基于电化学原理的磷酸钙制备与抑制作用研究

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磷酸钙作为磷酸盐工业中的一个重要产品,在工业、农业和人民生活中有着极为广泛的应用。羟基磷灰石作为磷酸钙的一种存在形式,具有良好的生物相容性和骨诱导性,是最常见的一种生物活性陶瓷材料;然而,磷酸钙盐的溶度积极低,在水系统中极易结垢堵塞管道,要通过添加阻垢剂的方法抑制磷酸钙的生成。因此,本文基于电化学原理对磷酸钙的制备及抑制作用进行了研究。  在电沉积制备羟基磷灰石实验中,利用脉冲电流法在钛基表面制备涂层,采用XRD、FT-IR、SEM、EDS和动电位极化曲线法等分析手段研究了涂层的结构及形貌特点,并考察涂层的生物活性及在模拟人体体液中的耐腐蚀情况。结果表明,利用不同电沉积条件制备的涂层,在未经碱液处理时,恒电流法得到的是以CaHPO4·2H2O(DCPD)为主的涂层,而脉冲电流法得到的是以羟基磷灰石(HAP)为主的涂层。而且使用脉冲电流法时,随着tb的增大,HAP的衍射峰越明显;利用脉冲电流法制备的涂层比恒电流方法制备的涂层在钛基表面的覆盖度要高得多,并且涂层均呈片状结构紧密贴覆在钛基底上;脉冲电流法得到的涂层稳定性好、腐蚀速度较慢,有更好的耐腐蚀性,更适合植入人体,而且在td/tb比为2∶3时,自腐蚀电位及腐蚀电流密度达到了极小值,此时涂层的耐腐蚀性和稳定性是最好的;脉冲电流法制备的涂层的生物相容性都很好,其中在td/tb比分别为1∶1和2∶3条件下得到的涂层的生物相容性更好。  在阻垢剂对磷酸钙垢抑制作用的实验中,采用电化学方法,通过阴极的极限扩散电流密度评价了HEDP和AA/AMPS共聚物阻垢剂对磷酸钙垢的抑制作用。结果表明,在同一转速下,电极在空白溶液的极限电流最大,而在未加阻垢剂的磷酸钙饱和溶液中浸泡后电极的极限电流最小;相对于未加阻垢剂的溶液,电极在含有HEDP和AA/AMPS共聚物的阻垢剂溶液中浸泡后得到的阴极极限扩散电流密度均呈现出明显的增加,这说明两种阻垢剂对磷酸钙均有一定的阻垢效果,且随着阻垢剂浓度的增加,对磷酸钙垢的抑制作用也越明显;并且当阻垢剂浓度大于5mg/L时,AA/AMPS的阻垢效果较好,达到90%以上;当两种阻垢剂浓度大于10mg/L时,磷酸钙的阻垢率增速趋缓,阻垢率基本维持在一个水平,表现出阻垢剂的“槛值”效应;由SEM图可以看出,阻垢剂HEDP是通过抑制晶格生长达到阻垢作用;而阻垢剂AA/AMPS则是通过吸附在晶体表面上,使得晶体以畸形方式生长,最终达到阻垢目的的。
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