不同配方下沉淀法制备羟基磷灰石的纯度

张小立，张照军，刘 英，张瑞杰

（中原工学，郑州450007）

羟基磷灰石（HAP）属生物活性陶瓷材料，植入人体后对组织无刺激和排斥作用，因而用作骨缺损的充填材料，是理想的硬组织替代材料.如今，随着全球老龄化趋势的发展，人体硬组织替换材料越来越受到人们的重视，羟基磷灰石这类生物活性陶瓷具有广阔的研究价值和市场前景.

在所有羟基磷灰石的制备方法中，沉淀法具有实验设备简单、操作方便、产率高和制得的纳米颗粒大小均一等特点，是一种制备纳米颗粒HAP的新技术［1－6］.

目前，制备羟基磷灰石的起始原料尝试较多，但缺乏系统比较，从而无法判断其质量和产率.本文采用比较经济的起始原料，即以Ca（NO3）2和NH4H2PO4以及Ca（NO3）2·4H2O和 H3PO4为主要试剂，利用沉淀法制备了羟基磷灰石（HAP），并讨论了其纯度.

1 试验方法

配方一：主要原料为Ca（NO3）2和 NH4H2PO4；配方二：主要原料为Ca（NO3）2·4H2O和 H3PO4.根据Ca／P比为1.67的化学计量配比称量所需的药品，用适量的蒸馏水分别溶解，将两种溶液混合均匀，用氨水将其pH值分别调节为8和10，溶液用恒温磁力搅拌器于50℃剧烈搅拌2h.继续搅拌30min后静置，过滤，去离子水洗涤，无水乙醇洗涤并烘干，将烘干后的产物分别在600℃和900℃温度下煅烧3h，冷却后取出并研磨后得到HAP粉末.利用红外分析仪对制备得到的HAP进行纯度分析.

两种配方下反应方程式分别如下：

2 试验结果及分析

利用反应式（1）制备HAP，pH值对其纯度的影响如图1所示.由图1可知，当溶液仅pH值不同时，产物HAP的红外光谱分析结果表明，601cm－1和3 640cm－1左右的红外光谱吸收峰是由OH－造成的.比较图1（a）和（b）可知，601cm－1左右的光谱震动幅度相同，而图1（a）中3 640cm－1左右的红外光谱震动幅度小于图1（b）中3 640cm－1左右的红外光谱震动幅度；因而，pH为10时，OH－含量高，从而可知，pH值为10时制得的HAP纯度大于pH值为8时制得的HAP纯度.因此，在制备HAP的过程中，反应溶液的pH值应选择10，从而可获得较高纯度的HAP.

图1 在反应式（1）下pH值对HAP纯度的影响

图2所示为当溶液仅pH值不同时根据反应式（2）制备得到的HAP产物的红外光谱图.从图2可以看出，吸收峰3 640cm－1左右和601cm－1对应的峰分别是由OH－的伸缩振动和摆动造成的；随着pH值的升高，OH－对应的峰越来越突出，说明制备的HAP越纯、越多.

图2 在反应式（2）下pH值对HAP纯度的影响

图3所示为利用反应式（1）制备HAP时煅烧温度对HAP纯度的影响.在该红外光谱图中，601cm－1和3 640cm－1左右的吸收峰是由OH－造成的；当煅烧温度分别为600℃和900℃时，图3（b）中601cm－1和3 640cm－1左右的吸收峰的振幅都要比图3（a）中的大，这说明煅烧温度为900℃时OH－的量大于煅烧温度为600℃时OH－的量.可见，煅烧温度影响HAP纯度.因此，在制备HAP的过程中，煅烧温度900℃比煅烧温度600℃更有利于生成纯度高的HAP粉末.

图3 在反应式（1）下煅烧温度对HAP纯度的影响

图4所示为利用反应式（2）制备HAP时不同煅烧温度下HAP粉末的红外光谱图.从图4可以看出，3种煅烧温度下试样中都含有OH－基团，其中3 640cm－1左右和601cm－1对应的峰分别是由OH－的伸缩振动和摆动造成的，这说明样品具有羟基结构；1 400cm－1的宽带和隆起是由水分子的存在造成的.

图4 在反应式（2）下煅烧温度对HAP纯度的影响

比较图4（a）和（b）可知，随着煅烧温度的升高，3 640cm－1左右的OH－峰越来越尖锐，峰值越来越高；这说明随着煅烧温度的升高，羟基磷灰石中的羟基越来越突出，结晶程度越好.但是从图4（c）可看出，煅烧温度超过1 000℃，会造成HAP的分解，OH－变弱.

3 结 语

在沉淀法制备羟基磷灰石（HAP）的过程中，即使起始原料不同，但溶液pH值和煅烧温度对其纯度的影响规律是一致的.当pH值提高时，有助于获得较高纯度的HAP；随着煅烧温度的提高，可得到结晶程度较好的HAP粉体，但当煅烧温度超过1 000℃时，会造成HAP的分解.

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