Nghiên cứu tổng hợp chất màu xanh cho gốm sứ trên cơ sở Spinen theo phương pháp tiền chất từ tinh bột

AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT MÀU XANH CHO GỐM SỨ TRÊN CƠ SỞ SPINEN
THEO PHƯƠNG PHÁP TIỀN CHẤT TỪ TINH BỘT
Phạm Thị Bé1

Trường THPT Trần Hưng Đạo, Mỹ Tho, Tiền Giang

1

Thông tin chung:
Ngày nhận bài: 04/12/2019
Ngày nhận kết quả bình duyệt:
29/04/2020
Ngày chấp nhận đăng:
06/2020
Title:
Study on synthesizing blue
color for ceramics based on
the spinen by starch precursor
method
Keywords:
(CoxZn(1−x)Al2O4) blue
material, starch, precursor
Từ khóa:
(CoxZn(1-x)Al2O4) vật liệu
màu xanh, tinh bột, tiền chất

ABSTRACT
Materials (CoxZn(1−x)Al2O4) have been synthesized by starch based
precursor method. Materials were characterized by IR, XRD spectra. The

suitable firing temperature creates a complete and optimal spinen network to
synthesize pigments by using precursor method of 1050oC and retention time
is 6 hours. The content of Coban which was replaced to create hightemperature green color for ceramics industry is Co0,5Zn0,5Al2O4, the color of
the material is equivalent to that of the European comparison sample (b* =
-9,24), bright colors (L* = 78,37), ∆E = 48,21 (∆E baby), L*, a*, b* values
of material are very similar to the blue color imported from Europe, the
network parameters changed insignificantly when replacing Zn2+ cation
isomers with Co2+ cations in spinen networks.

TÓM TẮT
Vật liệu (CoxZn(1-x)Al2O4) được chế tạo bằng phương pháp sử dụng tiền
chất từ tinh bột. Vật liệu này được đặc trưng bởi phổ IR, XRD. Nhiệt độ nung
thích hợp tạo mạng lưới spinen hoàn thiện và tối ưu để tổng hợp chất màu
theo phương pháp sử dụng tiền chất là 1050 oC và thời gian lưu là 6 giờ,
hàm lượng của Coban khi thay thế để tạo chất màu xanh bền màu ở nhiệt độ
cao cho công nghiệp gốm sứ là Co0, 5Zn0, 5Al2O4, tông màu của vật liệu
tương đương với mẫu so sánh của châu Âu (b* = -9,24), sắc màu tươi sáng
(L* = 78,37), ∆E = 48,21 (∆E bé), các giá trị L*, a*, b* của vật liệu rất gần
với màu xanh nhập ngoại châu Âu, thông số mạng lưới thay đổi khơng đáng
kể khi thay thế đồng hình cation Zn2+ bằng cation Co2+ trong mạng lưới
spinen.

77


AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89

1. MỞ ĐẦU

2. THỰC NGHIỆM

Hiện nay, các chất màu sử dụng phổ biến cho sản
xuất gốm sứ có cấu trúc mạng lưới của các tinh
thể nền bền, chủ yếu là: Spinen, zircon,
corundum, cordierite, augite,... Các chất màu
được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác
nhau như: Phương pháp gốm truyền thống,
phương pháp khuếch tán rắn lỏng, phương pháp
đồng kết tủa, phương pháp sol – gel, phương pháp
Pechini. Trong các hệ chất màu này, các chất màu
có mạng lưới tinh thể nền spinen (AB2O4) thuộc
hệ màu hiện đại, có nhiều ưu điểm nổi bật như:
Màu sắc tươi sáng, độ phát màu mạnh, bền trong
môi trường sử dụng nên được sử dụng rất phổ
biến cho sản xuất gốm sứ.

