Tổng hợp chất màu gốm sứ mg2 xcoxp2o7 trên nền mg2p2o7 (tt)

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

VÕ THỊ NGỌC HÀ

TỔNG HỢP CHẤT MÀU GỐM SỨ Mg2-xCoxP2O7
TRÊN NỀN Mg2P2O7

CHU ÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ
M SỐ: 60.44.01.13
Demo Version - Select.Pdf SDK

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
THEO ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. TRẦN DƯƠNG

Thừa Thiên Huế, năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết
quả nghiên cứu ghi trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử
dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Thừa Thiên Huế, tháng 10 năm 2018
Tác giả luận văn
Võ Thị Ngọc Hà

Demo Version - Select.Pdf SDK

ii


LỜI CẢM ƠN
Những lời đầu tiên trong bản luận văn này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn
sâu sắc đến PGS.TS. TRẦN DƯƠNG, trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế đã
giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong bộ môn Hóa Vô cơ và quý
Thầy Cô trong khoa Hóa trường Đại học Sư phạm Huế đã giúp đỡ nhiệt tình và tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình tôi tiến hành thực nghiệm tại Khoa
Hóa.
Tôi xin cảm ơn sự động viên vật chất và tinh thần của gia đình, bạn bè để tôi
có thể vượt qua mọi thử thách trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn.
Thừa Thiên Huế, tháng 10 năm 2018
Tác giả luận văn
Võ Thị Ngọc Hà

Demo Version - Select.Pdf SDK

iii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Commision Internationale Eclierege

CIE

(Tổ chức quốc tế về chiếu sáng)

CIE L*a*b*
L*

Hệ tọa độ màu L*a*b*
Biểu diễn độ sáng tối của màu, L* có giá trị nằm trong khoảng 0
÷ 100 (đen ÷ trắng)

a*

a* là biểu diễn màu sắc trên trục: xanh lục (-)  (+) đỏ

b*

b* là biểu diễn màu sắc trên trục: xanh nước biển (-)  (+) vàng

RGB

Red Green Blue
(Hệ tọa độ màu đỏ - xanh lá cây – xanh da trời)

XRD

X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)

FWHM

Full Width at Half Maximum (Độ rộng bán phổ)

Demo Version - Select.Pdf SDK

iv


MỤC LỤC
Trang phụ bìa ............................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT........................................ iv
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................ ix
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................2
3. Đối tượng nghiên cứu..............................................................................................2
4. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................2
5. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài .......................................................................3
7. Cấu trúc luận văn ....................................................................................................3

DemoQUAN
Version
- Select.Pdf SDK
Chương 1. TỔNG
.........................................................................................
4
1.1. Khái quát về gốm sứ ............................................................................................4
1.2. Khái quát về chất màu cho gốm sứ ......................................................................4
1.2.1. Màu sắc và bản chất màu sắc của khoáng vật [9,10] ........................................4
1.2.2. Nguyên nhân gây màu của khoáng vật .............................................................5

1.2.2.1. Sự chuyển electron nội ...................................................................................5
1.2.2.2. Sự chuyển electron giữa các nguyên tố trong cùng một tinh thể ...................6
1.2.2.3. Sự chuyển electron do khuyết tật trong mạng lưới tinh thể ...........................6
1.2.3. Một số tiêu chuẩn đánh giá chất lượng màu tổng hợp cho gốm sứ ..................7
1.2.4. Cơ sở hóa lý về tổng hợp chất màu cho gốm sứ ...............................................7
1.2.5. Các nguyên tố gây màu và một số oxit tạo màu phổ biến ................................8
1.2.5.1. Các nguyên tố gây màu ..................................................................................8
1.2.5.2. Một số oxit tạo màu phổ biến.........................................................................8
1.2.6. Phân loại màu theo vị trí trang trí giữa men và màu .......................................10
1.3. Phản ứng giữa các pha rắn .................................................................................13

v


1.3.1. Phản ứng giữa các pha rắn theo cơ chế khuếch tán Wagner ...........................13
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng giữa các pha rắn ........................14
1.3.3. Dung dịch rắn thay thế và dung dịch rắn xâm nhập........................................16
1.4. Tình hình tổng hợp chất màu trên nền mạng photphat kim loại ........................17
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ..................................................................17
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................................17
Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................19
2.1. Mục tiêu đề tài ....................................................................................................19
2.2. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................19
2.2.1. Nghiên cứu tổng hợp chất nền Mg2P2O7 .........................................................19
2.2.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình tạo pha .....................19
2.2.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu đến quá trình tạo pha.......................19
2.2.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của lực ép viên đến quá trình tạo pha. ........................19
2.2.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu Mg2-xCoxP2O7 trên nền Mg2P2O7 ..................19
2.2.3. Xác định các đặc trưng của sản phẩm chất màu .............................................20
2.2.4. Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu ..........................................................20

