Báo cáo đồ án chuyên ngành công nghệ kỹ thuật hóa học Tìm hiểu về màu phát quang

Cuôc ṣ ống con ngườ i ngày càng đươc nâng cao, nhu c ̣ ầu về măt th ̣ ẩm mĩvì thế cũng phá t triển không ngừng. Viêc mua s ̣ ắm các sản phẩm có kiều dáng đep ṿ à bắt mắt đươc ch ̣ ú trong nhi ̣ ều hơn. Chất màu ra đờ i cùng vớ i nhu cầu xãhôi ṿ à viêc ̣ nghiên cứu, phá t triển đa dang c ̣ ác chất màu đãtrở nên quan trong đ ̣ ối vớ i các chuyên ngành về hóa hoc. ̣ Để góp phần tìm hiểu về đăc đi ̣ ểm, tính chất cũng như các phương pháp sản xuất cùng vớ i các ứng dung trong th ̣ ưc t ̣ ế của chất màu, đăc bi ̣ êt ṿ ề chất màu phá t quang, đề tà i “Tìm hiểu về màu phá t quang” đãđươc th ̣ ưc hi ̣ êṇ BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC TÌM HIỂU VỀ MÀU PHÁT QUANG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

- -

BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ

KỸ THUẬT HÓA HỌC

TÌM HIỂU VỀ MÀU PHÁT QUANG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Việt Bách 1 Nguyễn Thị Ngọc Diệp B1506994

2 Trần Trung Thử B1507034 Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học khóa 41

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm đồ án chuyên ngành, nhóm đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và trong thời gian làm đồ án chuyên ngành, nhóm đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô trong bộ môn công nghệ hóa học và bạn bè

Đặc biệt nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Việt Bách, giảng viên Bộ môn Công nghệ hóa học - trường ĐH Cần Thơ người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo nhóm trong suốt quá trình thực hiện đồ án chuyên ngành

Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô giáo trong trường ĐH Cần Thơ nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ hóa học nói riêng đã dạy dỗ cho sinh viên kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp sinh viên có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ sinh viên trong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, nhóm đồ án xin chân thành cảm ơn đến thầy cô và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ nhóm trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ

án chuyên ngành

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI MỞ ĐẦU v

DANH SÁCH HÌNH vi

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PIGMENT 1

1.1 KHÁI NIỆM VỀ CHẤT MÀU PIGMENT [1,2,3,4] 1

1.2 TIÊU CHUẨN [1,2,3] 1

1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH SẢN XUẤT PIGMENT [1,2,3] 1

1.4 LỰA CHỌN VÀ PHÂN LOẠI PIGMENT [1,2,3] 1

1.4.1 Lựa chọn 1

1.4.2 Phân loại 1

1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT PIGMENT VÔ CƠ [1,2,3] 2

1.5.1 Phương pháp ướt 3

1.5.2 Phương pháp khô 4

1.6 ỨNG DỤNG 5

CHƯƠNG 2: MÀU PHÁT QUANG 2

2.1 SỰ PHÁT QUANG VÀ CÁC LOẠI PHÁT QUANG [5,6] 2

2.2 PIGMENT PHÁT QUANG [7,8] 2

2.3 SẢN XUẤT PIGMENT PHÁT QUANG [9] 3

2.3.1 Phương pháp gốm cổ truyền 3

2.3.2 Phương pháp đồng kết tủa 3

2.3.3 Phương pháp phun nhiê ̣t phân (phương pháp aerosol ) 4

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 2

TÀI LIỆU THAM KHẢO 3

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

LỜI MỞ ĐẦU

Cuộc sống con người ngày càng được nâng cao, nhu cầu về mă ̣t thẩm mĩ vì thế

cũng phát triển không ngừng Viê ̣c mua sắm các sản phẩm có kiều dáng đe ̣p và bắt

mắt được chú tro ̣ng nhiều hơn Chất màu ra đời cùng với nhu cầu xã hô ̣i và viê ̣c nghiên cứ u, phát triển đa da ̣ng các chất màu đã trở nên quan tro ̣ng đối với các chuyên ngành về hóa ho ̣c

