr2O4 synthesis process Journal of Hazardous Materials, 198, pp 356361 96 Pecharsky, Vitalij K (2003) Fundamentals of powder diffraction and structural characterization of materials Springer Science+Business Media 97 Pena MA, Fierro JLG (2001) Chemical Structures and Performance of Perovskite Oxides Chem Rev 101(7), pp 1981-2018 98 Phelps, Girard W (2000) Ceramics General Survey Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Copyright by Wiley-VCH 99 Pradeep A, Priyadharsini P, Chandrasekaran G (2008) Production of single phase nano size NiFe2O4 particles using sol-gel auto combustion route by optimizing the preparation conditions Mater Chem Phys 112(2), pp 572576 100 Prasad S, Gajbhiye NS (1998) Magnetic studies of nanosized nickel ferrite particles synthesized by the citrate precursor technique J Alloys Compd, 265(1-2), pp 87-92 101 Qiaoling Li, Changchuan Bo, WentingWang (2010) Preparation and m gneti properties of n e O4 n nofibers by opre ipit tion–air oxidation method Materials Chemistry and Physics 124, pp 891–893 120 102 R Dom, R Subasri, K Radha, P.H Borse (2011) Synthesis of solar active nanocrystalline ferrite, MFe2O4 (M: Ca, Zn, mg) photocatalyst by microwave irradiation Solid State Commun, 151, pp 470–473 103 R Saez Puche, M J Torralvo fernandez, V Blanco Guierrez, R Gomez, V Marquina, M L Marquina, J L Perez Mazariego, R Ridura (2008) Ferrite nanoparticles MFe2O4 (M = Ni and Zn) : hydrothermal synthesis and magnetic properties Boletin De La Sociedad Espanola Ceramica y Vidrio, 47 (3), pp 133 -137 104 S, Li (2000) Structure, cation distributions, and magnetic properties J Appl Phys, 87(9), pp 6223-6225 105 S Li, Y Lin, B Zhang, C Nan, Y Wang (2009) Photocatalytic and magnetic behaviors observed in nanostructured BiFeO3 particles J Appl Phys, 105, pp 056105/1–056105/3 106 S.D Jadhav, P.P Hankare, R.P Patil, R Sasikala (2010) Effect of sintering on photocatalytic degradation of methyl orange using zinc ferrite Mater Lett, 65, pp 371–373 107 S.S Manoharan, N.R.S Kumar, K.C Patil (1990) Preparation of fine particle chromites: a combustion approach Materials Research Bulletin 25, pp 731–738 108 Shafi KVPM, Gedanken A, Prozorov R, Balogh J (1998) Sonochemical Preparation and Size-Dependent Properties of Nanostructured CoFe2O4 Particles Chem Mater 10(11), pp 3445-3450 109 Shao-Wen Cao, Ying-Jie Zhu, Guo-Feng Cheng, Yue-Hong Huang (2009) ZnFe2O4 nanoparticles: Microwave-hydrothermal ionic liquid synthesis and photocatalytic property over phenol Journal of Hazardous Materials, 171, pp 431-435 110 Shi Y, Ding J, Liu X, Wang J (1999) NiFe2O4 ultrafine particles prepared by coprecipitation/ mechanical alloying J Magn Magn Mater 205(2-3), pp 249-254 121 111 Singh, Maneesh (1996) Preparation of special cements from red mud Waste Management, 16, pp 665-670 112 Sloczynski J, Janas J, Machej T, Rynkowski J, Stoch J (2000) Catalytic activity of chromium spinels in SCR of NO with NH3 Appl Catal B 24(1), pp 45-60 113 Sukhdeep Singh, Manpreet Singh, N K Ralhan, R K Kotnala, Kuldeep Chand Verma (2012) Improvêmnt in ferromagnetism of NiFe2O4 nanopartices with Zn doping Advanced Materials letters, 3(6), pp 504 – 506 114 Tsukimura, K., Sasaki, S and Kimizuka, N (1997) Cation distributions in nickel ferrites Jpn J Appl Phys Part Regul Pap Short Notes Rev Pap, 36, pp 3609–3612 115 Tung, L D (2002) Annealing effects on the magnetic properties of nanocrystalline zinc ferrite Physica B, 319, pp 116–121 116 V, Gomes (2005) Ceramic pigments based on mullite structure obtained from Al-sludge containing formulations Am Ceram Soc Bull 84, pp 95014 117 W Hajjaji, M.P Seabra, J.A Labrincha (2011) Evaluation of metal-ions containing sludges in the preparation of black inorganic pigments Journal of Hazardous Materials, 185, pp 619-625 118 W.R., Anthoy (1987) Solid state chemistry and its applications John Wiley & Sons 119 Wanchao Liu, Jiakuan Yang (2009) Application of Bayer red mud for iron recovery and building material production from alumosilicate residues Journal of Hazardous Materials 161, pp 474 – 478 120 Wanchao Liu, Jiakuan Yang, Bo Xiao (2009) Review on treatment and utilization of bauxite residues in China Int J Miner Process, 93, pp 220– 231 121 Wang LJ, Zhang CL (1996) Studies on preparation and characterization of spinel ferrite Journal of Inorganic Chemistry 12(4), pp 377–81 122 122 X Chu, S Liang, T Chen, Q Zhang (2010) Trimethylamine sensing properties of CdO–Fe2O3 nano-materials prepared using Co-precipitation method in the presence of PEG400 Mater Chem Phys, 123 pp 396–400 123 X Li, Y Hou, Q Zhao, L Wang (2011) A general one-step and templatefree synthesis of sphere-like zinc ferrite nanostructures with enhanced photocatalytic activity for dye degradation J Colloid Interf Sci, 358 pp 102–108 124 Xiangfeng Chu, Dongli Jiang, Chenmou Zheng (2006) The gas – sensing properties of thick film sensors based on nano – ZnFe2O4 prepared by hydrothermal method Materials science and Enginerning B, 129, pp 150 – 153 125 Xu Q, Wei Y, Liu Y, Ji X, Yang L, Gu M (2009) Preparation of Mg/Fe spinel ferrite nanoparticles from Mg/Fe-LDH microcrystallites under mild conditions Solid State Sci, 11(2), pp 472-478 126 Yang, Gui-Qin (2002) Preparation and characterization of brown nanometer pigment with spinel structure Dyes and Pigments, 55 ( 1), pp 9– 16 127 Yang XJ, Liu ES, Chen NS (1998) Preparation and gas-sensitivity of several spinet-type nanocrystalline mixed oxides Applied Chemistry 15(5), pp 14–17 128 Yao Li, Jiupeng Zhao, Liangsheng Qiang, Jiuxing Jiang (2004) Combustion synthesis of zinc ferrite powders in oxygen Journal of Alloys and Compounds, 373, pp 298-303 129 Yue ZX, Zhou J, Li LT (2000) Synthesis of nanocrystalline NiCuZn ferrite powders by sol-gel auto-combustionmethod Journal of Magnetism and Materials, 208, pp 55–60 130 Z Wang, S.K Saxena, P Lazor, H.S.C O„Neill (2003) An in situ Raman spectroscopic, study of pressure induced dissociation of spinel NiCr2O4 Journal of Physics and Chemistry of Solids 64, pp 425–431 123 131 Zhong-wei ZHAO, Kingsam OUYANG, Ming WANG (2010) Structural macrokinetics of synthesizing ZnFe2O4 by mechanical ball milling Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 20, pp 1131-1135 132 Zhongwu Wang, S.K Saxena, Peter Lazor, H.S.C O'Neill (2003) An in situ Raman spectroscopic study of pressure induced dissociation of spinel NiCr2O4 Journal of Physics and Chemistry of Solids, 64, pp 425-431 [1-38, 41, 39, 40, 42-132] MỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1.Lý thuyết chất màu 1.1.1 Bức xạ điện từ 1.1.2 Tính chất hạt ánh sáng 1.1.3 1.1.4 Tương tác ánh sáng vật rắn Các nguyên tố gây màu 1.1.5 Nguyên nhân gây màu khoáng vật 1.1.5.1 Sự chuyển electron nội 1.1.5.2 Sự chuyển electron nguyên tố hay chuyển điện tích 1.1.5.3 Sự chuyển electron cảm ứng khuyết tật tinh thể 1.1.5.4 Sự chuyển dải lượng 1.2 Chất màu cho gốm 1.2.1 Chất màu sở mạng spinen 1.2.2 Chất màu sở mạng tinh thể khác 12 1.2.3 Men phương pháp tạo màu cho gốm 15 1.2.3.1 Men gốm 15 1.2.3.2 Các phương pháp tạo màu cho gốm 17 1.3.Chất màu sơn 19 1.4 Các phương pháp tổng hợp spinen 22 1.4.1 Phương pháp gốm 22 1.4.2 Phương pháp đồng kết tủa 23 1.4.3 Phương pháp sol- gel 24 1.5 Tổng hợp spinen sở kẽm/niken ferit niken cromit 26 1.6 Giới thiệu nguồn