Download luận văn thạc sĩ với đề tài: Tổng hợp chất màu gốm sứ Nd2Si2O7 với nguồn SiO2 từ tro trấu 50000386

1. 1
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, được các đồng tác giả cho phép sử
dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Huế, tháng 10 năm 2018
Tác giả
Hồ Thị Mỹ Linh

2. 2

3. 3
Lời Cảm Ơn
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Dương – Thầy đã
tận tình hướng dẫn và chỉ bảo tôi trong suốt thời gian thực hiện
luận văn, đồng thời đã bổ sung cho tôi nhiều kiến thức chuyên
môn và kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu khoa học.
Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Khoa Hóa – Trường
Đại học Sư phạm Huế đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và đóng
góp những ý kiến quý báu cho tôi trong suốt thời gian thực hiện
khóa luận.
Xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè và người thân đã
động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận.
Huế, tháng 10 năm
2018
Tác giả
Hồ Thị Mỹ Linh

4. 4
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..........................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................2
MỤC LỤC......................................................................................................................3
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT....................................................................................7
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................7
DANH MỤC CÁC HÌNH.............................................................................................8
MỞ ĐẦU.......................................................................................................................10
I. Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................................10
II. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................................11
III. Phạm vi nghiên cứu.................................................................................................11
IV. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................11
V. Cấu trúc luận văn......................................................................................................11
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .............................................................12
1.1. TỔNG QUAN VỀ VỎ TRẤU VÀ TRO TRẤU..................................................12
1.1.1. Giới thiệu về vỏ trấu............................................................................................12
1.1.2. Hiện trạng vỏ trấu tại Việt Nam..........................................................................12
1.1.3. Tro trấu ................................................................................................................14
1.1.3.1. Thành phần hóa học.........................................................................................14
1.1.3.2. Các ứng dụng của tro trấu................................................................................14
1.2. KHÁI QUÁT VỀ GỐM SỨ ..................................................................................16
1.2.1. Vật liệu gốm sứ ...................................................................................................17
1.2.2. Gốm truyền thống ...............................................................................................18
1.2.3. Gốm kĩ thuật........................................................................................................19
1.3. KHÁI QUÁT VỀ CHẤT MÀU GỐM SỨ ...........................................................20
1.3.1. Lý thuyết cơ bản về màu sắc...............................................................................20
1.3.2. Nguyên nhân gây ra màu cho khoáng vật ..........................................................21
1.3.2.1. Sự chuyển electron nội.....................................................................................21
1.3.2.2. Sự chuyển electron giữa các nguyên tố trong cùng một tinh thể....................22
1.3.2.3. Sự chuyển electron do sự khuyết tật trong mạng lưới tinh thể.......................22

5. 5
1.3.2.4. Sự chuyển mức các dải năng lượng.................................................................23
1.3.3. Chất màu cho gốm sứ..........................................................................................23
1.3.4. Cơ sở hóa lý về tổng hợp chất màu cho gốm sứ ................................................27
1.3.5. Một số tiêu chuẩn để đánh giá chất màu tổng hợp cho gốm sứ.........................28
1.4. PHẢN ỨNG GIỮA CÁC PHA RẮN ...................................................................28
1.4.1. Cơ chế phản ứng giữa pha rắn ............................................................................28
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng giữa các pha rắn ...........................30
1.4.3. Dung dịch rắn thay thế và dung dịch rắn xâm nhập...........................................32
1.5. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP CHẤT MÀU.......................................32
1.5.1. Phương pháp gốm truyền thống..........................................................................32
1.5.2. Phương pháp đồng tạo phức ...............................................................................33
1.5.3. Phương pháp đồng kết tủa ..................................................................................33
1.5.4. Phương pháp sol-gel............................................................................................33
1.6. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT MÀU GỐM SỨ Nd2Si2O7............................................34
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....36
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU...............................................................................36
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU..................................................................................36
2.2.1. Điều chế SiO2 từ tro trấu.....................................................................................36
2.2.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu Nd2Si2O7 ..........................................................38
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................................................40
2.3.1. Phương pháp phân tích nhiệt ..............................................................................40
2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X................................................................................41
2.3.3. Phương pháp đo màu...........................................................................................43
2.3.4. Phương pháp đánh giá chất lượng màu trên men gạch......................................44
2.3.5. Phương pháp đơn biến ........................................................................................44
2.3.6. Phương pháp xử lý số liệu ..................................................................................44
2.4. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT..............................................................45
2.4.1. Dụng cụ................................................................................................................45
2.4.2. Thiết bị.................................................................................................................45
2.4.3. Hoá chất...............................................................................................................45

6. 6
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................46
3.1. Nghiên cứu tổng hợp SiO2 từ tro trấu....................................................................46
3.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu Nd2Si2O7..............................................................47
3.2.1. Khảo sát sự phân hủy nhiệt của mẫu phối liệu...................................................47
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung ..............................................................48
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu................................................................50
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của lực ép viên...................................................................51
3.2.4. Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu .............................................................52
3.2.4.1. Thử màu sản phẩm trên men gốm ...................................................................52
3.2.4.2. Khảo sát cường độ màu, khả năng phát màu trên men...................................53
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................54
4.1. KẾT LUẬN............................................................................................................54
4.2. KIẾN NGHỊ ...........................................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................55
PHỤ LỤC .....................................................................................................................57

7. 7
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

8. 8
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Các thành phần oxit có trong tro trấu............................................................14
Bảng 1.2. Màu tia bị hấp thụ và màu tia ló trong vùng khả kiến.................................20
Bảng 1.3. Một số loại chất màu tổng hợp bền nhiệt sử dụng cho gạch ốp lát.............26
Bảng 3.1. Bảng số liệu của quá trình tổng hợp SiO2....................................................46
Bảng 3.2. Kết quả đo màu mẫu men.............................................................................53

9. 9
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cây lúa và vỏ trấu ........................................................................................12
Hình 1.2. Vỏ trấu được thải bỏ bừa bãi ........................................................................13
Hình 1.3. Aerogel làm từ vỏ trấu ..................................................................................16
Hình 1.4. Sơ đồ tổng hợp theo phương pháp gốm truyền thống .................................18
Hình 1.5. Sơ đồ phản ứng giữa MgO và Al2O3............................................................30
Hình 2.1. Vỏ trấu được ngâm axit..............................................................................36
Hình 2.2. Tro trấu..........................................................................................................35
Hình 2.3. Hỗn hợp tro và dd NaOH..............................................................................37
Hình 2.4. Dung dịch thu được sau khi lọc....................................................................36
Hình 2.5. Tạo gel SiO2...............................................................................................37
Hình 2.6. SiO2 thành phẩm ...........................................................................................36
Hình 2.7. Sơ đồ tia tới và tia nhiễu xạ trên mạng tinh thể. ..........................................42
Hình 2.8. Độ tù của pic nhiễu xạ gây ra do kích thước hạt .........................................43
Hình 2.9. Hệ tọa độ biểu diễn màu sắc CIE L*a*b*....................................................44
Hình 3.1.Tro trấu Hình 3.2. Dung dịch lọc...............................................................46
Hình 3.3. Silicagel Hình 3.4. SiO2 tinh khiết..............................................................46
Hình 3.5. Giản đồ XRD của các mẫu SiO2 tổng hợp được..........................................47
Hình 3.6. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu phối liệu Nd2O3.2SiO2.nH2O..................48
Hình 3.7. Giản đồ XRD của các mẫu T1, T2, T3.........................................................49
Hình 3.8. Giản đồ XRD của các mẫu M1, M2, M3.....................................................50
Hình 3.9. Giản đồ XRD của các mẫu B1, B2, B3........................................................51
Hình 3.10. Quy trình thử nghiệm màu men trên gạch ................................................52
Hình 3.11. Sản phẩm bột màu tổng hợp được..............................................................52
Hình 3.12. Mẫu Nd2Si2O7 sau khi tráng men ...............................................................53

10. 10
MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Ngành công nghiệp gốm sứ là một trong những ngành cổ truyền được ra đời và
phát triển rất sớm. Hơn 9000 năm trước công nguyên, vật liệu gốm đã được con
người biết đến và sử dụng. Từ lâu nước ta đã nổi tiếng với những làng gốm như Bát
Tràng, Hương 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 bước
phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới nói chung và cũng như Việt Nam nói riêng.
Với những yêu cầu cao, chọn lọc của người tiêu dùng các sản phẩm gốm sứ không
những phải đa dạng phong phú về chủng loại mẫu mã, kiểu dáng chất lượng 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 trường, và bền mãi với thời gian, làm cho giá trị thẩm
mỹ của các chủng loại sản phẩm này được nâng cao. Song chi phí cho chất màu sản
xuất gốm sứ là khá lớn, chiếm khoảng 20% giá thành sản phẩm, nước ta đa số chất
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 thường có chứa các kim loại nặng
như cadimi, chì, crom hay coban… có hại cho sức khỏe con người. Gần đây, các
nguyên tố đất hiếm như scandi, ytri, lantan, neodym, xeri… cho thấy có thể tạo ra
chất màu thân thiện với môi trường, không độc hại hoặc ít độc hại hơn so với kim
loại nặng. Vì vậy, xu hướng nghiên cứu tổng hợp chất màu thân thiện với môi
trường 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 như
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.

11. 11
Trên thực tế, Việt Nam là quốc gia sản xuất gạo đứng thứ hai trên thế giới với
sản lượng gạo ước tính trung bình đạt khoảng 42 tỉ tấn trên năm. Như vậy, hàng năm
lượng 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 được sử dụng nhiều
trong sản xuất. Vỏ trấu sau khi cháy, các thành phần hữu cơ bị phân hủy và thu được
tro trấu. Tro trấu là một trong những nguyên liệu giàu SiO2 nhất, đạt khoảng 90 đến
98 % về khối lượng nên nó là nguồn nguyên liệu lý tưởng để tổng hợp vật liệu SiO2.
Vật liệu SiO2 được biết đến từ lâu với nhiều ứng dụng như 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 nước 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 được.
III. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các điều kiện thích hợp để tổng hợp chất màu Nd2Si2O7 với SiO2
được điều chế từ tro trấu.
IV. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích nhiệt
- Phương pháp nhiễu xạ tia X
- Phương pháp đo màu
- Phương pháp đánh giá chất lượng màu trên men gạch
- Phương pháp đơn biến
- Phương pháp xử lý số liệu
V. Cấu trúc luận văn
Chương 1. Tổng quan lý thuyết
Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 3. Kết quả và thảo luận
Chương 4. Kết luận và kiến nghị

12. 12
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. TỔNG QUAN VỀ VỎ TRẤU VÀ TRO TRẤU
1.1.1. Giới thiệu về vỏ trấu
Khi nhắc đến vỏ trấu thì từ những người nông dân cho đến những nhà nghiên
cứu đều có thể nêu được những công dụng của chúng. Trấu được sử dụng làm chất
đốt hay trộn với đất sét làm vật liệu xây dựng… Không những trấu được sử dụng
làm chất đốt trong sinh hoạt hàng ngày mà còn được sử dụng như là một nguồn
nguyên liệu thay thế để cung cấp nhiệt trong sản xuất với giá rất rẻ...
Hình 1.1. Cây lúa và vỏ trấu
Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát.
Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt
và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro (Theo Energy Efficiency Guide for
Industry in Asia). Chất hữu cơ chứa chủ yếu cellulose, lignin và Hemi - cellulose
(90%), ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ. Lignin chiếm
khoảng 25 - 30% và cellulose chiếm khoảng 35 - 40%.
Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu hết các
loài động vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất dễ
cháy nên có thể dùng làm chất đốt. Sau khi đốt, thành phần hóa học chủ yếu của tro
trấu là SiO2 ở dạng vô định hình và vi tinh thể. Ngoài ra thành phần tro trấu cũng
chứa một lượng nhỏ các oxit K2O, CaO, P2O5, MgO, Fe2O3, ...
1.1.2. Hiện trạng vỏ trấu tại Việt Nam
Vỏ trấu có rất nhiều tại Đồng bằng sông Cửu Long và Đồng bằng sông Hồng, 2
vùng trồng lúa lớn nhất cả nước. Chúng thường không được sử dụng hết nên phải