Để góp phần tìm hiểu về đă ̣c điểm, tính chất cũng như các phương pháp sản xuất cùng với các ứng du ̣ng trong thực tế của chất màu, đă ̣c biê ̣t về chất màu phát quang, đề tài “Tìm hiểu về màu phát quang” đã được thực hiê ̣n

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1 – 1: Các giai đoạn chế tạo……….……… 4

Hình 1 – 2: Màu cho gốm, sứ [14]……….……… 5

Hình 1 – 3: Phu ̣ gia ngành nhựa [16]………… ……….……….5

Hình 1 – 4: Màu trong xây dựng [13] ……….……….6

Hình 1 – 7: Màu dùng trong các loa ̣i mỹ phẩm [15] ………7

Hình 1 – 8: Nhuô ̣m màu gỗ [13] ……….…… .7

Hình 2 – 1: Bô ̣t photpho – lớp bô ̣t được quét lên bóng đèn huỳnh quang…….8

Hình 2 – 2: Chất lỏng huỳnh quang còn được sử du ̣ng trong bút da ̣ quang [5] 8

Hình 2 – 3: Bô ̣t ZnS và SrAl trong tối………….……… …9

Hình 2 – 4: Chất lân quang hấp thu và giữ năng lượng ánh sáng và để sử

dụng phát quang trong bóng tối [5] ……….……… … 9

Hình 2 – 5: Sơ đồ phương pháp chế ta ̣o gốm cổ truyền……… 10

Hình 2 – 6: Sơ đồ phương pháp phun nhiệt phân Aerosol ….……… 11

Hình 2 – 7: Hê ̣ thống chỉ dẫn thoát hiểm dùng sơn phát quang ở các tòa nhà

cao tầng [10] ……… ……… 12

Hình 2 – 8: Sơn phát quang [10]………13

Hình 2 – 9: Photoluminescent Film [17]……….….… 13

Hình 2 – 10: Ball engineer II sử du ̣ng ống dẫn khí Tritium thiết kế va ̣ch giờ phát quang [18]……… 14

Hình 2 – 11: Người điều khiển phương tiê ̣n giao thông sẽ cảm thấy an toàn

hơn khi di chuyển trên những đoa ̣n đường được bao phủ bởi đá phát

quang [12]……….……… 14

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PIGMENT

1.1 KHÁI NIÊ ̣M VỀ CHẤT MÀU PIGMENT [1,2,3,4]

 Chất màu có nguồn gốc vô cơ (pigment) có nguồn gốc từ tiếng Latinh

“pigmentum” với nghĩa nguyên thủy là màu sắc trong suốt Sau này được hiểu rô ̣ng hơn bao gồm các lĩnh vực trang trí màu sắc

 Vào cuối thời kì trung đa ̣i, từ pigment còn được dùng để chỉ tất cả các tinh chất được chiết xuất từ các loa ̣i cây, đă ̣c biê ̣t là các chất dùng để nhuô ̣m màu Pigment

còn được dùng trong các thuâ ̣t ngữ sinh ho ̣c để chỉ những chất nhuô ̣m màu tế bào

 Nghĩa mới nhất của từ pigment xuất hiê ̣n vào khoảng đầu thế kỉ XX, dựa vào những tiêu chuẩn hiê ̣n nay từ “pigment” dùng để chỉ những chất da ̣ng ha ̣t nhỏ không

hòa tan trong dung môi và có khả năng ta ̣o màu, bảo vê ̣ hoă ̣c có từ tính Thường pigment chỉ dùng để chỉ các hợp chất màu có nguồn gốc vô cơ do đă ̣c tính ít tan của chú ng trong dung môi

1.2 TIÊU CHUẨN [1,2,3]

Để đánh giá chất lượng pigment thường dựa vào các tiêu chí:

 Thành phần hóa ho ̣c

 Các tính chất quang ho ̣c

 Khả năng phân tán

 Khả năng che phủ, bảo vê ̣

 Các đă ̣c tính về màu sắc (tông màu, cường đô ̣ màu,…)

 Các đă ̣c tính lý hóa như tỷ tro ̣ng, kích thước ha ̣t,…

 Thực tế trong chất màu ngoài chất chính là pigment còn có mă ̣t các chất khác

gọi chung là phu ̣ gia (extender) hay chất đô ̣n Chúng có màu trắng hay màu rất nha ̣t,

dạng bô ̣t, không tan

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PIGMENT ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

