Tổng hợp chất màu gốm sứ nd2si2o7 với nguồn sio2 từ tro trấu (tt)

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

Hồ Thị Mỹ Linh

Demo Version - Select.Pdf SDK

1


Lờ i Cả m Ơ n
Tôi xin chân thành cả m ơ n PGS.TS Trầ n Dư ơ ng –
Thầ y đã tậ n tình hư ớ ng dẫ n và chỉ

bả o tôi trong

suố t thờ i gian thự c hiệ n luậ n văn, đồ ng thờ i đã
bổ sung cho tôi nhiều kiến thứ c chuyên môn và kinh
nghiệ m quý báu trong nghiên cứ u khoa họ c.
Xin chân thành cả m ơ n quý Thầ y, Cô Khoa Hóa –
Trư ờ ng Đạ i họ c Sư phạ m Huế đã tạ o mọ i điều
kiệ n thuậ n lợ i và đóng góp nhữ ng ý kiến quý báu cho
tôi trong suố t thờ i gian thự c hiệ n khóa luậ n.
Xin chân thành cả m ơ n tấ t cả

các bạ n bè và

ngư ờ i thân đã độ ng viên, giúp đỡ tôi hoàn thành khóa
luậ n.Demo Version - Select.Pdf SDK
Huế, tháng 10 năm
2018
Tác giả
Hồ Thị

2

Mỹ Linh


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ 2
MỤC LỤC .............................................................................................................. 3
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. 6
DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... 7
DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................... 8
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 9
I. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................ 9
II. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 10
III. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 10
IV. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................. 10
V. Cấu trúc luận văn .............................................................................................. 10
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ......................................................... 11
1.1. TỔNG QUAN VỀ VỎ TRẤU VÀ TRO TRẤU .............................................. 11
1.1.1. Giới thiệu về vỏ trấu ..................................................................................... 11

Demo

Version
Select.Pdf
SDK
1.1.2. Hiện trạng
vỏ trấu
tại Việt- Nam
....................................................................
11
1.1.3. Tro trấu ........................................................................................................ 13
1.1.3.1. Thành phần hóa học ................................................................................... 13
1.1.3.2. Các ứng dụng của tro trấu .......................................................................... 13
1.2. KHÁI QUÁT VỀ GỐM SỨ ............................................................................ 15
1.2.1. Vật liệu gốm sứ ............................................................................................ 16
1.2.2. Gốm truyền thống......................................................................................... 17
1.2.3. Gốm kĩ thuật ................................................................................................ 18
1.3. KHÁI QUÁT VỀ CHẤT MÀU GỐM SỨ ....................................................... 19
1.3.1. Lý thuyết cơ bản về màu sắc ......................................................................... 19
1.3.2. Nguyên nhân gây ra màu cho khoáng vật ...................................................... 20
1.3.2.1. Sự chuyển electron nội............................................................................... 20
1.3.2.2. Sự chuyển electron giữa các nguyên tố trong cùng một tinh thể .................. 21
1.3.2.3. Sự chuyển electron do sự khuyết tật trong mạng lƣới tinh thể ..................... 21
3


1.3.2.4. Sự chuyển mức các dải năng lƣợng ............................................................ 22
1.3.3. Chất màu cho gốm sứ ................................................................................... 22
1.3.4. Cơ sở hóa lý về tổng hợp chất màu cho gốm sứ ............................................. 26
1.3.5. Một số tiêu chuẩn để đánh giá chất màu tổng hợp cho gốm sứ ....................... 27
1.4. PHẢN ỨNG GIỮA CÁC PHA RẮN .............................................................. 27
1.4.1. Cơ chế phản ứng giữa pha rắn....................................................................... 27

1.4.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến tốc độ phản ứng giữa các pha rắn ......................... 29
1.4.3. Dung dịch rắn thay thế và dung dịch rắn xâm nhập ....................................... 31
1.5. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP CHẤT MÀU .................................... 31
1.5.1. Phƣơng pháp gốm truyền thống .................................................................... 31
1.5.2. Phƣơng pháp đồng tạo phức.......................................................................... 32
1.5.3. Phƣơng pháp đồng kết tủa............................................................................. 32
1.5.4. Phƣơng pháp sol-gel ..................................................................................... 32
1.6. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT MÀU GỐM SỨ Nd2Si2O7......................................... 33
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..... 35
2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ......................................................................... 35

Demo
Version
- ............................................................................
Select.Pdf SDK
2.2. NỘI DUNG
NGHIÊN
CỨU
35
2.2.1. Điều chế SiO2 từ tro trấu ............................................................................... 35
2.2.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu Nd2Si2O7 ...................................................... 37
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 39
2.3.1. Phƣơng pháp phân tích nhiệt ......................................................................... 39
2.3.2. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X .......................................................................... 40
2.3.3. Phƣơng pháp đo màu .................................................................................... 42
2.3.4. Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng màu trên men gạch ................................... 43
2.3.5. Phƣơng pháp đơn biến .................................................................................. 43
2.3.6. Phƣơng pháp xử lý số liệu............................................................................. 43
2.4. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT ......................................................... 44
2.4.1. Dụng cụ ....................................................................................................... 44