13. 13
đem đốt hoặc đổ xuống sông suối để tiêu hủy. Theo khảo sát, lượng vỏ trấu thải ra tại
Đồng bằng sông Cửu Long khoảng hơn 3 triệu tấn/năm, nhưng chỉ khoảng 10% trong
số đó được sử dụng. Về sau, trấu còn được dùng để làm củi trấu (trấu ép lại thành
dạng thanh), nhưng cũng chỉ sử dụng được khoảng 12.000 tấn vỏ trấu/năm.
Tại đồng bằng sông Cửu Long, các nhà máy xay xát đổ trấu xuống sông, rạch.
Trấu trôi lềnh bềnh đi khắp nơi, chìm xuống đáy gây ô nhiễm nguồn nước. Tại đây,
trấu chỉ có công dụng duy nhất là làm chất đốt. Nhưng để sử dụng loại chất đốt cồng
kềnh này, một số hộ gia đình phải vận chuyển nhiều lần và phải có nhà rộng để chứa.
Các nhà máy xay xát của tỉnh Hậu Giang thải ra khoảng 220.000 tấn trấu, trung
bình mỗi ngày, mỗi nhà máy xay xát thải ra 24,5 tấn trấu. Lượng trấu thải ra không
được tiêu thụ ngay, ứ đọng lại. Các nhà máy thường un trấu thành phân trấu, đổ thành
đống cao.
Năm 2009, ở một số huyện vùng sâu thuộc TP Cần Thơ và tỉnh An Giang,
người dân bức xúc trước tình trạng một lượng lớn vỏ trấu trôi khắp mặt sông, gây ô
nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt. Dọc một số bờ sông ở quận
Ô Môn, huyện Thới Lai, huyện Cờ Đỏ của TP Cần Thơ như sông Thị Đội, sông
Ngang... rất nhiều vỏ trấu trôi trên mặt sông. Bờ sông ngập một màu vàng của vỏ
trấu. Nước sông ở những đoạn này vốn đã ô nhiễm, giờ quyện với mùi vỏ trấu phân
hủy tạo nên một mùi rất khó chịu. Con sông này bị ô nhiễm nặng nề nên không thể
dùng nước để sinh hoạt được. Chính vì bị một lượng vỏ trấu thải ra sông như thế mà
người dân ở đây không có nước sinh hoạt, ảnh hưởng đến giao thông qua lại của ghe
tàu, đồng thời việc nuôi cá ở đây bị cản trở vì dòng nước bị ô nhiễm quá nặng [8].
Hình 1.2. Vỏ trấu được thải bỏ bừa bãi
Lượng vỏ trấu quá nhiều, không còn chỗ để chứa thì cách duy nhất là tuồn
xuống sông để nước sông cuốn trôi chứ cũng chẳng biết làm gì hơn.

14. 14
Điều đó cho thấy, vỏ trấu nếu không được ứng dụng và sử dụng đúng cách thì
nó sẽ trở thành tác hại gây nên ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến người dân sống
xung quanh khu vực đó.
1.1.3. Tro trấu
1.1.3.1. Thành phần hóa học
Vỏ trấu sau khi cháy các thành phần hữu cơ sẽ chuyển hóa thành tro chứa các
thành phần oxit kim loại. Silic oxit là chất có tỷ lệ phần trăm về khối lượng cao nhất
trong tro chiếm 80 – 90%. Các thành phần oxit có trong tro được thể hiện qua bảng
1.1, chúng có thể thay đổi tùy thuộc vào giống lúa, điều kiện khí hậu, đất đai của từng
vùng miền. Hàm lượng SiO2 trong tro trấu rất cao. Trong một số công trình nghiên
cứu khác hàm lượng silic trong tro cũng được công bố như: Armesto (2002) đưa ra
kết quả là 87,7%; Liou (2004) >90%; Kapur (1995) là >95% và 87 – 97% là kết quả
được Houston (1972) đưa ra [16]. Silic oxit được sử dụng trong đời sống sản xuất rất
phổ biến. Nếu tận dụng được nguồn SiO2 có ý nghĩa rất lớn với nước ta. Làm được
điều này thì vấn đề ô nhiễm môi trường do vỏ trấu cũng được cải thiện.
Bảng 1.1 Các thành phần oxit có trong tro trấu [16]
Thành phần oxit Tỷ lệ theo khối lượng (%)
SiO2 86,9 – 97,3
MgO 0,1 – 2,0
K2O 0,6 – 2,5
CaO 0,2 – 1,5
Na2O 0,3 – 1,8
Fe2O3 0,2 – 0,9
1.1.3.2. Các ứng dụng của tro trấu
a. Aerogel – mặt hàng công nghệ cao
Nhu cầu nghiên cứu khai thác tro trấu phế phẩm hiện nay thành nguyên liệu
trong công nghiệp sản xuất các mặt hàng giá trị cao đang được coi trọng nhằm tạo giá
trị tăng thêm cho nông dân. Aerogel –là một trong các mặt hàng đó, được sản xuất từ
loại tro trấu tinh sạch. Căn bản của kỹ thuật sản xuất ở chỗ cách đốt, để trước hết thu
được nguồn năng lượng lớn và ổn định phục vụ nhu cầu chạy máy hay phát điện, sau

15. 15
là để có các loại tro trấu, tro đen hay tro xốp (biochar) thuần chất tiện cho việc sản
xuất mặt hàng công nghiệp.
Trong cách đốt bếp, đốt lò thông thường chúng ta chỉ tạo ra tro xám, gồm các tỷ
lệ khác nhau của tro trắng, tro đen, tro xốp và một tỷ lệ không nhỏ tro cháy bán phần
còn nhiều chất than. Việc tách ly mỗi loại tro trong trường hợp này sẽ rất tốn kém và
lại cũng rất ô nhiễm, bụi bặm. Vì vậy các kỹ thuật đốt mới thiên về việc chỉ cho ra
một loại tro, cũng nhờ đó mà cho ra một tỷ suất nhiệt lượng nhất định tiện để sử dụng
cho mục tiêu công nghiệp.
Trong kỹ thuật sản xuất aerogel, vỏ trấu được rửa sạch, khử tạp bằng axit
sunfuric, phơi khô, rồi đem đốt trong buồng gió ở nhiệt độ khống chế 650-700o
C. Ở
nhiệt độ có kiểm soát này tro trấu tạo thành một loại tro trắng 92-97% silic oxit không
kết tinh, cấp hạt nano, có hoạt tính rất cao. Hàm lượng tro đen gồm nhóm SiOH và
SiO2 kết tinh hình thành trong đó rất thấp. Tro trắng 98% cũng là nguyên liệu thương
phẩm cung cấp cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau, trong đó có ngành sản xuất
tấm pin mặt trời và làm con chip điện tử.
Tro đốt sau đó được cho hòa tan trong dung dịch natri hidroxit (xút) và khuấy
đều ở 90o
C để tạo thành natri silicat. Dùng axit sunfuric để chuyển toàn bộ dung dịch
natri silicat sang thể hidrogel. Cũng có nơi dùng giấm chua tức axit axetic thay thế
axit sunfuric để hạ giá thành. Để hidrogel ổn định trong khoảng 5 ngày rồi dùng nước
rửa mạnh để loại bỏ natri sunfat sinh ra từ quá trình phản ứng. Cuối cùng chuyển
hidrogel thành ancolgel bằng cách đưa rượu etanol vào đẩy nước ra ngoài.
Sau đó đưa ancolgel vào các nồi áp suất (autoclave), bổ sung vào đó một ít
rượu, rồi nâng nhiệt từ từ trong khoảng 7 giờ: 50o
C/giờ cho đến 200o
C/giờ, 25o
C/giờ
cho đến 275o
C và giữ mức nhiệt này trong khoảng 1 giờ để toàn bộ ancol bay ra
thành hơi cho hơi rượu thoát ra từ từ khỏi nồi trong vòng 1 giờ rưỡi để hạ áp suất bên
trong đến mức bình thường. Từ đó bắt đầu hạ nhiệt xuống, cũng từ từ, để có mẻ sản
phẩm aerogel tốt. Aerogel thương phẩm sản xuất theo quy trình này có dạng hạt rời,
cứng, giòn, trong suốt, cực mịn đến cấp hạt nano, được đóng gói để bán hoặc ép
thành cấu kiện cung cấp cho các nhà máy.

16. 16
Hình 1.3. Aerogel làm từ vỏ trấu
Aerogel là thứ bột cách nhiệt tốt nhất hiện nay, gấp 37 lần loại sợi thủy tinh.
Với kỹ thuật mới này Đại học kỹ thuật Malaysia đã sản xuất thành công và hạ giá bán
aerogel thương phẩm từ 2.600 USD xuống còn 250 USD/kg, tạo điều kiện ứng dụng
rộng rãi aerogel cách nhiệt, cách âm cho các trang bị điện tử, các loại tủ lạnh và kho
lạnh, làm lớp kẹp ngăn nhiệt cho các loại cửa kính và cả trong kết cấu công trình xây
dựng cao cấp [11].
b. Điều chế silic đioxit
Tro của trấu sau khi đốt cháy có hơn 80% là silic oxit. Silic oxit là chất được sử
dụng trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, thời trang, luyện thủy tinh… Hiện nay đã có
nhiều tác giả sử dụng tro trấu để điều chế ra silic dioxit. Có các đề tài điều chế silic
dioxit từ tro trấu như: Nguyễn Văn Bỉnh, trường Đại học Đà Nẵng đã thực hiện đề tài
“Nghiên cứu tách silic dioxit từ vỏ trấu và ứng dụng làm chất hấp phụ một số hợp
chất hữu cơ” (2011), “Nghiên cứu quy trình thu hồi silica từ tro trấu, ứng dụng tổng
hợp phụ gia cho xi măng mác cao (Phần 1)” là đề tài do TS.Huỳnh Quyền,
TS.Trương Hoài Chính thực hiện [16].
Quy trình sản xuất silic dioxit từ tro trấu như sau: vỏ trấu được rửa sạch, phơi
khô, đốt, nung ở 700o
C thu được tro trấu. Sau đó thêm dung dịch NaOH rồi đun
nóng. Lọc thu được dung dịch. Thêm dung dịch HCl 2M thu được hỗn hợp dạng gel.
Rửa bằng nước cất nhiều lần thu được SiO2.nH2O. Đem sấy ở 100o
C sau đó nung ở
500o
C thu được SiO2 [21].
1.2. KHÁI QUÁT VỀ GỐM SỨ
Gốm sứ là những sản phẩm mà nguyên liệu ban đầu là cao lanh, đất sét, hoặc
có thể có thêm một số nguyên liệu khác như titanat, ferit,… Những nguyên liệu này