2.1 Công nghệ chế tạo mẫu (Đỗ Quang Minh,
2007)
Vật liệu (CoxZn(1−x)Al2O4) được chế tạo bằng
phương pháp tiền chất từ tinh bột, nguyên liệu ban
đầu là các hóa chất tinh khiết loại PA:
Zn(NO3)2.6H2O, Co(NO3)2.6H2O, Al(NO3)3.9H2O
và tinh bột tan (Starch soluble).
Cốc 1: Lấy 20,00 gam Zn(NO3)2.6H2O và 30,00
gam tinh bột, cho vào hòa tan trong 75 ml nước
cất đựng trong cốc thủy tinh 250 ml.
Cốc 2: Lấy 20,00 gam Al(NO3)3.9H2O và 30,00
gam tinh bột, cho vào hòa tan trong 75 ml nước
cất đựng trong cốc thủy tinh 250 ml.
Cốc 3: Lấy 40,00 gam Co(NO3)2.6H2O và 80,00

gam tinh bột, cho vào hòa tan trong 220 ml nước
cất đựng trong cốc thủy tinh 250 ml.

Phương pháp tổng hợp tiền chất kim loại trải qua
các giai đoạn: Ban đầu là sự hình thành các phức
giữa kim loại và tinh bột, sau đó phức được gel
hóa. Sự tạo gel đảm bảo tính đồng nhất cao của
các chất phản ứng, nó làm giảm nhiệt độ cần thiết
cho sự tạo pha tinh thể của chất màu, và làm giảm
đáng kể kích thước hạt của các chất phản ứng. So
với các tiền chất khác đi từ axit citric, etylen
glicol, nhựa thơng... thì quá trình tổng hợp theo
phương pháp tiền chất ở đây chúng tơi dùng tinh
bột có nhiều ưu điểm hơn như quá trình tổng hợp
đơn giản hơn, rẻ hơn và các hợp phần là thân
thiện với môi trường. Xuất phát từ những vấn đề
nêu trên, tôi chọn đề tài luận văn là: “Nghiên cứu
tổng hợp chất màu xanh cho gốm sứ trên cơ sở
Spinen theo phương pháp tiền chất từ tinh
bột”.

Tiến hành đun nóng hỗn hợp từng cốc và khuấy
liên tục bằng máy khuấy từ ở nhiệt độ khoảng 50
– 60 oC trong 1 giờ. Sau đó tăng nhiệt độ lên trong
khoảng 70 – 80 oC và tiếp tục khuấy trong 3-4 giờ
cho phản ứng xảy ra tạo thành tiền chất phức.
Tiếp tục gia nhiệt lên khoảng 80 oC và khuấy, xảy
ra sự mất nước cho đến khi tạo thành tiền chất
kẽm có màu vàng nâu (cốc 1), tiền chất nhơm có
màu vàng nhạt (cốc 2), tiền chất coban có màu đỏ

sẫm (cốc 3).
Sau đó trộn đều các tiền chất theo tỷ lệ mol một
cách thích hợp. Phối liệu thu được sẽ được sấy,
nghiền, ép viên và nung thu sản phẩm dạng bột
màu xanh.

78


AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89
Tinh bột
Al(NO3)3.9H2O

Zn(NO3)2.6H2O
Khuấy liên tục trong 1 giờ/ 60 oC

Khuấy liên tục trong 1 giờ/ 60 oC

Tiền chất

Tiền chất

Tiếp tục khuấy trong 3-4 giờ/ 80 oC

Tiếp tục khuấy trong 3-4 giờ/ 80 oC

Tiền chất gel

Tiền chất gel
Sấy khô

Sấy khô

Trộn trộn đều các tiền chất theo tỉ lệ thích hợp
Nghiền, ép viên và nung ở 1050 oC (6h)

Sản phẩm
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp vật liệu theo phương pháp tiền chất từ tinh bột.

