碱改性生物炭负载纳米羟基磷灰石的制备及对染料的吸附研究

实验制备了碱改性生物炭负载纳米羟基磷灰石复合材料(BC/N-HAP),并以罗丹明B(RB)为目标污染物,考察该材料负载量、吸附剂使用量、pH及共存离子对罗丹明B去除效果的影响,并对吸附机理进行了探讨。实验结果表明,纳米羟基磷灰石成功负载到生物炭表面,当负载率为100:1(W/W BC:N-HAP),复合材料使用量为50 mg,体系pH为10时,60 min内罗丹明B的去除率为87.8%。动力学研究表明,该吸附过程符合伪二级动力学方程(R^(2)>0.99);热力学研究表明,该过程是自发吸热反应,符合Langmuir单分子层吸附模型。静电作用是复合材料吸附RB染料的主要作用力。

氧化石墨烯辅助仿生矿化原位合成羟基磷灰石

羟基磷灰石(HAp)是一种与人体骨骼成分类似的无机材料,具有良好的生物相容性。本文以氧化石墨烯(GO)为模板,通过模拟体液(SBF)仿生矿化原位合成了HAp纳米粒子。通过SEM、XRD、EDS和拉曼光谱等测试分析研究了矿化时间、SBF/GO体积比对矿化产物物相组成、形貌和结构的影响。结果表明,矿化处理后的GO表面形成了大量均匀分布的类骨HAp。随着矿化时间延长和SBF体积占比增大,矿化产物的尺寸及数量增大,GO层间距逐渐扩大。本研究验证了GO辅助合成HAp的可行性,拓展了仿生矿化法的应用领域。

羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶修复兔骨软骨缺损

背景:关节骨软骨缺损是目前骨科医生面临的难题,传统修复方法难以取得满意疗效,以羟基磷灰石-聚乙烯醇为基础的复合水凝胶材料是目前研究的一个方向。目的:制备羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶,表征其物理学特征,验证其植入体内后的组织相容性及细胞黏附增殖能力,探讨其对兔骨软骨缺损的修复效果。方法:利用3D打印技术制备圆柱状多孔聚乳酸支架(孔径分别为1.2,1.4,1.6,1.8 mm),再将聚乙烯醇及羟基磷灰石混合乳液灌入聚乳酸支架中,经过冻融及二氯甲烷溶解后制成羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶。然后将胶原-壳聚糖-明胶混合液灌入羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶中,利用京尼平进行交联,最后经乙醇清洗及冷冻干燥制成羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶,表征4组水凝胶的物理学特征,筛选性能最优的水凝胶进行后续实验。将羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶、胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶分别植入SD大鼠皮下,苏木精-伊红与Masson染色观察材料表面的细胞黏附生长状况。在15只兔双侧膝关节股骨滑车制作骨软骨缺损(直径5 mm、深6 mm)模型,左侧植入复合水凝胶(实验组),右侧未植入任何材料(对照组),Micro-CT及组织学检测来评估其对骨软骨缺损的修复效果。结果与结论:①综合孔隙率、含水率、力学测试及扫描电镜结果,得出孔径1.2 mm的羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶更符合天然软骨的一般特性,用于后续实验;②苏木精-伊红与Masson三色染色显示,随着材料植入大鼠皮下时间的延长,两种材料周边黏附的细胞均明显增多,其中胶原-壳聚糖-明胶植入后的细胞增殖状况更好,可见大量细胞长入其形成的网状结构,且网状结构也逐渐降解;③在兔骨软骨缺损实验中,至术后8周时,Micro-CT检查显示实验组植入的材料和周围骨-软骨整合良好,其表面及内部均有部分骨长入,对照组软骨及软骨下层仍然存在明显的缺损,未形成有效修复;苏木精-伊红与甲苯胺蓝染色显示,实验组植入复合水凝胶4-8周后即与周围骨软骨发生整合,随着时间的延长材料表面逐渐有新生软骨形成,至12周时缺损处大部分被新生软骨覆盖,软骨下层也出现良好的骨长入;对照组至术后12周虽然深层骨缺损大部分修复、浅层的软骨及软骨下骨缺损也有一定程度修复,但主要被纤维组织及部分纤维软骨替代;④结果表明,羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶材料可仿生天然软骨的结构和功能,在动物实验中能有效修复骨软骨缺损。