17. 17
được đem nung kết khối ở nhiệt độ cao. Lúc này các phản ứng pha rắn xảy ra tạo
nên sản phẩm có nhiều đặc tính quý như: bền nhiệt, bền hóa, có cường độ cơ học
cao (chịu nén, mài mòn,…). Một số gốm kĩ thuật còn có nhiều tính chất khác như
tính áp điện, tính bán dẫn,…
Sản phẩm gốm sứ được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực: xây dựng, kĩ thuật
điện, điện tử, truyền tin, truyền hình, tự động hóa, kĩ thuật điều khiển, kể cả ngành
du hành vũ trụ,… Nhu cầu sử dụng vật liệu gốm ngày càng nhiều đã thúc đẩy ngành
khoa học vật liệu gốm ngày càng phát triển. Khoa học vật liệu gốm nghiên cứu
thành phần pha của vật liệu, giải thích và làm sáng tỏ các quá trình biến đổi của
chúng, từ đó xác định điều kiện công nghệ thích hợp để tạo nên những vật liệu mới
có thành phần pha và những tính chất được dự báo trước.
Vật liệu gốm được phân thành hai loại: gốm truyền thống và gốm kĩ thuật.
1.2.1. Vật liệu gốm sứ
Với nhu cầu sử dụng gốm sứ ngày càng nhiều đã thúc đẩy khoa học nghiên
cứu về vật liệu gốm sứ ngày càng phát triển. Khoa học nghiên cứu về vật liệu gốm
sứ chủ yếu nghiên cứu thành phần pha của vật liệu, giải thích và làm sáng tỏ các
quá trình biến đổi của chúng. Từ đó xác định điều kiện công nghệ thích hợp, tạo nên
những vật liệu mới có hình dạng xác định, thành phần pha và những tính chất được
dự báo trước. Việc nghiên cứu cấu trúc vi mô của vật liệu đang có xu hướng của
quá trình tạo nên những vật liệu mới. Quá trình này thúc đẩy những biến đổi về mặt
công nghệ, dẫn tới việc sử dụng nguyên liệu tổng hợp, những thiết bị được điều
khiển nghiêm ngặt bởi thông số công nghệ.
Vật liệu ở đây được hiểu là những vật rắn mà con người sử dụng để chế tạo
dụng cụ máy móc, thiết bị, xây dựng công trình,... Dựa vào cấu trúc, tính chất đặc
trưng của vật liệu, người ta phân biệt bốn nhóm vật liệu chính là vật liệu kim loại, vật
liệu vô cơ không kim loại (ceramics), vật liệu hữu cơ (polymer) và vật liệu
composite. Ngoài ra còn có các nhóm phụ nằm trung gian giữa bốn loại trên như vật
liệu bán dẫn, siêu dẫn, silicone và polymer dẫn điện,... Gốm sứ thuộc nhóm vật liệu
vô cơ không kim loại [2].

18. 18
1.2.2. Gốm truyền thống
Gốm truyền thống thường có thành phần chủ yếu là silicat, aluminat,…
thường được sản xuất từ nguyên liệu chủ yếu là đất sét trộn với vài loại khoáng vật
hoặc hóa phẩm khác và được sản xuất theo một qui trình chung như sau:
Hình 1.4. Sơ đồ tổng hợp theo phương pháp gốm truyền thống [14]
Khâu chuẩn bị nguyên liệu: nghiền các khoáng vật rắn (thường là trường
thạch), sa lắng đất sét để lấy cấp hạt mong muốn, đồng thời loại bỏ những tạp chất
làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Khâu chuẩn bị phối liệu: tính toán thành phần các nguyên liệu đúng theo yêu
cầu sản xuất, nghiền trộn phối liệu thật kĩ để đồng nhất về thành phần hóa học của
toàn khối phối liệu, giúp cho các phản ứng hóa học xảy ra dễ dàng khi nung.
Khâu tạo hình: sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như tạo hình dẻo, tạo
hình theo phương pháp đổ rót, tạo hình theo phương pháp nén ép,…
Sau khi tạo hình xong phải sấy khô để loại bỏ nước tham gia trong giai đoạn
tạo hình, loại bỏ nước hấp phụ, nước cấu trúc và làm cho vật liệu có độ bền cơ học
tương đối để việc sửa chữa mộc và tráng men được dễ dàng.
Giai đoạn quan trọng nhất là nung đến thiêu kết sản phẩm (nung trong không
khí). Giai đoạn này thực hiện phản ứng giữa các pha rắn, kết khối các hạt sản phẩm
rắn và ổn định hình dáng sản phẩm [14].
Với các loại gốm xây dựng, gốm sinh hoạt và đặc biệt là gốm mỹ nghệ, thường
còn thêm giai đoạn tráng men và trang trí màu. Tráng men có tác dụng nâng cao
nhiều tính chất của sản phẩm như: độ bền cơ học, độ bền hóa học, tính cách điện và
tạo cho sản phẩm có vẻ đẹp bên ngoài. Nguyên liệu làm men cũng tương tự nguyên
liệu sản xuất gốm mộc, chỉ khác nhau ở chỗ nguyên liệu làm men phải sạch, ít tạp
chất và chứa nhiều thành phần dễ chảy (Na2O, K2O, CaO,…). Để trang trí cho đồ
gốm còn sử dụng các chất màu (các oxit kim loại chuyển tiếp). Có thể vẽ màu xong
rồi mới phủ một lớp men ở ngoài (màu dưới men), hoặc tráng men xong mới vẽ màu
Chuẩn bị
nguyên
liệu
Trộn
phối liệu
Tạo hình,
sấy khô
Nung
đến kết
khối
Sản phẩm

19. 19
(màu trên men). Sản lượng gốm truyền thống thường rất lớn, gồm nhiều loại khác
nhau như: gốm xây dựng, gốm sinh hoạt, gốm mỹ nghệ, vật liệu chịu lửa,…[13].
1.2.3. Gốm kĩ thuật
Với sự phát triển nhanh chóng của nhiều ngành khoa học và công nghệ mới như
điện tử vô tuyến, kĩ thuật bán dẫn, hàng không, tên lửa, chinh phục vũ trụ,… đòi hỏi
phải có nhiều loại vật liệu có cấu trúc và tính chất đặc biệt. Những yêu cầu đó tạo điều
kiện ra đời một loại gốm mới là gốm kĩ thuật, khác với gốm truyền thống về nhiều mặt.
Nguyên liệu cho gốm kĩ thuật là các chất nguyên chất (có thể là muối đơn, muối
phức, hoặc oxit,…). Sản phẩm của gốm kĩ thuật phần lớn là đơn pha có cấu trúc tinh
thể xác định, hoàn toàn có trật tự hoặc có các khuyết tật theo mong muốn. Gốm kĩ
thuật là các oxit nguyên chất, ferit, titanat, zirconat, cacbua, nitrua, silixua,...
Để sản xuất gốm kĩ thuật phải dùng nhiều phương pháp mới như đúc rót từ
khối dẻo, tạo hình bằng phương pháp phun thủy lực trong pha hơi, phương pháp
xung năng lượng cao (phương pháp nổ), kết tinh từ hệ gel đồng thể, kết tinh từ pha
thủy tinh, sử dụng các phản ứng vận chuyển trong pha khí, phương pháp khử điện
hóa, phương pháp hóa học mềm,… Quá trình thiêu kết gốm kĩ thuật phải thực hiện
trong môi trường đặc biệt (khí quyển trơ, khí quyển oxi hóa hoặc khí quyển khử).
Sản lượng gốm kĩ thuật không lớn, nhưng đòi hỏi chất lượng cao [13].
Gốm sứ là một trong những sản phẩm đã có từ lâu đời và được sử dụng rộng
rãi trong đời sống con người. Có thể nói gốm sứ là loại vật liệu nhân tạo đầu tiên do
con người chế tạo ra và đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của xã hội.
Ngày nay, việc sản xuất đồ gốm rất đa dạng, bao gồm các cách thức như làm
thủ công hay sử dụng những công nghệ tiên tiến trên những dây chuyền tự động
hoàn toàn. Đặc biệt đối với gốm kỹ thuật thì tính chất vật lý của vật liệu là yêu cầu
quan trọng nhất mà quá trình sản xuất phải đạt được.
Nguyên liệu làm ra gốm sứ bao gồm đất sét, cao lanh hoặc có thêm một số
nguyên liệu khác như titanat, ferit,... Khi nung ở nhiệt độ cao, chúng kết khối, lúc
này xảy ra các phản ứng pha rắn tạo ra các sản phẩm có các đặc tính quý như bền
nhiệt, bền hóa, bền điện. Một số loại gốm kỹ thuật còn có các tính chất đặc biệt như
tính áp điện, tính bán dẫn hoặc có độ cứng cao (ngang kim cương). Với các đặc tính
như trên, gốm sứ được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực từ dân dụng cho đến

20. 20
các ngành công nghiệp hiện đại như kỹ thuật điện, điện tử, truyền tin, truyền hình,
tự động hóa, kỹ thuật điều khiển,...[2].
1.3. KHÁI QUÁT VỀ CHẤT MÀU GỐM SỨ
1.3.1. Lý thuyết cơ bản về màu sắc
Chúng ta có thể nhận biết được vật chất tồn tại xung quanh nhờ màu sắc của
chúng. Nhờ khả năng hấp thụ toàn bộ ánh sáng có chọn lọc mà vật có những màu
sắc đặc trưng, cụ thể:
- Nếu ánh sáng trắng chiếu vào vật mà bị khuếch tán hoàn toàn hoặc đi qua
hoàn toàn thì chất đó có màu trắng hoặc không màu.
- Nếu vật hấp thụ hoàn toàn tất cả các tia của ánh sáng trắng thì vật có màu đen.
- Nếu sự hấp thụ chỉ xảy ra ở một khoảng nào đó của vùng khả kiến thì các bức
xạ ở khoảng còn lại sẽ cho ta một màu sắc nào đó.
Bảng 1.2. Màu tia bị hấp thụ và màu tia ló trong vùng khả kiến
Bước sóng của dải
hấp thụ (nm)
Màu tia bị hấp thụ Màu tia ló
< 400 Tia tử ngoại Không màu
400 – 435 Tím Lục – vàng
435 – 480 Lam Vàng
480 – 490 Lam – lục nhạt Cam
490 – 500 Lục – lam nhạt Đỏ
500 -560 Lục Đỏ tía
560 – 580 Lục – vàng Tím
580 – 595 Vàng Lam
595 – 605 Cam Lam – lục nhạt
605 – 750 Đỏ Lục – lam nhạt
> 750 Tia hồng ngoại Không màu
Màu sắc được đặc trưng bởi các yếu tố:
- Sắc (tông màu): tông màu của một chất được biểu thị bởi tông của màu đơn
sắc có bước sóng trội, chỉ sự khác biệt về cảm giác màu của một màu, được biểu thị
bằng các từ chỉ sắc màu như đỏ tía, đỏ cam, xanh tím,...

21. 21
- Độ thuần sắc - độ bão hòa: độ thuần sắc xác định sắc thái trong màu. Các
màu đơn sắc có độ thuần sắc 100%, màu đa sắc chứa màu trội càng lớn càng thuần
sắc, các màu vô sắc có độ thuần sắc kém. Độ bão hòa chỉ sự khác biệt giữa màu của
vật với màu trắng, như vậy các màu quang phổ có độ bão hòa không giống nhau.
Mức độ bão hòa của màu quang phổ:
Vàng < vàng lục < lục < cam < lam < đỏ < chàm < tím.
- Độ chói - độ sáng: độ chói của màu là độ chói của nguồn bức xạ hay độ
chói của vật được chiếu sáng còn độ sáng là thước đo độ cảm thụ màu của cơ quan
thị giác.
Ngoài ra, màu sắc còn được đặc trưng bởi các yếu tố như độ sâu, độ cao màu
và cường độ màu [6].
1.3.2. Nguyên nhân gây ra màu cho khoáng vật
Với các khoáng vật, màu sắc mà chúng có được là kết quả của việc hấp thụ
chọn lọc các tia sáng có bước sóng xác định. Điều này được giải thích bởi trạng thái
tồn tại và sự chuyển dịch của điện tử trong phân tử chất màu. Các quá trình chuyển
dịch điện tử dẫn đến sự hấp thụ bức xạ điện tử bao gồm: sự chuyển mức năng lượng
của electron bên trong nguyên tử hoặc ion kim loại chuyển tiếp, sự chuyển electron
giữa các nguyên tố trong cùng một cấu trúc tinh thể, sự chuyển điện tử do khuyết tật
bên trong cấu trúc tinh thể, sự chuyển mức giữa các dải năng lượng.
1.3.2.1. Sự chuyển electron nội
Trong ion nguyên tố gây màu có chứa các electron thuộc phân lớp d và f. Bình
thường các electron này chuyển động trên những obitan có năng lượng xác định
(gọi là trạng thái cơ bản). Nhưng khi có ánh sáng chiếu vào, các electron này sẽ hấp
thụ năng lượng thích hợp từ (ΔE = 25000 ÷ 14000 cm-1
) ứng với một tia nào đó
trong chùm ánh sáng chiếu vào để chuyển lên obitan có mức năng lượng cao hơn
(gọi là trạng thái kích thích) làm cho ánh sáng truyền qua có màu.
Khoáng vật có màu do sự chuyển mức năng lượng của các electron thuộc phân lớp
3d thường xảy ra trong các ion kim loại chuyển tiếp như Ti3+
, Mn3+
, Cr3+
, Fe3+
, Co2+
,…
Còn với các nguyên tố họ lantanoit màu được tạo ra thông qua sự chuyển mức năng
lượng của các electron 4f như các khoáng: monazite, xenotime, gadolinite,… [10].