2.2 Các phương pháp kiểm tra đánh giá
-

-

Máy ép thuỷ lực (Khoa Vật lý, Trường Đại
học Khoa học, Đại học Huế).
Thiết bị phổ hồng ngoại IR (Khoa Hóa,
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế)
Thiết bị phân tích nhiệt TG – DSC (Khoa Hóa,
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội).
Thiết bị nhiễu xạ tia X (Khoa Hóa và Khoa
Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,

Đại học Quốc Gia Hà Nội).
Thiết bị đo màu men (Phòng thí nghiệm của
Cơng ty Cổ phần Frit Huế).

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Nghiên cứu tổng hợp chất nền spinen
(Patnaik P, 2003)

3.1.1 Xác định tiền chất bằng phân tích phổ
hồng ngoại (IR) (Vũ Đăng Độ, 2004)

Hình 3.1. Phổ IR của tinh bột

79


AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89

Hình 3.2. Phổ IR tiền chất tinh bột của kẽm

Hình 3.3. Phổ IR tiền chất tinh bột của nhơm

Hình 3.4. Phổ IR tiền chất tinh bột của coban

Trên phổ IR của tiền chất Zn, Al, Co so sánh với
tinh bột ta thấy có các pic mới ở 1762,94 cm−1 và
1382,96 cm−1 (Hình 3.2), ở 2430,31 cm−1; 1205,51
cm−1 (Hình 3.3), 1762,94 cm−1 và 1382,96 cm−1
(Hình 3.4) chứng tỏ có sự hình thành liên kết mới
hoặc có sự tương tác giữa ion Zn2+, Al3+, Co2+
với tinh bột khi tạo ra thành tiền chất. Đồng thời
cũng có một số pic có đỉnh hấp thụ đã bị dịch

chuyển về phía có tần số nhỏ hơn một ít so với ở
tinh bột đó là các pic 2929,87 cm−1 (Hình 3.2), pic
3414,00 cm−1, 2090,84 cm−1 (Hình 3.3), pic
3383,14 cm−1, 2399,45 cm−1; 2088,91 (Hình 3.4).
Chứng tỏ đã tổng hợp thành công các tiền chất Al,

Zn và Co.
3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung
(Nguyễn Hữu Đĩnh & Trần Thị Đà, 1999)

80


AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89

Hình 3.5. Giản đồ XRD A1050

Tại nhiệt độ nung 950 C: thu được thành phần
pha tinh thể của spinen ZnAl2O4 đơn pha, các pic
sắc nhọn nhưng cường độ còn thấp. Điều này cho
thấy ở nhiệt độ 950 oC phản ứng pha rắn giữa
ZnO và Al2O3 xảy ra mãnh liệt và dần hoàn chỉnh
mạng lưới tinh thể spinen ZnAl2O4. Khi tăng nhiệt
độ nung lên 1000 oC và 1050 oC thì thu được
thành phần pha tinh thể của spinen ZnAl2O4 đơn
pha, các pic sắc nhọn. Điều này cho thấy ở nhiệt
độ 1000 oC và 1050 oC mạng lưới tinh thể spinen
ZnAl2O4 cảng ngày càng hoàn chỉnh theo nhiệt độ

nung. Từ kết quả nghiên cứu được, tôi nhận thấy
nhiệt độ nung thiêu kết thích hợp để tổng hợp pha
spinen là 1050 oC.

o

3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu

(Nguyễn Văn Kim, 2007)
Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu ở nhiệt độ
cực đại đến q trình tinh thể hố của pha spinen,
chúng tôi tiến hành nung các mẫu phối liệu ở 1050
oC với thời gian lưu là 2 giờ, 4 giờ và 6 giờ. Các
mẫu được ký hiệu tương ứng là A1050(2h) và
A1050(4h) và A1050(6h).

