nghiên cứu tổng hợp bột màu vàng thân thiện với môi trường bi1-x-ycaxznyvo4-(x+y)2 trên nền bivo4

Khóa luận này được hoàn thành tại Bộ môn Hóa Vô cơ, Khoa
Hóa học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS. Trần Ngọc
Tuyền đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để
tôi hoàn thành tốt khóa luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô giáo trong Bộ môn Hóa
Vô cơ, quý thầy, cô giáo Khoa Hóa, Đại học Khoa học Huế đã cho
tôi những ý kiến quý báu, tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình
học tập và thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn các cán bộ Phòng công nghệ Công ty men Frit Huế;
Phòng thí nghiệm Hóa Ứng dụng, Khoa Hóa học, Trường Đại học
Sư phạm, Đại học Huế; Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học
Tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ tôi hoàn thành tốt
khóa luận này.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn
bè đã luôn động viên, chia sẻ và tạo mọi điều kiện cho tôi trên con
đường học tập.
Huế, ngày 09 tháng 06 năm 2014
Sinh viên
Nguyễn Châu Đoan Trang
i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
CIE
Commision Internationale
Eclierege
Tổ chức quốc tế về chiếu sáng
FT - IR
Fourrier Transformation
Infrared
Quang phổ hồng ngoại

CIE
Commision Internationale
Eclierege
Tổ chức quốc tế về chiếu sáng
CIE L*a*b* Hệ tọa độ màu L*a*b*
XRD X - Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X
FWHM Full Width at Half Maximum Độ rộng nửa chiều cao pic nhiễu xạ
ii
MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn i
Danh mục các từ viết tắt ii
Mục lục iii
Danh mục các bảng v
Danh mục các hình vi
MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 3
1.1. Giới thiệu về bột màu vô cơ 3
1.1.1. Tính chất đặc trưng của bột màu vô cơ 3
1.1.2. Ứng dụng của bột màu vô cơ 4
1.2. Giới thiệu về chất nền BiVO
4
4
1.3. Tính độc hại của bột màu vô cơ 5
1.3.1. Tác dụng độc hại của asen 7
1.3.2. Tác dụng độc hại của cadmi 7
1.3.3. Tác dụng độc hại của chì 7
1.3.4. Tác dụng độc hại của thủy ngân 8
1.4. Ứng dụng của các nguyên tố bitmut, canxi, kẽm thể hiện không
độc hại đối với cơ thể sinh vật 8

1.4.1. Ứng dụng của nguyên tố bitmut (Bi) 8
1.4.2. Ứng dụng của nguyên tố canxi (Ca) 9
1.4.3. Ứng dụng của nguyên tố kẽm (Zn) 10
1.5. Ứng dụng của bột màu trong việc chế tạo sơn 10
1.5.1. Giới thiệu về sơn 10
1.5.2. Thành phần của sơn 11
1.5.3. Các loại sơn 13
1.5.4. Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng sơn tốt 14
1.6. Tình hình nghiên cứu tổng hợp bột màu trong và ngoài nước 14
1.6.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 14
1.6.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 15
Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16
2.1. Nội dung nghiên cứu 16
iii
2.1.1. Khảo sát ảnh hưởng thành phần phối liệu đến cường độ màu 16
2.1.2. Khảo sát ảnh hưởng chế độ nung 16
2.1.3. Xác định các đặc trưng của sản phẩm bột màu 16
2.2. Phương pháp nghiên cứu 16
2.2.1. Phối liệu được chuẩn bị theo phương pháp bay hơi đến khô 16
2.2.2. Thành phần pha tinh thể của bột màu được xác định theo phương pháp
nhiễu xạ tia X (XRD) 17
2.2.3. Phương pháp xác định cường độ màu của sản phẩm 18
2.2.4. Phương pháp quang phổ hồng ngoại (FT-IR) 19
2.3. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị 19
2.3.1. Dụng cụ 19
2.3.2. Hóa chất 20
2.3.3. Thiết bị 20
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21
3.1. Khảo sát ảnh hưởng thành phần phối liệu đến cường độ màu 21
3.2. Khảo sát ảnh hưởng chế độ nung 23

3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến sự tạo pha tinh thể
BiVO
4
23
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu đến cường độ màu của
sản phẩm 23
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nghiền đến cường độ màu của
sản phẩm 25
3.3. Xác định các đặc trưng của sản phẩm bột màu 27
3.3.1. Xác định thành phần pha của sản phẩm bột màu 29
3.3.2. Xác định cường độ màu của sản phẩm bột màu 29
3.3.3. Xác định thông số mạng lưới của sản phẩm bột màu 32
3.3.4. Xác định phổ hồng ngoại của sản phẩm bột màu 34
Chương 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35
4.1. Kết luận 36
4.2. Kiến nghị 36
TÀI LIỆU THAM KHẢO 38
PHỤ LỤC 40
iv
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Vị trí pic nhiễu xạ đặc trưng của kiểu cấu trúc scheelite 5
Bảng 3.1. Thành phần và kí hiệu các mẫu khảo sát … 21
Bảng 3.2. Thành phần phối liệu của các mẫu khảo sát…… 22
Bảng 3.3. Các đặc trưng phổ XRD của các mẫu A550, A650, A750… 25
Bảng 3.4. Kết quả đo màu của các mẫu ở thời gian lưu khác nhau……… 27
Bảng 3.5. Kết quả đo màu của các mẫu ở thời gian nghiền khác nhau 28
Bảng 3.6. Các đặc trưng phổ XRD của các mẫu M13, M14, M15, M16,
M17……………………… 31
Bảng 3.7. Kết quả đo màu của các sản phẩm bột màu…………… 33

Bảng 3.8. Thông số mạng lưới của các sản phẩm bột màu 34
v
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp bột màu vàng Bi
1-x-y
Ca
x
Zn
y
VO
4-(x+y)/2
17
Hình 2.2. Hệ tọa độ biễu diễn màu sắc CIE L*a*b* 18
Hình 3.1. Màu của các sản phẩm bột màu vàng Bi
1-x-y
Ca
x
Zn
y
VO
4-(x+y)/2
23
Hình 3.2. Giản đồ XRD của các mẫu A550, A650, A750 24
Hình 3.3. Màu của các mẫu khảo sát ở thời gian lưu khác nhau 26
Hình 3.4. Màu của các mẫu khảo sát ở thời gian nghiền khác nhau 28
Hình 3.5. Giản đồ XRD của các mẫu M1, M10 và M13……… 29
Hình 3.6. Giản đồ XRD của các mẫu M13, M14, M15, M16 và
M17………………………………………………… 30
Hình 3.7. Màu của các sản phẩm bột màu sau khi sơn 32