羟基磷灰石的电化学制备及其除氟性

采用清洁简便的多扫循环伏安法制备出羟基磷灰石(HAP),利用X射线衍射仪与红外光谱仪分析了合成的中间产物二水磷酸氢钙(DCPD)、最终产物HAP的晶面结构与官能团。扫描电镜显示HAP的表面形貌呈现分散性较好的棒状结构。同时,以水中F^(-)为吸附对象,研究了水中条件参数如pH、温度、阴离子含量等对所合成HAP吸附F^(-)容量的影响。结果表明,在pH为3~6的范围内,HAP对F^(-)的吸附量随pH升高逐渐增大,并在pH为6时达到最大;pH在6~10的范围内,HAP对F^(-)的吸附量随pH升高逐渐下降。水中可能共存的阴离子如Cl^(-)、NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)、CO_(3)^(2-),不干扰HAP对F^(-)的吸附。在15~55℃的温度范围内,温度升高,HAP吸附容量增加,并在55℃时达到8.36 mg/g的最大吸附量,高于文献中同类材料的吸附量;经过4次吸附-脱附试验,HAP对模拟废水中F^(-)的去除效果依然符合国家标准。此外,HAP对F^(-)的吸附是一熵增、吸热的自发过程,符合Langmuir-Freundlich、Dubinin-Radushkevich两种吸附等温模型,并遵循颗粒内扩散的动力学反应机制。

低温环境下含石灰石粉水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能研究

为提升低温硫酸盐环境下含石灰石粉水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性能,采用脉冲电场加速硫酸盐侵蚀,通过观测试件外观形貌变化及利用XRD和FT-IR测定腐蚀物微观组分,对掺不同矿物掺合料的含石灰石粉水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能及机理开展研究。结果表明:掺加矿物掺合料可在不同程度上改善含石灰石粉水泥基材料的低温抗硫酸盐侵蚀性能,且复掺较单掺时的整体侵蚀抑制效果更加显著,但需满足矿物掺合料的最低掺量要求;建议单掺时水泥基材料中粉煤灰或矿粉的质量占比应分别不低于30%和50%,复掺时粉煤灰与矿粉的质量占比为50%~70%,且二者质量比以1.0∶1.5~1.0∶2.5为宜。此外,含石灰石粉水泥基材料在发生碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀(TSA)过程中,碳硫硅钙石衍射峰主要由钙矾石衍射峰右移后形成,表明其生成以钙矾石转化为主。因此,有效抑制钙矾石的生成是抑制含石灰石粉水泥基材料发生TSA的重点。