22. 22
1.3.2.2. Sự chuyển electron giữa các nguyên tố trong cùng một tinh thể
Sự chuyển electron xảy ra khi các electron dịch chuyển giữa các ion nằm trong
một cấu trúc tinh thể. Sự chuyển electron có thể diễn ra từ kim loại sang phối tử, từ
phối tử sang kim loại hoặc từ kim loại sang kim loại. Về cơ bản, quá trình này được
kích hoạt bởi các tia cực tím có năng lượng cao, nhưng do các dải hấp thụ có thể xuất
hiện trong vùng khả kiến làm cho ánh sáng truyền qua có màu. Sự chuyển electron diễn
ra thuận lợi khi các nguyên tố nằm cạnh nhau trong cùng một cấu trúc tinh thể có khả
năng tồn tại ở nhiều mức oxi hóa khác nhau như: Fe2+
và Fe3+
, Mn2+
và Mn3+
, Ti3+
và
Ti4+
. Sự chuyển electron cũng diễn ra dễ dàng khi có sự mất cân bằng về điện tích do
sự thay thế đồng hình, chẳng hạn như sự thay thế ion Fe2+
và Mg2+
bởi ion Al3+
và Fe3+
.
Sự chuyển electron này xảy ra ứng với những kích thích năng lượng nhỏ (ánh sáng
kích thích trong vùng khả kiến) và tạo ra màu trong các khoáng vật.
Một số khoáng vật có màu do sự chuyển electron gồm: augite, biotite, cordierite,
glaucophane và các khoáng amphibole [10].
1.3.2.3. Sự chuyển electron do sự khuyết tật trong mạng lưới tinh thể
Về mặt nhiệt động học mà nói sự hình thành khuyết tật ở một mức độ nào đó
là thuận lợi về mặt năng lượng. Trong mạng lưới tinh thể của các khoáng thường
chứa các khuyết tật mạng, chính các khuyết tật này có khả năng hấp thụ ánh sáng
tạo ra các tâm màu. Có hai loại tâm màu phổ biến: tâm F - electron chiếm các lỗ
trống, tâm F’ - electron chiếm các hốc mạng. Sự chuyển mức năng lượng liên quan
tới việc chuyển electron ở trong các nút mạng và các hốc xuất hiện khá phổ biến
trong tự nhiên. Một số khoáng vật có màu do khuyết tật trong mạng tinh thể hay gặp
là: halite, florite, calcite,…
Các khoáng vật tạo màu trong tự nhiên thường có hàm lượng không cao, lẫn
nhiều tạp chất, thành phần khoáng không ổn định không đáp ứng cho việc sử dụng
làm chất màu gốm sứ. Ngày nay, chất màu cho gốm sứ phải vừa đáp ứng yêu cầu
trang trí, vừa phải có thành phần ổn định, phải chống chịu tốt trước tác động của nhiệt
độ cao cũng như các tác nhân hóa học. Từ những yêu cầu khắt khe đó mà hầu hết
chất màu cho gốm sứ đều phải được điều chế bằng con đường nhân tạo [10].

23. 23
1.3.2.4. Sự chuyển mức các dải năng lượng
Cơ chế tạo màu này liên quan tới các dải màu đậm của các khoáng sulfua,
arsenua và các khoáng chất khác có họ với chúng. Nguồn gốc màu của chúng là do
sự chuyển mức năng lượng từ vùng hóa trị tới vùng dẫn trong tinh thể, các đỉnh hấp
thụ thường nằm trong vùng khả kiến rộng nên chúng có cường độ màu đậm [10].
1.3.3. Chất màu cho gốm sứ
Các chất màu cho gốm sứ phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau đây:
- Phải bền vững với tác động của nhiệt độ cao trong quá trình đưa màu lên sản
phẩm gốm.
- Không bị tác động hòa tan các chất nóng chảy, các loại men và chất chảy.
- Dễ dàng phủ, trang trí lên sản phẩm.
- Có tính kinh tế.
Để có thể đồng thời tuân thủ toàn bộ các yêu cầu nêu trên là rất khó. Yêu cầu
khó nhất là làm sao phải nhận được tông màu cần thiết. Thông thường mỗi một tông
màu chỉ có thể thu nhận được khi phối hợp một số lượng thành phần rất hạn chế.
Các tông màu khác nhau có thể được tạo thành bằng con đường khác nhau
bằng cách lựa chọn các nguyên liệu sử dụng (các oxit, các muối cacbonat,...) hoặc
bằng các phương pháp chuẩn bị các hỗn hợp oxit kim loại, hoặc nhiệt độ nung kết
thúc quá trình,...
Theo đặc tính sử dụng các chất màu gốm sứ được chia thành hai loại: chất
màu trên men (dễ chảy hoặc được gọi là chất màu nhẹ lửa) và chất màu dưới men
(khó chảy hoặc được gọi là chất màu nặng lửa).
Chất màu trên men: sử dụng để trang trí cho các sản phẩm gốm xốp và sứ.
Chúng được phủ một lớp mỏng lên trên bề mặt sản phẩm đã phủ men nung sơ bộ.
Chúng tạo lên trên bề mặt một lớp phim mỏng, gắn chặt với bề mặt xương gốm sứ
khi nung trong lò nung ở nhiệt độ 720o
C − 850o
C. Các chất màu trên men sau khi
phủ chúng trên men của xương gốm sứ và nung thường có độ bóng rất đẹp và tông
màu rất sáng nhưng về mặt hóa học và cơ học thì chúng kém bền hơn so với chất
màu dưới men. Các chất màu trên màu trên men khá phong phú về chủng loại.

24. 24
Chất màu dưới men: thường được phủ trực tiếp lên các sản phẩm đã nung sơ bộ
hoặc đã sấy khô, sau đó các sản phẩm này được phủ men và chúng được nung cùng
nhau. Nhờ có một lớp men bóng và trong suốt che phủ trên lớp chất màu nên các chất
màu này bám rất chặt trên bề mặt sản phẩm và có màu rất đẹp. Tuy nhiên chủng loại
của chất màu dưới men rất hạn chế, bởi chỉ có rất ít các oxit màu của kim loại chịu
đựng được nhiệt độ cao mà không bị phân hủy. Trong chủng loại các chất màu dưới
men cho gốm xốp nung ở nhiệt độ 1160o
C – 1200o
C không có được các tông màu rực
rỡ. Còn chủng loại chất màu dưới men cho sứ nung tới nhiệt độ 1400o
C cho tới nay
thì chỉ có một số rất ít chất màu. Song các chất màu này với những đặc tính thẩm mỹ
và độ bền vững rất cao đã trở nên rất quý giá, vì vậy phát triển mở rộng chủng loại
gam chất màu dưới men này là một nhiệm vụ quan trọng trong lĩnh vực tổng hợp chất
màu gốm sứ của các nhà khoa học trên thế giới hiện nay.
Màu trộn vào xương gốm: chủ yếu được sử dụng phổ biến cho xương gạch
granite nhân tạo. Bột màu được nghiền trộn chung với phối liệu xương gạch, sau đó
ép tạo hình gạch mộc, trang trí các hiệu ứng bề mặt gạch rồi nung thiêu kết khoảng
1200o
C đến 1250o
C.
Màu trộn vào men: màu trộn vào men được tạo ra bằng cách đưa trực tiếp một
số hợp chất gây màu hoặc các chất màu tổng hợp bền nhiệt vào men. Đối với loại
màu này, độ mịn của bột màu ảnh hưởng lớn đến độ che phủ màu trong men nên
quyết định đến cường độ phát màu của men và độ đồng đều màu sắc của lớp men
(bên cạnh yếu tố độ trong suốt của men). Bột màu có cỡ hạt càng mịn cho màu
trong men có cường độ màu càng cao. Sự phân bố màu trong men được phân thành
hai cơ chế dựa trên bản chất của chúng như sau:
Sự tạo màu trong men bằng các phân tử màu: các phân tử màu thường được tạo
bởi các oxit kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm. Chẳng hạn như các oxit sắt, coban,
mangan, crom, đồng, niken, vanadi... hòa tan được trong men nóng chảy và tạo màu
men khá phong phú cho sản phẩm gốm mỹ nghệ. Màu men trong trường hợp này rất
dễ bị thay đổi về màu sắc do tương tác hoá học phức tạp của chính các oxit gây màu
với thành phần của men dưới tác động của nhiệt độ nung, môi trường nung, cũng như
sự phụ thuộc vào số phối trí của oxit gây màu tồn tại trong men.

25. 25
Sự tạo màu trong men bằng các chất màu không tan trong men (chất màu bền
nhiệt): chất màu đưa vào men là những chất màu có cấu trúc bền, không bị tan trong
men mà chỉ phân bố trong men để tạo nên màu đục trong men. Các chất màu này có
thể là những chất màu tổng hợp bền nhiệt hoặc các khoáng thiên nhiên bền có màu và
thường được sử dụng phổ biến cho công nghiệp sản xuất gạch ốp lát. Trường hợp này
màu trong men sẽ ổn định hơn, bền hơn với nhiệt độ và các tác nhân hoá học, ánh
sáng, khí quyển,... [19].
Trong các loại chất màu thì chất màu bền nhiệt sử dụng cho gốm sứ chiếm đa
phần, do nhu cầu rất lớn của ngành gạch ốp lát và sứ vệ sinh. Loại màu này thường
được phân thành hai nhóm, nhóm có màu do các ion kim loại chuyển tiếp hoặc đất
hiếm đóng vai trò như là một phần tạo mạng chính của cấu trúc và nhóm thuộc hệ
dung dịch rắn chứa các ion mang màu (dung dịch rắn thay thế hay dung dịch rắn xâm
nhập). Các chất màu thuộc nhóm thứ hai thường được tổng hợp dựa trên cơ sở đưa
một số ion kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm vào mạng lưới tinh thể của chất nền
khi nung ở nhiệt độ cao để tạo ra những khoáng bền, hoặc có thể chỉ là một thành
phần của dung dịch rắn trong cấu trúc khoáng bền đó. Do đó, độ bền của chất màu
phụ thuộc chính vào độ bền của dung dịch rắn hình thành. Cho nên trong công nghiệp
sản xuất chất màu bền nhiệt, người ta thường lựa chọn các pha tinh thể nền bền, phổ
biến nhất là các tinh thể: spinel (AB2O4), zircon (ZrSiO4), willemite (Zn2SiO4) [4],
corundum (αAl2O3), mullite (3Al2O3.2SiO2), baddeleyite (ZrO2), olivine
((Mg,Fe)2SiO4), garnet (3CaO.Al2O3.3SiO2), rutile (TiO2), cassiterit (SnO2)…
Bảng 1.3 cho thấy các oxit tạo màu được dùng chủ yếu trong các chất màu là
hợp chất giữa các oxit: sắt, coban, niken, crom, praseodym, vanadi, antimon,
mangan và titan. Các hợp chất oxit này được đưa vào các mạng lưới tinh thể nền
khác nhau với thành phần tổ hợp các oxit gây màu khác nhau đã tạo nên một loạt
các chất màu có màu sắc rất phong phú và đại diện gần như đầy đủ các tông màu.
Hiện nay, các chất màu bền nhiệt sử dụng cho sản xuất gạch ốp lát thường có nhiệt
độ sử dụng tối đa trong khoảng 1200o
C − 1260o
C, chỉ có một số ít chất màu sử dụng
đến 1350o
C và cỡ hạt bình quân của bột màu khoảng 5 μm [13].