Hình 3.8. Phổ IR của mẫu M10 35
vi
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bột màu vô cơ thường được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ứng dụng
khác nhau chẳng hạn như sơn, mực, nhựa, cao su, gốm sứ, men và thủy tinh. Những
bột màu này dựa trên cơ sở các oxit, sunfua, photphat của các kim loại chuyển tiếp và
không chuyển tiếp, được thêm vào trong thành phần các vật liệu trên để tạo ra màu
sắc. Các hợp chất màu vô cơ bền với nhiệt độ cao, có thể hấp thu chọn lọc ánh sáng,
nhờ đó khi ánh sáng chiếu vào, chúng ta sẽ quan sát được một phần ánh sáng không
hấp thu, cũng chính là màu phụ với màu bị hấp thu. Các bột màu dùng trong gốm sứ,
thủy tinh thường là bột màu vô cơ được tạo bởi các oxit kim loại hoặc các hợp chất
hình thành từ các oxit kim loại nền, phải có khả năng bền nhiệt và trơ hóa học ở nhiệt
độ cao, cũng như không phản ứng với các chất tạo men [18].
Tuy nhiên, hiện nay nhiều loại bột màu công nghiệp truyền thống như crom
vàng (PbCrO
4
), cadmi vàng (CdS) lại chứa yếu tố độc hại, chẳng hạn như Pb, Cr, Cd
và Se, gây ảnh hưởng xấu đến cơ thể con người và môi trường [6]. Vì vậy, hiện nay xu
hướng nghiên cứu tổng hợp bột màu thân thiện với môi trường để thay thế các loại bột
màu có chứa các nguyên tố độc hại ngày càng trở nên cần thiết và thu hút sự quan tâm
của rất nhiều nhà khoa khọc trên thế giới.
Cho nên, một số nghiên cứu gần đây đã báo cáo về những loại sắc tố màu vàng
mới mang tính thân thiện với môi trường. Chúng tôi cũng đã làm việc, tìm hiểu và
nghiên cứu về sự tổng hợp của các loại bột màu vàng nhằm đáp ứng yêu cầu về môi
trường và độ an toàn cho người tiêu dùng.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung vào việc nghiên cứu tổng hợp bột
màu vàng trên nền bitmut vanadat (BiVO
4
), được biết đến như một bột màu vàng vô

cơ thân thiện môi trường do Bi và V là những nguyên tố không độc đối với sinh vật.
Cơ chế màu sắc của đơn tà BiVO
4
dựa trên quá trình chuyển đổi điện tích từ orbital lai
hóa sp
3
(6s của Bi và 2p của O) đến orbital 3d của V trong vùng cấu trúc BiVO
4
. Một
mặt khác, trong nghiên cứu này chúng tôi tập trung vào nghiên cứu thay thế một phần
cation Bi
3+
trong mạng lưới tinh thể BiVO
4
bằng các cation Zn
2+
và Ca
2+
tạo thành các
dung dịch rắn thay thế Bi
1-x-y
Ca
x
Zn
y
VO
4-(x+y)/2
, nhằm tạo được các bột màu vàng có màu
sắc tươi sáng, thân thiện với môi trường. Tương ứng với hóa trị II và nhỏ hơn Ca
2+

1
(bán kính ion: 0,112nm) và/ hoặc Zn
2+
(0,090 nm) vào Bi
3+
(0,117 nm) [6] các vị trí của
mạng BiVO
4
làm căng nội tại và các khuyết tật mạng tinh thể, làm thay đổi vùng hóa
trị orbital 2p của O và làm giảm năng lượng bằng sự thay đổi của orbital 6s của Bi
hoặc orbital 2p của O trên quỹ đạo lai hóa. Hơn nữa cả hai cation Ca
2+
và Zn
2+
là các
nguyên tố không độc hại [6]. Vì vậy, Bi
1-x-y
Ca
x
Zn
y
VO
4-(x+y)/2
loại bột màu được tổng
hợp trong nghiên cứu này đều là những loại bột màu vàng mang tính thân thiện môi
trường. Các thuộc tính màu sắc được đặc trưng hóa và thành phần đã được tận dụng
hóa để có được sắc vàng sống động nhất.
Xuất phát từ ý nghĩa về mặt khoa học cũng như về mặt thực tiễn, chúng tôi chọn
đề tài khóa luận tốt nghiệp: “Nghiên cứu tổng hợp bột màu vàng thân thiện với môi
trường Bi

1-x-y
Ca
x
Zn
y
VO
4-(x+y)/2
trên nền BiVO
4
”.
2. Mục tiêu của đề tài
Tổng hợp được bột màu vàng Bi
1-x-y
Ca
x
Zn
y
VO
4-(x+y)/2
trên nền BiVO
4
ở nhiệt độ
nung thấp, sản phẩm thu được đơn pha, có cường độ phát màu mạnh.
2
Chương 1.
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Giới thiệu về bột màu vô cơ [11]
Theo định nghĩa, bột màu là những bột mịn mà khi phân tán trong môi trường
nào đó thì sẽ tạo màu cho môi trường.
Bột màu vô cơ thường là các oxit, các sunphua, photphat, cacbonat, cromat,…

của kim loại. Ví dụ như Fe
2
O
3
(màu đỏ), Cr
2
O
3
(màu xanh), TiO
2
, ZnO (màu trắng),…
hoặc các oxit phức hợp.
1.1.1. Tính chất đặc trưng của bột màu vô cơ
Khác với các chất màu hữu cơ, các bột màu vô cơ chỉ phân tán dưới dạng các
hạt rắn chứ không tan trong môi trường mà chúng tạo màu. Do đó cỡ hạt càng bé sẽ
cho sự phân tán càng tốt và màu sắc đẹp, dễ sử dụng.
Ưu điểm của bột màu vô cơ là bền với môi trường, thời tiết, ánh sáng, nhiệt độ,
… Nhược điểm của chúng là do tồn tại dưới dạng hạt phân tán trong môi trường chứ
không tan nên tính chất và khả năng áp dụng phụ thuộc nhiều vào cỡ hạt.
Tính chất quang- lý: Giá trị của một loại bột màu vô cơ phụ thuộc vào những
tính chất quang lý của chúng, bao gồm các đặc trưng về cấu trúc tinh thể, cỡ hạt và
phân bố cỡ hạt, dạng hình học của hạt, sự kết tụ… và các tính chất hóa học như thành
phần, độ tinh khiết và độ bền hóa học. Có hai thuộc tính quan trọng nhất của bột màu
là khả năng tạo màu cho môi trường mà chúng được phân tán và độ đục (chắn sáng)
của bột màu. Hai thuộc tính này quyết định giá trị của bột màu và phạm vi ứng dụng
của nó. Độ đục của bột màu là một hàm của cỡ hạt và sự khác nhau giữa chỉ số khúc
xạ giữa hạt màu và môi trường phân tán. Tính chất màu của bột màu được xác định
trên các đặc trưng như màu sắc, độ bền màu, độ đục, độ đồng nhất của màu, độ bền
thời tiết, bền nhiệt, bền hóa. Môi trường phân tán và điều kiện chế tạo là những yếu tố
ảnh hưởng lớn tới tính chất màu của bột màu.

