一種鑭摻雜介孔生物玻璃及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于環境修復材料領域，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境修復中的應用。
【背景技術】
[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)組成的類似于骨結構的生物材料，由于具有良好的生物相容性，作為骨修復與支架材料植入人體后，能與骨形成緊密的結合，迅速有效地促進骨修復，因而在骨組織修復與替代工程中有廣泛的應用。介孔生物活性玻璃由于高的比表面積和有序的介孔孔道，相比于傳統的生物玻璃材料，提高了生物相容性的同時還具備了優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，在骨組織修復和藥物控釋方面有很大的應用前景。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構和宏觀形貌，有優異的成骨活性和細胞活性，可用于骨修復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或藥物控釋等生物醫藥領域，而在環境修復領域，構建具有良好生物安全性的多孔材料，不僅能有效去除環境中日益增長的污染物質，還能減少材料的使用為環境帶來的二次污染，因此開發生物安全多孔材料在環境修復領域的應用具有重要的意義。
[0003]稀土金屬化合物有良好的光電磁等物理特性，因此在光學材料、磁光材料、介電材料及化學傳感等方面有廣泛的應用。稀土金屬化合物可與其他材料組成新型復合材料，從而賦予復合材料良好的光電性能。目前關于稀土摻雜生物玻璃復合材料的制備方法還未見報道。本發明的制備方法是在生物玻璃的合成過程中摻雜鑭，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構而具有吸附性能，又因鑭化合物的存在而具有光催化活性，有望在環境修復領域有廣泛的應用。
【發明內容】
[0004]本發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用，本制備方法條件溫和，簡單易行，環境友好。本發明操作簡單，重復性好，產率高。
[0005]本發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水乙醇中，攪拌條件下得到均勻混合的溶液；
[0007]2)按照設定比例依次將硅源、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，恒溫攪拌24小時；
[0009]4)將步驟3)所得溶膠倒入器皿中，使溶劑充分揮發；
[0010]5) 800°C -900°c焙燒6_9小時，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氧乙烯作為親水嵌段、聚環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為環氧乙烯，P0為環氧丙烯。
[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。
[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明的保護范圍。
[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境中污染物的去除也屬于本發明的保護范圍。
[0017]本發明具有如下優點:
[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，可循環使用。本制備方法條件溫和，簡單易行，原料價廉，重復性好，產率高，環境友好，易于規模化生產。為環境修復材料的開發和規模化生產建立良好的技術基礎。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明實施例1中制備的鑭摻雜介孔生物玻璃的透射電鏡圖。
[0020]圖2為本發明實施例1中制備的鑭摻雜介孔生物玻璃的XRD圖。
[0021]圖3為本發明實施例1中制備的鑭摻雜介孔生物玻璃的XPS圖。
[0022]圖4為本發明實施例1中制備的鑭摻雜介孔生物玻璃的氮氣吸附-脫附曲線及孔徑分布曲線。其中，(a)為氮氣吸附-脫附曲線，(b)為孔徑分布曲線。
[0023]圖5為本發明實施例1中制備的鑭摻雜介孔生物玻璃吸附水中亞甲基藍的吸附等溫線。
[0024]圖6為本發明實施例1中制備的鑭摻雜介孔生物玻璃光催化降解亞甲基藍催化活性對比圖。
【具體實施方式】
[0025]以下通過實施例進一步說明本發明:
[0026]實施例1:
[0027]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小時后，將所得溶膠倒入培養皿中，常溫放置7天，800°C焙燒7小時，得到鑭摻雜生物玻璃材料。
[0028]實施例2:
[0029]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小時后，將所得溶膠倒入培養皿中，常溫放置7天，800°C焙燒7小時，得到鑭摻雜生物玻璃材料。
[0030]實施例3:
[0031]4g表面活