羟基磷灰石复合材料的制备、表征及应用研究

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羟基磷灰石是人体骨骼中主要的无机成分,具有良好的生物特性,同时其特殊的晶体结构还使其具有良好的吸附特性。将羟基磷灰石与壳聚糖材料二者复合后能有效改善其固有的生物学及力学性能,也是目前生物材料研究的热点之一。锶是人体骨骼中必需的元素,具有防龋和增强骨强度的作用。研究发现,含锶的羟基磷灰石能够提高羟基磷灰石的降解性、生物相容性、骨引导性和骨融合性。明胶是人体骨骼中的胶原的水解产物,因此与人体有很好的亲和性,因此研究掺锶羟基磷灰石和明胶复合同样具有重要研究意义。并且,由于稀土离子与羟基磷灰石中钙离子的半径相当,因此研究作为荧光探针掺铽的羟基磷灰石具有潜在的应用价值。因此具有重要研究意义。此外,与HAp有相同的晶体化学特性的碳羟基磷灰石(CHAp)对制革废水中六价铬的吸附性能研究也备受关注。针对以上这些问题,本文进行了一系列研究工作。  采用原位沉析法在壳聚糖凝胶中合成了羟基磷灰石,结果表明,合成的羟基磷灰石为弱结晶态,随着浓度的升高,有利于HAp晶体沿(002)面生长。掺杂聚乳酸纤维后的复合材料可以在一定程度上促进HAp晶体的转化和生成。当纤维掺杂量为2wt%时在基体内分布较为均匀,且具有良好的界面配合,有利于复合材料的力学性能增强。正交试验结果表明:复合物的抗折强度随着羟基磷灰石含量的增加变化较小,而弯曲模量会产生小幅度的提升;随着纤维质量分数的提高,材料的抗折强度和弯曲模量均在2wt%纤维含量时出现最高值。利用极差分析得出各影响因素对纤维增强复合材料综合力学性能影响强弱次序为:聚乳酸纤维含量>聚乳酸纤维长度>羟基磷灰石加入量。  采用共沉淀法合成了掺锶羟基磷灰石,通过实验研究最终确定其最佳反应温度为70℃,反应时间为8小时。同时,合成的羟基磷灰石晶体颗粒的尺寸与人体骨骼的羟基磷灰石尺寸大小相似,且为针状形貌,长为40nm,宽为20nm。在掺锶羟基磷灰石的基础上进一步合成了掺锶羟基磷灰石/明胶复合材料,实验表明,加入戊二醛的量为9.0ml时,试样的强度达到43MPa。对合成试样的降解性和模拟体液浸泡实验表明,合成的掺锶羟基磷灰石/明胶复合材料具有一定的降解性和生物活性。  采用高温熔融法和化学沉淀法制备了具有较强荧光强度的稀土掺杂羟基磷灰石荧光材料,为羟基磷灰石进一步作为生物荧光材料打下了良好的基础。分析结果表明,随着Tb3+含量的增加,稀土掺杂羟基磷灰石荧光材料发生了浓度猝灭,这主要是由于Tb3+的交叉弛豫引起的。  利用沉淀法制备了不同CO32-含量的CHAp,随着CHAp中CO32-含量的增加,其晶粒尺寸及长径比随之变小,而结晶度、稳定性和分散温度随之降低。吸附研究表明,CHAp作为新型吸附剂,对Cr6+有较高的吸附去除作用。常温下5g/L的CHAp(CO32-含量为5.14%)在pH值为5左右,吸附时间为30min时,对溶液中Cr6+的去除率最高为94.16%。随着CO32-含量的增加,CHAp对Cr6+的吸附效果增强。吸附热力学分析表明,CHAp吸附Cr6+的反应属于自发的吸热反应,温度升高对吸附反应有利。吸附动力学分析表明,CHAp吸附Cr6+的过程是一个化学吸附过程,基本符合Langmuir和Freundlich两种等温吸附模型。对水中Cr6+的吸附实验表明,用CHAp分别处理废铬液和制革废水,都可以达到很好的吸附去除效果。废铬液不用pH值调节,常温下20g/L的CHAp对其中Cr6+的去除率最高可达99.73%;制革总污水需要调节pH值,常温下6g/L的CHAp对其中Cr6+的去除率最高可达99.24%。再生实验表明,CHAp的再生性强,解吸附容易,可循环利用,解吸附后的Cr6+,可以回收利用。
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