Select.Pdf
SDK
2.2.4.1. Thử Demo
màu sảnVersion
phẩm trên- men
gốm ................................................................
20
2.2.4.2. Khảo sát cường độ màu, khả năng phát màu trong men ..............................20
2.3. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................20
2.3.1. Tổng hợp chất nền Mg2P2O7 ...........................................................................20
2.3.2. Phương pháp phân tích nhiệt (DTG-DSC)......................................................21
2.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ................................................................22
2.3.4. Phương pháp đo màu.......................................................................................24
2.3.5. Phương pháp đánh giá chất lượng bột màu .....................................................25
2.4. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị ..............................................................................26
2.4.1. Hóa chất ..........................................................................................................26
2.4.2. Dụng cụ ...........................................................................................................26
2.4.3. Thiết bị ............................................................................................................26
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................27
3.1. Nghiên cứu tổng hợp chất nền Mg2P2O7 ............................................................27
3.1.1. Tổng hợp chất nền Mg2P2O7 ...........................................................................27

vi


3.1.1.1. Khảo sát của nhiệt độ nung đến quá trình tạo pha .......................................28
3.1.1.4. Khảo sát ảnh hưởng thời gian lưu ................................................................30
3.1.1.5. Khảo sát ảnh hưởng lực ép viên ...................................................................31
3.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu Mg2-xCoxP2O7 trên nền Mg2P2O7 .....................32

3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần phối liệu đến màu sắc sản phẩm ...........32
3.2.2. Thành phần pha của chất màu .........................................................................35
3.2.3. Thử màu trên men gốm ...................................................................................36
3.2.3.1. Thử màu sản phẩm trên men gốm ................................................................36
3.2.3.2. Khảo sát cường độ màu, khả năng phát màu trên men ................................36
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................38
1. Kết luận .................................................................................................................38
2. Kiến nghị ...............................................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................39

PHỤ LỤC

Demo Version - Select.Pdf SDK

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tia bị hấp thụ và màu của tia ló trong vùng khả kiến ...............................5
Bảng 1.2. Một số thông số mạng tinh thể thông dụng ...............................................8
Bảng 1.3. Một số chất màu tổng hợp bền nhiệt sử dụng cho gạch ốp lát .................12
Bảng 2.1. Thành phần phối liệu men ........................................................................25
Bảng 3.1. Gía trị FWHM, cường độ pic nhiễu xạ (Linmax) và kích thướchạt tinh thể
(D) ứng với mặt (311) của các mẫu H2, H3 ............................................30
Bảng 3.2. Gía trị FWHM, cường độ pic nhiễu xạ (Linmax) và kích thướchạt tinh thể
(D) ứng với mặt (311) của các mẫu T1, T2, T3 ......................................31
Bảng 3.3. Gía trị FWHM, cường độ pic nhiễu xạ (Linmax) và kích thướchạt tinh thể
(D) ứng với mặt (311) của các mẫu E1, E2, E3 ......................................32
Bảng 3.4. Công thức của các mẫu chất màu .............................................................32
Bảng 3.5. Thành phần phối liệu của các mẫu chất màu Mg2-xCoxP2O7 ....................33

Bảng 3.6. Kết quả đo màu các mẫu men M1, M2 và M5 .........................................37

Demo Version - Select.Pdf SDK

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ phản ứng giữa ZnO và Fe2O3 ..........................................................14
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp chất nền Mg2P2O7 ............................................................21
Hình 2.2. Một dạng giản đồ DSC tiêu biểu ...............................................................22
Hình 2.3. Hiện tượng nhiễu xạ tia X trong tinh thể ..................................................23
Hình 2.4. Độ tù của pic nhiễu xạ gây ra do kích thước hạt .......................................23
Hình 2.5. Hệ tọa độ biểu diễn màu sắc CIE L*a*b* ................................................25
Hình 2.6. Quy trình thử nghiệm màu men ................................................................26
Hình 3.1. Kết tủa thu được sau khi sấy khô ..............................................................27
Hình 3.2. Giản đồ TG-DSC của mẫu phối liệu tiền chất ..........................................28
Hình 3.3. Giản đồ XRD của các mẫu H1, H2, H3 ....................................................29
Hình 3.4. Giản đồ XRD của các mẫu T1, T2, T3 .....................................................30
Hình 3.5. Giản đồ XRD của các mẫu E1, E2 và E3..................................................31
Hình 3.6. Màu sắc các mẫu M1, M2, M3, M4, M5 sau khi được sấy trong lò điện .34
Hình 3.7. Màu sắc các mẫu M1, M2, M3, M4, M5 sau khi được nung sơ bộ ..........34