26. 26
Bảng 1.3. Một số loại chất màu tổng hợp bền nhiệt sử dụng cho gạch ốp lát
STT Tên bột màu Công thức màu Dạng cấu trúc
1 Xanh coban
CoO.Al2O3
2ZnO.SiO2
2CoO.SiO2; 2NiO.SiO2
Spinel
Willemite
Olivine
2 Xanh lá cây
3CaO.Cr2O3.3SiO2
3(Al,Cr)2O3.2SiO2
CoO.(Al,Cr)2O3
(Al,Cr)2O3
Garnet
Mullite
Spinel
Corundum
3 Xanh da trời (Zr,V)O2.SiO2 Zircon
4 Vàng
(Zr,Pr)O2.SiO2
(Zr,V)O2
Zircon
Baddeleyite
5 Nâu
FeO.(Fe,Cr)2O3
NiO.Fe2O3
(Zn,Fe)O.Fe2O3
(Zn,Fe)O.(Fe,Cr)2O3
(Fe,Mn)O.(Fe,Cr,Mn)2O3
(Zn,Mn)O.Cr2O3
Spinel
6 Đen
(Fe,Co)O.Fe2O3
(Fe,Co)O.(Fe,Cr)2O3
(Fe,Mn)O.(Fe,Mn)2O3
(Ni,Fe)O.(Cr,Fe)2O3
Spinel
7 Hồng và đỏ
ZrSiO4.(Fe2O3)x
ZnO.(Al,Mn)2O3
(Al,Mn)2O3
(Al,Cr)2O3
(Zr,Cd,Se)O2.SiO2
Zircon
Spinel
Corundum
Corundum
Zircon
8 Ghi xám
(Co,Ni)O
(Co,Ni)O.ZrSiO4
ZnO.Cr2O3
Periclaz
Zircon
Spinel
9 Tím (Sn,Co)O.Cr2O3 Spinel
10 Trắng ZrO2 Baddeleyite

27. 27
1.3.4. Cơ sở hóa lý về tổng hợp chất màu cho gốm sứ
Chất màu cho gốm sứ được tổng hợp dựa trên cơ sở một số mạng lưới tinh thể
của chất nền. Những mạng lưới đó phải đạt một số tính chất như bền ở nhiệt độ cao,
bền đối với tác dụng của các môi trường xâm thực, hòa tan được trong men hoặc
chất chảy. Có nhiều loại mạng lưới tinh thể có thể dùng làm nền để tổng hợp chất
màu cho gốm sứ như: spinel, zircon (ZrSiO4), cassiterit (SnO2), corundum (Al2O3),
baddeleyite (ZrO2), garnet 3MO.M’
2O3.3SiO2 (ví dụ 3CaO.Al2O3.SiO2), willemite
(2ZnO.SiO2), rutile (TiO2),... [9].
Tổng hợp chất màu cho gốm sứ là đưa một số ion kim loại chuyển tiếp hoặc
đất hiếm vào mạng lưới tinh thể của chất nền thì thu được chất màu đặc trưng. Để
đưa ion sinh màu vào mạng lưới tinh thể nền phải thực hiện phản ứng giữa các pha
rắn từ các oxit. Ion sinh màu ở trong tinh thể nền dưới dạng dung dịch rắn xâm nhập
(ion sinh màu nằm ở các hốc trống trong mạng lưới tinh thể nền), dung dịch rắn
thay thế (ion sinh màu thay thế ion tinh thể nền tại các nút mạng lưới) hoặc dưới
dạng tạp chất trong tinh thể nền.
Quá trình tổng hợp chất màu cho gốm sứ được tiến hành theo phản ứng giữa
các pha rắn ở nhiệt độ cao. Đây là quá trình rất phức tạp bao gồm nhiều giai đoạn
như phát sinh các khuyết tật và làm tơi mạng tinh thể, hình thành và phân hủy dung
dịch rắn, xây dựng lại mạng lưới tinh thể nếu có quá trình chuyển dạng thù hình,
khuếch tán các cation, kết khối, tái kết tinh và đặc biệt là phản ứng tương tác giữa
các chất ban đầu.
Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào bề mặt tiếp xúc giữa các chất tham gia, phụ
thuộc vào nhiệt độ và thời gian lưu ở nhiệt độ tối đa. Trong quá trình phản ứng
xảy ra thì các hạt của một trong các chất tham gia phản ứng bị bao phủ dần bằng
lớp sản phẩm phản ứng. Có thể phân thành hai nhóm quá trình: nhóm thứ nhất là
những quá trình mà sản phẩm của phản ứng có thể tích phân tử gam bé hơn thể
tích phân tử gam của chất phản ứng, trường hợp này hạt của chất tham gia phản
ứng bị bao phủ một lớp sản phẩm xốp, tơi, không cản trở quá trình khuếch tán tiếp
tục. Nhóm thứ hai là những quá trình mà sản phẩm của phản ứng có thể tích phân
tử gam lớn hơn thể tích phân tử gam của chất phản ứng, trường hợp này chất phản
ứng còn lại bị bao phủ bằng một lớp dày đặc sản phẩm làm cản trở quá trình

28. 28
khuếch tán tiếp tục. Nhóm quá trình thứ nhất có tốc độ phản ứng nhanh hơn tốc độ
của nhóm thứ hai [15], [16].
1.3.5. Một số tiêu chuẩn để đánh giá chất màu tổng hợp cho gốm sứ
Chất màu cho gốm sứ thường được đánh giá theo các tiêu chuẩn sau:
Gam màu hay sắc thái màu: là tính đơn màu của màu sắc như xanh, đỏ, tím,
vàng,… Nó có thể được xác định dễ dàng bằng trực quan.
- Tông màu: là sự biến đổi xung quanh một đơn màu, ví dụ màu xanh gồm
xanh lục, xanh dương, xanh chàm,…
- Cường độ màu: là khả năng phát màu hay sự thuần khiết của đơn màu, nó
phụ thuộc vào hàm lượng của chất màu.
- Độ bền màu: là khả năng chống chịu của chất màu trước tác động của nhiệt
độ, tác nhân hóa học thể hiện trên một hệ gốm sứ nào đó. Độ bền màu được so sánh
bằng cách nung mẫu ở hai nhiệt độ cách nhau từ 30o
C đến 50o
C.
- Độ phân tán (độ đồng đều): là khả năng phân bố của hạt chất màu trên bề mặt
của sản phẩm gốm sứ. Nó góp phần rất lớn quyết định tính thẩm mỹ của sản phẩm.
Kích thước của hạt màu là yếu tố quyết định tính chất này, chất màu cho gốm sứ
thường có kích thước nhỏ hơn 50 µm [15].
1.4. PHẢN ỨNG GIỮA CÁC PHA RẮN
1.4.1. Cơ chế phản ứng giữa pha rắn
Với phản ứng xảy ra trong pha lỏng hoặc pha khí, do các phân tử chất phản
ứng rất linh động, khuếch tán dễ dàng vào nhau nên phản ứng có thể đạt trạng thái
cân bằng trong thời gian ngắn. Trái lại, phản ứng giữa các phân tử trong pha rắn xảy
ra hoàn toàn khác, do các phân tử chất phản ứng nằm định vị tại các nút mạng tinh
thể nên phản ứng chỉ xảy ra tại chỗ tiếp xúc giữa hai pha, quá trình khuếch tán diễn
ra chậm chạp, tốc độ phản ứng rất chậm. Phản ứng diễn ra qua hai giai đoạn: tạo
mầm và phát triển mầm.
Giai đoạn tạo mầm là giai đoạn bắt đầu hình thành lớp sản phẩm phản ứng tại
biên giới tiếp xúc giữa hai pha. Giai đoạn phát triển mầm là giai đoạn lớn dần lên
của mầm tinh thể. Hai quá trình này diễn ra rất phức tạp. Xét phản ứng tổng hợp
spinel MgAl2O4:
MgO + Al2O3 MgAl2O4 (Go
298K< 0) (1.1)

29. 29
Tinh thể MgO và MgAl2O4 đều gồm phân mạng O2-
xếp chặt lập phương, còn
Al2O3 có phân mạng O2-
xếp chặt lục phương. Các ion Mg2+
và Al3+
được phân bố
vào các hốc tứ diện và các hốc bát diện của phân mạng O2-
một cách hợp lý.
Về mặt động học, Go
298K< 0 nên phản ứng trên có thể tự diễn ra ở nhiệt độ
thường, nhưng sản phẩm MgAl2O4 chỉ tạo thành một lớp mỏng ở bề mặt tiếp xúc
khi nung nóng đến 1200o
C.
Quá trình tạo mầm: trong quá trình này đòi hỏi phải làm đứt một số liên kết cũ
trong chất phản ứng, hình thành nên một số liên kết mới trong sản phẩm và phân bố
lại các ion ở chỗ tiếp xúc. Do đặc điểm phân mạng spinel giống phân mạng MgO
nên sự hình thành sản phẩm thuận lợi hơn cho MgO. Trong khi đó, phân mạng O2-
của Al2O3 phải sắp xếp lại một ít cho phù hợp. Cation Mg2+
phải dịch chuyển từ hốc
bát diện sang hốc tứ diện của MgAl2O4, còn Al3+
đi vào vị trí mới trong tinh thể
MgAl2O4. Tất cả quá trình đều xảy ra ở nhiệt độ cao.
Quá trình phát triển mầm: đây là quá trình phát triển lớn dần lên của mầm tinh
thể. Quá trình này đòi hỏi phải có sự khuếch tán ngược dòng của các cation Mg2+
và
Al3+
. Cation Mg2+
khuếch tán từ bề mặt tiếp xúc MgO/ MgAl2O4 qua lớp sản phẩm
để sang bề mặt tiếp xúc MgAl2O4/Al2O3, còn lại cation Al3+
thì khuếch tán theo
chiều ngược lại.
Để đảm bảo tính trung hòa điện, cứ 2 ion Al3+
khuếch tán sang trái thì có 3 ion
Mg2+
khuếch tán sang phải. Phản ứng diễn ra như sau:
Trên bề mặt biên giới MgO/ MgAl2O4:
2Al3+
- 3Mg2+
+ 4MgO  MgAl2O4
Trên bề mặt biên giới MgAl2O4/Al2O3:
3Mg2+
- 2Al3+
+ 4Al2O3 MgAl2O4
Phản ứng tổng cộng:
4MgO + 4Al2O3 4 MgAl2O4

30. 30
Hình 1.5. Sơ đồ phản ứng giữa MgO và Al2O3
Cơ chế khuếch tán ngược dòng trên được gọi là là cơ chế phát triển mầm
Varnhe. Phản ứng xảy ra về phía phải nhanh hơn gấp 3 lần phía trái. Điều này có
thể kiểm chứng bằng thực nghiệm khi quan sát màu sắc các lớp biên giới của phản
ứng giữa MgO và Al2O3. Kết quả MgAl2O4 tạo thành lớp sản phẩm phát triển về
phía tiếp xúc với Al2O3 gấp gần 3 lần so với tiếp xúc với MgO [14].
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng giữa các pha rắn
Do đặc trưng của phản ứng tổng hợp chất nền là phản ứng pha rắn diễn ra theo
cơ chế khuếch tán ở nhiệt độ cao, nên việc tạo điều kiện cho các phân tử chất phản
ứng tiếp xúc với nhau càng tốt thì hiệu suất phản ứng tổng hợp càng cao. Quá trình
tổng hợp chất màu diễn ra rất phức tạp gồm nhiều giai đoạn như phát sinh các
khuyết tật và làm tơi mạng lưới tinh thể, hình thành và phân huỷ dung dịch rắn, xây
dựng lại mạng lưới tinh thể, khuếch tán các cation, kết khối và tái kết tinh giữa các
chất ban đầu. Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào các yếu tố sau:
(1) Diện tích tiếp xúc giữa các chất phản ứng: Đây là yếu tố quan trọng nhất
quyết định đến tốc độ phản ứng. Nó ảnh hưởng đến khoảng cách khuếch tán của các
cấu tử phản ứng và vùng tiếp xúc giữa các chất phản ứng nên quyết định đến tốc độ
phản ứng. Do đó trong thực nghiệm, hỗn hợp các chất ban đầu thường được nghiền
mịn, ép thành khối nhằm làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa các chất phản ứng,
giúp quá trình phản ứng xảy ra thuận lợi hơn.

