1306-06-5 / 羥基磷灰石的性質與應用

羥基磷灰石的化學分子式為Ca10(PO4)6(OH)2簡稱為HAP，是應用最為廣泛的磷酸鈣鹽結晶相。磷酸鈣鹽是脊椎動物骨骼和牙齒的主要礦物成分，在磷酸鈣鹽中，羥基磷灰石是體液中磷酸鈣鹽熱力學最穩定的結晶相，與人類骨骼和牙齒的礦物部分最為相似。羥基磷灰石中鈣元素和磷元素之比受合成方式影響，鈣磷比不固定其組成也比較復雜。

性質

HAP具有較高的比表面積，較強的吸水釋水能力和空氣中的吸濕能力。羥基磷灰石密度為3.16g/cm3，比表面積為26m2/g，溶度積常數Ksp(25℃)=(6.3±2.1)×10-59，呈弱堿性（pH=7-9），難溶于堿易溶于酸。羥基磷灰石晶體屬于六方晶系結構，屬于P63/m空間群，晶胞參數a=b=0.943nm，c=0.688nm。

應用

羥基磷灰石由于其獨特的物理和化學結構，在以下領域有著廣泛的應用：（1）在污水治理方面的應用；（2）在污染土壤修復中的應用；（3）在醫學方面的應用；（4）其他方面的應用。

主要合成方法

干法

HAP的干法制備是選取精細研磨的前驅體進行混合，然后對混合前驅體進行熱處理的制備方式。干法制備為了保證混合物可以完全反應，要求混合物是完全均勻的。最終生成物的純度取決于準備過程中的精確稱量，務必使混合物可以完全反應掉。因此干法制備對于反應物的純度和劑量都有著很嚴格的要求，這些可變因素可能會限制最終化合物的生成。

Tromel等人通過在1050℃環境中煅燒磷酸鈣和氧化鈣混合物，確定了形成HAP的最佳條件。使用干法制備優點是生成產物的結晶度一般較好，但干法需要相對較高的溫度，這可能會影響生成物的孔隙率。

濕法

濕法制備由于操作簡單而被廣泛使用，其中主要包括化學共沉淀法。乳化法、水解法、溶膠-凝膠法和水熱法等制備方法。濕法制備可以較好控制生成HAP的結構和形態，提高HAP的產率。

濕法制備可以在水或者其他有機溶劑中進行，可以添加各種催化劑并且適用于多種裝置。濕法制備對反應環境要求比較低，適用于室溫常壓環境。濕法的主要缺點生成物有時生成物純度不夠和結晶度較低，生成物可能存在其他磷酸鹽結晶。

（1）共沉淀法

共沉淀法是制備HAP最直接、最經常使用的方法。化學反應過程由反應物中的磷酸根（PO43-）離子和鈣離子（Ca2+）共同反應生成HAP。

根據磷酸根和鈣離子的來源不同，共沉淀法的條件是可變的，但通常反應條件pH值在3-12、溫度為室溫到100℃。共沉淀法可以使用反應模板使生成物滿足特定需求。

（2）水熱法

水熱法合成HAP晶體技術目前已經非常成熟，該反應過程發生在高溫高壓的密閉環境中，以水或有機溶液為反應介質使原本難溶物質溶解并重新結晶。仇滿德等人對不同鈣源在水熱體系下合成HAP晶體做了系統研究，研究發現鈣源對生成的形貌有很大影響，使用碳酸鈣和氫氧化鈣可制得類似于球狀結構的納米HAP而使用氯化鈣和硝酸鈣所制得的HAP為短棒狀。

（3）微乳液法

乳液法制備HAP的優點是可以精確控制晶粒尺寸的形態和分布，較好避免形成顆粒的聚團問題。

W.Y.Zhou等人使用納米乳液技術合成碳酸羥基磷灰石納米球可用于生產復合醫用組織支架。

（4）溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是將無機鹽類或醇鹽在溶液中水解或醇解隨后使溶質聚合膠化生成溶膠，然后將溶膠脫水生成凝膠，最后將凝膠烘干煅燒。目前溶膠-凝膠法還無法大規模生產，主要缺陷有兩個方面：

①常用醇鹽材料成本較高；②合成過程精細通常耗費較多時間。Jingdi Chen等人通過簡單的溶膠-凝膠方法制備羥基磷灰石（HAP）、β-磷酸三鈣（β-TCP）和雙相磷酸鈣（BCP）納米晶粉末。

來源：王宇軒，廢棄膩子粉——羥基磷灰石復合粉體的制備