藏西北多龙矿集区拿若斑岩铜(金)矿床磷灰石矿物学特征及地质意义

拿若矿床目前是藏西北改则县多龙矿集区第三大斑岩型铜(金)矿床,前人开展了系统的成岩成矿年代学、成矿地质背景等研究,但空间蚀变分带和岩浆演化过程等方面研究较为薄弱。笔者等以拿若矿床磷灰石作为研究对象,在大量钻孔科研编录的基础上,开展了磷灰石矿物学和矿物化学研究,探讨拿若矿床磷灰石矿物彩色阴极发光特征与蚀变分带的耦合关系,揭示含矿岩浆演化期次及氧化还原状态。磷灰石彩色阴极发光特征显示,拿若矿床磷灰石彩色阴极发光(CL)特征主要表现为黄褐色、绿色—亮黄色和灰黑色,分别对应未蚀变、钾化蚀变和绢英岩化蚀变环境,磷灰石彩色CL特征与其所处蚀变环境的关系验证了笔者等重新厘定的拿若矿床斑岩系统“双钾化带”空间蚀变分带结构。磷灰石电子探针(EPMA)主量元素测试结果显示,磷灰石的CaO=53.5%~56.5%,P_(2)O_(5)=39.5%~42%,F=1.26%~3.24%,Cl=0.01%~1.99%,SO_(3)=0~1.28%,由此计算的X_(F)=0.68~1.76,XCl=0.001~0.58,X_(OH)=0.21~1.05。不同类型、阶段的磷灰石挥发分(F、Cl、OH)、SO_(3)等成分含量变化趋势反映了拿若矿床岩浆—热液演化过程发生了气体饱和→流体出溶→金属沉淀的过程,并揭示了成矿岩浆高氧逸度的性质。此外,环带状岩浆磷灰石反映了隐爆角砾岩系统发育了三期次岩浆作用,并指示了第I、III期岩浆活动具有更高氧逸度特征,与成矿关系更加密切。因此,笔者等认为在多期次岩浆热液叠加型斑岩铜矿床中,磷灰石在辅助厘定蚀变类型和反演岩浆—热液演化过程中具有重要的价值。

制备羟基磷灰石的贝壳种类优选及方法比较

本研究以CaO、煅烧后的牡蛎壳、蛤蜊壳、扇贝壳和脉红螺壳为原料,分别采用反相微乳液法和聚乙二醇(PEG)辅助微波加热法制备了纳米羟基磷灰石(HA),并从产物的物理化学特性以及形态学参数方面进行比较。利用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射对各组产物进行了化学表征,扫描电子显微镜观察样品的表面形貌,Zeta电位仪测定样品表面的电势差。结果表明,反相微乳液法制备的HA尺寸在(104.10±1.95)nm至(207.90±3.75)nm范围内,为近球形颗粒;而PEG辅助微波加热法制备得到的HA尺寸在(61.17±3.11)nm与(182.70±1.05)nm范围内,倾向于形成椭圆及棒状的颗粒,稳定性更高,且各组样品均表现出完全的亲水性。此外,对比于CaO制备的HA,以贝壳为原料制备的HA具有更好的纳米结构,其中利用脉红螺壳制备的HA在粒径大小、稳定性以及亲水性等方面均具有优势,并且具有更接近天然骨的钙磷比。因此脉红螺壳可以作为PEG辅助微波加热法制备羟基磷灰石的主要原料。

基于电化学阻抗谱的石灰石粉硬化水泥浆体孔结构演化研究

为了研究大掺量(质量分数为20%以上)石灰石粉硬化水泥浆体的孔结构演化行为,本文基于电化学阻抗谱(EIS)、压汞(MIP)测试分析,探究大掺量石灰石粉对硬化水泥浆体EIS拓扑结构和孔结构参数的影响规律,并建立大掺量石灰石粉硬化水泥浆体的微观结构等效电路,研究等效电路中元器件和孔结构参数之间的关系。结果表明:随水化龄期的延长,石灰石粉掺量对EIS拓扑结构参数中Bode角和θ_(max)的影响规律显著,大掺量石灰石粉硬化水泥浆体的孔径分布整体由大孔和毛细孔向过渡孔和凝胶孔发展演化;另外,EIS等效电路中电阻随硬化水泥浆体中毛细孔含量的增加而减小,电容随硬化水泥浆体中凝胶孔含量的增加而减小。

葡萄糖酸钠对大掺量石灰石粉水泥浆体水化行为的影响

为了研究葡萄糖酸钠对大掺量石灰石粉水泥浆体水化行为的影响,采用等温量热测试、X射线衍射测试、热重测试研究了胶凝材料体系的水化进程、水化产物种类与含量的变化;并采用相边界成核与生长模型探究了葡萄糖酸钠作用下大掺量石灰石粉水泥水化产物成核与生长机制。结果表明:葡萄糖酸钠能够延缓大掺量石灰石粉水泥的水化,减少水化产物的生成,从而降低其水化程度;另外,葡萄糖酸钠能够降低水化产物早期成核与生长的速率,减小水化产物早期在相边界成核与生长的面积。