Tính chất hóa học: Các tính chất hóa học quan trọng của bột màu là thành phần
hóa học, độ tinh khiết và hệ số tỉ lượng trong phân tử. Các tính chất này quyết định
tính chất màu và giá trị sử dụng của bột màu. Nếu bột màu mà chứa các tạp chất là kim
loại nặng, cho dù hàm lượng rất nhỏ thì cũng không được phép sử dụng trong đời sống
và thương mại vì lý do sức khỏe và môi trường.
3
Cấu trúc tinh thể: Cho biết những thông tin về cấu trúc tinh thể như pha tinh
thể, pha tạp chất hay pha nguyên liệu chưa chuyển hoá tồn tại trong hạt màu, độ tinh
thể là những đặc trưng quan trọng quyết định đến tính chất màu của bột màu. Một bột
màu lý tưởng là bột màu chỉ chứa một pha đặc trưng và có độ tinh thể cao. Sự tồn tại
pha thứ hai hoặc pha tạp thường là giảm các tính chất màu của hạt màu.
Khả năng phối màu: Khả năng phối màu của bột màu là khả năng mà một bột
màu có thể pha trộn với bột màu khác theo tỉ lệ xác định để tạo ra các màu trung gian
khác nhau. Quá trình trộn các bột màu khác nhau để tạo ra một hỗn hợp bột màu có
màu sắc mới như mong đợi. Khả năng phối màu của bột màu thể hiện ở việc bột màu
khi trộn cùng bột màu khác thì vẫn giữ nguyên được các tính chất quý của riêng mình,
đồng thời không làm giảm hay phá hủy các tính chất màu của chất màu khác.
1.1.2. Ứng dụng của bột màu vô cơ
Bột màu vô cơ được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như để
tạo màu cho gốm sứ, thủy tinh, sản xuất mực in, sơn chịu nhiệt, lớp phủ bảo vệ, chất
độn cho chất dẻo, cao su,…
1.2. Giới thiệu về chất nền BiVO
4
[9]
Bitmut vanadat (BiVO
4
) là một trong những chất xúc tác quang. Các nghiên
cứu gần đây cho thấy, chất được ứng dụng nhiều trong việc làm suy giảm các chất ô
nhiễm hữu cơ trong nước thải. BiVO
4

còn đem lại hiệu suất cao trong ngành thương
mại như tạo ra các lớp phủ trong ngành công nghiệp nhựa. Nó được chứng nhận là
không độc hại và có thể thay thế các sắc tố độc hại khác như chì, cadmi, cromat trong
sơn. Nghiên cứu cho thấy, BiVO
4
có 3 kiểu mạng lưới tinh thể : mạng lưới tinh thể hệ
đơn tà scheelite, tứ phương scheelite, tứ giác zircon. Báo cáo cho rằng tinh thể BiVO
4
hệ tứ phương có khoảng cách năng lượng 2,9 eV chủ yếu hấp thụ tia cực tím UV,
trong khi BiVO
4
hệ đơn tà với khoảng cách năng lượng 2,4 eV có một dải hấp thụ ánh
sáng nhìn thấy đặc trưng. Tính quang xúc tác của BiVO
4
được ảnh hưởng mạnh mẽ
bởi sự hình thành và cấu trúc tinh thể của nó. Chỉ BiVO
4
hệ đơn tà cho hoạt tính nhìn
thấy ánh sáng tốt. Các hoạt tính quang của BiVO
4
đơn tà được chuẩn bị bởi quá trình
dung dịch nước ở nhiệt độ phòng cao hơn nhiều so với BiVO
4
hệ đơn tà chuẩn bị bởi
một phản ứng trạng thái rắn thông thường ngay cả trong cấu trúc tinh thể giống nhau.
Giai đoạn chuyển tiếp giữa cấu trúc mạng lưới tinh thể hệ đơn tà và hệ tứ phương của
BiVO
4
đảo ngược xảy ra vào khoảng 255
o

C, trong khi quá trình chuyển đổi không thể
4
đảo ngược từ cấu trúc tứ giác zircon để đơn tà BiVO
4
xảy ra sau khi xử lý nhiệt ở 400-
500
o
C và nhiệt độ lạnh hơn nhiệt độ phòng. Đơn tà thu được bởi quá trình dịch từ
vanadat lớp ở nhiệt độ phòng, trong khi BiVO
4
hệ đơn tà được điều chế bằng phản ứng
trạng thái rắn bắt đầu từ oxit kim loại ở nhiệt độ trên 600
o
C. Tứ giác zircon được điều
chế bằng phương pháp kết tủa ở nhiệt độ phòng. Như vậy, dạng tinh thể thu được phụ
thuộc vào phương pháp điều chế. Một số phương pháp đã được báo cáo trong việc
tổng hợp BiVO
4
như phương pháp trạng thái rắn, phương pháp phân hủy hữu cơ,
phương pháp sol- gel, phương pháp kết tủa, phương pháp thủy nhiệt,…Tuy nhiên, chất
làm kết tủa và tăng trưởng thứ cấp thường xảy ra khi chúng ta làm khô hạt ướt tách ra
khỏi dung dịch phản ứng. Giai đoạn cấu trúc của BiVO
4
đã được nghiên cứu bởi nhiễu
xạ tia X (XRD). Hình thái học của BiVO
4
đã được điều tra bằng cách quét hiển vi điện
tử (SEM) và thành phần nguyên tố của BiVO
4
đã được xác định bởi năng lượng phân

tán phổ tia X (EDS).
Vị trí pic nhiễu xạ đặc trưng của kiểu cấu trúc scheelite được thể hiện ở bảng
1.1 [14].
Bảng 1.1. Vị trí pic nhiễu xạ đặc trưng của kiểu cấu trúc scheelite
STT Mặt mạng d
hkl
(Ǻ) I/I
0
(%)
1 (1 1 2) 3,10588 100,00
2 (1 0 1) 4,76162 54,10
3 (2 0 4) 1,92755 30,90
4 (1 0 3) 3,07260 21,20
5 (2 0 0) 2,62150 19,50
1.3. Tính độc hại của bột màu vô cơ
Từ năm 1975 nhiều báo cáo đã kêu gọi chú ý đến những tác động nguy hiểm có
thể có của các bột màu có chứa cadmi, crom, mangan và thủy ngân. Những màu này bao
gồm các màu đỏ cadmi, vàng cadmi, cam cadmi, crom xanh và oxit crom màu đục,
mangan xanh, tím mangan, phẩm màu nâu đen cháy thô, và màu đỏ son (thủy ngân
sunfit). Khi kẽm, chì hoặc cadmi kim loại được đun nóng ở nhiệt độ cao, hơi của nó bay
ra có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe nếu liên tục hít phải hơi đó [18].
Nhiều người cảm thấy việc tiếp xúc với các chất màu độc hại với số lượng nhỏ
như vậy sẽ không có nguy hiểm cho sức khỏe của họ. Tuy nhiên, điều quan trọng là
5
phải hiểu rằng liều lượng nhỏ các chất độc hại có thể tích tụ lại gây ảnh hưởng tới sức
khỏe của con người thường xuyên tiếp xúc với nó về sau. Cơ thể có thể loại bỏ chất
độc, nhưng cần một thời gian dài để quá trình loại bỏ được hoàn thành. Nếu vật liệu
độc hại được hấp thu với tốc độ nhanh hơn nó có thể bài tiết, sự tích lũy đó có thể gây
bệnh nghiêm trọng tùy theo tuổi tác, hoặc tình trạng cơ thể hay yếu tố khác như việc
sử dụng thuốc lá, uống rượu,… Do đó, những bột màu chứa các kim loại nặng cần