Demo
- Select.Pdf
Hình 3.8. Màu
sắc cácVersion
mẫu M1, M2,
M3, M4, M5SDK
sau khi nung thiêu kết 1100 , 3h ..34

Hình 3.9. Giản đồ XRD của các mẫu M1 M5.........................................................35
Hình 3.10. Các mẫu M1, M2, M5 sau khi tráng men ...............................................36

ix


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong đời sống xã hội ngày nay, các sản phẩm gốm sứ mỹ nghệ, gốm sứ dân
dụng và gốm sứ công nghiệp không những rất đa dạng và phong phú về mẫu mã,
chủng loại và hình dáng mà còn được trang trí, phủ các loại chất màu khác nhau với
nhiều hoa văn rất tinh tế làm cho giá trị thẩm mĩ của sản phẩm được nâng lên rất
cao. Nghệ thuật trang trí các sản phẩm gốm sứ bằng các chất màu đã và đang được
phổ biến rất rộng rãi và ngày càng được hoàn thiện nâng lên tầm cao mới.Ngành sản
xuất gốm sứ trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có những bước phát triển mạnh
mẽ, đặc biệt là ngành sản xuất gạch ốp lát ceramic và granite.
Trong những năm gần đây, mức tiêu thụ các sản phẩm gốm sứ đều tăng mạnh,
nguyên nhân là do các sản phẩm đã và đang đáp ứng tốt các yêu cầu khắt khe của
người dùng về mẫu mã, chủng loại và đặc biệt là màu sắc trang trí. Trong lĩnh vực
gốm sứ, chất màu đóng vai trò quan trọng, nó quyết định tính thẩm mỹ của sản
phẩm, làm cho sản phẩm gốm sứ thêm đa dạng. Song chi phí màu cho sản xuất gốm
sứ là khá lớn, chiếm hơn 20% chi phí cho nguyên liệu;do phần lớn lượng men frit

Demo Version - Select.Pdf SDK

và toàn bộ lượng chất màu để sản xuất gạch ốp lát phải nhập ngoại với giá thành
cao. Điều này làm hạn chế rất lớn vấn đề chủ động nguyên liệu, dẫn đến giá thành
sản phẩm cao, làm giảm khả năng cạnh tranh của các sản phẩm gốm sứ Việt Nam
trên thị trường trong nước cũng như thế giới.
Chất màu được chia thành hai nhóm chính. Khác với chất màu hữu cơ, chất

màu vô cơ có ưu điểm là bền với môi trường, thời tiết, ánh sáng, nhiệt độ... các bột
màu vô cơ chỉ phân tán dưới dạng các hạt rắn, mịn chứ không tan trong môi trường
mà chúng tạo màu, nên tính chất và khả năng ứng dụng phụ thuộc nhiều vào tính
chất và cỡ hạt. Điều quan trọng của những chất màu ổn định nhiệt là sự kết hợp hai
hay nhiều tinh thể oxit kim loại khác nhau. Sự phong phú về màu sắc của chất màu
có thể cung cấp điển hình bởi những kim loại chuyển tiếp 3d (Mn, Fe, Co, Ni, Cu).
Do vậy, sựpha tạp những ion kim loại này vào cấu trúc tinh thể chất nền cho phép
thu được màu chuẩn và tươi sáng.
Những chất liệu dựa trên nền photphat kim loại đang được nghiên cứu dồi dào
bởi vì sự linh hoạt trong cấu trúc và thành phần. Do vậy, chúng được ứng dụng rộng
1