磁性介孔碳负载羟基磷灰石的制备及对U(Ⅵ)的吸附性能

采用共沉淀法研究制备了不同质量比的磁性介孔碳(MMC)与羟基磷灰石(HAP)复合材料(MMC@HAP-x,x=1、4和6)并用于去除溶液中U(Ⅵ)。采用XRD、FT-IR、Zeta等方法表征了MMC、HAP和MMC@HAP-x的结构、功能基团及表面电位等理化性质。探讨了MMC@HAP-x吸附U(Ⅵ)的动力学、热力学及吸附机制。结果表明:MMC@HAP-x对U(Ⅵ)的吸附最佳pH均为4.0,达到吸附平衡所需时间均小于10 min,MMC@HAP-6的理论饱和吸附量可达1164.62 mg/g,且吸附过程是自发的化学吸附过程。U(Ⅵ)在MMC@HAP-x的固定是由于HAP与UO_(2)^(+2)相互作用形成了Ca(UO_(2))_(2)(PO_(4))_(2)·3H_(2)O。MMC@HAP-6是一种快速的铀吸附剂,有望用于放射性废水中铀的去除。

相容剂对PBAT/硅灰石复合材料性能的影响

以生物降解塑料聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)为聚合物基体,硅灰石(WT)作为填料,以2,3-甲基丙烯酸环氧丙酯(ADR)作为相容剂,通过熔融挤出制备得到PBAT/硅灰石复合材料,考察了相容剂ADR对PBAT/硅灰石复合材料结构及性能的影响。研究结果表明,相容剂可改善硅灰石在PBAT基体中的分散性,增强界面相互作用,提高复合材料的力学性能和热稳定性。

北山东南部早白垩世伸展构造变形:二维反射地震剖面解释与磷灰石裂变径迹测年的制约

为深入认识中亚造山带南缘晚中生代陆内变形过程及其动力学机制,通过野外地质观察、二维反射地震剖面解释及磷灰石裂变径迹测年,对北山东南部早白垩世伸展构造及早期挤压构造进行了详细解析。结果表明,一系列逆冲断层与褶皱构造造成下—中侏罗统发生强烈的挤压变形。地震剖面揭示出2条早白垩世伸展正断层,其中梭梭井断层为南东倾向的低角度铲式正断层,五道明断层为北西倾向的高角度正断层,二者共同切割了早期形成的褶皱-冲断系统,指示挤压-伸展构造的转换;梭梭井断层与五道明断层分别限定了早白垩世总口子盆地的北西和南东边界,使得其具有“地堑”样式,盆地内沉积的下白垩统生长地层发育,表明伸展正断层的活动时间为早白垩世晚期。磷灰石裂变径迹热史模拟结果显示,梭梭井断层下盘于132~110 Ma经历了快速冷却和剥露事件,该事件与其持续的正断层活动密切相关,进一步证实北山东南部晚中生代挤压-伸展构造的转换很可能发生在早白垩世晚期(133~129 Ma)。增厚地壳的重力垮塌与局部地幔上涌共同导致了中亚造山带南缘早白垩世的区域伸展作用。