phải được loại bỏ hoặc hạn chế sử dụng trong công nghệp [18].
1.3.1. Tác dụng độc hại của asen [1]
Asen có thể tồn tại trong các hợp chất ở ba mức oxy hóa: asen (+5) trong các
hợp chất asenat; asen (+3) trong asenit; và asen (-3) trong khí asin. Độc tính của các
dạng asen khác nhau tăng dần theo thứ tự sau: As (+5) < As (+3) < As (-3).
Trong môi trường, vi sinh vật có thể chuyển hóa asen thành dimethylasenate,
chất này có thể tích lũy sinh học trong cá, nghêu sò và làm ảnh hưởng đến con người
qua chuỗi thức ăn.
Các hợp chất của asen (+3) tan được trong dầu mỡ và có thể thâm nhập vào cơ
thể bằng các con đường tiêu hóa, hô hấp và tiếp xúc qua da. Trong 24h sau khi được
hấp thụ asen phân bố đi khắp cơ thể, liên kết với các nhóm –SH của protein tế bào. Chỉ
một phần nhỏ đi vào tế bào thần kinh. Asen cũng có thể thay thế photpho và tích tụ
trong xương nhiều năm.
Asen (+3) ở nồng độ cao làm đông tụ các protein, có lẽ do asen (+3) tấn công
các liên kết có nhóm sunfua.
Sau khi nhiễm độc cấp tính từ 30 phút đến 2 giờ, nhiều triệu chứng đường ruột
nặng sẽ xuất hiện. Các triệu chứng như nôn mửa, tiêu chảy ra máu, đau bụng dữ dội,
đau và có cảm giác cháy bỏng thực quản. Sau đó một số triệu chứng có thể đi kèm như
tình trạng giản mạch, co thắc cơ tim, phù não, đau thần kinh ngoại biên. Cuối cùng nạn
nhân có thể bị vàng da, rối loạn thận và có thể chết trong vòng 24 giờ đến 4 ngày do
rối loạn tuần hoàn.
Nhiễm độc mạn tính thường đi kèm với các triệu chứng không rõ ràng như tiêu
chảy, đau bụng, tăng sắc tố và tăng sừng hóa. Cuối cùng có thể dẫn đến hoại tử đầu
ngón tay, ngón chân; thiếu máu; ung thư da, phổi và tế bào mũi.
1.3.2. Tác dụng độc hại của cadmi [1]
6
Nhiễm độc cấp tính gây đau rát ở vùng tiếp xúc. Sau khi ăn uống và bị nhiễm
độc cadmi, các triệu chứng chính thường gặp là buồn nôn, nôn, đau bụng. Nhiễm độc
qua đường hô hấp có thể dẫn đến phù phổi.
Nhiễm độc mãn tính thường được quan tâm đặc biệt vì cadmi bị đào thải khỏi

cơ thể rất chậm, thời gian bán phân hủy trong cơ thể vào khoảng 30 năm. Vì vậy, phơi
nhiễm ở nồng độ thấp có thể dẫn đến tình trạng tích lũy cadmi trong cơ thể.
Phần lớn cadmi thâm nhập vào cơ thể con người được đào thải từ từ qua thận,
khoảng 1% giữ lại trong thận, do cadmi liên kết với protein tạo thành metallotionein
có ở thận. Phần còn lại trong cơ thể dần dần được tích lũy cùng với tuổi tác. Khi lượng
Cd
2+
được tích lũy đủ lớn, nó có thể thế chỗ ion Zn
2+
trong các enzim quan trọng gây
ra rối loạn tiêu hóa và các chứng bệnh rối loạn chức năng của thận, thiếu máu, tăng
huyết áp, gây dòn xương, phá hủy tủy xương, gây ung thư.
1.3.3. Tác dụng độc hại của chì [1]
Tác dụng độc hại chủ yếu của chì là gây ức chế một số enzim quan trọng của
quá trình tổng hợp máu ngăn chặn quá trình tạo hồng cầu. Chì ức chế ALA-dehidraza
enzim (I), do đó giai đoạn tạo thành porphobilinogen (II) (là các sản phẩm trung gian
trong quá trình tạo hồng cầu) tiếp theo không thể xảy ra được. Vì vậy, chì phá hủy quá
trình tổng hợp hemoglobin và các sắc tố khác như các sắc tố tế bào (cytochromes).
Chì còn gây hại đến hệ thần kinh, đặc biệt đối với trẻ sơ sinh và trẻ em đang ở
tuổi phát triển hệ thần kinh. Ngay cả khi chỉ phơi nhiễm chì ở mức độ thấp, trẻ đã có
biểu hiện hiếu động thái quá, giảm chú ý, thiểu năng trí tuệ, suy giảm thị lực. Khi bị
phơi nhiễm ở mức nồng độ cao hơn, nạn nhân (cả trẻ em và người lớn) có thể bị bệnh
não. Chì phá hủy động mạch nhỏ và mao mạch làm phù não và thoái hóa thần kinh.
Triệu chứng lâm sàng gây ra do những tác hại trên có thể là trạng thái lờ đờ, co giật,
hôn mê.
Do tính chất hóa học tương tự Ca nên trong cơ thể Pb tích lũy ở xương, ở đây
chì kết hợp với photpho trong xương rồi di chuyển vào các mô mềm và thể hiện độc
tính của nó.
Ngoài ra, chì còn ảnh hưởng đến hệ sinh sản, gây sẩy thai, ảnh hưởng có hại cho
trẻ sơ sinh.