2.4.2. Thiết bị......................................................................................................... 44
2.4.3. Hoá chất ....................................................................................................... 44

4


CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 45
3.1. Nghiên cứu tổng hợp SiO2 từ tro trấu ............................................................... 45
3.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu Nd2Si2O7 ......................................................... 46
3.2.1. Khảo sát sự phân hủy nhiệt của mẫu phối liệu ............................................... 46
3.2.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ nung .......................................................... 47
3.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian lƣu ........................................................... 49
3.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của lực ép viên .............................................................. 50
3.2.4. Đánh giá chất lƣợng sản phẩm bột màu ......................................................... 51
3.2.4.1. Thử màu sản phẩm trên men gốm .............................................................. 51
3.2.4.2. Khảo sát cƣờng độ màu, khả năng phát màu trên men ................................ 52
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................ 53
4.1. KẾT LUẬN .................................................................................................... 53
4.2. KIẾN NGHỊ.................................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 54
PHỤ LỤC ............................................................................................................. 56

Demo Version - Select.Pdf SDK

5


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CIE

: Commission Internationale de l'Eclairage

DTA

: Differential Thermal Analysis

DSC

: Differential Scanning Calorimetry

Lin

: Linear

RGB

: Red Green Blue

TG

: Thermogravimetry

TGA

: Thermal gravimetric analysis

XRD

: X-Ray Diffraction

Demo Version - Select.Pdf SDK

6


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Các thành phần oxit có trong tro trấu ....................................................... 13
Bảng 1.2. Màu tia bị hấp thụ và màu tia ló trong vùng khả kiến .............................. 19
Bảng 1.3. Một số loại chất màu tổng hợp bền nhiệt sử dụng cho gạch ốp lát ............ 25
Bảng 3.1. Bảng số liệu của quá trình tổng hợp SiO2 ................................................ 45
Bảng 3.2. Kết quả đo màu mẫu men ....................................................................... 52

Demo Version - Select.Pdf SDK

7


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cây lúa và vỏ trấu .................................................................................. 11
Hình 1.2. Vỏ trấu đƣợc thải bỏ bừa bãi ................................................................... 12
Hình 1.3. Aerogel làm từ vỏ trấu ............................................................................ 15
Hình 1.4. Sơ đồ tổng hợp theo phƣơng pháp gốm truyền thống ............................... 17
Hình 1.5. Sơ đồ phản ứng giữa MgO và Al2O3........................................................ 29
Hình 2.1. Vỏ trấu đƣợc ngâm axit........................................................................... 35
Hình 2.2. Tro trấu .................................................................................................. 35
Hình 2.3. Hỗn hợp tro và dd NaOH ........................................................................ 36
Hình 2.4. Dung dịch thu đƣợc sau khi lọc ............................................................... 36
Hình 2.5. Tạo gel SiO2 ........................................................................................... 36
Hình 2.6. SiO2 thành phẩm ..................................................................................... 36
Hình 2.7. Sơ đồ tia tới và tia nhiễu xạ trên mạng tinh thể. ....................................... 41

Hình 2.8. Độ tù của pic nhiễu xạ gây ra do kích thƣớc hạt ...................................... 42
Hình 2.9. Hệ tọa độ biểu diễn màu sắc CIE L*a*b* ................................................ 43
Hình 3.1.Tro trấu

Hình 3.2. Dung dịch lọc .......................................................... 45

Demo Hình
Version
- Select.Pdf
SDK
Hình 3.3. Silicagel
3.4. SiO
2 tinh khiết ......................................................... 45
Hình 3.5. Giản đồ XRD của các mẫu SiO2 tổng hợp đƣợc. ...................................... 46
Hình 3.6. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu phối liệu Nd2O3.2SiO2.nH2O................. 47
Hình 3.7. Giản đồ XRD của các mẫu T1, T2, T3..................................................... 48
Hình 3.8. Giản đồ XRD của các mẫu M1, M2, M3. ................................................ 49
Hình 3.9. Giản đồ XRD của các mẫu B1, B2, B3. ................................................... 50
Hình 3.10. Quy trình thử nghiệm màu men trên gạch ............................................. 51
Hình 3.11. Sản phẩm bột màu tổng hợp đƣợc ......................................................... 51
Hình 3.12. Mẫu Nd2Si2O7 sau khi tráng men........................................................... 52

8


MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Ngành công nghiệp gốm sứ là một trong những ngành cổ truyền đƣợc ra đời và
phát triển rất sớm. Hơn 9000 năm trƣớc công nguyên, vật liệu gốm đã đƣợc con
ngƣời biết đến và sử dụng. Từ lâu nƣớc ta đã nổi tiếng với những làng gốm nhƣ Bát