31. 31
Ngày nay, người ta đã nghiên cứu và đưa ra nhiều phương pháp khuếch tán
chất phản ứng vào nhau để tăng tốc độ phản ứng và hạ nhiệt độ phản ứng pha rắn
như: khuếch tán rắn-lỏng, đồng kết tủa, sol-gel,…
(2) Đặc điểm cấu trúc của các chất ban đầu: Phản ứng giữa các pha rắn được
thực hiện trực tiếp giữa các chất phản ứng ở pha rắn nên cấu trúc của chất tham gia
phản ứng ảnh hưởng quyết định không những đến tốc độ phản ứng mà còn ảnh
hưởng đến cơ chế quá trình phản ứng. Các chất ban đầu có cấu trúc kém bền, hoặc
tinh thể chứa nhiều khuyết tật thì hoạt động hơn và dễ tham gia phản ứng hơn. Ví
dụ, với phản ứng pha rắn giữa các oxit, người ta thường chọn các chất ban đầu là
các muối dễ phân hủy cho các oxit ở nhiệt độ phản ứng. Lúc này các oxit mới hình
thành có cấu trúc mạng lưới chưa hoàn chỉnh (hoạt động hơn) nên dễ phản ứng hơn.
Ngoài ra, phản ứng giữa các pha rắn sẽ xảy ra thuận lợi hơn về mặt năng
lượng khi các chất phản ứng có cùng cấu trúc với sản phẩm hình thành và kích
thước tế bào mạng lưới phải gần giống nhau.
(3) Nhiệt độ nung: Các chất rắn khó phản ứng với nhau ở nhiệt độ thường, chỉ
khi ở nhiệt độ cao thì mạng lưới cấu trúc tinh thể của chất ban đầu mới bị phá vỡ
dần, tạo điều kiện cho sự khuếch tán và sắp xếp lại các ion trong pha cũ để hình
thành pha tinh thể mới. Do vậy nhiệt độ nung ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ khuếch
tán của các cấu tử phản ứng. Tuy nhiên cần phải lựa chọn yếu tố này sao cho phù
hợp với điều kiện kinh tế.
(4) Chất khoáng hóa: Đây là một yếu tố quan trọng, sự có mặt của chất
khoáng hóa nhằm thúc đẩy quá trình xuất hiện pha lỏng do tạo ra một hỗn hợp
eutecti có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn. Chính nhờ sự xuất hiện pha lỏng có độ nhớt
thấp đã thấm ướt các hạt chất rắn của chất phản ứng, từ đó xảy ra quá trình hòa tan
chất phản ứng giúp cho quá trình khuếch tán các chất phản ứng xảy ra dễ dàng.
Chất khoáng hóa còn có tác dụng thúc đẩy nhanh quá trình kết khối, quá trình
biến đổi thù hình và cải thiện tính chất của sản phẩm. Nó cũng đóng vai trò như một
chất xúc tác. Trong gốm sứ, người ta thường dùng chất khoáng hóa là các hợp chất
của Bo (H3BO3, Na2B4O7.10H2O, B2O3,…), các muối của kim loại kiềm (K2CO3,
Na2CO3,…), muối halogenua (CaF2, Na2SiF6,…) [15].

32. 32
1.4.3. Dung dịch rắn thay thế và dung dịch rắn xâm nhập
Dung dịch rắn là một dạng phổ biến của các vật liệu tinh thể. Nhờ vào khả
năng thay đổi thành phần của dung dịch rắn mà chúng ta có thể điều chế các vật liệu
có tính chất mong muốn (độ dẫn điện, tính chất từ, quang,…).
Dung dịch rắn được phân thành 2 loại chính là:
- Dung dịch rắn thay thế: trong đó nguyên tử hoặc ion của chất tan thay thế vào
vị trí của nguyên tử hoặc ion của mạng tinh thể dung môi.
- Dung dịch rắn xâm nhập: trong đó các phân tử nhỏ của chất tan xâm nhập
vào hốc trống của mạng tinh thể dung môi (thường là hốc tứ diện và hốc bát diện).
- Nguyên tắc tạo thành dung dịch rắn thay thế: theo qui tắc Goldschmidt, để
thuận lợi cho sự hình thành dung dịch rắn thay thế cần thỏa mãn các yêu cầu sau:
+ Các ion thay thế phải có kích thước gần nhau, chênh lệch không quá 15%.
+ Điện tích của các ion thay thế có thể bằng hoặc khác nhau nhưng phải thỏa
mãn số phối trí cho phép và bảo đảm trung hòa về điện.
Ngoài ra, một yêu cầu quan trọng để xảy ra sự thay thế trong mạng lưới tinh
thể ion là liên kết hình thành khi thay thế phải có cùng bản chất liên kết như những
ion bị thay thế [15].
1.5. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP CHẤT MÀU
1.5.1. Phương pháp gốm truyền thống
Bản chất của phương pháp là thực hiện phản ứng giữa các pha rắn ở nhiệt độ
cao, sản phẩm thu được thường dưới dạng bột và có cấp hạt cỡ milimet. Đây là
phương pháp đã được phát triển lâu đời nhất nhưng hiện nay vẫn còn được ứng dụng
rộng rãi. Các công đoạn theo phương pháp này như sau:
Chuẩn bị phối liệu → Nghiền, trộn → Ép viên → Nung → Sản phẩm.
Ưu điểm: dùng ít hoá chất, hoá chất không đắt tiền, các thao tác dễ tự động hoá nên
dễ dàng đưa vào dây chuyền sản xuất với lượng lớn.
Nhược điểm: nhiệt độ cao, đòi hỏi nhiều thiết bị phức tạp, tính đồng nhất của
sản phẩm không cao, kích thước hạt lớn (cỡ milimet) nên khi ép tạo thành sản phẩm
thường có độ rỗng lớn, phản ứng trong pha rắn diễn ra chậm [14].

33. 33
1.5.2. Phương pháp đồng tạo phức
Nguyên tắc của phương pháp này là cho các muối kim loại cùng tạo phức với
phối tử trong dung dịch. Sau đó tiến hành phân huỷ nhiệt phức chất có thành phần
hợp thức mong muốn. Phương pháp này đạt được sự phân bố lý tưởng các cấu tử
trong hệ phản ứng, vì trong mạng lưới tinh thể của phức rắn đã có sự phân bố hoàn
toàn có trật tự của các ion.
Ưu điểm: trong hỗn hợp ban đầu đưa vào nung (hỗn hợp các phức chất) đã bảo
đảm tỷ lệ hợp thức của các cấu tử đúng như trong vật liệu mong muốn.
Nhược điểm: tìm các phức chất đa nhân không dễ dàng và công việc tổng hợp
phức chất tương đối phức tạp đòi hỏi nhiều phối tử đắt tiền [14].
1.5.3. Phương pháp đồng kết tủa
Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi để tổng hợp vật liệu. Phương pháp
này cho phép khuếch tán các chất tham gia phản ứng khá tốt, tăng đáng kể bề mặt
tiếp xúc của các chất phản ứng do đó có thể điều chế được sản phẩm mong muốn ở
nhiệt độ nung thấp. Một điều quan trọng ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm là
thành phần của vật liệu, do đó khi tiến hành phản ứng đồng kết tủa phải làm sao để
thu được sản phẩm với thành phần như mong muốn.
Phương pháp đồng kết tủa có các ưu điểm là cho sản phẩm tinh khiết, tính đồng
nhất của sản phẩm cao. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi phải lưu ý các vấn đề:
- Phải đảm bảo đúng quá trình đồng kết tủa.
- Phải đảm bảo trong hỗn hợp pha rắn, tỉ lệ các ion kim loại đúng bằng tỷ lệ
hợp thức của chúng trong trong gốm [14], [18].
1.5.4. Phương pháp sol-gel
Sol là một dạng huyền phù chứa các tiểu phân có đường kính khoảng 1-100 nm
phân tán trong chất lỏng, gel là một dạng chất rắn-nửa rắn trong đó vẫn còn giữ dung
môi trong hệ chất rắn dưới dạng chất keo hoặc polime.
Để tổng hợp gốm theo phương pháp này, trước hết chế tạo sol trong một chất
lỏng thích hợp bằng một trong hai cách sau:
- Phân tán chất rắn không tan từ cấp hạt lớn chuyển sang cấp hạt của sol trong
các máy xay keo.

34. 34
- Dùng dung môi để thuỷ phân một precursor (tiền chất) tạo thành dung dịch
keo. Ví dụ: dùng nước thuỷ phân ankoxit kim loại M(OR)n để tạo thành hệ keo oxit
của kim loại đó. Sol được xử lí hoặc để lâu dần cho già hóa thành gel. Đun nóng gel
tạo thành sản phẩm.
Phương pháp này ra đời từ những năm 1950-1960 và được phát triển khá nhanh
chóng do có nhiều ưu điểm:
- Có thể tổng hợp được gốm dưới dạng bột với cấp hạt cỡ micromet, nanomet.
- Có thể tổng hợp gốm dưới dạng màng mỏng, dưới dạng sợi với đường kính
nhỏ hơn 1mm.
- Nhiệt độ tổng hợp không cần cao.
Tuy nhiên, phương pháp này cho sản phẩm có giá thành cao do các nguyên
liệu đầu là ankoxit đắt tiền, đồng thời quá trình tổng hợp phức tạp [14].
1.6. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT MÀU GỐM SỨ Nd2Si2O7
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 như
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.
Trong những thập kỷ qua, chất màu gốm sứ Nd2Si2O7 được điều chế bằng
phương pháp gốm với Nd2O3 và SiO2 làm nguyên liệu thô. Tuy nhiên, trong phản
ứng ở trạng thái rắn, nhiệt độ nung tương đối cao (nung 1560o
C trong 21 giờ) hoặc
thời gian gia nhiệt kéo dài. Điều đó cho thấy rằng quá trình ướt có nhiều lợi thế đáng
kể như chuẩn bị nguyên liệu ban đầu và tính đồng nhất hóa học của sản phẩm cuối
cùng. Trước đây, chất màu gốm sứ Nd2Si2O7 được tổng hợp bằng phương pháp sol-
gel. Mặc dù phương pháp này được tổng hợp ở nhiệt độ kết tinh thấp hơn nhưng vẫn
có một số nhược điểm, như phản ứng trong thời gian dài và tiền chất tích tụ lại trong
quá trình sấy gây ra sự phân tán kém của sản phẩm. So với các phương pháp trên,
phương pháp đồng kết tủa là một phương pháp tương đối đơn giản và hiệu quả. Đây
là phương pháp được sử dụng rộng rãi để tổng hợp vật liệu. Phương pháp này cho
phép khuếch tán các chất tham gia phản ứng khá tốt, tăng đáng kể bề mặt tiếp xúc của
các chất phản ứng do đó có thể điều chế được sản phẩm mong muốn ở nhiệt độ nung
thấp sản phẩm có độ tinh khiết cao [21].