激光诱导羟基磷灰石夹层纸表面碳化实现无墨打印

传统的油墨打印具有方便快捷的优势,但打印过程中墨水或碳粉的大量使用对人体和环境造成了不可忽视的危害。基于激光的高能粒子特性和光热辐射热效应,利用激光欠焦和聚焦两种工作模式,可实现激光无墨打印和微区加工。本文报道了一种基于羟基磷灰石的“有机-无机-有机”三明治结构多功能纸,并利用激光的光热辐射效应使功能纸表层有机材料——纤维素纤维表面温度升高,实现表层均匀碳化,夹层无机材料——羟基磷灰石阻挡能量继续传导防止纸张烧穿,以此来达到无墨打印的效果。基于激光烧蚀的无墨打印,能够显著降低打印成本,有利于激光烧蚀打印技术的推广。此外,采用激光烧蚀打印技术作用于功能纸上的打印效果具有稳定、绿色环保等特点,在档案存储用纸、食品包装用纸和后天致盲患者阅读等方面具有广泛的应用。

磁控溅射时长对复合羟基磷灰石涂层性能的影响

采用射频磁控溅射技术在Ti-6Al-4V基体沉积复合羟基磷灰石(HA,Ca_(10)(PO_(4))_(6)(OH)_(2))涂层,研究掺杂Ti和TiN在不同HA溅射时长下对HA复合涂层微观结构、摩擦学性能、钙磷比(Ca/P)及电化学的影响。结果表明:复合HA涂层随着HA溅射时长增加,涂层表面的半球形颗粒状结晶体更明显,对细胞附着生长及生物相容性有重要影响;复合涂层主要由HA相、Ti相和TiN相组成,溅射时间越长的复合HA涂层物相更接近标准值,且涂层Ca/P随着溅射时间的增加逐渐接近标准值;摩擦系数随溅射时长的增加逐渐趋于稳定,涂层的摩擦磨损情况随溅射时间增加而逐渐减小;溅射时长最长的涂层获得了最低的腐蚀电流密度和最大的腐蚀电位。

聚多巴胺仿生法制备的聚己内酯螺钉羟基磷灰石涂层对兔前交叉韧带重建后骨整合的影响

目的:利用聚多巴胺仿生法在聚己内酯(PCL)螺钉表面制备羟基磷灰石(HA)涂层,评价其对前交叉韧带重建后骨整合的影响。方法:通过3D打印设计制作多孔PCL螺钉,利用聚多巴胺仿生法制备HA涂层。选取20只成年雄性新西兰大白兔,于双侧后肢建立前交叉韧带重建模型,左右侧随机植入含HA涂层(实验组)及不含HA涂层的(对照组)PCL螺钉,术后6、12周分别处死10只,取膝关节,制备股骨-前交叉韧带-胫骨复合物标本,通过Masson染色、Micro-CT检测、生物力学测试评价螺钉与骨组织界面的骨整合情况。结果:Masson染色结果示术后6、12周两组螺钉周围均有较多新生骨小梁形成并向螺钉孔隙内生长,但实验组新生骨小梁的量和深度均优于对照组。Micro-CT示术后6、12周两组螺钉界面骨隧道内新生骨逐渐增加,且实验组周围新生骨量多于对照组。与术后6周相比,两组术后12周骨体积分数、骨小梁数量、骨密度均升高,骨小梁分离率降低;术后6、12周,实验组以上指标均优于对照组(P<0.05)。术后6、12周实验组最大拉力峰值均高于对照组[(39.98±5.32)N vs(27.46±6.95)N,(62.64±8.76)N vs(50.15±6.48)N](P<0.05)。结论:聚多巴胺仿生法制备的PCL螺钉的HA涂层能够促进前交叉韧带重建术后骨整合,提高界面螺钉生物力学稳定性。

玉米秸秆生物炭负载羟基磷灰石对稀土钇的吸附特性研究

钇作为高丰度稀土元素,广泛应用于各领域。在离子型稀土开采过程中,稀土母液会扩散至矿区周边水体,造成稀土资源浪费。为找寻高效吸附稀土钇的材料,本研究选用玉米秸秆烧制生物炭(BC),并负载羟基磷灰石制备生物炭复合材料(HAP@BC)。利用SEM、XRD和FTIR对HAP@BC进行表征,单因素吸附实验考察初始Y^(3+)浓度、生物炭投加量、pH、转速及吸附温度等因素对吸附性能的影响,吸附等温线分析其吸附特性,解吸实验考察其循环利用性能。结果表明,相比BC,HAP@BC的吸附量提升了3倍,pH为4.0时有最大吸附量为333.83 mg/g。吸附过程符合Langmuir单分子层吸附模型,且HAP@BC具有良好的循环利用性能,是一种潜在的Y^(3+)高效吸附剂。

