[发明专利]一种制备纳米羟基磷灰石的方法

说明书

发明公开了一种制备羟基磷灰石HAP粉末的方法，包括以下步骤：将磷酸氢钙CaHPO₄·2H₂O、碳酸钙CaCO₃、和水加入到水热罐中，反应温度为220℃，反应时间为6h；其中所述羟基磷灰石HAP粉末为粒径大于50nm的纯相粉末。

技术领域

本发明涉化学合成领域，特别涉及化学方法合成纳米级别羟基磷灰石。

背景技术

人类和动物的骨质中含有的大量无机矿物成分中，主要元素是Ca和P，其形成的矿物晶体结构与地质条件下形成的磷灰石基本一致，以羟基磷灰石为代表(简写为HAP)。羟基磷灰石理化性质：熔点：1650℃，比重：3.16g/cm³，Ca/P：1.67，纯的羟磷灰石粉末是白色，晶系为六方晶系，具有较高的化学稳定性，在中性水溶液体系中，羟基磷灰石达到溶解平衡时溶液中的Ca²⁺浓度小于10^-4mol/L，也即溶解度在1ppm数量级，这也很好地解释了为什么动物及人类骨质经过长年累月的各种环境侵蚀，还能够留存下来。

早期对骨矿物质结晶尺寸的研究使用的是X射线衍射法(XRD)，通过计算，获得骨质中磷灰石晶体尺寸，大约为3-29nm；随着电子显微镜技术的应用，有研究认为晶体呈50nm×25nm×10nm的板状，也有研究认为呈25nm长、5nm宽的棒状。不论何种结果更为接近真实情况，骨质中的磷灰石都是名副其实的纳米颗粒。因此，制备粒径小于50nm的羟基磷灰石更能符合骨质文物中对磷灰石的要求。

近年来，利用各种化学方法合成纳米级别羟基磷灰石已取得许多进展，主要有：干法合成、微乳液法、沉淀法、溶胶-凝胶法、超声波合成法、水解法、自燃烧法、水热法等。上述方法中文献报道较多的微乳液法、沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等，是利用物理或化学的手段，使溶液中的离子或者分子受控地聚集从而形成胶体，又称凝聚法。“受控”是整个制备过程的关键，通过调节可控因素，可以调节产物的性质，获得期望得到的产物。微乳液法需要使用大量的有机相和表面活性剂，产物的纯化比较困难，难以避免残留的杂质对文物造成未知损害。沉淀法合成的HAP粒径范围分布低，且颗粒分散度小，有报导称用添加剂或冷冻干燥方法制备出30-80nm的HAP粉体。本方法工艺条件要求极为严格，制备所得的纳米HAP颗粒粒径均匀性差，并且团聚现象严重。溶胶-凝胶法得到的前驱体，再结合水热法等处理，具有制备温度低、反应速度快、制备效率高和粉体纯度高等特点；但也存在原料价格较高，有机溶剂可能造成污染等缺点。

找到合适的工艺流程和反应条件，制备符合要求、粒径小于50nm高质量的HAP粉体材料，是本研究的主要任务和目的。

发明内容

本发明公开了一种制备羟基磷灰石HAP粉末的方法，包括以下步骤：

将磷酸氢钙CaHPO₄·2H₂O、碳酸钙CaCO₃、和适量水加入到水热罐中，反应温度为200-250℃，反应时间为2-10h；其中CaHPO₄·2H₂O和CaCO₃的摩尔比为3∶2。

在一个实施例中，所述水为去离子水。

在一个实施例中，所述水热罐为聚四氟乙烯材质。

在一个实施例中，所述反应温度为220℃，反应时间为6h。

在一个具体实施例中，当所述反应温度为220℃，反应时间为6h时，所述羟基磷灰石HAP粉末为粒径小于50nm的纯相粉末。

在一个实施例中，所述反应温度为230-250℃，反应时间为6h。

在一个具体实施例中，所述反应温度为230-250℃，反应时间为6h时，当所述羟基磷灰石HAP粉末为粒径大于50nm的纯相粉末。