Hình 3.6. Giản đồ XRD A1050(2h)

81


AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89

Hình 3.7. Giản đồ XRD A1050(4h)

Hình 3.8. Giản đồ XRD A1050(6h)

Khi nung ở nhiệt độ 1050 oC, lưu 2 giờ thì thành
phần pha chủ yếu ZnAl2O4 điều này chứng tỏ với
thời gian lưu nhiệt 2 giờ là đủ cho quá trình phản
ứng tạo pha spinen ZnAl2O4 nhưng cường độ pic
cịn q thấp. Vì vậy, tơi tiếp tục tăng thời gian
lưu lên 4 giờ và 6 giờ thì thấy cường độ pic tăng
lên, pic sắc nhọn. Chứng tỏ mạng lưới spinen
càng hoàn thiện và tối ưu ở thời gian là 6 giờ.

3.2 Nghiên cứu tổng hợp chất màu trên nền
spinen

3.2.1 Tổng hợp chất màu kẽm aluminat pha tạp
coban (CoxZn(1−x)Al2O4)
Tôi tiến hành thay đổi x với các giá trị là 0,05;
0,10; 0,15; 0,20; 0,50.

Bảng 3.1. Công thức hợp thức của spinen mang màu xanh coban

Kí hiệu mẫu

x

Cơng thức spinen mang màu xanh

Co1(E)

0,05

Co0,05Zn0,95Al2O4

Co2(F)

0,10

Co0,1Zn0,9Al2O4

Co3(G)

0,15

Co0,15Zn0,85Al2O4

Co4(B)

0,20

Co0,2Zn0,8Al2O4

Co5(C)

0,50

Co0,5Zn0,5Al2O4

Thành phần phối liệu của kẽm coban aluminat được trình bày ở bảng 3.2 và sản phẩm chất màu xanh
được trình bày ở hình 3.9
82


AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89
Bảng 3.2. Thành phần phối liệu của các mẫu Co1 ÷ Co5

Khối lượng nguyên liệu (g)

Ký hiệu mẫu

nCoO

nZnO

nAl2O3

Co1(E)

0.0005

0,0095

0,01

0,493

9,053

16,165

Co2(F)

0.001

0,009

0,01

0,986

8,576

16,165

Co3(G)

0,0015

0,0085

0,01

1,478

8,100

16,165

Co4(B)

0,002

0,008

0,01

1,971

7,624

16,165

Co5(C)

0,005

0.005

0,01

4,928

4,765

16,165

E

F

Tiền
coban

chất

Tiền
kẽm

chất

Tiền chất nhơm

B

G

C

Hình 3.9. Sản phẩm bột màu xanh nung ở 1050 oC, lưu trong 6 giờ

Nhận xét: Qua dãy màu tổng hợp được, bằng mắt thường tôi nhận thấy cường độ màu của mẫu tăng dần
theo thứ tự từ Co1 đến Co5, cường độ màu thay đổi từ màu lam nhạt đến màu xanh lam đậm hơn.
3.2.2 Khảo sát sự phân hủy nhiệt của mẫu phối liệu (Nguyễn Văn Kim, 2007)

Hình 3.10. Giản đồ phân tích nhiệt của tiền chất Co_Zn_Al

83


AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89

quá trình đốt cháy tinh bột với khối lượng mẫu giảm
52,30%. Ở nhiệt độ lớn hơn 530 oC: Hiệu ứng tỏa nhiệt
đồng thời với sự giảm khối lượng mẫu 19,09% do sự
phân hủy hoàn toàn các chất hữu cơ, đồng thời các oxit
có thể kết hợp với nhau để tạo thành chất màu
CoxZn(1−x)Al2O4. Từ kết quả phân tích nhiệt, tôi
nhận thấy sự phân hủy và mất nước của sản phẩm
sau khi nghiền xảy ra ở nhiệt độ nhỏ hơn 600 oC và
sau đó là q trình phản ứng của các oxit để tạo pha
spinen ở các nhiệt độ cao hơn.

