《2022年羟基磷灰石的制备和表征》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年羟基磷灰石的制备和表征（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、I 本科毕业设计论文题目：纳米羟基磷灰石的制备和表征学生：方立志学号：100911104 系部：材料与化学工程系专业：应用化学入学时间：2010年09月导师：吴国志职称 / 学位：副教授 /硕士导师所在单位：毕业设计论文提交时间：二年月精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 16 页II 学位论文独创性声明本人所提交的学位论文，是在导师指导下由本人独立完成的研究成果，对文中所引用他人的成果，均已进行了明确标注或得到许可。论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，不包含他人已申请学位或其他用途使用过的成果。对本文的
2、研究做出重要奉献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果，如有不实之处，由本人承担一切相关责任。学位论文作者签名：日期：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 16 页III 学位论文使用授权声明本人完全了解池州学院有关保留、使用学位论文的规定，允许论文被学校图书馆收藏并被查阅。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学位论文以非赢利的方式使用，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，有权将学位论文进行汇编。保密的学位论文在解密后适用本规定
3、。学位论文作者签名：论文指导教师签名：日期：年月日日期：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 16 页VI 目录中文摘要 . . 1英文摘要 . . 21. 前言.3纳米羟基磷灰石制备的意义.3纳米羟基磷灰石制备传统的方式.32. 实验过程 . 5实验药品 . 5实验仪器 . 5实验步骤 . 62.3.1实验条件的选择与调控 .6.2 实验操作步骤 .73. 仪器检测数据分析. 83.1FT-IR 分析.8 3.2XRD 分析. . 83.3SEM 分析. . 94. 结果与讨论 . 10参考文献 . . . .12致谢
4、. . . .13精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 16 页1 纳米羟基磷灰石的制备和表征摘要现如今，纳米材料成为许多科学研究者工作的热点，纳米羟基磷灰石的特殊结构和良好的性能都是科学工作者的研究对象，在许多方面已经得到了很好的应用。这篇论文主要论述了纳米羟基磷灰石几种常见的制备方法，并选择其中的一种进行改良和尝试不同的环境对制备结果的影响，分析结果得出相应的结论，主要在已有的技术上进行改良和探索更佳好的制备条件，为它的发展再添动力。通过实验得到结论， 时间对纳米羟基磷灰石的制备影响很小，不影响它的形状和性状，而温度对它的
5、性状影响不大，主要是影响它的形状。同时本论文也介绍了纳米羟基磷灰石材料的性质和它已经应用和可能应用的领域，对它的研究方向提出了个人见解，而且对它的发展前景进行了一定展望。关键词： 纳米羟基磷灰石；制备；表征精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 16 页2 Abstract Now, Nano materials has become a focus of many scientific researchers work,n-HA,The special structure and excellent performance i
6、s the research object of scientific workers.It is well applied in many aspects. This essay mainly discusses the nano hydroxyapatite several common preparation method,select one of those try new method and discuss different environments on the perparation effects of the results that analysis results