1.3 LI ̣CH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH SẢN XUẤT PIGMENT [1,2,3]

 Thờ i tiền sử, con người đã biết dùng chất màu có sẵn trong tự nhiên Khoảng

4000 năm trước con người đã biết khai thác, xử lý, phối trô ̣n các chất màu có sẵn trong tự nhiên, tinh lo ̣c khoáng chất và chiết từ trong cây, cỏ

 Vào khoảng thế kỉ XVIII ra đời và phát triển ngành sản xuất pigment quy mô công nghiệp với các sản phẩm như xanh berlin, crom vàng,…

 Hiện nay ngành công nghiê ̣p sản xuất pigment phát triển ma ̣nh theo cả chiều

rộng lẫn chiều sâu (đa da ̣ng, sản lượng, quy mô sản xuất,…)

1.4 LỰA CHỌN VÀ PHÂN LOẠI PIGMENT [1,2,3]

1.4.1 Lựa chọn

Khi chọn mô ̣t pigment cho mô ̣t ứng du ̣ng cu ̣ thể nào đó, cần phải chú ý đến nhiều đă ̣c điểm Các tính chất màu như màu sắc, cường đô ̣ màu, khả năng tán xa ̣, đô ̣ phủ ,… rất quan tro ̣ng trong viê ̣c đánh giá hiê ̣u quả sử du ̣ng cũng như hiê ̣u quả kinh

tế của pigment Ngoài ra, cũng cần chú ý đến các tính chất sau:

 Các tính chất hóa lý cơ bản: Thành phần hóa ho ̣c, lượng muối và đô ̣ ẩm, các chất tan trong nước và tan trong axit, kích thước ha ̣t, khối lượng riêng và đô ̣ cứng

 Các tính bền: Khả năng chi ̣u được ảnh hưởng của ánh sáng, thời tiết, nhiê ̣t,

hóa chất, chống ăn mòn và giữ được đô ̣ bóng

 Khả năng liên kết với vâ ̣t liê ̣u: Tương tác với các chất kết dính, khả năng phân

tán, khả năng tương thích và hiê ̣u ứng đóng rắn tốt

1.4.2 Phân loại

Các pigment được phân loa ̣i dựa theo màu sắc và các tính chất hóa ho ̣c của chú ng:

 Pigment trắng: Màu nhìn thấy là do hiê ̣n tượng tán xa ̣ ánh sáng không cho ̣n

lọc, không hấp thu ̣ ánh sáng trong vùng nhìn thấy (ví du ̣: pigment TiO2 và ZnS, lithopone, kẽm trắng)

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PIGMENT ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

 Pigment màu: Màu nhìn thấy do vâ ̣t liê ̣u hấp thu ̣ ánh sáng có cho ̣n lo ̣c và do hiện tượng tán xa ̣ ánh sáng (ví du ̣: oxit sắt màu đỏ và vàng, pigment cadmium, pigment ultramarine, crom vàng, cobalt xanh)

Pigment đen: Màu nhìn thấy do hiê ̣n tượng hấp thu ̣ ánh sáng không cho ̣n lo ̣c (

ví du ̣: pigment carbon đen, sắt oxit đen)

 Pigment có hiê ̣u ứng kim loa ̣i: Màu nhìn thấy là do hiê ̣n tượng phản xa ̣ ánh

sáng đều đă ̣n hoă ̣c hiê ̣n tượng giao thoa ánh sáng Ánh kim loa ̣i do sự phản xa ̣ đều

đă ̣n trên bề mă ̣t phẳng hoă ̣c mă ̣t song song của các ha ̣t pigment kim loa ̣i ( ví du ̣: các

lớ p nhôm)

 Pigment có màu xà cừ: Do hiê ̣n tượng phản xa ̣ đều đă ̣n trên bề mă ̣t các lớp ha ̣t pigment song song (ví du ̣: TiO2 trên mica)

 Pigment giao thoa: Màu bóng do hiê ̣n tượng giao thoa ánh sáng (ví du ̣: oxit

sắt trên mica)