Khi hàm lượng trong máu khoảng 0,3 ppm, chì ngăn cản quá trình sử dụng oxy
để oxy hóa glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống, do đó làm cho cơ thể mệt
7
mỏi. Khi nồng độ trong máu nằm trong khoảng > 0,5 – 0,8 ppm, chì sẽ gây rối loạn
chức năng của thận và phá hủy não. Ở nồng độ cao hơn (> 0,8 ppm) chì có thể gây
thiếu máu do thiếu hemoglobin.
1.3.4. Tác dụng độc hại của thủy ngân [1]
Tính độc của thủy ngân phụ thuộc vào dạng hợp chất hóa học của nó. Thủy
ngân kim loại tương đối trơ và không độc, nếu nuốt thủy ngân vào bụng thì sau đó nó
lại được thải ra ngoài, không gây hậu quả nghiêm trọng. Nhưng hơi thủy ngân nếu hít
phải thì rất độc. Khi hít phải hơi thủy ngân, thủy ngân sẽ đi vào não qua máu, hủy hoại
hệ thần kinh trung ương.
Thủy ngân (I) Hg
2
2+
vào cơ thể thì sẽ tác dụng với ion Cl
-
có trong dạ dày tạo
thành hợp chất không tan Hg
2
Cl
2
rồi bị đào thải ra ngoài, nên Hg
2
2+
không độc.
Thủy ngân (II) Hg
2+
rất độc, nó dễ dàng kết hợp với các amino axit có chứa lưu
huỳnh của protein. Hg

2+
cũng tạo liên kết với hemoglobin và albumin trong huyết
thanh vì cả hai chất này đều có chứa nhóm –SH. Song Hg
2+
không thể chui qua màng
sinh học nên nó không thể thâm nhập vào các tế bào sinh học.
Các hợp chất hữu cơ của thủy ngân có độc tính cao nhất, đặc biệt là ion metyl
thủy ngân CH
3
Hg
+
, chất này tan được trong mỡ, phần chất béo của các màng và trong
não tủy.
1.4. Ứng dụng của các nguyên tố bitmut, canxi, kẽm thể hiện không độc hại đối
với cơ thể sinh vật
1.4.1. Ứng dụng của nguyên tố bitmut (Bi) [10]
Trong số các kim loại nặng, bitmut là bất thường do độ độc tính của nó thấp
hơn nhiều so với của các nguyên tố cận kề trong bảng tuần hoàn như chì, tali và
antimon.
Oxiclorua bitmut được sử dụng nhiều trong mỹ phẩm. Subnitrat bitmut và
subcacbonat bitmut được sử dụng trong y học. Subsalisylat bitmut được dùng làm
thuốc chống tiêu chảy.
Một số ứng dụng khác là:
- Nam châm vĩnh cửu mạnh có thể được làm ra từ hợp kim MnBi.
- Nhiều hợp kim của Bi có điểm nóng chảy thấp và được dùng rộng rãi để phát
hiện cháy và hệ ngăn chặn của các thiết bị an toàn cháy nổ.
- Bitmut được dùng để sản xuất thép dễ uốn.
8
- Bitmut được dùng làm chất xúc tác trong sản xuất sợi acrylic.
- Nó cũng được dùng trong cặp nhiệt điện (bitmut có độ âm điện cao nhất).

- Vật chuyên chở các nhiên liệu U
235
hay U
233
cho các lò phản ứng hạt nhân.
- Bitmut cũng được dùng trong các que hàn. Một thực tế là bitmut và nhiều hợp
kim của nó dãn nở ra khi chúng đông đặc lại làm cho chúng trở thành lý tưởng cho
mục đích này.
- Subnitrat bitmut là thành phần của men gốm, nó tạo ra màu sắc óng ánh của
sản phẩm cuối cùng.
- Bitmut đôi khi được dùng trong sản xuất các viên đạn. Ưu thế của nó so với
chì là không độc, vì thế nó là hợp pháp tại Anh để săn bắn các loại chim vùng đầm lầy.
Những năm đầu thập niên 1990, các nghiên cứu bắt đầu đánh giá bitmut là sự
thay thế không độc hại cho chì trong nhiều ứng dụng:
- Như đã nói trên đây, bitmut được sử dụng trong các que hàn, độc tính thấp của
nó là đặc biệt quan trọng cho các que hàn dùng trong các thiết bị chế tạo thực phẩm.
- Một thành phần của men gốm sứ.
- Một thành phần trong đồng đỏ.
- Thành phần trong thép dễ cắt cho chi tiết có độ chính xác cao của máy móc.
- Một thành phần của dầu hay mỡ bôi trơn.
- Vật liệu nặng thay chì trong các chì lưới của lưới đánh cá.
1.4.2. Ứng dụng của nguyên tố canxi (Ca) [12]
Canxi là nguyên tố thiết yếu cho sinh vật sống đặc biệt trong sinh lý học tế bào,
ở đây có sự di chuyển ion Ca
2+
vào và ra khỏi tế bào chất có vai trò mang tính hiệu cho
nhiều quá trình tế bào. Là một khoáng chất chính trong việc tạo xương, răng và vỏ sò,
canxi là kim loại phổ biến nhất về khối lượng có trong nhiều loại động vật.
Canxi là một thành phần quan trọng của khẩu phần dinh dưỡng. Sự thiếu hụt rất
nhỏ của nó đã ảnh hưởng tới sự hình thành và phát triển của xương và răng.

Thừa canxi có thể dẫn tới sỏi thận. Vitamin D là cần thiết để hấp thụ canxi. Các
sản phẩm sữa chứa một lượng lớn canxi.
Các ứng dụng khác còn có:
- Chất khử trong việc điều chế các kim loại khác như uran, ziriconi hay thori.
- Chất chống oxy hóa, chống sunfua hóa hay cacbua hóa cho các loại hợp kim
chứa hay không chứa sắt.
9
- Một chất tạo thành trong các hợp kim của nhôm, đồng, chì hay magie.
- Nó được sử dụng trong sản xuất xi măng hay vữa xây dựng sử dụng rộng rãi
trong xây dựng.
1.4.3. Ứng dụng của nguyên tố kẽm (Zn) [13]
Kẽm là một chất khoáng vi lượng thiết yếu cho sinh vật và sức khỏe con người.
Thiếu kẽm ảnh hưởng đến khoảng 2 tỷ người ở các nước đang phát triển và liên quan
đến nguyên nhân một số bệnh. Ở trẻ em, thiếu kẽm gây ra chứng chậm phát triển, phát
dục trễ, dễ nhiễm trùng và tiêu chảy, các yếu tố này gây thiệt mạng khoảng 800.000 trẻ
em trên toàn thế giới mỗi năm. Các enzim liên kết với kẽm trong trung tâm phản ứng
có vai trò sinh hóa quan trọng ở người. Ngược lại với mức tiêu thụ quá mức kẽm có
thể gây ra một số chứng như hôn mê, bất động cơ và thiếu đồng.
1.5. Ứng dụng của bột màu trong việc chế tạo sơn
1.5.1. Giới thiệu về sơn [17]
Vật liệu sơn là vật liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên, nhân tạo hoặc tổng hợp ở
dạng lỏng, dùng để quét lên bề mặt của sản phẩm, nhằm chống rỉ cho kim loại, chống
ẩm và chống mục cho gỗ, bảo vệ khỏi tác động của một số hoá chất, đảm bảo điều
kiện vệ sinh và để tăng nét đẹp thẩm mỹ cho sản phẩm.
Ở nước ta có cây sơn trồng nhiều ở vùng Trung Du, nhựa của nó dùng để tạo
sơn tương đối đơn giản. Ngoài ra còn có nhiều loại dầu thực vật (dầu trẩu, dầu gai, dầu
lanh, dầu thông ) có thể dùng để chế tạo sơn. Là loại vật liệu được sử dụng rất phổ
biến, chỉ nói riêng trong ngành xây dựng và trang trí nội thất thì sơn có một vai trò
không thể thiếu trong việc tăng thêm nét đẹp cho các sản phẩm thiết kế bằng màu sắc
khoác lên trên nó.