7、and draw the corresponding conclusion. The main improvement and exploration conditions of making better in existing technology,so that it developments of better.At the same time, the properties of nano hydroxyapatite and it has been applied and possible fields of application are introduced, not only
8、 the research direction of it puts forward personal opinions, but also on its development to a certain outlook.Keywords: n-HA; manufacture;characterization精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 16 页3 1. 前言纳米羟基磷灰石制备的意义纳米羟基磷灰石在生物材料方面的应用羟基磷灰石 Ca10PO46(OH)2，HA 是一种微量溶于水中磷酸的钙盐，人体的骨骼、牙齿中的主要成分
9、都是由它构成的。在人体的骨骼中羟基磷灰石的含量到达了60% ，牙齿的珐琅质外表它的含量更是到达了95% 或者更高。人体骨中的HA主要以针状的和柱状晶体的形式存在，它长约40-60nm ，宽约 20nm ，厚约 3-5nm。因为 HA 的成分和晶体的结构和人骨几乎相同，所以拥有很好的相容性和生物活性，导入肢体内能与机体形成很好的键合，因此它可以作为制作骨骼的填充材料、人造骨骼的主体材料等， 能与机体很好的传导，是一种理想的代替材料。为了改善它的机械性能， 有研究把它制作成生物复合材料。通常把这种 HA生物复合材料分成三类：1金属 -HA 复合材料。已经研究的有Ti 金属粒子、 Ag金属粒子、 F
10、eCr 合金纤维还有不锈钢纤维等。这些研究过的金属中Ag 的效果最好，不仅强韧，而且还有抗菌的效果。 2生物惰性陶瓷 -HA复合材料。已经研究的除了有粒子、纤维，还有晶须等，例如： TiO2粒子、 Al2O3晶须等。3高聚物 -HA 复合材料。已经研究的有聚乙烯、聚乳酸和胶原等。其他方面的应用因为 HA的结构和它的性质，他还有一些特殊的功能，在我们刷牙用的牙膏里添加HA ，就能有效的预防龋齿，去除牙齿污垢更显著。这一点利用的是它良好的吸附作用。由于它的蓬松的结构，我们还可以在HA 的内部注入药物，患者在服用后，药物会缓慢的释放，到达长时间药物作用的效果，减少了患者服用药物频繁的麻烦。这一点利用
11、的是HA 的多孔结构。纳米 HA研究的特殊意义纳米 HA比一般的 HA有更好的性能，例如：比外表积相对较大、生物活性好、溶解度很高，吸附能力强等优点。不仅如此，纳米HA 在抗癌、净化水、美容等诸多方面也有特异成效，因此它的制备和一些应用成为许多人奋斗的方向，具有重要的意义。羟基磷灰石制备传统的方式之前，纳米羟基磷灰石的制备技术已经很完善了，不只是制出高纯与高化学计量比的纳米粉体，更是制出了不同的晶体形貌以满足不同的应用需要。制备的主要方式有化学沉精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 16 页4 淀法、水热合成法、微波固相法、凝
12、胶- 溶胶法、微乳液法，爆炸法、自燃烧法这些。1.水热合成法简介水热法的道理是在高温高压力下， 将磷酸盐和钙盐在封闭的容器水溶液中作用合成颗粒较大的 HA。这种方法的优点在于生成的产物为晶化，不需要烧结晶化，可以减少烧结过程中的聚团， 所形成的粒度也是比较均匀的，形态相比照较规则。 不同的水热反应条件，得到的晶体结构和晶体形态也是不相同的。化学沉淀法简介这种方法的基本原理是将含有Ca和 P的化合物制备成溶液混合进行反应，反应生成HA的沉淀。这主要是将含Ca和 P 的化合物按照一定的比例配置成溶液混合在一起发生反应，生成羟基磷灰石的沉淀。经常使用的磷酸盐有NaH2PO4、Na2HPO4、K2HP
13、O4等，一般钙盐有 CaC12、CaO、CaOH2、Ca(OC2H5)2、CaNO32等。反应原理为：10Ca2+6PO43-+2OH- = Ca10(PO4)6(OH)2微波固相法简介固相反应是指在温度较高条件下通入水蒸气，通过扩散传质机制固相反应制备HA。以便用水蒸气的强介入来补给HA中所需要的 OH-，利用扩散来补给 Ca2+制备没有晶格缺陷、配比正常、参杂量一定、结晶程度较高的HA单晶体。因为是固相反应，所以此反应速度较慢，耗时较长，产生的产品粒径较大，导致需要将原料磨粉，制备活性差的缺点，但是使用了微波的辅助就克服了这些缺点，能够制备纳米级的羟基磷灰石。凝胶- 溶胶法简介此种是 20