 Pigment phát quang: Các vật liệu phát quang vô cơ là những hợp chất tinh thể nhân tạo có khả năng hấp thụ bứa xạ và sau đó phát ra các ánh sáng có bước sóng dài hơn

 Pigment huỳnh quang: Do khả năng hấp thu ̣ các bức xa ̣ và phát ra các ánh sáng

có bước sóng dài hơn sau mô ̣t khoảng thời gian ngắn

 Pigment lân quang: Do hiện tượng bức xa ̣ và các nguyên tử chuyển sang tra ̣ng thái kích thích và phát ra ánh sáng có bước sóng dài hơn sau vài giờ (ví du ̣: ZnS xử lí

vớ i đồng)

1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT PIGMENT VÔ CƠ [1,2,3]

 Trong thực tế có rất nhiều loa ̣i pigment vô cơ khác nhau, và đương nhiên các phương pháp sản xuất chúng cũng khác nhau Ví du ̣, để sản xuất pigment lithopone

có thể cho muối sulfat phản ứng trực tiếp với bari sulfua với tỉ lê ̣ thích hợp theo phương trình:

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PIGMENT ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

 Cách 1: Nung trực tiếp các muối sắt như sulfat, nitrat, oxalate ở nhiê ̣t đô ̣ thích hợp

FeC2O4 → Fe2O3 + CO

 Cách 2: Dùng kiềm trung hòa các muối sắt, sau đó nung hydroxide sắt ở nhiệt đô ̣ thích hợp

Fe2(SO4)3 + NaOH → Fe(OH)3 + Na2SO4

Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O

 Chính vì vâ ̣y, viê ̣c phân loa ̣i các phương pháp sản xuất pigment vô cơ là rất

khó khăn và có rất nhiều cách phân loa ̣i khác nhau Ở đây ta ta ̣m chia ra thành hai phương pháp sản xuất dựa trên quá trình điều chế chúng từ dung di ̣ch (phương pháp ướt) hay đốt nóng ở nhiê ̣t đô ̣ cao (phương pháp khô), tuy nhiên viê ̣c phân chia này

cũng không được chă ̣t chẽ và chính xác lắm vì có khi phải kết hợp cả hai phương pháp trong cùng mô ̣t quá trình sản xuất

1.5.1 Phương pháp ướt

Do đă ̣c điểm có nhiều loa ̣i pigment vô cơ, nhất là các pigment oxide kim loa ̣i

thường bi ̣ biến đổi tính chất khi đốt nóng ở nhiê ̣t đô ̣ cao nên khi điều chế chúng ta phải ha ̣n chế ảnh hưởng tối đa của nhiê ̣t bằng cách điều chế trực tiếp chúng từ dung

dịch

Ví du ̣: Để điều chế pigment đỏ oxide sắt, ta có thể thực hiê ̣n phản ứng trung hòa muối sắt bằng kiềm ở nhiê ̣t đô ̣ thích hợp, quá trình đề hydrat hóa hydroxide sắt sẽ

xảy ra ngay trong dung di ̣ch

Fe2(SO4)3 + NaOH → Fe2O3 + H2O + Na2SO4

 Hầu như tất cả các pigment vô cơ da ̣ng muối kim loa ̣i đều được điều chế trực tiếp từ dung di ̣ch

Ví du ̣: Pigment sắt blue

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PIGMENT ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

Đối với các pigment là hỗn hợp các oxide kim loa ̣i, con đường trô ̣n trực tiếp

các oxide kim loa ̣i nhiều khi không thu được sản phẩm mong muốn, do vâ ̣y người ta phải tiến hành thu hỗn hợp các muối kim loa ̣i bằng cách kết tủa đồng thời chúng từ dung dịch, sau đó đem nung hay trung hòa bằng kiềm ở nhiê ̣t đô ̣ cao

Như vâ ̣y, đă ̣c điểm chủ yếu của phương pháp này là các sản phẩm pigment

đều được điều chế trực tiếp từ dung di ̣ch

1.5.2 Phương pháp khô

 Tất cả các sản phẩm pigment vô cơ không thể điều chế được trực tiếp từ dung

dịch hay quá trình điều chế từ dung di ̣ch phức ta ̣p, tốn kém, hiê ̣u quả thấp,… hầu như đều phải trải qua quá trình đốt nóng ở nhiê ̣t đô ̣ cao Đă ̣c điểm của phương pháp này

là dưới tác du ̣ng của nhiê ̣t, các chất sẽ bi ̣ đề hydrat hóa, bi ̣ phân hủy hay kết hợp ta ̣o khoáng