rãi trong nhiều lĩnh vực cụ thể: xúc tác; năng lượng như chất điện môi, vật liệu chịu
nhiệt, cảm biến, hiện tượng phát quang, nam châm, điện hóa học,..; y tế ví dụ như
những chất liệu chế tạo bộ phận nhân tạo trên cơ thể người (canxi photphat),...
Trong đó, ứng dụng điều chế những chất màu vô cơ là cực kì quan trọng và có ý
nghĩa lớn vì photphat bền trong hóa chất với những môi trường dễ phản ứng.Những
chất màu tổng hợp trên nền photphat được đánh giá là ổn định nhiệt, cho hiệu quả
nhuộm màu, lên màu rất tốt trên các sản phẩm gốm sứ.
Những dung dịch rắn của Co và Mg điphotphat với công thức Mg2-xCoxP2O7
đã được phát hiện lần đầu tiên trong việc lựa chọn nhằm giảm tính độc hại của
những chất màu gốm sứ có màu xanh. Với mục tiêu tổng hợp tạo ra được chất màu
đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật, giảm giá thành sản xuất, nhằm tăng khả năng xuất
khẩu gốm sứ hướng ra thị trường thế giới, việc hình thành một ngành công nghiệp
sản xuất chất màu ở Việt Nam là hết sức cần thiết. Để góp một phần vào sự nghiệp
phát triển công nghiệp gốm sứ cho đất nước, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài:
“Tổng hợp chất màu gốm sứ Mg2-xCoxP2O7 trên nền Mg2P2O7”.
2. Mục tiêu nghiên cứu

Version
Select.Pdf
SDK
Trên cơDemo
sở nghiên
cứu đề -tài,
chúng tôi cần
phải tìm các điều kiện thích hợp để
tổng hợp thành công chất màu với công thức có dạng Mg2-xCoxP2O7 trên nền
điphotphat Mg2P2O7 với các đặc tính sau: nhiệt độ nung thấp, sản phẩm đơn pha,
bền màu ở nhiệt độ cao và có cường độ phát màu trong men mạnh.
3.Đối tượng nghiên cứu
Chúng tôi tiến hành khảo sát để tìm ra những điều kiện tối ưu nhất để tổng hợp
chất màu đi từ những hóa chất trong phòng thí nghiệm.
Chất màu thu được sẽ được chúng tôi kiểm tra chất lượng thông qua việc kéo
men tại nhà máy Frit Huế, đồng thời khảo sát cường độ màu tại Công ty TNHH
Vitto, Phú Lộc, Thừa Thiên Huế.
4. Phạm vi nghiên cứu
Trong luận văn này, chúng tôi chú trọng khảo sát các điều kiện thích hợp để
tổng hợp chất nền điphotphat Mg2P2O7:
- Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: nhiệt độ nung, thời gian lưu, lực ép viên
đến độ tinh thể hóa của điphotphat Mg2P2O7.
2


- Khảo sát của việc thay thế đồng hình giữa ion Mg2+ với Co2+ đến màu sắc
sản phẩm, từ đó xác định công thức của hợp chất Mg2-xCoxP2O7. Đồng thời xác định
các đặc trưng của sản phẩm màu như: cường độ màu, thành phần pha và đánh giá
khả năng sử dụng màu trong thực tế.
5. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thay thế đồng hình các ion.
- Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD).
- Phương pháp phân tích nhiệt TGA.
- Phương pháp đo màu.
- Phương pháp thử màu lên men.
- Phương pháp đơn biến.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài
Ý nghĩa khoa học: Đề tài nghiên cứu và tổng hợp chất màu Mg2-xCoxP2O7 trên
nền Mg2P2O7có những ưu điểm vượt trội như: nhiệt độ nung thấp, sản phẩm thu
được đơn pha, bền màu ở nhiệt độ cao, có cường độ phát màu trong men mạnh, hóa
chất nghiên cứu từ phòng thí nghiệm, rẻ tiền, phổ biến, không độc đáp ứng được

Demo
Version
- Select.Pdf
SDK
việc xây dựng
nền công
nghệ sản
phẩm vật liệu
xây dựng thân thiện với môi trường
và hội nhập. Đây là phương pháp mới đã và đang được các nhà nghiên cứu ở Việt
Nam và trên thế giới quan tâm.
Ý nghĩa thực tiễn: Tạo ra nguồn chất màu mới cho gốm sứ, gạch men để ứng
dụng sản xuất trong công nghiệp nước nhà, thay thế nguồn chất màu nhập ngoại
đang sử dụng hiện nay.
7.Cấu trúc luận văn
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan lý thuyết
Chương 2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3. Kết quả và thảo luận
Kết luận và kiến nghị

3