介孔羟基磷灰石的制备及其应用的研究进展

2020-02-15蒲宇彤门健博王丽莹苗雨欣

山东化工 2020年13期

蒲宇彤，门健博，王丽莹，杨爽，苗雨欣

(沈阳师范大学化学化工学院能源与环境催化研究所，辽宁沈阳 110034)

1 介孔羟基磷灰石简介

羟基磷灰石，化学式为Ca10(PO4)6(OH)2，依据国际理论和应用化学联合会(IUPAC)的定义，微孔是孔径小于2 nm的孔；孔径大于50 nm的孔叫做大孔；介孔则是指孔径在2～50 nm之间的孔。羟基磷灰石的微孔是由天然孔道结构形成，具有较强的表面吸附性和离子交换性。为了更大程度地发挥其性质，可通过科学技术手段将羟基磷灰石制成介孔材料。而所制得的介孔羟基磷灰石则具有三维孔道结构和巨大比表面积和孔体积。介孔羟基磷灰石在吸附、催化、医学、分离、生物材料等领域皆具有不错的发展前景，具有极大的科学研究价值。

2 介孔羟基磷灰石的制备

在文献研究中，合成介孔羟基磷灰石的方法有很多，目前主要分为两大类：硬模板法和软模板法[1]。这两大类方法的具体举措也有很多，例如：水热合成法、冷冻干燥法、化学沉淀法以及溶胶凝胶与均匀沉淀法等。其中化学沉淀法和水热合成法相对更为简单方便，应用也更为广泛[2]。

2.1 水热合成法

水热合成法能够可控制备出不同形貌和尺寸的纳米材料，具有合成产物纯度高、粒子分散性好等优点。将磷酸盐和钙盐的水溶液进行混合，选择CTAB(软模板剂)作为实验的结构导向剂，在实验过程中适当加入氨水，调节溶液的pH值，随后将混合物装入水热釜[3]，在一定的温度、压力下反应一定的时间，对水热反应后的产物进行分离、洗涤、干燥等步骤，最后实现介孔羟基磷灰石颗粒的合成。

2.2 冷冻干燥法

冷冻干燥法[4]是将物质冻结到三相点温度之下，再利用减压进行升华使物质干燥的方法。冷冻干燥法可以很大程度的保留介孔羟基磷灰石独特的孔道结构，也不会改变其化学成分，在整个过程中，湿凝胶干燥后体积也几乎保持不变，利用冷冻干燥法有利于制备出具有较高比表面积，孔道结构丰富的羟基磷灰石。

2.3 气—液化学沉淀法

气—液化学沉淀法[5]是指通过操作把反应物变成气体状态，让气态反应物扩散至溶液，溶解后再进一步发生化学反应，生成沉淀。这种实验制备方法制得的介孔羟基磷灰石粒子分散性好、粒径小，作用条件更加温和，该反应可在室温条件下进行，操作更加便利，反应污染小。

2.4 溶胶凝胶与均匀沉淀相结合的方法

Igntema[6]等最先采用共沉淀法在纳米晶粒中包裹蛋白类药物，也是溶胶凝胶与均匀沉淀相结合的方法。溶胶凝胶与均匀沉淀相结合的方法的模板剂也可以用CTAB，与水热合成法不同的是，选用尿素为沉淀剂和结构导向剂，调节沉淀pH值。将对反应过程中生成的羟基磷灰石进行洗涤、干燥和焙烧处理最终可得介孔羟基磷灰石。该方法操作简单、产物分散性较好。

3 介孔羟基磷灰石材料的应用

目前，介孔羟基磷灰石被广泛应用于各个领域，由于介孔羟基磷灰石的独特结构对医学载药和吸附方面性能有较大影响，所以在该领域的应用研究也在不断进步，基于此，本部分着重对介孔羟基磷灰石材料在生物医学和吸附上的应用进行介绍。

3.1 吸附

羟基磷灰石作为一种无机吸附剂在重金属吸附领域中的研究出色，具有中空结构的羟基磷灰石通常具有更强的吸附能力。介孔羟基磷灰石纳米微球对水中重金属离子Pb2+的最大吸附率为99.34%，Cu2+的最大吸附率为94.96%，Zn2+的最大吸附率为91.7%[7]，比传统的多孔碳材料的吸附性能强。

3.2 生物医学

介孔羟基磷灰石比传统羟基磷灰石孔道空间更丰富，较大的孔容和比表面积使其具有更好的吸附性能，在实际的应用中可增大药物运送的负载量，并且可以有效控制药物的释放能力。使其在药剂学领域中有着重要的应用[8]。以介孔羟基磷灰石的结构性质制造的壳聚糖复合支架材料可以作为理想的骨骼的替代生物材料，具有较广泛的临床应用前景。