Ví du ̣, để điều chế pigment ultramarine, người ta trô ̣n thành phần phối liê ̣u là đất sét, soda,… sau đó đem nung ở nhiê ̣t đô ̣ thích hợp sẽ thu được sản phẩm da ̣ng Na6Al6Si6O24 hay Na7Al6Si6O24S3 tù y theo thành phần phối liê ̣u, nhiê ̣t đô ̣ nung,…

Đối với các pigment vô cơ là các oxide kim loa ̣i không bi ̣ thay đổi tính chất theo nhiệt đô ̣, cũng thường được sản xuất theo phương pháp nung trực tiếp muối hay hydroxide củ a chúng

 Ngoài ra, phương pháp khô còn dùng trong trường hợp phản ứng điều chế pigment chỉ xảy ra ở nhiê ̣t đô ̣ cao Ví du ̣, phản ứng điều chế pigment oxide crom:

K2Cr2O7 + S → K2SO4 + Cr2O3

Phương pháp nung hầu như không được sử du ̣ng đối với các pigment oxide

kim loại dễ bi ̣ thăng hoa khi tăng nhiê ̣t đô ̣ hay bi ̣ oxi hóa bởi không khí ở nhiê ̣t đô ̣ cao

Định lượng Trộn Nghiền

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PIGMENT ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

1.6 ỨNG DỤNG

Ngày nay, vai trò và ứng du ̣ng của các sắc tố đã làm tăng sự đa da ̣ng Sẽ không

có bất kì ngành công nghiê ̣p nào còn la ̣i mà pigment không đóng vai trò đáng kể Thử thách bây giờ là phải tìm ra các sắc tố không chỉ có khả năng ứng du ̣ng lâu dài mà

còn an toàn cho con người và môi trường Mô ̣t số ứng du ̣ng quan tro ̣ng của pigment:

 Chất màu trong gốm, sứ

 Chất màu cho ngành nhựa

Hi ̀nh 1 – 2: Màu cho gốm, sứ [14]

Hi ̀nh 1 – 3: Phụ gia ngành nhựa [16]

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PIGMENT ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

 Thuốc nhuô ̣m và bô ̣t màu trong ngành xây dựng

 Chất màu cho ngành nông nghiê ̣p

 Bột màu trong ngành sơn

Hi ̀nh 1 – 5: Nhuộm phụ gia phân bón [13]

Hi ̀nh 1 – 4: Màu trong xây dựng [13]

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PIGMENT ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

 Chất màu cho ngành mỹ phẩm và thực phẩm

 Công nghiệp giấy và công nghiê ̣p chế biến gỗ

Hi ̀nh 1 – 8: Nhuộm màu gỗ [13]

Hi ̀nh 1 – 7: Màu dùng trong các loa ̣i mỹ phẩm [15]

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CNHH

CHƯƠNG 2: MÀU PHÁT QUANG

2.1 SƯ ̣ PHÁT QUANG VÀ CÁC LOẠI PHÁT QUANG [5,6]

 Hiện tượng phát quang là hiê ̣n tượng mô ̣t chất hấp thu năng lượng sau đó bức

xạ điê ̣n từ trong miền ánh sáng nhìn thấy

 Chất phát quang sau khi nhâ ̣n năng lượng phù hợp sẽ làm electron ở tra ̣ng thái

cơ bản chuyển lên tra ̣ng thái kích thích Sau đó, quá trình electron từ tra ̣ng thái kích thích trở về tra ̣ng thái cơ bản sẽ làm phát xa ̣ photon, tức ánh sáng nhìn thấy

 Huy ̀nh quang: thời gian phát quang nhỏ hơn 10-8 s và thường xảy ra ở chất

lỏng hoă ̣c khí

Hi ̀nh 2 – 1: Bột photpho – lớp bột được quét lên bóng đèn huỳnh quang