Dựa vào đường DTG có 5 hiệu ứng thay đổi khối
lượng ở các nhiệt độ 75,97 oC, 159,71 oC, 352,17 oC và
977,90 oC ứng với độ giảm khối lượng tương ứng đọc

từ đường TG là 14,58%, 7,72%, 52,30% và 19,09% .
Pic thu nhiệt ở 75,97 oC: xảy ra quá trình mất nước
vật lý, khối lượng mẫu giảm 14,58%, là do mẫu sau
khi nghiền có kích thước hạt rất bé nên có khả
năng hút một lượng hơi nước nhỏ trong khơng
khí. Pic tỏa nhiệt ở 159,71 oC: xảy ra q trình phân
hủy của ion NO3-, các phản ứng oxi hóa – khử của nó
với các thành phần của tinh bột và sự phân hủy một
phần tinh bột với độ giảm khối lượng 7,72%. Khoảng
tỏa nhiệt từ 352,17 oC đến khoảng 530 oC: Xảy ra

3.2.3 Khảo sát sự phân hủy nhiệt của mẫu phối
liệu (Nguyễn Hồng Nghị, 2003)

s: spinen

S

1200

Co3

C­êng ®é nhiƠu x¹ (cps)

1000
800

Co5

600

400

Co4

200

Co2
Co1

0
20

30

40

50

60

70

Gãc nhiƠu x¹ (2θ)

Hình 3.11. Giản đồ XRD của các mẫu Co1, Co2, Co3, Co4, Co5

Từ kết quả giản đồ XRD (hình 3.6) tơi nhận thấy:
Khi thay đổi hàm lượng Co thì cường độ các pic
nhiễu xạ đặc trưng của spinen thay đổi và độ rộng
bán phổ của chúng cũng thay đổi theo. Như vậy,

khi tăng hàm lượng của coban ở trong mẫu từ x =
0,1 đến 0,3 thì cường độ các pic nhiễu xạ đặc
trưng của spinen cũng tăng lên đáng kể. Nhưng
khi tiếp tục tăng hàm lượng của Co trong mẫu lên
x = 0,7 và x = 0,9 thì cường độ các pic nhiễu xạ
đặc trưng của spinen lại giảm. Điều này chứng tỏ

quá trình tinh thể hóa của spinen phụ thuộc vào
hàm lượng của Co ở trong mẫu CoxZn(1−x)Al2O4.
Và theo thực nghiệm, chúng tơi thấy
Co0,5Zn0,5Al2O4 có pic nhiễu xạ đặc trưng nhất khi
thay đổi hàm lượng của Co.
Vậy nên tôi chọn Co0,5Zn0,5Al2O4 để khảo sát các
điều kiện tiếp theo (Co5(C)).
3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung

84


AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89

c

Hình 3.12. Giản đồ XRD của các mẫu C1000 và C1050

Tại nhiệt độ nung 1000 oC: Có nhiều pic nhiễu xạ
đặc trưng của pha spinel Co0,5Zn0,5Al2O4 đã xuất
hiện nhưng với cường độ thấp, độ rộng bán phổ
lớn và đa pha. Khi tăng nhiệt độ nung lên 1050
oC: Thu được thành phần pha tinh thể của spinen

Co0,5Zn0,5Al2O4 đơn pha, các pic sắc nhọn và
cường độ tăng dần cao hơn hẳn so với pic ở 950

oC.

Điều này cho thấy ở nhiệt độ 1050 oC có sự
hồn chỉnh mạng lưới tinh thể spinen
Co0,5Zn0,5Al2O4.