Tràng, Hƣơng Canh, Móng Cái, Biên Hòa… Đó là những cơ sở sản xuất gốm mỹ
nghệ với những kỹ thuật còn rất thô sơ.
Những năm gần đây, ngành công nghiệp sản xuất gốm sứ đã và đang có bƣớc
phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới nói chung và cũng nhƣ Việt Nam nói riêng.
Với những yêu cầu cao, chọn lọc của ngƣời tiêu dùng các sản phẩm gốm sứ không
những phải đa dạng phong phú về chủng loại mẫu mã, kiểu dáng chất lƣợng cao mà
còn phải đa dạng về màu sắc, các sản phẩm phải đảm bảo hình ảnh trang trí và có
độ bền vĩnh cữu. Màu sắc của sản phẩm phụ thuộc chính vào chất màu gốm sứ.
Chất màu đòi hỏi phải bền nhiệt, bền hóa cao để chống lại các tác động của ánh
sáng, của nhiệt độ, của môi trƣờng, và bền mãi với thời gian, làm cho giá trị thẩm
mỹ của các chủng loại sản phẩm này đƣợc nâng cao. Song chi phí cho chất màu sản
xuất gốm sứ là khá lớn, chiếm khoảng 20% giá thành sản phẩm, nƣớc ta đa số chất

Demo Version - Select.Pdf SDK

màu gốm sứ đều phải nhập ngoại với giá thành cao. Vì thế, việc nghiên cứu tổng
hợp chất màu nhân tạo là rất quan trọng và cần thiết.
Phần lớn các chất màu vô cơ truyền thống thƣờng có chứa các kim loại nặng
nhƣ cadimi, chì, crom hay coban… có hại cho sức khỏe con ngƣời. Gần đây, các
nguyên tố đất hiếm nhƣ scandi, ytri, lantan, neodym, xeri… cho thấy có thể tạo ra
chất màu thân thiện với môi trƣờng, không độc hại hoặc ít độc hại hơn so với kim
loại nặng. Vì vậy, xu hƣớng nghiên cứu tổng hợp chất màu thân thiện với môi
trƣờng và quan trọng là có tính chất chịu nhiệt để thay thế các chất màu có chứa
kim loại nặng ngày càng trở nên cần thiết và thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà
khoa học trên thế giới.
Một nghiên cứu gần đây cho thấy hợp chất Nd2Si2O7 là một vật liệu gốm đầy
tiềm năng do các tính chất từ tính, điện và quang học ổn định. Có thể sử dụng nhƣ
một chất màu có giá trị trang trí cho sản phẩm gốm sứ với ánh sáng màu tím bắt
mắt. Sử dụng trong ngành công nghiệp gốm sứ cho những sản phẩm cao cấp.
9

Trên thực tế, Việt Nam là quốc gia sản xuất gạo đứng thứ hai trên thế giới với
sản lƣợng gạo ƣớc tính trung bình đạt khoảng 42 tỉ tấn trên năm. Nhƣ vậy, hàng năm
lƣợng vỏ trấu tách ra trong quá trình xay xát lúa là vô cùng lớn. Theo các nghiên
cứu, vỏ trấu là một nguyên liệu dồi dào và có giá thành rẻ nên đƣợc sử dụng nhiều
trong sản xuất. Vỏ trấu sau khi cháy, các thành phần hữu cơ bị phân hủy và thu đƣợc
tro trấu. Tro trấu là một trong những nguyên liệu giàu SiO2 nhất, đạt khoảng 90 đến
98 % về khối lƣợng nên nó là nguồn nguyên liệu lý tƣởng để tổng hợp vật liệu SiO2.
Vật liệu SiO2 đƣợc biết đến từ lâu với nhiều ứng dụng nhƣ làm vật liệu xúc tác, vật
liệu điện môi, chất hấp phụ khí, hấp phụ ion kim loại nặng, chất màu vô cơ…
Với những lí do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu với nội dung “Tổng
hợp chất màu gốm sứ Nd2Si2O7 với nguồn SiO2 từ tro trấu” với hi vọng góp phần
cho sự phát triển của ngành công nghiệp gốm sứ nƣớc ta.
II. Mục tiêu nghiên cứu
- Điều chế SiO2 từ tro trấu.
- Khảo sát các điều kiện để tổng hợp Nd2Si2O7 từ nguồn SiO2 tổng hợp đƣợc.
III. Phạm vi nghiên cứu

Demo
Version
- Select.Pdf
SDKhợp chất màu Nd2Si2O7 với SiO2
- Nghiên
cứu các
điều kiện
thích hợp để tổng
đƣợc điều chế từ tro trấu.
IV. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp phân tích nhiệt

- Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X
- Phƣơng pháp đo màu
- Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng màu trên men gạch
- Phƣơng pháp đơn biến
- Phƣơng pháp xử lý số liệu
V. Cấu trúc luận văn
Chƣơng 1. Tổng quan lý thuyết
Chƣơng 2. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
Chƣơng 3. Kết quả và thảo luận
Chƣơng 4. Kết luận và kiến nghị

10