东天山巴里坤塔格磷灰石裂变径迹热年代学及构造意义

通过对东天山巴里坤塔格4个磷灰石样品进行裂变径迹分析,以探讨该地区的构造演化特征。磷灰石裂变径迹的年龄在(50±3)Ma~(58±5)Ma之间,明显小于岩体的形成年龄,表明样品均经历了完全退火过程。样品的平均剥露速率为0.057 mm/a。热历史模拟结果显示,巴里坤塔格晚白垩世以来的构造抬升作用可划分为3个阶段:第1阶段(80~50 Ma)山体快速隆升,是晚白垩世(80~70 Ma)科希斯坦岛弧的增生作用和印度-欧亚板块的初始碰撞作用(~60 Ma)在该地区的响应;第2阶段(50~20 Ma)山体抬升缓慢;第3阶段(20 Ma至今)为第二次快速隆升时期,第2、3阶段均受控于印度板块和欧亚板块碰撞的远程效应。

羟基磷灰石在土壤污染修复中的应用研究进展

介绍羟基磷灰石的制备材料和制备方法,以及修复污染土壤的机理,并重点综述了羟基磷灰石对重金属污染土壤修复的效果、对土壤微生物群落结构的改善和对土壤酶活性的提升三个方面的研究进展,并分析了羟基磷灰石的应用优势,提出了羟基磷灰石未来的合成和应用方向。

磷矿中磷灰石及脉石矿物浮选表面化学研究进展

磷矿是战略性关键矿产资源。中国磷矿储量位居世界第二位,主要类型为沉积型磷块岩。由于磷块岩是由外生作用形成、由隐晶质或显微隐晶质磷灰石及其它脉石矿物组成的堆积体,并且磷灰石与脉石矿物的表面润湿性、表面电性、表面吸附等表面性质相近,使得浮选分离难度大。浮选表面化学是磷矿浮选的重要理论基础,是实现不同矿物之间选择性分离的关键。综述了磷矿石中主要有用矿物磷灰石和主要脉石矿物白云石、石英的晶体化学特征,以及磷灰石与脉石矿物表面润湿性、表面电性、表面吸附等表面性质。讨论了不同浮选药剂作用下矿物表面润湿性的变化特征、矿物在水溶液中的双电层结构、矿物表面的活性位点与捕收剂作用的吸附构型。在此基础上,总结了难免离子对磷灰石与脉石矿物浮选行为的影响,为中低品位磷矿石的浮选分离提供理论支撑。

偏高岭土与石灰石粉增强3D打印水泥基材料的各向异性研究

3D打印水泥基材料堆叠成型的工艺导致其条间接触面性能下降,偏高岭土的加入能够使材料孔隙率降低,力学性能提高,但偏高岭土的高需水性会造成打印条带表面水分损失,层间黏结性能下降,而石灰石粉的稀释效应可以改善这一点。本文研究了复掺偏高岭土与石灰石粉对3D打印水泥基材料各向异性的影响,并通过微观角度解释这两种材料影响力学性能的机理。结果表明,偏高岭土最佳质量掺量为12%,最佳复掺质量比例m(偏高岭土)∶m(石灰石粉)为2∶1,3D打印水泥基材料掺入偏高岭土后流动度显著下降,复掺石灰石粉后流动度提高。3D打印试块各方向抗压强度的大小为X>Z>Y>筑模,不同方向抗折强度变化规律与抗压强度基本相同,具有各向异性特征。