Từ kết quả nghiên cứu tôi nhận thấy nhiệt độ nung
thích hợp để tổng hợp chất màu theo phương pháp
sử dụng tiền chất là 1050 oC.
3.2.5 Khảo sát ảnh hng ca thi gian lu
S: spinen

1400
1200

s

Cường độ nhiễu xạ (cps)

1000

s

s

s

800
600
400
200
0
-200

20

30

40

50

60

70

Góc nhiƠu x¹ (2θ)

Hình 3.13. Giản đồ XRD của các mẫu C1050(2), C1050(4) và C1050(6)

Khi nung ở nhiệt độ 1050 oC, lưu 2 giờ thì thành
phần pha chủ yếu là spinel Co0,5Zn0,5Al2O4 nhưng
cường độ pic còn thấp, tiếp tục tăng thời gian lưu
lên 4 giờ và 6 giờ thì thấy cường sắc nhọn và tăng

dần từ 424 lên đến 517 chứng tỏ mạng lưới spinel
đang hoàn thiện dần khi thời gian lưu tăng lên.

Vậy mức độ tinh thể hóa của spinel phụ thuộc rất
lớn vào thời gian lưu, thời gian lưu càng lâu mức
85


AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89

độ tinh thể hóa của spinel càng tốt. Nên tôi chọn
thời gian lưu tối ưu để tổng hợp chất màu pha
spinel theo phương pháp sử dụng tiền chất là 6
giờ.

3.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu
(Hoàng Nhật Hưng, 2009; Lê Đình Quý
Sơn, 2008)
3.3.1 Thử màu sản phẩm trên men gốm

Bột màu

Men Frit

Cao lanh

2g

45g

5g

Chất kết dính CMC

Nước

Phối liệu

0,2g

28 mL
Nghiền
20 phút
Tráng men lên
xương gạch

Nung gạch đã
tráng men màu

Đánh giá chất
lượng màu

Hình 3.14. Quy trình thử nghiệm màu men trên gạch

Thành phần của frit và cao lanh không chứa các
nguyên tố gây màu, điều này giúp cho việc đánh
giá khả năng phát màu trên men của chất màu đã
tổng hợp được khách quan.

xương gạch đã có sẵn của nhà máy. Mẫu được
nung ở nhiệt độ 1140 oC theo chế độ nung như
quy trình sản xuất gạch men hiện hành của Công
ty Gạch men Sứ Thừa Thiên Huế.

Hỗn hợp nguyên liệu được nghiền trên máy
nghiền bi ướt trong 20 phút. Sau đó kéo men trên

Màu sắc màu tổng hợp được và màu chuẩn Châu
Âu sau khi nung trình bày ở hình 3.15.

Hình 3.15. Màu sắc của các mẫu Co1 ÷ Co5 và mẫu chuẩn SCo

3.3.2 Khảo sát cường độ màu, khả năng phát màu trong men
Bảng 3.3. Kết quả đo màu men của chất màu CoxZn(1−x)Al2O4

Kí hiệu
mẫu

Màu sắc

L*

a*

b*

(0-100: đen-trắng) (+ đỏ- xanh lục) (+vàng-xanh mực)

∆E

Co1(E)

Xanh lam nhạt

87,51

0,61

-4,24

58,44

Co2(F)

Xanh đậm hơn Co1

82,02

0,51

-6,07

53,17

Co3(G)

Xanh đậm hơn Co2

80,22

0,80

-7,22

51,04

86


AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89

Kí hiệu
mẫu

Màu sắc

L*

a*

b*

∆E

(0-100: đen-trắng) (+ đỏ- xanh lục) (+vàng-xanh mực)

Co4(B)

Xanh đậm hơn Co3

78,67

0,87

-8,26

49,22

Co5(C)