Để đảm bảo tuổi thọ và chất lượng của sơn, cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
sơn phải nhanh khô (không muộn hơn 24 h sau khi sơn), và ngày nay thường được sơn
dưới dạng dùng pitôlê thổi từng lớp một, sảnphẩm được hoàn thành nhanh khô hơn và
độ bền cũng cao hơn, rất khó bị trầy tróc. Ngoài ra còn phải đảm bảo yêu cầu cách
điện, cách âm, chịu ẩm ướt.
Vật liệu sơn được phân ra làm hai loại: sơn, vecni và các vật liệu phụ. Sơn có
tác dụng tạo ra lớp màu bảo vệ sản phẩm, vecni thì trong suốt và phủ trang trí lần cuối
lên bề mặt sơn. Trong công đoạn sơn, phải chuẩn bị các loại vật liệu phụ như: matit
bồi mặt, sơn lót, matit gắn, keo sữa để chuẩn bị cho bề mặt sơn .
10
1.5.2. Thành phần của sơn [15, 17]
Tùy thuộc nguyên vật liệu được chọn lựa để đặc chế mà mỗi loại sơn có chức
năng khác nhau cho việc sử dụng. Bốn thành phần chính để đặc chế ra sơn bao gồm:
tinh màu, chất kết dính (chất tạo màng), dung môi và phụ gia.
1.5.2.1. Tinh màu
a) Tinh màu gốc
- Titan đioxit là tinh màu chính rất đắt, có tác dụng làm màu sơn trắng và tạo ra
độ phủ cao cho cả sơn mờ và bóng.
- Tinh màu tạo nên màu sắc, độ phủ của sơn qua sự hấp thụ ánh sáng được
chọn lọc. Có hai loại tinh màu:
• Tinh màu hữu cơ thể hiện màu sắc rực rỡ, không được bền cho ngoại thất.
• Tinh màu vô cơ không chói như màu hữu cơ tạo độ phủ cao hơn và bền
hơn cho ngoại thất.
b) Tinh màu phụ
Một số bột dẻo không đắt như titan đioxit:
- Đất sét nhôm silicat thường dùng trong nội thất giúp giảm dơ bẩn.
- Silica cà silicat tạo độ cứng cho sơn. Chất Silca diatomit thường dùng để
khống chế độ bóng trong sơn và trong vecni.
- Bột đá Canxi cacbonat cũng thường được sử dụng, loại này không tạo độ phủ
cao.

- Kẽm oxit giúp chống rêu mốc, ngăn bào mòn và cản sự hoen ố.
1.5.2.2. Chất kết dính
Chất kết dính giúp dàn trải các tinh màu gốc và tinh màu phụ, đồng thời liên kết
các phân tử để tạo thành màng sơn. Chất liên kết sẽ tự tạo thành một màng cứng
rồi bám dính vào bề mặt được sơn. Nếu trong sơn không có đủ chất liên kết sẽ làm cho
chức năng của sơn yếu, màng sơn không bền vững. Ngoài ra chất liên kết còn ảnh
hưởng rất nhiều về độ bóng của sơn. Nếu như tăng độ rắn của sơn và dùng các phân
tử có độ nhuyễn sẽ ảnh hưởng đến độ bóng của sơn.
Chất kết dính trong sơn nước có thành phần từ nhựa cây ở dưới dạng phân tử
thật nhỏ, có thể hòa tan trong nước và tạo thành chất trắng đục sệt.
Trong quá trình sơn và khô, chất liên kết sẽ bám vào nhau tạo ra một màng co giản, vì
11
trong lúc khô không bị oxi hóa nên sơn giữ được độ co giản trong suốt thời gian
sơn còn tốt.
1.5.2.3. Dung môi
Dung môi là một loại chất lỏng dùng pha sơn, tạo cho sơn đạt nồng độ khi thi
công. Dầu thông, dung môi than đá, spirit trắng, xăng là những loại dung môi thường
được dùng pha với sơn.
Nước là thành phần chính trong sơn đóng vai trò quyện, trộn các nguyên vật
liệu và làm lỏng để dễ thi công. Tuy nước không hòa tan được chất liên kết nhưng làm
cho tất cả các phân tử được trộn lẫn vào nhau, vì thế không được gọi là dung
môi trong sơn. Tỉ lệ độ rắn của sơn sẽ được thể hiện sau khi sơn hoàn toàn được khô
qua độ dày trên lớp phủ và điều này sẽ đánh giá độ bền của sơn. Sơn tốt thường có độ
rắn cao và giúp cho độ bền của sơn được lâu hơn.
1.5.2.4. Phụ gia
Phụ gia chiếm một tỷ lệ nhỏ trong công thức pha chế sơn với mục đích làm tăng
thêm những đặc tính riêng biệt hoặc bổ sung cho những thành phần trong sơn đang thiếu.
1) Làm đặc, giảm sự văng sơn trong lúc thi công.
2) Chất nhờn làm giảm độ lắng của các phân tử màu trong lúc thi công.
3) Chất kháng khuẩn giúp cho sơn được giữ lâu hơn và giảm bớt rêu mốc sinh