14、世纪60年代发展起来的一种制备无机材料的新工艺方法。它的制备原理是将金属醇盐或者无机盐经过水解，再使溶质聚合胶化，然后将凝胶干燥、焙烧，最终得到无机物材料。 以四水硝酸钙和磷酸三甲酯作为原料，用这种方法合成 HA，在溶剂中加一定量的乙二醇，调节适当的 pH值。由此方法得到的溶胶具有稳定、均一的性质，生成的干凝胶有低温燃烧的性质，燃烧的产物就是纳米级羟基磷灰石的粉末状晶体。自燃烧法简介自燃烧法是以凝胶 - 溶胶法作为基础，将这两种方法结合起来，再利用硝酸盐的氧化性和复原性，在热诱导条件下自发发生氧化复原反应。这个实验便于操作，周期短，节约时间和资源，最突出的是反应物再合成过程中是处于均匀分散，将
15、得到的凝胶加热成形，点燃让其烧成粉末，再将粉末在大于6000C的高温煅烧才能得到 HA ，但也不能太高，越高形成晶体的粒径就越大。2.1 实验药品精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 16 页5 磷酸二氢钠 NaH2PO4*2H2O 1mol/L无水氯化钙 CaCl21.67mol/L无水乙醇 (CH3CH2OH) 尿素(N2H4CO) 蒸馏水 (H2O)2.2 实验仪器表 2-1 实验仪器的名称、型号及厂家仪器名称型号生产厂家数控超声波清洗器KQ-250DE 昆山市超声仪器低速离心机80-2 常州国华电器电子天平YP202N
16、 上海菁海仪器电子分析天平FA2104B 上海越平科学仪器恒温磁力搅拌器85-2 金坛市杰瑞尔电器电热恒温鼓风干燥机DHG-924385 上海新苗医疗器械制造傅立叶红外光谱仪X射线衍射仪DX2700 丹东浩元玻璃仪器等配套用品移液枪移液管100 mL 容量瓶一只小烧杯假设干锥颈瓶玻璃棒试管架烘箱一台50mL 反应釜四个滴瓶一只带铁圈的铁架台一个实验步骤精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 16 页6 说明：本实验是在水热合成法和化学沉淀法的基础上，采取了一定的改良完成的。本实验是主要是用NaH2PO4和 CaCl2 进行的反应
17、，将它们制备成水溶液， 控制它们的摩尔比例在 Ca/P=1.67。在溶液中加入一定量的尿素，用来在加热反应中分解产生氨气调节 PH。实验操作前对实验条件的选择和影响因素确实定.1 确定最正确 Ca和 P 的最正确摩尔比1查阅相关资料和咨询导师来确定最正确的Ca和 P的比例。正常认为当 Ca 和P 的比例为1.6 时，所得到的反应产物是较为纯洁的HA 。当 Ca 和 P 的之间，得到HA+ -TCP 这种产物。当 Ca 和 P 摩尔比，合成的是羟基磷灰石。当Ca 和 P 摩尔比大于1.7 时，得到产品 HA 和 CaO的混合物。2磷酸根的水解和溶液的pH值大小相关。 pH值不同，水解的结果也不同
18、，得到的产品就不同。 所以，pH值是影响羟基磷灰石的合成的一个重要因素。因为 pH值会影响磷酸根在水溶液中的存在状态,也会影响羟基磷灰石的在溶液中的溶解情况,而且影响过饱和度在离子的合成过程中 ,还在其成核速度和晶体的定向排列速率方面有一定的影响,总的来说就是对产物 n(Ca)/n(P)晶体的完整性有影响。此外，HA 生成过程为磷酸八钙Ca8H2(PO4)6 5H2O转化成非晶态磷酸钙 Ca8(PO4 )2 X H2O再到缺钙磷灰石 Ca10-Z ( HPO4)Z(PO4 )6 -Z(OH )2-Z X H2O然后到羟基磷灰石 (Ca10( PO4 )6(OH )2 XH2O)的繁杂相改变进程
19、，通过对上面几种中间物的构成分析，pH变大，就是 OH-浓度变大，更便于转变形成n(Ca)/n(P)接近1.67 的羟基磷灰石。2.3.1.2其他条件影响1反应物的浓度2磷酸加入的速度3搅拌的速度4反应的温度5加料的时间6陈化时间、温度、 pH 7洗涤剂的种类8烘干温度等2.3.2本实验的操作步骤1所有需要使用的仪器都要在超声清洗仪中清洗干净，烘干备用。2将配制好的 CaCl2溶液放入锥颈瓶中，固定好铁架台，将混有尿素的NaH2PO4 * 2H2O装入滴瓶中固定在铁圈上。3调节液滴的速度，控制在3秒每滴，适当搅拌。4滴加完成完后再转移到100mL容量瓶中并定容。精选学习资料 - - - - -
20、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 16 页7 5分装到 4个反应釜中，每只 20mL盖好你拧紧。64只反应釜同时放入烘箱中，设置100oC连续工作。7每间隔 3小时取出一只，进行离心，用无水乙醇进行洗涤，再离心，然后将得到的沉淀物转移到小烧杯中放入烘箱80oC下干燥。8同样操作剩下的 3只，就完成了反应时间不同，其他条件相同的一组比照。9同理，操作第二、三组。温度为120oC、150oC，反应时间不同，其他条件相同的两组，得到 12组干燥后的产品。10将得到的产品分别进行红外、XRD 、SEM的仪器检测、分析处理来确定产品的分子式、纯度以及形状等。3.
