Синтез гидроксиапатита

Синтез гидроксиапатита

Известно, что для гидроксиапатита разработано множество методов синтеза, из которых наиболее распространенными и детально проработанными оказались растворные, а именно осаждение из водных и неводных растворов. В частности, был предложен такой вариант:

5Ca(NO3)2·4H2O + 3Na3PO4 + NaOH → M5(PO4)3L + 10NaNO3 + 20H2O

В качестве растворителя в данном методе используется анизол, что значительно повышает стоимость конченого продукта.

В указанной методике неводные среды использовались с целью предотвращения возможного гидролиза целевого продукта и внедрения в него растворенного в воде углекислого газа в форме карбонат-ионов CO32-. Метод осаждения из водных растворов получил гораздо меньшее распространение.

Также при получении апатитов с L = OH используется гидротермальный синтез. При этом можно выделить два основных вида данного метода: так называемый традиционный гидротермальный синтез, когда водные растворы исходных реактивов смешиваются и помещаются в реактор при температуре 100-200°С, и механохимический активируемый гидротермальный синтез, предусматривающий механическое воздействие на реактор в течение процесса синтеза, что обеспечивает значительное снижение температуры по сравнению с традиционным подходом.

В ННГУ им. Н.И. Лобачевского была разработана золь-гель методика синтеза гидроксиапатита Ca5(PO4)3OH. Реакцию проводили согласно следующему уравнению:

5Ca(NO3)2·4H2O + 3H3PO4 +10NaOH →

                                                              → Ca5(PO4)3OH + 10NaNO3 + 29H2O

К раствору Ca(NO3)2·4H2O в бидистиллированной воде добавляли раствор H3PO4 в количестве, необходимом для соблюдения соотношения      Са/Р = 5/3. Полученный раствор термостатировали при 37°С, затем его рН доводили до 7 с помощью 1 М раствора NaOH. Начиная с рН = 4, начинал образовываться золь Ca5(PO4)3OH. Реакционную смесь выдерживали при указанной температуре в течение 1 часа. Затем образовавшийся гель центрифугировали и высушивали на воздухе. При необходимости увеличения частиц проводили нагревание образца в течение 6-8 часов при температуре 600°С.

Наноразмерность продукта подтверждали методом атомно-силовой микроскопии (рис. 1) и косвенно – по сильному уширению дифракционных максимумов на рентгенограмме порошкообразного образца по сравнению с рентгенограммой прокаленного при 600°С образца (рис. 2).

Изменение времени и температуры термостатирования конечного продукта на финальной стадии процесса его синтеза приводило к появлению примеси фосфата и дифосфата кальция.

Для увеличения стабильности образующихся наночастиц обычно используют различные поверхностно активные вещества (ПАВ). В случае водных золей гидроксиапатита можно использовать различные спирты (этиловый, пропиловый и др.), т.к. их можно впоследствии убрать из продукта при нагревании до невысоких температур. Однако, как показали исследования, наличие ПАВ из подобных классов соединений не приводит к заметному уменьшению размера частиц. [pic 1]

[pic 2]

Рис. 1. Изображение поверхности порошкообразного образца гидроксиапатита Ca5(PO4)3OH, полученное на атомно-силовом микроскопе

                     10             20              30              40              50              60[pic 3]

2, град

Рис. 2. Порошковые рентгенограммы гидроксиапатита Ca5(PO4)3OH (а – наноразмерного, б – прокаленного при 600°С)

Помимо растворных методов синтеза для получения гидроксиапатита возможно использование твердофазных методик.

Лабораторная работа №1

Синтез гидроксиапатита под воздействием микроволнового излучения (СВЧ-синтезы), жидкофазным методом

Применение микроволновой (СВЧ) обработки реакционной смеси позволяет проводить синтез многих соединений, существенно снижая временные и энергетические затраты по сравнению с традиционными методиками осуществления этих процессов. Кроме того, использование микроволнового воздействия в синтезе часто позволяет добиться результатов, которые невозможно получить при помощи других методов. Одной из перспективных областей применения микроволнового излучения является получение керамических материалов, которому сопутствуют такие энергоемкие процессы, как сушка, обжиг, спекание, плавление и др. Взаимодействие реагентов протекает в соответствии с уравнением реакции:

10Ca(NO3)2 + 6(NH4)2HPO4 + 8NH4OH→Ca10(PO4)6OH2 + 20NН4NО3+ 6H2O