sản trên bề mặt của sơn.
4) Chất chống bọt sẽ phá vỡ những bong bóng tạo ra từ lúc pha chế sơn, quậy
sơn trước khi thi công hoặc trong lúc thi công sơn.
Tuy nhiên, việc trộn thêm phụ gia để tăng những đặc tính riêng thường sẽ gây
ảnh hưởng đến chất lượng của sơn và dẫn đến nguy hại cho sơn nếu như không thận
trọng và không am hiểu về hóa chất.
Ngoài ra, để tăng nhanh quá trình khô cứng (đóng rắn) cho sơn hoặc vecni,
người ta còn sử dụng các chất làm khô.Chất làm khô thường được sử dụng 5- 8%
trong sơn và đến 10% trong vecni. Trong sơn xây dựng hay dùng dung dịch muối chì-
mangan của axit naphtalen làm chất làm khô. Chất pha loãng dùng để pha loãng sơn
đặc hoặc sơn vô cơ khô. Khác với dung môi chất pha loãng chứa một lượng cần thiết
chất tạo màng để tạo cho màng sơn chất lượng cao.
1.5.3. Các loại sơn [17]
Sơn được chia ra các loại: sơn dầu, sơn men, sơn pha nước, sơn pha nhựa bay hơi.
12
1.5.3.1. Sơn dầu
Sơn dầu là hỗn hợp của chất tạo màu và chất tạo màu được nghiền mịn trong
máy nghiền cùng với dầu thực vật, được sản xuất dưới hai dạng: Sơn đặc chứa 12
-25% dầu (trước khi dùng phải dùng dầu pha loãng) và loãng chứa 30-35% dầu so với
khối lượng chất tạo màu. Chất lượng sơn dầu được đánh giá bằng hàm lượng chất tạo
màu và dầu sơn, được sử dụng phổ biến để sơn các sản phẩm gỗ trang trí nội thất.
1.5.3.2. Sơn men
Sơn men là huyền phù chất tạo màu vô cơ hoặc hữu cơ với vecni tổng hợp hoặc
vecni dầu. Sơn men chứa nhiều chất kết dính nên bề mặt rất dễ bong tróc, bên cạnh đó
sơn men có độ bền ánh sáng và chống mài mòn tốt, thường dùng để sơn các bề mặt
kim loại, bê tông và gỗ phía trong và ngoài nhà. Sơn Ankit và Epoxit là hai loại sơn
men phổ biến hiện nay .
1.5.3.3. Sơn nước (sơn pha nước)
Sơn nước được chia ra làm nhiều loại (tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng), phổ
biến có các loại: sơn vôi, sơn silicat và sơn xi măng.

1.5.3.4. Sơn vôi
Sơn vôi gồm có vôi, bột màu, clorua natri, clorua canxi hoặc muối canxi, axit,
dầu lanh. Dùng để sơn tường gạch, bê tông trong và ngoài nhà. Nhược điểm của loại
này là dễ bị rêu và mảng bám nếu sử dụng ở môi trường nhiều độ ẩm và dễ bạc màu
dưới tác động của áng sáng mặt trời.
1.5.3.5. Sơn silica
Sơn silicat được chế tạo từ bột đá phấn nghiền mịn, bột tan, bột kẽm trắng và
bột màu bền kiềm với dung dịch thủy tinh lỏng kali hoặc natri. Sơn silicat rất kinh tế
và có tuổi thọ cao hơn sơn peclovinyl sơn vôi và sơn cazein.
1.5.3.6. Sơn xi măng
Sơn xi măng là loại sơn có dung môi và nước, sơn polime – xi măng được chế
tạo từ chất tạo màu bền kiềm, bền ánh sáng, cùng với xi măng và nhựa tổng hợp .
13
1.5.4. Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng sơn tốt [8]
Hiện nay có 8 tiêu chuẩn đánh giá chất lượng sơn tốt:
1. Độ đồng màu trên toàn bộ bề mặt sơn.
2. Độ chính xác về màu sắc thiết kế.
3. Độ trai bám, độ trơ lì bề mặt
4. Tần suất chịu chà rửa cao.
5. Độ mịn của màng sơn.
6. Độ phủ bề mặt cao.
7. Khả năng chống thấm đa chiều.
8. Khả năng kháng kiềm, các chất hóa học,…
1.6. Tình hình nghiên cứu tổng hợp bột màu trong và ngoài nước
1.6.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Xu hướng nghiên cứu tổng hợp bột màu thân thiện với môi trường để thay thế
các loại chất màu có chứa nguyên tố độc hại ngày càng trở nên cần thiết và thu hút sự
quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới.
Gần đây các nguyên tố đất hiếm như Scandium, Yttrium, Lanthanum, Cerium,
Praseodymium được nhận thấy có thể tạo ra các bột màu thân thiện với môi trường,

không độc hại hoặc ít độc hại hơn so với các chất màu vô cơ truyền thống. Nhờ vào
cấu trúc điện tử đặc biệt với các orbital f chỉ điền điện tử một phần, các nguyên tố đất
hiếm này sở hữu các tính chất từ và quang học đặc biệt [18].
Các nguyên tố đất hiếm [18]:
Praseodymium vàng (ZrSiO
4
/Pr) được nhận thấy là một trong những chất màu
vô cơ cho màu vàng rất đẹp, thân thiện với môi trường và bền nhiệt, có thể sử dụng
trong chế tạo cao su, thủy tinh, gốm sứ… Tuy nhiên, quá trình điều chế chất màu này
cần phải được tiến hành ở nhiệt độ cao (trên 1000
o
C) và vì vậy, kéo theo sự phát triển
kích thước tinh thể hạt màu. Điều này làm cho praseodymium vàng khó phân tán tốt
trong các môi trường phân tán như sơn, mực…
Ngược lại có rất nhiều phương pháp để điều chế CeO
2
và những chất màu liên
quan ở kích thước hạt nhỏ. Các chất màu xuất phát từ oxit CeO
2
có độ bền nhiệt và hóa
học rất cao. Người ta hy vọng có thể điều khiển màu sắc của CeO
2
bằng cách doping
các nguyên tố khác vào cấu trúc điện từ của CeO
2
. Cấu trúc này có thể bị thay đổi bằng
14
cách tạo ra một mức năng lượng trung gian ở giữa orbital 2p của O và orbital 4f của
Ce, từ đó ảnh hưởng lên màu sắc của bột màu.
Những nghiên cứu gần đây đều cho rằng cường độ màu sắc mạnh mẽ của các

vật liệu dựa trên nguyên tố đất hiếm dường như xuất phát từ tương tác trao đổi điện
tích giữa những thành phần cho và nhận điện tử, trong đó, nguyên tử kim loại đóng vai
trò là tiểu phân nhận điện tử. Như vậy, việc thêm các ion kim loại doping vào cấu trúc
oxit của các nguyên tố đất hiếm hoặc doping các nguyên tố đất hiếm vào cấu trúc
khung mạng của các oxit kim loại chuyển tiếp sẽ cho phép điều chỉnh của vật liệu, từ
đó điều chỉnh màu sắc theo ý muốn. Ý tưởng này đã mở ra một hướng nghiên cứu
mới: nghiên cứu các chất màu oxit kết hợp giữa oxit nguyên tố đất hiếm và oxit kim
loại chuyển tiếp.
Năm 2009, Sameera đã nghiên cứu tổng hợp chất bột vàng thân thiện với môi
trường (BiV)
x
(CaW)
1-x
O
4
[7].
Năm 2013, Toshiyuki Masui, Taihei Honda, Wendusu, Nobuhito Imanaka đã
nghiên cứu tổng hợp bột màu vàng mới và thân thiện với môi trường Bi
1-x-y
Ca
x
Zn
y
VO
4-
(x+y)/2
[6]
.
1.6.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Gần đây ở Việt Nam đề tài nghiên cứu tổng hợp bột màu phát triển mạnh, đã có

nhiều công trình nghiên cứu trên nhiều hệ vật liệu khác nhau. Tuy nhiên cho đến nay
vẫn chưa có công trình nghiên cứu nào về tổng hợp bột màu vàng thân thiện với môi
trường.
15
Chương 2.
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nội dung nghiên cứu
2.1.1. Khảo sát ảnh hưởng thành phần phối liệu đến cường độ màu
Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế cation Bi
3+
bằng các cation Ca
2+
, Zn
2+
đến
cường độ màu của sản phẩm.
2.1.2. Khảo sát ảnh hưởng chế độ nung
Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: nhiệt độ nung, thời gian lưu, thời gian
nghiền đến cường độ màu của sản phẩm.
2.1.3. Xác định các đặc trưng của sản phẩm bột màu
- Cường độ màu.
- Thành phần pha.
- Thông số mạng lưới của các sản phẩm bột màu.
- Phổ hồng ngoại của sản phẩm bột màu.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phối liệu được chuẩn bị theo phương pháp bay hơi đến khô [6]
Nguyên liệu ban đầu gồm Bi(NO
3
)
3

