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

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.

pdf13 trang | Chia sẻ: thanhle95 | Lượt xem: 341 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu tổng hợp chất màu xanh cho gốm sứ trên cơ sở Spinen theo phương pháp tiền chất từ tinh bột, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89 77 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 1Trường THPT Trần Hưng Đạo, Mỹ Tho, Tiền Giang 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 high- temperature 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 không đáng kể khi thay thế đồng hình cation Zn2+ bằng cation Co2+ trong mạng lưới spinen. AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89 78 1. MỞ ĐẦU 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. 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 thông... thì quá trình tổng hợp theo phương pháp tiền chất ở đây chúng tôi 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”. 2. THỰC NGHIỆM 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. 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 nhôm 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. AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89 79 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 Công 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 Nghiền, ép viên và nung ở 1050 oC (6h) Sấy khô Tiếp tục khuấy trong 3-4 giờ/ 80 oC Tiền chất Tinh bột Zn(NO3)2.6H2O Al(NO3)3.9H2O Sản phẩm Trộn trộn đều các tiền chất theo tỉ lệ thích hợp Khuấy liên tục trong 1 giờ/ 60 oC Tiền chất Tiền chất gel Tiền chất gel Sấy khô Khuấy liên tục trong 1 giờ/ 60 oC Tiếp tục khuấy trong 3-4 giờ/ 80 oC AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89 80 Hình 3.2. Phổ IR tiền chất tinh bột của kẽm Hình 3.3. Phổ IR tiền chất tinh bột của nhôm 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) AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89 81 Hình 3.5. Giản đồ XRD A1050 Tại nhiệt độ nung 950 oC: 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. 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 quá trình tinh thể hoá 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) AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89 82 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 còn quá thấp. Vì vậy, tôi 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 Công 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 AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89 83 Bảng 3.2. Thành phần phối liệu của các mẫu Co1 ÷ Co5 Ký hiệu mẫu CoOn ZnOn 2 3Al On Khối lượng nguyên liệu (g) Tiền chất coban Tiền chất kẽm Tiền chất nhôm 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 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 E F G B C AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89 84 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 không khí. Pic tỏa nhiệt ở 159,71 oC: xảy ra quá 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 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 quá trình phản ứng của các oxit để tạo pha spinen ở các nhiệt độ cao hơn. 3.2.3 Khảo sát sự phân hủy nhiệt của mẫu phối liệu (Nguyễn Hoàng Nghị, 2003) 20 30 40 50 60 70 0 200 400 600 800 1000 1200 C­ ên g ® é n hiÔ u x ¹ ( cps ) Gãc nhiÔu x¹ (2θ) s: spinen Hình 3.11. Giản đồ XRD của các mẫu Co1, Co2, Co3, Co4, Co5 Từ kết quả giản đồ XRD (hình 3.6) tôi 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 tôi 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 Co1 Co2 Co4 Co5 Co3 S AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89 85 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 hoàn 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 hưởng của thời gian lưu 20 30 40 50 60 70 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 C­ê ng ®é nhi Ôu x¹ (cp s) Gãc nhiÔu x¹ (2θ) S: spinen 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 c s s s s AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89 86 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 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. Hỗn hợp nguyên liệu được nghiền trên máy nghiền bi ướt trong 20 phút. Sau đó kéo men trên 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. 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* (0-100: đen-trắng) a* (+ đỏ- xanh lục) b* (+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 Phối liệu Bột màu 2g Men Frit 45g Cao lanh 5g Chất kết dính CMC 0,2g Nghiền 20 phút Nước 28 mL Tráng men lên xương gạch Nung gạch đã tráng men màu Đánh giá chất lượng màu AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89 87 Kí hiệu mẫu Màu sắc L* (0-100: đen-trắng) a* (+ đỏ- xanh lục) b* (+vàng-xanh mực) ∆E 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 Mẫu màu chuẩn của EU 42,40 12,49 -39,44 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. Tông 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 tôi chọn mẫu Co5 để khảo sát ở phần tiếp theo. 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. 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 không quá 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. 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 tôi đã tính toán các thông 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 thông số mạng a = b = c, thông số này liên quan với giá trị dhkl theo hệ thức: 2 2 2 2 2 1 1 ( )h k l d a = + + AGU International Journal of Sciences – 2020, Vol. 26 (3), 77 – 89 88 Bảng 3.5. Thông số mạng lưới của các mẫu A1050(6), Co5 Mẫu dhkl h k L A atb A1050(6) 2,430 1 1 3 8,059 8,062 ± 0,043 2,845 2 2 0 8,046 1,555 1 1 5 8,080 Co5 2,430 1 1 3 8,059 8,057 ± 0,019 2,846 2 2 0 8,049 1,552 1 1 5 8,064 (Các biên giới tin cậy được tính toán ở xác suất P=95%, f=n-1 với n=3) Thông số mạng lưới pha spinen của mẫu màu Co5 (a = b = c = 8,057Å) nhỏ hơn một ít so với thông 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). 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 thông số mạng lưới của tinh thể spinen thay đổi không 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 công nghiệp sản xuất chất màu cho gốm sứ. TÀI LIỆU THAM KHẢO Đinh Quang Khiếu. (2009). Bài giảng Phân tích cấu trúc vật liệu vô cơ. Trường Đại học Khoa học,
Tài liệu liên quan