21、1 FTIR 分析4000350030002500200015001000500020406080100120TranmittanceWavenumbers(cm-1) a b c图 1 不同温度下反应产物的FTIR 光谱图(a) 100(b) 120(c) 150Figure 1 FTIR spectra of the products in difference reaction temperature. (a) 100(b) 120(c) 150图 1 中 a、b 和 c 分别是温度在 100、120和 150时反应产物的FTIR 光谱图。图 1a、1b 和 1c 中的吸收峰位置基本相同
22、，只是相对强度有所不同，图中精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 16 页8 1035cm-11096cm-1处的强吸收峰为 -PO4的强伸缩振动吸收谱带， 而 570cm-1605cm-1处的吸收谱带为此基团的弯曲振动特征吸收谱带，1639、3457 cm-1处为 OH特征吸收峰，由此可以推断产物为羟基磷灰石。XRD 分析图 2 中 a、 b 和 c 分别是温度在 100、 120和 150时反应产物的 XRD 图谱。图 2 (a)中，样品在 2处出现强度不同的衍射峰，与JCPDS ：72-1243HA的XRD 标准卡片
23、对照，分别归属于羟基磷灰石晶体的(201) 、(210) 、(211) 、(202) 、(130) 、(222) 、(230) 、(004) 面，可以推定复合物中羟基磷灰石晶体的存在。随着温度的升高，衍射峰的强度逐渐增强，可见水热温度升高，得到的产物结晶度更高。0102030405060020406080100120140160180200220240Intensity(a.u.)2-theta (degrees) a b c图 2 不同温度下反应产物的XRD 图(a) 100(b) 120(c) 150Figure 2 XRD pattern of the products in diffe
24、rence reaction temperature. (a) 100(b) 120(c) 1503.3 SEM 分析精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 16 页9 (a) (b) (c) (d) (e) (f) 图 3 不同温度下反应产物的SEM 图a,b 100c,d 120 e,f 150Figure 3 SEM images of the products in difference reaction temperature. a,b 100c,d 120 e,f 150图 3 为不同温度下反应产物的SEM 图。图
25、 3a,b是反应温度为100的产物SEM 图，图中产物的形状和大小都不统一，结合其XRD 图图 2 a分析，该产物为无定型的羟基磷灰石；图3c,d是反应温度为120的产物SEM 图，该温度下的产物形貌为长棒状，其长度为微米级，其它两维为纳米精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 16 页10 尺度，为纳米级羟基磷灰石；图3e,f是反应温度为150的产物SEM 图，该产物的短棒状，尺度较大，为微米级羟基磷灰石。4. 结果与讨论本实验利用 CaCl2与 NaH2PO4溶液在尿素存在的条件下进行水热反应，成功的制备出了羟基磷灰石，并
26、研究了反应温度对产物的影响。通过FT-IR， XRD， SEM 等表征，结果说明：反应温度为100时能得到无定型的羟基磷灰石，温度为120时能得到长棒状的纳米羟基磷灰石，而温度为150时得到的产物为短棒状的微米级羟基磷灰石。此项研究实现对羟基磷灰石的可控制备，有利于羟基磷灰石在骨替代材料和药物缓释剂等方面的应用。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 16 页11 参 考 文 献1 廖其龙，徐光亮，伊光福，等. 纳米羟基磷灰石水热合成J . 功能材料， 2012，33(3):338-340. 2 Cheng HM,Ma JM,
27、ZhaoZG,ct al.Hydrothermal preparation of uniform nanosize rutile and Anatase particles J.Chem Mater,1995,7(4):663-671. 3 Hattori T,Lwadate Y.Hydrothermal preparation of calcium hydroxyapatite powdersJ.J Am Ceram Soc,1990,73(6):1803-1805. 4 郭广生， 王颖，王志华， 等. 化学沉淀法制备羟基磷灰石纳米颗粒J.化学通报， 2014，11：830-834. 5 粉
28、末的研究 J.无机盐工业， 2001，331 ： 3-7. 6 冯杰，曹杰明，邓少高，等.纳米羟基磷灰石合成的两种新方法J.化学新型材料，2005，331 ：27-31. 7 ；李显波，纳米羟基磷灰石的制备方法及其在牙膏中的作用J.牙膏工业， 2005，1：28-29. 8J.中国医学科学院学报，2002， 242 ：129-133. 9 徐志刚，程福祥，周彪，等.CoFe2O4纳米材料的燃烧法合成及磁性研究J.科学通报， 2000， 45 17 ：1837-1841. 10 岳振星，周济，张洪国，等. 柠檬酸盐凝胶的自然烧与铁氧体纳米粉合成J.硅酸盐学报， 1999，27 4 ：466-47
29、7. 11 张士成，李世善，陈芳. 磷灰石超微粉对癌细胞作用的初步研究J.武汉大学学报，1996，18 1 ：5-8. 12 基础化学实验指导用书/ 汪新著 . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 16 页12 致谢这篇论文是在吴国志老师的悉心指导下完成的，吴老师从实验开始就不停地给予各种帮助，参考文献改良实验，耐心的指导我完成实验，在寒假期间还不辞辛劳的亲自来实验室指导，在此对吴老师表示真诚的感谢！吴老师学识渊博、博闻强识、专业知识扎实、观察力强，能及时发现我的不足之处并指正，而且为人谦和、有耐心、诲人不倦。因为吴老师的细心教导，本论文才得以能够顺利完成，再次表达对吴老师的感谢。最后，真诚的感谢所有给与我关心和帮助我的师长和同学，并致以深深地谢意！精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 16 页
