一種含鈦介孔生物玻璃的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含鈦介孔生物玻璃的制備方法。本發(fā)明利用三嵌段共聚物作為表面活性劑，以正硅酸乙酯為硅源，以氯化鈣或硝酸鈣為鈣源，以磷酸三乙酯為磷源，通過向反應(yīng)體系中添加納米二氧化鈦粒子，利用溶膠-凝膠法制備含鈦介孔生物玻璃。該材料成分構(gòu)成及配比為：SiO2：CaO：P2O5：TiO2的摩爾比為(100-80)：(0-20)，其比表面積為200-500cm2/g，介孔孔徑為5-50nm，孔徑均一可調(diào)。本制備方法條件溫和，簡單易行，環(huán)境友好，重復(fù)性好，易于大規(guī)模生產(chǎn)。所得材料在生物醫(yī)用及環(huán)境修復(fù)方面有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種含鈦介孔生物玻璃的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含鈦介孔生物玻璃的制備方法，屬于生物材料和環(huán)境修復(fù)材料領(lǐng)域。 【背景技術(shù)】
[0002]生物玻璃是由二氧化硅(SiO2)、氧化鈣(CaO)、五氧化二磷(P2O5)和氧化鈉(Na2O)組成的類似于骨結(jié)構(gòu)的生物材料，由于具有良好的生物相容性，作為骨修復(fù)與支架材料植入人體后，能與骨形成緊密的結(jié)合，迅速有效地促進(jìn)骨修復(fù)，因而在骨組織修復(fù)與替代工程中有廣泛的應(yīng)用。介孔生物活性玻璃由于高的比表面積和有序的介孔孔道，相比于傳統(tǒng)的生物玻璃材料，提高了生物相容性的同時(shí)還具備了優(yōu)良的吸附性能和抗菌性，因此在藥物輸送緩釋方面有更廣泛的應(yīng)用。中國專利CN101091807A制備了具有納米孔道的單分散生物玻璃納米粒子，該粒子有較高的比表面積和孔體積，具有較高的生物活性，在骨組織修復(fù)和藥物控釋方面有很大的應(yīng)用前景。中國專利CN1887361A制備了一種介孔生物玻璃纖維材料，該材料具有可控的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀形貌，有優(yōu)異的成骨活性和細(xì)胞活性，可用于骨修復(fù)材料和骨組織支架材料。但是，目前這類多孔生物玻璃材料多用于骨組織修復(fù)或藥物控釋等生物醫(yī)藥領(lǐng)域，而在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域，構(gòu)建具有良好生物安全性的多孔材料，不僅能有效去除環(huán)境中日益增長的污染物質(zhì)，還能減少材料的使用為環(huán)境帶來的二次污染。
[0003]二氧化鈦(TiO2)作為一種有效的半導(dǎo)體光催化劑被廣泛用于環(huán)境治理，摻雜了二氧化硅等多孔材料的二氧化鈦復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)和催化性能上優(yōu)于純二氧化鈦材料，弓丨起了人們的廣泛關(guān)注(Hong S S，Lee M S，Park S S，et al, Catal.Today, 2003,87,99 ；Phanikrishna S M V, Durga K V,Machiraju S, J.Hazard.Mater., 2010,175,1101)。但是，目前關(guān)于生物玻璃-二氧化鈦復(fù)合材料的制備方法還未見報(bào)道。本發(fā)明的制備方法是在生物玻璃的合成過程中摻雜納米二氧化鈦粒子，得到了二氧化鈦粒子均勻分布的介孔生物玻璃材料，這種含鈦介孔生物玻璃的制備方法尚屬首次提出，所制備材料既具有生物玻璃的介孔結(jié)構(gòu)，又保持了二氧化鈦原有的晶型，兼具了介孔生物玻璃和二氧化鈦共同的性質(zhì)，有望在生物醫(yī)藥和環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種含鈦介孔生物玻璃的制備方法，本制備方法條件溫和，簡單易行，環(huán)境友好。本發(fā)明操作簡單，重復(fù)性好，產(chǎn)率高。
[0005]本發(fā)明所述的含鈦介孔生物玻璃的制備方法，包括以下步驟:
[0006]I)表面活性劑加入到無水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；
[0007]2)按照設(shè)定比例依次將硅源、鈣源、磷源和納米二氧化鈦粒子、稀酸加入水溶液中；
[0008]3)將步驟I)所得混合液與步驟2)所得混合液充分混合，恒溫?cái)嚢?4小時(shí)；
[0009]4)將步驟3)所得溶膠倒入器皿中，使溶劑充分揮發(fā)；[0010]5) 800°C -900°c焙燒6_9小時(shí)，得到含鈦介孔生物玻璃材料。
[0011]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]本制備方法條件溫和，簡單易行，重復(fù)性好，產(chǎn)率高，環(huán)境友好，易于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0013]所制備的含鈦介孔生物玻璃材料有較高的比表面積和均一可調(diào)的介孔孔徑，是生物相容性好的多孔材料；材料中含有的納米二氧化鈦具有良好的光催化性能。兼具吸附及光催化功能的含鈦介孔生物玻璃材料有望在生物醫(yī)藥和環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的含鈦介孔生物玻璃的透射電鏡圖。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的含鈦介孔生物玻璃的XRD圖。
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的含鈦介孔生物玻璃的小角XRD圖。
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的含鈦介孔生物玻璃的氮?dú)馕?脫附曲線及孔徑分布曲線。其中，(a)為氮?dú)馕?脫附曲線，(b)為孔徑分布曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明:
[0019]實(shí)施例1:
[0020]4g表面活性劑P123加入到60g無水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；按照SiO2:CaO =P2O5 =TiO2的質(zhì)量比為85:5:5:5依次將正硅酸乙酯、硝酸鈣、磷酸三乙酯、晶型為銳鈦礦的納米二氧化鈦粒子、0.5M鹽酸溶液加入水中；將上述兩種溶液混合，攪拌24小時(shí)后，將所得溶膠倒入培養(yǎng)皿中``，常溫放置7天，800°C焙燒7小時(shí)，得到含鈦生物玻璃材料。
[0021]實(shí)施例1:
[0022]4g表面活性劑P123加入到60g無水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；按照SiO2:CaO =P2O5 =TiO2的質(zhì)量比為85:5:5:5依次將正硅酸乙酯、硝酸鈣、磷酸三乙酯、晶型為金紅石的納米二氧化鈦粒子、0.5M鹽酸溶液加入水中；將上述兩種溶液混合，攪拌24小時(shí)后，將所得溶膠倒入培養(yǎng)皿中，常溫放置7天，800°C焙燒7小時(shí)，得到含鈦生物玻璃材料。
[0023]實(shí)施例3:
[0024]4g表面活性劑P123加入到60g無水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；按照SiO2:CaO =P2O5 =TiO2的質(zhì)量比為80:10:5:5依次將正硅酸乙酯、硝酸鈣、磷酸三乙酯、晶型為銳鈦礦的納米二氧化鈦粒子、0.5M鹽酸溶液加入水中；將上述兩種溶液混合，攪拌24小時(shí)后，將所得溶膠倒入培養(yǎng)皿中，常溫放置7天，600°C焙燒7小時(shí)，得到含鈦生物玻璃材料。
[0025]實(shí)施例4:
[0026]4g表面活性劑P123加入到60g無水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；按照SiO2:CaO =P2O5 =TiO2的質(zhì)量比為80:5:5:10依次將正硅酸乙酯、硝酸鈣、磷酸三乙酯、晶型為銳鈦礦的納米二氧化鈦粒子、0.5M鹽酸溶液加入水中；將上述兩種溶液混合，攪拌24小時(shí)后，將所得溶膠倒入培養(yǎng)皿中，常溫放置7天，600°C焙燒7小時(shí)，得到含鈦生物玻璃材料。
[0027]實(shí)施例5:
[0028]4g表面活性劑P123加入到60g無水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；按照SiO2:CaO =P2O5 =TiO2的質(zhì)量比為75:15:5:5依次將正硅酸乙酯、硝酸鈣、磷酸三乙酯、晶型為銳鈦礦的納米二氧化鈦粒子、0.5M鹽酸溶液加入水中；將上述兩種溶液混合，攪拌24小時(shí)后，將所得溶膠倒入培養(yǎng)皿中，常溫放置5天，600°C焙燒6小時(shí)，得到含鈦生物玻璃材料。
[0029]實(shí)施例6:
[0030]Sg表面活性劑F127加入到60g無水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；按照SiO2:CaO =P2O5 =TiO2的質(zhì)量比為85:5:5:5依次將正硅酸乙酯、硝酸鈣、磷酸三乙酯、晶型為銳鈦礦的納米二氧化鈦粒子、0.5M鹽酸溶液加入水中；將上述兩種溶液混合，攪拌24小時(shí)后，將所得溶膠倒入培養(yǎng)皿中，常溫放置7天，600°C焙燒7小時(shí)，得到含鈦生物玻璃材料。 [0031]實(shí)施例7:
[0032]3.6g表面活性劑F104加入到60g無水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；按照SiO2:CaO =P2O5 =TiO2的質(zhì)量比為85:5:5:5依次將正硅酸乙酯、硝酸鈣、磷酸三乙酯、晶型為銳鈦礦的納米二氧化鈦粒子、0.5M鹽酸溶液加入水中；將上述兩種溶液混合，攪拌24小時(shí)后，將所得溶膠倒入培養(yǎng)皿中，常溫放置7天，600°C焙燒7小時(shí)，得到含鈦生物玻璃材料。
[0033]在上述實(shí)施例中，PU3為 EO2qPO7qEO2q, F127 為 E01(l6P07(lE01(l6，F(xiàn)104 為 EO27PO61EO27,其中EO為環(huán)氧乙烯，PO為環(huán)氧丙烯。
【權(quán)利要求】
1.一種含鈦介孔生物玻璃的制備方法，其特征在于，其組成成分為(SiO2)x-(CaO)y-(P205)z-(Ti02)n.SiO2:CaO:P205 =TiO2 的質(zhì)量比為(85-65): (5-25):5: (5-10)，其比表面積為200-500cm2/g,介孔孔徑為5_50nm,孔徑均一可調(diào)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種含鈦介孔生物玻璃的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: 1)表面活性劑加入到無水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液； 2)按照設(shè)定比例依次將硅源、鈣源、磷源、納米二氧化鈦粒子、稀酸加入水溶液中； 3)將步驟I)所得混合液與步驟2)所得混合液充分混合，恒溫?cái)嚢?4小時(shí)； 4)將步驟3)所得溶膠倒入器皿中，使溶劑充分揮發(fā)； 5)8000C _900°C焙燒6-9小時(shí)，得到含鈦介孔生物玻璃材料。
3.如權(quán)利要求2所述的一種含鈦介孔生物玻璃的制備方法，其特征是反應(yīng)溫度為室溫。
4.如權(quán)利要求2所述的一種含鈦介孔生物玻璃的制備方法，其特征是所用表面活性劑為聚環(huán)氧乙烯作為親水嵌段、聚環(huán)氧丙烯作為疏水嵌段的三嵌段共聚物，其分子式為EOnPOmEOn, η = 20-140，m = 50-100其中EO為環(huán)氧乙烯，PO為環(huán)氧丙烯。
5.如權(quán)利要求2所述的一種含鈦介孔生物玻璃的制備方法，其特征是所用硅源為正硅酸乙酯，所用鈣源為氯化鈣或硝酸鈣，所用磷源為磷酸三乙酯。`
6.如權(quán)利要求2所述的一種含鈦介孔生物玻璃的制備方法，其特征是所述納米二氧化鈦粒子為金紅石型或銳鈦礦型。
7.如權(quán)利要求2所述的一種含鈦介孔生物玻璃的制備方法，其特征是所述納米二氧化鈦粒子粒徑為5-10nm。
【文檔編號(hào)】C03C4/00GK103626396SQ201310702916
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】李麗穎, 王含, 臧雪松, 史歡睿, 陳璐 申請人:天津工業(yè)大學(xué)