.5H
2
O, Ca(NO
3
)
2
.4H
2
O, Zn(NO
3
)
2
.6H
2
O,
NH
4
VO
3
được trộn theo tỉ lệ thích hợp. Thêm 30 mL dung dịch HNO
3
3M vào hỗn
hợp phối liệu khuấy trộn. Sau đó thêm nước cất vào hỗn hợp theo tỉ lệ thích hợp khuấy
để được dung dịch đồng nhất trên máy khuấy từ ở nhiệt độ phòng. Độ pH của hỗn hợp
được điều chỉnh đến 6,5 bằng cách thêm từng giọt dung dịch NH
3
5%, khuấy đều ở
nhiệt độ phòng trong 1 giờ. Hỗn hợp được đun cách cát ở nhiệt độ 180
o
C cho đến khi

dung môi được bốc hơi. Đem sấy, nghiền, nung ở 650
o
C trong 6 giờ để thu được sản
phẩm.
16
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp bột màu vàng Bi
1-x-y
Ca
x
Zn
y
VO
4-(x+y)/2
2.2.2. Thành phần pha tinh thể của bột màu được xác định theo phương pháp
nhiễu xạ tia X (XRD) [3]
Nhiễu xạ tia X là phương pháp xác định nhanh chóng và chính xác các pha tinh
thể của vật liệu. Tia X là các sóng điện từ có bước sóng λ = 0,1
÷
30Å. Nguyên tắc của
phương pháp này dựa trên phương trình Braag:
2dsinθ=nλ (1)
Trong đó:
- d: khoảng cách giữa các mặt mạng
- n: bậc nhiễu xạ (thường chọn n = 1)
- θ: góc tạo bởi tia tới và mặt phẳng mạng
- λ: bước sóng của tia X
Theo nguyên tắc này, để xác định thành phần pha của mẫu bột, người ta tiến
hành ghi giản đồ nhiễu xạ tia X của nó. Sau đó so sánh các cặp giá trị d, θ của các pic
đặc trưng của mẫu với cặp giá trị d, θ của các chất đã biết cấu trúc tinh thể thông qua
17

ngân hàng dữ liệu hoặc Atlat phổ. Kích thước tinh thể spinel được tính theo phương
trình P. Scherrer:
0,9
D
FWHM cos
λ
=
× θ
(2)
2.2.3. Phương pháp xác định cường độ màu của sản phẩm [4]
Hệ tọa độ màu CIE L*a*b* biễu diễn màu sắc đồng đều theo các hướng trong
hệ tọa độ ba trục L*, a*, b*, đã được tổ chức CIE chọn sử dụng chính thức từ năm
1976.
Màu sắc được đánh giá một cách định lượng bằng phương pháp đo màu. Để đo
màu cần phải có một nguồn sáng, vật quan sát và thiết bị thu nhận. Vật cần đo màu
được chiếu sáng bằng bức xạ liên tục phát ra từ một đèn tiêu chuẩn D65. Ánh sáng
phản xạ từ bề mặt vật ở một hướng xác định được truyền qua bộ lọc (gồm ba kín lọc
màu tiêu chuẩn: đỏ, xanh lá cây, xanh nước biển) trước khi đi tới thiết bị cảm biến.
Thiết bị được chế tạo phù hợp với các chức năng tự nhiên của mắt người. Tín hiệu cảm
nhận về các màu cơ bản (đỏ, xanh lá cây, xanh nước biển) thu được nhờ thiết bị cảm
biến quang điện sau đó được chuyển thành tín hiệu số. Tín hiệu số được lưu trữ trong
thiết bị phân tích đa kênh MCA (Multi Channel Analyzer). Kết quả thu được là một
các chỉ số L*, a*, b*.
Trong đó:
L*: độ sáng tối của màu, L* có giá trị nằm trong khoảng 0 ÷ 100 (đen – trắng).
a*: a* > 0 màu đỏ, a* < 0 màu xanh lục.
b*: b* > 0 màu vàng, b* < 0 màu xanh nước biển.
Hình 2.2. Hệ tọa độ biễu diễn màu sắc CIE L*a*b*
18
Như vậy trong hệ tọa độ màu CIE L*a*b*, mỗi màu sẽ được xác định bởi bộ ba

giá trị L*, a*, b*. Sự khác nhau giữa 2 màu bất kì được xác định bởi modun vectơ ∆E:
ΔE = [(ΔL*)
2
+ (Δa*)
2
+ (Δb*)
2
]
1/2
(3)
Trong lĩnh vực gốm sứ giá trị ΔE giữa hai mẫu < 0,5 xem như tương đương. Các
mẫu nghiên cứu được đo màu bằng thiết bị Micromath Plus của hãng Instrument (Anh) tại
phòng thí nghiệm của viện công nghệ gốm sứ. Độ phân giải của thiết bị là 0,01.
2.2.4. Phương pháp quang phổ hồng ngoại (FT-IR) [2]
Khi chiếu chùm tia đơn sắc có số sóng nằm trong vùng hồng ngoại
(4000-400 cm
-1
) qua chất phân tích, năng lượng của chùm tia đó bị hấp thụ. Sự hấp thụ
này tuân theo định luật Lambert - Beer:
D= lgI
0
/I = k.l.C (4)
Trong đó: D: mật độ quang
k: h
ệ số hấp thụ mol
l: độ dày cuvet
C: nồng độ chất phân tích
I
0
và I: là cường độ ánh sáng trước và sau khi ra khỏi chất phân tích.

Đường cong thu được khi biểu diễn sự phụ thuộc độ truyền qua vào số sóng được
gọi là phổ hồng ngoại. Căn cứ vào các số sóng đặc trưng trên phổ hồng ngoại có thể
xác định được các liên kết giữa các nguyên tử hay nhóm nguyên tử, từ đó xác định
được cấu trúc của chất phân tích.
2.3. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị
2.3.1. Dụng cụ
- Bếp điện.
- Bình định mức.
- Bình tia.
- Cân kỹ thuật.
- Cốc thủy tinh chịu nhiệt 250 mL.
- Cối chày mã não, cối sứ, chén sứ, chày sứ.
19