Xanh đậm hơn Co4

78,37

1,61

-9,24

48,21

42,40

12,49

-39,44

Mẫu màu chuẩn của EU

Khi thay đổi hàm lượng của coban trong mạng
lưới spinen đều cho màu xanh thay đổi từ xanh
dương nhạt đến xanh lam đậm hơn, màu sắc khá
tươi và bề mặt men chảy bóng láng. Sự sai khác
giữa màu so sánh với các màu tổng hợp thể hiện

qua giá trị ∆E. Tơng màu của 2 mẫu Co4 ÷ Co5
tương đương với mẫu so sánh của châu Âu (∆E
bé), tông màu của 3 mẫu Co1, Co2 và Co3 khá
lệch so với màu của mẫu chuẩn. So sánh với chất
màu chuẩn, tôi thấy màu men mẫu Co5 thể hiện
màu xanh lam đậm hơn các mẫu (b* = -9,24), sắc
màu tươi sáng (L* = 78,37) và điều quan trọng
nhất là các giá trị L*, a*, b* của mẫu Co5 rất gần
với màu xanh nhập ngoại. Do đó tơi chọn mẫu
Co5 để khảo sát ở phần tiếp theo.

Theo nguyên tắc thay thế đồng hình của
Goldschmidt (Hoàng Nhật Hưng, 2009), với cấu
trúc của spinen ZnAl2O4 có thể thay thế Zn2+ bằng
các cation có bán kính ion chênh lệch khơng q
15% và điện tích chênh lệch không quá 1 đơn vị.
Với mục tiêu đánh giá khả năng thay thế các ion
kim loại gây màu trong mạng lưới spinen nhằm
thu được các chất màu bền, tôi tiến hành khảo sát
sự thay thế của một số ion hóa trị 2 để thay thế
cation Zn2+. Qua xem xét bán kính ion của một số
cation kim loại chuyển tiếp hóa trị 2, tôi nhận thấy
các cation Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Mn2+,… (Bảng
3.4) đều đảm bảo qui tắc Goldschmidt. Nên tôi
tiến hành khảo sát sự thay thế của cation Co2+ cho
Zn2+ trong mạng lưới tinh thể spinen ZnAl2O4.

3.3.3 Khảo sát khả năng thay thế đồng hình của
cation Co2+ cho Zn2+ vào mạng lưới tinh
thể nền spinen kẽm aluminat.

Bảng 3.4. Bán kính của các cation (Shannon) (Hoàng Nhật Hưng, 2009)

Ký hiệu

Zn2+

Co2+

Cu2+

Ni2+

Mg2+

Fe2+

Mn2+

Số phối trí

4

4

4

4

4

4

4

Bán kính (Å)

0,74

0,72

0,73

0,69

0,71

0,77

0,83

Để đánh giá ảnh hưởng của việc thay thế cation
Zn2+ đến thông số mạng lưới a, b, c của spinen,
chúng tơi đã tính tốn các thơng số này từ giản đồ
phổ XRD của mẫu nền A1050(6) với mẫu màu
Co4. Vì spinen thuộc hệ lập phương tâm mặt nên

thơng số mạng a = b = c, thông số này liên quan
với giá trị dhkl theo hệ thức:

1

=
d2

87

1
(h 2 + k 2 + l 2 )
2
a


AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89
Bảng 3.5. Thông số mạng lưới của các mẫu A1050(6), Co5

Mẫu
A1050(6)

Co5

dhkl

h

k

L

A

2,430

1

1

3

8,059

2,845

2

2

0

8,046

1,555

1

1

5

8,080

2,430

1

1

3

8,059

2,846

2

2

0

8,049

1,552

1

1

5

8,064

atb

8,062 ± 0,043

8,057 ± 0,019

(Các biên giới tin cậy được tính tốn ở xác suất P=95%, f=n-1 với n=3)
Đinh Quang Khiếu. (2009). Bài giảng Phân tích
cấu trúc vật liệu vô cơ. Trường Đại học
Khoa học, Đại học Huế, Thừa Thiên Huế,
Việt Nam.

Thông số mạng lưới pha spinen của mẫu màu Co5
(a = b = c = 8,057Å) nhỏ hơn một ít so với thơng
số mạng lưới pha spinen của mẫu chất nền
A1050(6) (a = b = c = 8,062Å). Như vậy, thông số
mạng lưới hầu như không thay đổi do bán kính
ion của Zn2+, Co2+ có giá trị xấp xỉ nhau. Điều này
chứng tỏ rằng khi thực hiện phản ứng thì đã có sự
thay thế một phần Co2+ ở hốc tứ diện và bát diện
trong mạng lưới lập phương tâm mặt của spinen
(Đinh Quang Khiếu, 2009).