thải liên quan : 33 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 2.1 Các nguyên liệu thiết bị cần thiết 36 2.2 Các phương pháp tổng hợp 36 2.2.1 Tổng hợp spinen Zn1-xNixFe2O4 NiCr2-xFexO4 theo phương pháp phân hủy tiền chất muối 36 2.2.2 Tổng hợp ZnFe2O4 theo phương pháp phản ứng pha rắn 38 2.2.2.1 Điều chế ZnO từ xỉ kẽm oxit 38 2.2.2.2 Tổng hợp chất màu kẽm ferit từ bùn đỏ kẽm oxit 38 2.2.3 Tổng hợp spinen Zn1-xNixFe2O4 theo phương pháp đồng kết tủa từ dung dịch thải 39 2.3 Phương pháp tạo màu cho men gốm 42 2.4 Chế tạo sơn 43 2.5 Các phương pháp phân tích cấu trúc tính chất 45 2.5.1 Phương pháp phân tích nhiệt (DSC) 45 2.5.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 46 2.5.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscope) 48 2.5.4 Phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDX - Energy dispersive Xray spectroscopy) 49 2.5.5 Phương pháp quang phổ hấp thụ UV - VIS 50 2.5.6 Phương pháp đo màu 51 2.5.7 Phương pháp xác định đặc tính màng sơn 52 2.5.7.1 Phương pháp xác định độ nghiền mịn (TCVN 2091:2008): 52 2.5.7.2 Phương pháp xác định khối lượng riêng sơn cốc đo tỷ trọng (TCCS 04:2009/PPT-STH): 53 2.5.7.3 Phương pháp xác định độ khô thời gian khô – TCVN 2096: 199354 2.5.7.4 Phương pháp xác định độ bền va đập TCVN 2100-2:2007 55 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 3.1 Tổng hợp spinen dạng Zn1-xNixFe2O4 theo phương pháp phân hủy tiền chất muối 57 3.1.1 Điều chế tiền chất: 57 3.1.2 Khảo sát biến đổi tiền chất theo nhiệt độ 57 3.1.3 Ảnh hưởng hàm lượng niken 58 3.1.4 Ảnh hưởng nhiệt độ nung 64 3.1.5 Xác định hình thái mẫu cỡ hạt 65 3.1.6 Phổ hấp thụ UV - Vis 66 3.1.7 Khảo sát ứng dụng tạo màu cho men gốm 69 3.1.8 Khảo sát ứng dụng tạo màu cho sơn 70 3.2 Tổng hợp kẽm ferit từ bùn đỏ 72 3.2.1 Xác định đặc tính bùn đỏ 72 3.2.2 Điều chế bột kẽm oxit từ xỉ kẽm oxit 73 3.2.3 Nghiên cứu tổng hợp chất màu kẽm ferit từ bùn đỏ 76 3.3 Tổng hợp spinen dạng Zn1-xNixFe2O4 từ nguồn thải theo phương pháp đồng kết tủa 79 3.3.1 Điều chế tiền chất 79 3.3.2 Khảo sát biến đổi tiền chất theo nhiệt độ 79 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng niken 81 3.3.4 Hình thái cỡ hạt 85 3.3.5 Khảo sát ứng dụng tạo màu cho men gốm 86 3.4 Tổng hợp spinen dạng NiCr2-xFexO4 theo phương pháp phân hủy tiền chất muối sử dụng muối sắt (III) 87 3.4.1 Điều chế tiền chất muối: 87 3.4.2 Khảo sát biến đổi tiền chất theo nhiệt độ 88 3.4.3 Màu sắc, dạng pha sản phẩm kích thước hạt gần 89 3.4.4 Hình thái sản phẩm cỡ hạt 91 3.4.5 Đánh giá đặc tính quang sản phẩm 92 3.4.6 Khảo sát tạo màu cho men gốm 93 3.5 Tổng hợp spinen dạng NiCr2-xFexO4 theo phương pháp phân hủy tiền chất muối sử dụng muối sắt (II) 94 3.5.1 Điều chế tiền chất: 94 3.5.2 Khảo sát biến đổi tiền chất theo nhiệt độ 94 3.5.3 Ảnh hưởng hàm lượng sắt 95 3.5.4 Ảnh hưởng nhiệt độ nung 101 3.5.5 Xác định hình thái mẫu cỡ hạt 102 3.5.7 Khảo sát ứng dụng cho men gốm 105 KẾT LUẬN 108 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG Ố 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 ... tổng hợp số spinen dạng Zn1- xNixFe2O4 NiCr2- xFexO4 từ số nguồn nguyên liệu thăm dò khả ứng dụng làm chất màu? ?? MỞ ĐẦU Chất màu người biết đến, nghiên cứu, sản xuất sử dụng phục vụ cho đời sống sinh... tổng hợp số spinen dạng Zn1- xNixFe2O4 NiCr2- xFexO4 từ số nguồn nguyên liệu thăm dò khả ứng dụng làm chất màu? ?? Mục tiêu luận án nghiên cứu tổng hợp xác định đặc tính số hệ dạng spinen sở kẽm ferit... hợp số spinen dạng Zn1- xNixFe2O4 NiCr2- xFexO4 từ số nguồn nguyên liệu thăm dò khả ứng dụng làm chất màu? ?? MỞ ĐẦU Chất màu người biết đến, nghiên cứu, sản xuất sử dụng phục vụ cho đời sống sinh hoạt