35. 35
Năm 2014, Shanjun Ke, Yanmin Wang và Zhidong Pan (Trường Khoa học Vật
liệu và Kỹ thuật, Đại học Công nghệ Nam Trung Quốc, Quảng Châu, Trung Quốc) đã
có bài báo đăng trên tạp chí Dyes and Pigments về “Tổng hợp chất màu gốm sứ
Nd2Si2O7 với LiCl làm chất khoáng và tính chất màu của nó”. Bài báo này tổng hợp
chất màu Nd2Si2O7 bằng phương pháp Pechini sol-gel và xử lý nhiệt. Đánh giá sự
thay đổi màu sắc của Nd2Si2O7 dưới các chất chiếu sáng khác nhau [20]. Năm 2015,
đăng bài về “Ảnh hưởng của chất kết tủa và chất hoạt động bề mặt trong tổng hợp
chất màu gốm sứ Nd2Si2O7 bằng phương pháp kết tủa”. Mục đích của bài báo này là
tổng hợp bột Nd2Si2O7 trong rượu như một dung môi và với các chất kết tủa khác
nhau bằng phương pháp kết tủa. Ngoài ra, sự hoạt động của chất hoạt động bề mặt
không ion (ví dụ, polyethylene glycol) trên vi cấu trúc và tính chất màu của Nd2Si2O7
cũng đã được nghiên cứu [21].

36. 36
CHƯƠNG 2
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Phương pháp đồng kết tủa là phương pháp đang được sử dụng rộng rãi để tổng hợp
vật liệu. Phương pháp này cho phép khuếch tán các chất tham gia phản ứng khá tốt, tăng
đáng kể bề mặt tiếp xúc của các chất phản ứng do đó có thể điều chế được sản phẩm
mong muốn ở nhiệt độ nung tạo sản phẩm thấp. Trong khóa luận này, tôi xin trình bày
kết quả về việc nghiên cứu tổng hợp chất màu Nd2Si2O7 bằng phương pháp đồng kết tủa.
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.2.1. Điều chế SiO2 từ tro trấu
 Cách tiến hành:
- Trấu được loại bỏ tạp chất bằng cách ngâm axit ở 90o
C trong 2 giờ, rửa sạch,
sấy khô, rồi được nung ở 700o
C trong 4 giờ để thu hồi tro.
Hình 2.1. Vỏ trấu được ngâm axit Hình 2.2. Tro trấu
- Cân 2 gam tro cho vào cốc cùng 80 ml dung dịch NaOH 1N, khuấy gia nhiệt ở
100o
C trong vòng 2h, tiếp tục khuấy ở nhiệt độ phòng trong thời gian 20 phút để làm
nguội hỗn hợp. Sau đó lọc dung dịch khoảng 3 lần bằng giấy lọc, thu được dung dịch
có màu vàng nhạt.

37. 37
- Toàn bộ dung dịch sau khi lọc cho vào cốc 250 ml rồi khuấy từ, đồng thời cho dung
dịch HCl 2N từ từ vào cốc cho đến khi pH  7 và xuất hiện kết tủa trắng thì dừng lại.
Dung dịch kết tủa trắng được đem đi lọc, rửa cho đến khi sạch hoàn toàn ion Cl-
.
- Bột ướt được đem đi sấy khô ở tủ sấy với nhiệt độ là 80o
C, sau đó tiến hành
nung ở 200o
C trong vòng 1h, sản phẩm nhận được cuối cùng là bột màu trắng SiO2
với khối lượng thu được là 1,1g. Như vậy hiệu suất tổng hợp được SiO2 là 55%.
Một số hình ảnh về quá trình tổng hợp SiO2
Hình 2.3. Hỗn hợp tro và dd NaOH Hình 2.4. Dung dịch thu được sau khi lọc
Hình 2.5. Tạo gel SiO2 Hình 2.6. SiO2 thành phẩm

38. 38
Có thể tóm tắt quy trình tổng hợp SiO2 bằng sơ đồ sau:
2.2.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu Nd2Si2O7
 Chuẩn bị phối liệu
- Nguyên liệu ban đầu: Tro, dung dịch NaOH 2N, dung dịch HCl 2N, Neodim
oxit (Nd2O3), nước cất, dung dịch HNO3, dung dịch NH3.
 Cách tiến hành:
- Từ quy trình tổng hợp SiO2, chúng tôi tính toán được khi dùng 2g trấu sẽ thu
được 44ml Na2SiO3 và tách được 1,1g SiO2. Như vậy để lấy đúng tỉ lệ theo số mol
1Nd2O3 : 2SiO2, tôi tiến hành dùng pipet lấy chính xác 24ml Na2SiO3 đã thu được
cho vào bình tam giác, điều chỉnh bằng axit HCl đến pH = 7 để thu SiO2.nH2O.
- Tiếp theo, dùng dung dịch HNO3 5M để hòa tan hết 1,68g Nd2O3 để thu được
dung dịch Nd(NO3)3 theo đúng tỉ lệ 1Nd2O3 : 2SiO2 cần để tổng hợp.
- Cho vào cốc 100ml chứa sẵn SiO2.nH2O dung dịch Nd(NO3)3 thu được, khuấy
trên bếp từ đồng thời cho từ từ dung dịch NH3 vào đến khi pH = 7.

39. 39
- Lọc, rửa và thu kết tủa, sấy khô đến khối lượng không đổi và nung ở các nhiệt
độ khác nhau để thu được sản phẩm. Ảnh hưởng được xem xét thông qua các giản đồ
nhiễu xạ tia X ( XRD).
- Cụ thể cách tiến hành được biểu diễn ở sơ đồ sau:
 Khảo sát sự phân hủy nhiệt của mẫu phối liệu
Chúng tôi chuẩn bị phối liệu rồi tiến hành nghiền, sấy sau đó đem phân tích
nhiệt nhằm khảo sát sự biến đổi về thành phần và các quá trình xảy ra trong mẫu phối
liệu nghiên cứu khi tăng nhiệt độ.
Dung dịch lọc
SiO2.nH2ONd(NO3)3 NH3
Hỗn hợp phản ứng
Lọc, rửa
Sấy
Nghiền, ép viên
Nung
Sản phẩm
Tro

40. 40
 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung
Trên cơ sở tỷ lệ phối liệu ban đầu thích hợp, chúng tôi tiến hành nung phối liệu
ở những nhiệt độ khác nhau với cùng tốc độ nâng nhiệt và thời gian lưu. Sản phẩm
sau nung được xem xét ảnh hưởng thông qua các giản đồ XRD.
 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu
Từ kết quả khảo sát về nhiệt độ nung, chúng tôi tiếp tục tiến hành khảo sát thời
gian lưu để chọn thời gian lưu thích hợp. Sản phẩm sau nung được xem xét ảnh
hưởng thông qua các giản đồ XRD
 Khảo sát ảnh hưởng của lực ép viên
Từ kết quả khảo sát về nhiệt độ nung và thời gian lưu, chúng tôi tiếp tục tiến
hành khảo sát lực ép viên để chọn lực ép thích hợp. Sản phẩm sau nung được xem
xét ảnh hưởng thông qua các giản đồ XRD
 Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu
- Thử màu sản phẩm trên men gốm: Sử dụng các chất màu tổng hợp tráng men
trên xương gạch ốp lát tại nhà máy gạch men Frit.
- Khảo sát cường độ màu, khả năng phát màu trong men: Các chỉ tiêu kĩ thuật
của bột màu tổng hợp được như cường độ màu, độ phân tán của màu được đánh giá
tại phòng kiểm tra chất lượng sản phẩm của công ty cổ phần Vitto Huế.
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Phương pháp phân tích nhiệt
- Nguyên tắc
Khi đốt nóng mẫu thì thường trong mẫu sẽ xảy ra những biến đổi về khối
lượng, thành phần, cấu trúc và có thể xảy ra một hay nhiều phản ứng hoá học giữa
các thành phần, các nguyên tố trong mẫu ở một nhiệt độ nào đó. Khi những biến
đổi đó xảy ra thường kèm theo các hiệu ứng thu nhiệt hay toả nhiệt. Tất cả
những hiệu ứng trên được xác định và ghi trên các giản đồ. Kết quả ghi trên giản
đồ nhiệt cùng với các phương pháp phân tích, khảo sát khác sẽ giúp ta rút ra được
những kết luận bổ ích về sự biến đổi của mẫu theo nhiệt độ đốt nóng chúng.
Trong phép phân tích nhiệt, người ta thường sử dụng hai phương pháp là
phương pháp phân tích nhiệt vi sai DTA và phương pháp phân tích nhiệt trọng
lượng TGA [7].

41. 41
- Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA)
Phương pháp DTA sử dụng một cặp pin nhiệt điện và một điện kế để đo sự
chênh lệch nhiệt độ giữa hai vật khi đốt nóng chúng. Trong hai vật đó, một vật là
vật liệu cần nghiên cứu và vật kia có tính trơ về nhiệt. Nếu mẫu bị đốt nóng có
biến đổi thì bao giờ cũng kèm theo các hiệu ứng nhiệt và lúc đó trên đường DTA
hoặc đường DSC sẽ xuất hiện các đỉnh (pic) tại điểm mà mẫu có sự biến đổi.
Phương pháp này cho ta biết sơ bộ về các hiệu ứng nhiệt xảy ra, định tính
và sơ bộ về định lượng các hợp phần có trong mẫu mà chúng ta khảo sát.
- Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
Phương pháp này dựa vào sự thay đổi trọng lượng của mẫu cần nghiên cứu
khi ta đem nung nóng mẫu đó. Khi mẫu được đốt nóng, trọng lượng của mẫu bị
thay đổi là do mẫu bị phân huỷ nhiệt tạo ra khí thoát ra như hơi nước, khí CO2
(phân huỷ hợp phần cacbonat,...), SO2 (phân huỷ các hợp phần sunfua) hay do
mẫu bị mất nước vật lý (ẩm – hấp phụ), nước cấu trúc (nước hiđrat – nước kết tinh
trong tinh thể mẫu). Nếu cân liên tục một mẫu bị đốt nóng, ta có thể biết sự thay
đổi về trọng lượng của mẫu ứng với sự thay đổi về nhiệt độ.
Kết hợp hai phương pháp DTA và TGA cho phép xác định sự biến thiên trọng
lượng, hiệu ứng nhiệt tương ứng theo nhiệt độ đốt nóng. Đây là những thông số cho
phép ta xác định được lượng nước hyđrat cũng như xác lập các phản ứng phân huỷ
nhiệt có thể có cũng như dự đoán các thành phần sau từng giai đoạn tăng nhiệt độ.
Trong luận văn này giản đồ phân tích nhiệt các mẫu được đặc trưng bằng thiết
bị Labsys TG/DSC SETARAM (Pháp), tại khoa Hóa học trường Đại học Khoa học
Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội với tốc độ nâng nhiệt 10o
C/phút, nhiệt độ nung
cực đại là 900o
C.
2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X
Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xác định từ các nguyên tử
hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một trật tự nhất định. Khi chùm tia X
tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong mạng lưới tinh thể thì mạng lưới này đóng
vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị kích thích bởi chùm
tia X sẽ thành các tâm phát ra các tia phản xạ [3].

