一種鑭摻雜介孔生物玻璃及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境修復(fù)材料領(lǐng)域，具體涉及一種鑭摻雜介孔生物玻璃及其制備方法與其作為吸附劑和光催化劑在水環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]生物玻璃是由二氧化硅(Si02)、氧化鈣(CaO)、五氧化二磷(P205)和氧化鈉(Na20)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(guó)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(guó)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(zhǎng)的污染物質(zhì)，還能減少材料的使用為環(huán)境帶來(lái)的二次污染，因此開(kāi)發(fā)生物安全多孔材料在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的意義。
[0003]稀土金屬化合物有良好的光電磁等物理特性，因此在光學(xué)材料、磁光材料、介電材料及化學(xué)傳感等方面有廣泛的應(yīng)用。稀土金屬化合物可與其他材料組成新型復(fù)合材料，從而賦予復(fù)合材料良好的光電性能。目前關(guān)于稀土摻雜生物玻璃復(fù)合材料的制備方法還未見(jiàn)報(bào)道。本發(fā)明的制備方法是在生物玻璃的合成過(guò)程中摻雜鑭，得到鑭摻雜的介孔生物玻璃材料，這種摻鑭介孔生物玻璃的制備方法尚屬首次提出，所制備材料既因生物玻璃的介孔結(jié)構(gòu)而具有吸附性能，又因鑭化合物的存在而具有光催化活性，有望在環(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鑭摻雜介孔生物玻璃的制備方法和應(yīng)用，本制備方法條件溫和，簡(jiǎn)單易行，環(huán)境友好。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，產(chǎn)率高。
[0005]本發(fā)明所述的鑭摻雜介孔生物玻璃的制備方法，包括以下步驟:
[0006]1)表面活性劑加入到無(wú)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、磷源和可溶性鑭鹽、稀酸加入水溶液中；
[0008]3)將步驟1)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]上述方法步驟1)中，所述表面活性劑為聚環(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EOJOmEO。，η = 20-140，m = 50-100其中E0為環(huán)氧乙烯，P0為環(huán)氧丙烯。
[0012]上述方法步驟2)中，所述硅源為正硅酸乙酯；所述鈣源為氯化鈣或硝酸鈣；所述磷源為磷酸三乙酯；所述可溶性鑭鹽為硝酸鑭或氯化鑭。
[0013]上述方法步驟1)-4)中，反應(yīng)溫度為室溫。
[0014]上述方法制得的鑭摻雜介孔生物玻璃，其組成成分為(Si02) x- (CaO) y- (P205)z-(La203)n，Si02: CaO: P 205: La 203的摩爾比為(100-60): (0-35): 5: (0.5-1)，其比表面積為200-500cm2/g，介孔孔徑為5_50nm，孔徑均一可調(diào)。
[0015]由上述方法制備得到的鑭摻雜介孔生物玻璃也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0016]上述鑭摻雜介孔生物玻璃作為吸附劑和光催化劑用于水環(huán)境中污染物的去除也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0018]所制備的鑭摻雜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，在水中有較好的吸附性及光催化活性，且再生性能好，可循環(huán)使用。本制備方法條件溫和，簡(jiǎn)單易行，原料價(jià)廉，重復(fù)性好，產(chǎn)率高，環(huán)境友好，易于規(guī)?；a(chǎn)。為環(huán)境修復(fù)材料的開(kāi)發(fā)和規(guī)?；a(chǎn)建立良好的技術(shù)基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的鑭摻雜介孔生物玻璃的透射電鏡圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的鑭摻雜介孔生物玻璃的XRD圖。
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的鑭摻雜介孔生物玻璃的XPS圖。
[0022]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的鑭摻雜介孔生物玻璃的氮?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。
[0023]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的鑭摻雜介孔生物玻璃吸附水中亞甲基藍(lán)的吸附等溫線。
[0024]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的鑭摻雜介孔生物玻璃光催化降解亞甲基藍(lán)催化活性對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明:
[0026]實(shí)施例1:
[0027]4g表面活性劑P123加入到60g無(wú)水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；按照Si02: CaO: P 205: Ti02的摩爾比為85:5:5: 0.5依次將正硅酸乙酯、硝酸鈣、磷酸三乙酯、硝酸鑭、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)，得到鑭摻雜生物玻璃材料。
[0028]實(shí)施例2:
[0029]4g表面活性劑P123加入到60g無(wú)水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；按照Si02: CaO: P 205: Ti02的摩爾比為85:5:5: 1依次將正硅酸乙酯、硝酸鈣、磷酸三乙酯、硝酸鑭、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)，得到鑭摻雜生物玻璃材料。
[0030]實(shí)施例3:
[0031]4g表面活