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羟基磷灰石基纳米结构材料的可控设计,合成,表征及其性能研究

王挖女  
【摘要】:羟基磷灰石(HAP)作为一种典型的生物活性陶瓷材料,由于其良好的生物活性,生物相容性,无毒性和离子交换性能等,且能广泛的应用于生物医学,药物释放,催化,污水处理等领域,从而受到广泛的关注。废水中重金属离子是水污染治理的热门领域,现阶段合成较大比表面积,吸附性能良好的新型环境功能材料变得非常必要,同时HAP固有的脆性使其在临床医学上不能得到广泛的应用。因此本论文进一步发展和丰富了合成高比表面积、吸附性能提高且更适合应用于污水处理和生物医学等领域的HAP及其复合材料,文中提出了运用双表面活性剂作为晶体生长控制剂来可控合成不同形貌HAP纳米结构的研究思路;巧妙地采用软/硬模板协同的思路来制备多孔HAP结构材料;同时还提出采用温和的水热法来可控制备HAP/石墨烯氧化物复合结构材料的合成思路。在制备复杂分等级的HAP纳米结构材料,及研究其生物活性和重金属离子吸附等方面取得了一些新的研究结果。本论文的研究工作包括以下三个方面: 1.采用无水对氨基苯磺酸(ABSA)和聚乙二醇-4000(PEG-4000)作为晶体生长的模板和结构导向剂,在异丙醇/去离子水混合溶剂中,通过调节双表面活性剂的质量比,混合溶剂的体积比和水热反应温度成功制备出了均匀的带状HAP等,所合成的HAP显示出优异的生物活性。研究结果表明:双表面活性剂的模板效应和混合溶剂的协同效应等在调控HAP晶体成核和生长过程中起着重要的作用。 2.在预排列的三维聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)P(St-MMA-AA)胶体球间隙浇筑HAP前躯体,然后进行简单的煅烧或溶剂溶解处理,成功制备出分等级的可调节表面结构的多孔HAP独石。通过改变聚合物胶体球悬浮液的体积和聚合物小球的尺寸可以控制HAP独石的形貌。此外,我们还研究了HAP独石的体外生物活性,结果表明所合成的HAP独石具有良好的生物活性,这归因于其固有的多孔结构特性。这些特殊孔结构的HAP独石还表现出了对重金属离子(Pb2+和Cd2+)优异的吸附性能,因而本章合成的HAP独石可以被用来做污水处理的高效吸附剂。 3.利用简单温和的水热方法在120℃下以聚乙烯醇(PVA)为交联剂合成出了三维连通的多孔石墨烯氧化物(GO)骨架结构材料。同时,我们系统地研究了不同链长的PVA在三维自组装GO片形成GO-PVA复合物过程中的作用。通过改变PVA的分子量和用量,可以制备出多孔形貌,易弯曲,互连通的泡沫状宏观结构。此外,我们将HAP纳米晶与GO通过非化学键作用制备出了具有3D多孔结构的HAP/GO的复合结构材料,所合成的三维GO和GO/HAP复合物,拟在骨组织工程,可控药物释放,催化剂载体方面都存在着潜在的应用前景,并可以作为生物复合物的模板而加以开发利用。


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