42. 42
Hình 2.7. Sơ đồ tia tới và tia nhiễu xạ trên mạng tinh thể.
Mối liên hệ giữa khoảng cách hai mặt song song (d), góc giữa chùm tia X với
mặt phản xạ (θ) và bước sóng (λ) tuân theo phương trình Vulf-Bragg:
2dsinθ = nλ (2.3.2.1)
Trong đó: n: bậc nhiễu xạ (thường chọn n = 1).
Phương trình Vulf-Bragg là phương trình cơ sở để nghiên cứu cấu trúc tinh thể.
Căn cứ vào cực đại nhiễu xạ trên giản đồ (giá trị 2θ), có thể suy ra d theo công thức
(2.3.2.1). Ứng với mỗi hệ tinh thể nhất định sẽ cho một bộ các giá trị d ở các góc quét
xác định.
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
ngân hàng dữ liệu hoặc atlat phổ.
Trong luận văn này thành phần pha của sản phẩm được đặc trưng bởi phương
pháp nhiễu xạ tia X bằng thiết bị D8 Advance Bruker (Đức) với tia phát xạ CuKα, λ =
1,5406 Å, góc quét từ 10o
đến 70o
tại khoa Hóa học trường Đại học Khoa học Tự
nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội.
Kích thước của hạt tính theo phương trình Scherrer như sau:
.
.cos
k λ
β
D θ

Trong đó: k: hằng số tỉ lệ có giá trị xấp xỉ 1.
β: độ rộng nửa chiều cao pic nhiễu xạ FWHM (radian).
D: kích thước tinh thể (nm).

43. 43
 = 21  22
Hình 2.8. Độ tù của pic nhiễu xạ gây ra do kích thước hạt [3]
2.3.3. Phương pháp đo màu
Trong các lĩnh vực chuyên sâu, màu sắc được biểu diễn một cách định lượng
trên nhiều hệ tọa độ không gian khác nhau. Chẳng hạn hệ tọa độ RGB (Red Green
Blue), CIE XYZ, CIE Luv, CIE L*
a*
b*
,… Trong đó hệ tọa độ màu CIE L*
a*
b*
biểu
diễn màu sắc đồng đều theo các hướng trong hệ tọa độ không gian ba trục L*
, a*
, b*
nên 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 kính lọc
màu tiêu chuẩn: đỏ, xanh lá cây, xanh nước biển) trước khi đi tới thiết bị cảm biến.
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 bộ 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.
Như vậy, trong hệ toạ độ màu CIE L*a*b*, mỗi màu được xác định bởi bộ ba
giá trị L*, a*, b*. Sự khác nhau giữa 2 màu bất kì được xác định bởi mođun vectơ
∆E: ∆E = [(∆L*)2
+(∆a*)2
+(∆b*)2
]1/2

44. 44
Hình 2.9. Hệ tọa độ biểu diễn màu sắc CIE L*a*b* [5], [14]
Các mẫu nghiên cứu của khóa luận được đo màu bằng thiết bị Micromatch Plus
của hãng Instrument (Anh) tại phòng thí nghiệm của Công ty TNHH Vitto, Phú Lộc –
Thừa Thiên Huế. Độ phân giải của thiết bị là 0,01.
2.3.4. Phương pháp đánh giá chất lượng màu trên men gạch
Chất lượng của màu men gạch sau khi nung được đánh giá theo các tiêu chí
quan trọng sau [12]:
- Độ phân tán của chất màu trong men, màu sắc của men màu sau nung và độ ổn
định màu theo nhiệt độ nung. Màu men gạch được đánh giá màu sắc qua việc đo các
giá trị đặc trưng màu sắc (L*, a*, b*).
- Độ phân tán màu trong men: được đánh giá qua quan sát màu sắc phân bố
trong men có đồng đều không, có gây khuyết tật trên mặt men không (nứt men, sôi
men, làm mờ mặt men…).
- Độ bền nhiệt của chất màu: được đánh giá qua xem xét sự ổn định màu men
theo nhiệt độ nung.
2.3.5. Phương pháp đơn biến
Các điều kiện thực nghiệm được khảo sát theo phương pháp đơn biến tức là chỉ
thay đổi yếu tố cần khảo sát, các yếu tố còn lại giữ nguyên. Từ đó khảo sát ảnh hưởng
của mỗi yếu tố đến quy trình tổng hợp chất màu gốm sứ Nd2Si2O7.
2.3.6. Phương pháp xử lý số liệu
Trong luận văn này chúng tôi xử lý số liệu bằng phần mềm origin 6.0.

45. 45
2.4. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT
2.4.1. Dụng cụ
- Bình định mức, cốc chịu nhiệt ( 500 mL, 250mL, 100 mL), đũa thủy tinh,
cốc thủy tinh, chày cối sứ, chén nung, giấy lọc, phễu,...
- Cân phân tích.
2.4.2. Thiết bị
- Lò nung, tủ sấy (khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm- Đại học Huế).
- Máy ép thuỷ lực ( Trường Đại học Khoa học Huế).
- Thiết bị nhiễu xạ tia X (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc
gia Hà Nội).
- Thiết bị phân tích nhiệt (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc
gia Hà Nội).
- Thiết bị đo màu men (được đo tại nhà máy gạch Vitto – Huế).
- Thiết bị kéo màu men (phòng thí nghiệm nhà máy gạch men Frit – Huế).
2.4.3. Hoá chất
- Nd2O3 99,9% (Đức)
- HNO3, HCl, NH3 và NaOH, AgNO3 (PA, Trung Quốc)
- Nước cất.

46. 46
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu tổng hợp SiO2 từ tro trấu
Kết quả của quá trình tổng hợp SiO2 được trình bày ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Bảng số liệu của quá trình tổng hợp SiO2
Các yếu tố trong quá trình tổng hợp Lượng chất
Khối lượng tro trấu ban đầu (gam) 3
Thể tích dung dịch NaOH 2M (ml) 45
Khối lượng SiO2 thu được (gam) 1,652
Từ khối lượng SiO2 thu được như trên, chúng tôi nhận thấy quá trình tổng hợp
SiO2 có hiệu suất là 55%. Số liệu này sẽ được dùng để tính toán, tìm ra tỉ lệ thích
hợp để tiến hành quá trình tổng hợp chất nền Nd2Si2O7.
Hình 3.1.Tro trấu Hình 3.2. Dung dịch lọc
Hình 3.3. Silicagel Hình 3.4. SiO2 tinh khiết

47. 47
Để xác định thành phần cấu trúc sản phẩm SiO2 thu được, tôi đã tiến hành đo
XRD mẫu SiO2 tổng hợp được và kết quả được trình bày ở hình 3.5.
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - M3
File: TrongV KHKTND M3.raw - Type: 2Th /Th locked - Start: 20 .0 00 ° - End: 80.00 0 ° - Step : 0.030 ° - Step tim e: 0.3 s - Temp .: 25 °C (Room ) - Tim e Star ted: 13 s - 2-Theta: 20 .000 ° - The ta: 10.0 00 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00
Lin(Cps)
0
10 0
20 0
30 0
40 0
50 0
60 0
70 0
80 0
90 0
10 00
2-Theta - Scale
20 3 0 40 50 60 70 80
Hình 3.5. Giản đồ XRD của các mẫu SiO2 tổng hợp được.
Từ giản đồ XRD ta thấy hầu như không xuất hiện các pic đặc trưng cho tinh thể,
điều đó cho thấy mẫu SiO2 chiết suất từ vỏ trấu ở trên là vô định hình. Đây là dạng
SiO2 siêu mịn, có hoạt tính cao nên có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác
nhau như cho quá trình tổng hợp vật liệu mao quản trung bình, tổng hợp chất màu
gốm sứ…
3.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu Nd2Si2O7
3.2.1. Khảo sát sự phân hủy nhiệt của mẫu phối liệu
Để xác định các quá trình hóa lý xảy ra khi nung, chúng tôi tiến hành ghi giản
đồ phân tích nhiệt TGA mẫu phối liệu Nd2O3.2SiO2.nH2O. Kết quả được trình bày ở
hình 3.6.

48. 48
Furnace temperature /°C0 100 200 300 400 500 600 700
TG/%
-21
-18
-15
-12
-9
-6
-3
0
3
6
9
12
15
18
d TG/% /min
-8
-6
-4
-2
0
Mass variation: -21.58 %
Peak :115.78 °C
Figure:
22/08/2018 Mass (mg): 28.37
Crucible:PT 100 µl Atmosphere:AirExperiment:LinhHue Noname
Procedure: RT ----> 900C (10 C.min-1) (Zone 2)Labsys TG
Hình 3.6. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu phối liệu Nd2O3.2SiO2.nH2O
Khi nung mẫu phối liệu có thành phần Nd2O3.2SiO2.nH2O từ nhiệt độ phòng
đến 115,78o
C, trên đường DSC xuất hiện hiệu ứng thu nhiệt, độ giảm khối lượng
của mẫu tương ứng là 21,58%. Theo chúng tôi đây là quá trình loại bỏ phân tử nước
trong SiO2.H2O và Nd(OH)3.
Nhiệt độ nung tạo pha willemite có lẽ phải lớn hơn 900o
C vì trên đường DSC
không thấy xuất hiện hiệu ứng tỏa nhiệt thật rõ rệt từ 500o
C đến 900o
C. Vì vậy nên
chúng tôi chọn nhiệt độ nung khảo sát mẫu là từ 1000o
C.
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung
Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình tạo pha tinh thể
Nd2Si2O7 chúng tôi tiến hành chuẩn bị mẫu theo cách tiến hành ở chương 2 và sau đó
ép viên với đường kính bằng 30 mm, chiều dày bằng 5 mm với lực nén 5 tấn. Mẫu
sau khi ép viên được nung thiêu kết trong lò điện (Lenton, Anh) ở 1100 o
C, tốc độ
nâng nhiệt 10o
C/phút, thời gian lưu 180 phút và nung các mẫu phối liệu
Nd2O3.2SiO2.nH2O ở nhiệt độ 1000o
C, 1100o
C, 1300o
C với tốc độ nâng nhiệt
10o
C/phút. Các mẫu được kí hiệu tương ứng là T1, T2, T3. Mẫu sau khi nung được

49. 49
tiến hành ghi giản đồ XRD. Giản đồ XRD và các đặc trưng phổ XRD của các mẫu
khảo sát được trình bày ở hình 3.7.
10 20 30 40 50 60 70
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
Cuongdonhieuxa(cps)
Goc nhieu xa (2θ)
T3
T2
T1
Hình 3.7. Giản đồ XRD của các mẫu T1, T2, T3.
Kết quả thu được cho thấy: ngay tại nhiệt độ nung 1000o
C, trên giản đồ XRD
của mẫu T1 pha tinh thể Nd2Si2O7 hầu như không xuất hiện, (xem phụ lục 1). Chứng
tỏ ở nhiệt độ này phản ứng pha rắn chưa xảy ra hoàn toàn.
Tại nhiệt độ 1100o
C: trên giản đồ XRD đã xuất hiện pic nhiễu xạ đặc trưng
của pha tinh thể Nd2Si2O7 ứng với mặt (311) và góc nhiễu xạ 2θ = 29,02o
, cường độ
nhiễu xạ 155,36 (cps). Chứng tỏ phản ứng đã xảy ra nhiều hơn và quá trình tinh thể
hóa tốt hơn ở 1100o
C.
Khi nhiệt độ tăng lên 1300o
C trên giản đồ XRD pic nhiễu xạ đặc trưng tinh thể
Nd2Si2O7 ứng với mặt (311) với cường độ nhiễu xạ yếu hơn mẫu T2 chứng tỏ pha
Nd2Si2O7 đã bị phân hủy một phần.
Cường độ của các pic thu được tăng dần theo nhiệt độ từ 1000o
C đến 1100o
C,
nhưng khi lên 1300o
C thì cường độ của pic lại bị giảm. Điều này có thể được giải
thích khi tăng nhiệt độ thì mức độ hoàn thiện tinh thể tăng dần, khi vượt quá nhiệt
độ phản ứng, sản phẩm bắt đầu bị phân hủy dần.
Từ những nhận xét trên, chúng tôi chọn nhiệt độ nung 1100o
C để khảo sát các
yếu tố tiếp theo.