Dondi M., Matteucci F., Cruciani G. (2006).
Zirconium titanate ceramic pigments:
Crystal structure, optical spectroscopy and
technological properties”. Journal of Solid
State Chemistry, 179, 233–246
Đỗ Quang Minh. ( 2007). Tổng hợp bột màu
coban aluminat (CoAl2O4 ) kích thước hạt
siêu mịn ở nhiệt độ thấp. Science &
Technology Development, 10, 12-17.

4. KẾT LUẬN
-

-

-

-

Đã khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng đến sự
tạo pha spinen theo phương pháp sử dụng tiền
chất từ tinh bột.
Từ chất nền spinen kẽm aluminat thu được
chúng tôi đã đã tổng hợp thành công chất màu
xanh kẽm aluminat pha tạp coban bằng phương
pháp sử dụng tiền chất.
Đã khảo sát khả năng thay thế đồng hình của
Zn2+ bằng cation Co2+ trong mạng lưới spinen.
Khi thay thế cation Zn2+ trong mạng lưới tinh
thể spinen bằng các cation Co2+ thì thơng số
mạng lưới của tinh thể spinen thay đổi khơng
đáng kể. Như vậy, đã có sự thay thế đồng hình
của ion Co2+ vào mạng tinh thể spinen.
Đã khảo sát cường độ màu, khả năng phát màu
trên men của các chất màu tổng hợp được có
thể đưa vào ứng dụng trong cơng nghiệp sản
xuất chất màu cho gốm sứ.

Hồng Nhật Hưng. (2009). Nghiên cứu tổng hợp

chất màu xanh trên nền mạng tinh thể
spinen. (Luận văn thạc sĩ không xuất bản).
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế,
Thừa Thiên Huế, Việt Nam.
Lê Đình Quý Sơn. (2008). Tổng hợp chất màu
trên cơ sở mạng tinh thể zircon và
cordierite. Truy cập từ cơ sở dữ liệu
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế,
Thừa Thiên Huế,Việt Nam.
Nguyễn Hữu Đĩnh., & Trần Thị Đà.(1999), Ứng
dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu
cấu trúc phân tử. Hà Nội: Nhà xuất bản
Khoa học và Kỹ thuật.
Nguyễn Văn Kim. (2007). Nghiên cứu tổng hợp
chất màu xanh cho gốm sứ trên cơ sở mạng
augite. (Luận văn thạc sĩ không xuất bản).

TÀI LIỆU THAM KHẢO

88


AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89

Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế,
Thừa Thiên Huế, Việt Nam.

chemicals. New York, USA: The McGrawHill

Nguyễn Hoàng Nghị. (2003). Các phương pháp

thực nghiệm phân tích cấu trúc. Hà Nội:
Nhà xuất bản Giáo dục Hà Nội.

Souza S.C., Santos I.M.G., Silva M.R.S., CássiaSantos M.R., Soledade L.E.B., A.G. Souza
A.G., S.J.G. Lima S.J.G., & E. Longo E.
(2005). Influence of pH on iron doped
Zn2TiO4 pigments. Journal of Thermal
Analysis and Calorimetry, 79, 451– 454.

Obradovic N., Mitrovic N., Pavlovic V. (2007).
Structural and electrical properties of
in
sintered
zinc-titanate
ceramics”
Ceramics International N0 , 35(1), 35–37.

Vũ Đăng Độ. (2004). Các phương pháp phân tích
vật lí trong hóa học. Hà Nội: Nhà xuất bản
Đại học Quốc gia Hà Nội.

Patnaik P. (2003). Handbook of inorganic

89