一种镧掺杂介孔生物玻璃及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于环境修复材料领域，具体涉及一种镧掺杂介孔生物玻璃及其制备方法与其作为吸附剂和光催化剂在水环境修复中的应用。
【背景技术】
[0002]生物玻璃是由二氧化硅(Si02)、氧化钙(CaO)、五氧化二磷(P205)和氧化钠(Na20)组成的类似于骨结构的生物材料，由于具有良好的生物相容性，作为骨修复与支架材料植入人体后，能与骨形成紧密的结合，迅速有效地促进骨修复，因而在骨组织修复与替代工程中有广泛的应用。介孔生物活性玻璃由于高的比表面积和有序的介孔孔道，相比于传统的生物玻璃材料，提高了生物相容性的同时还具备了优良的吸附性能和抗菌性，因此在药物输送缓释方面有更广泛的应用。中国专利CN101091807A制备了具有纳米孔道的单分散生物玻璃纳米粒子，该粒子有较高的比表面积和孔体积，具有较高的生物活性，在骨组织修复和药物控释方面有很大的应用前景。中国专利CN1887361A制备了一种介孔生物玻璃纤维材料，该材料具有可控的微观结构和宏观形貌，有优异的成骨活性和细胞活性，可用于骨修复材料和骨组织支架材料。但是，目前这类多孔生物玻璃材料多用于骨组织修复或药物控释等生物医药领域，而在环境修复领域，构建具有良好生物安全性的多孔材料，不仅能有效去除环境中日益增长的污染物质，还能减少材料的使用为环境带来的二次污染，因此开发生物安全多孔材料在环境修复领域的应用具有重要的意义。
[0003]稀土金属化合物有良好的光电磁等物理特性，因此在光学材料、磁光材料、介电材料及化学传感等方面有广泛的应用。稀土金属化合物可与其他材料组成新型复合材料，从而赋予复合材料良好的光电性能。目前关于稀土掺杂生物玻璃复合材料的制备方法还未见报道。本发明的制备方法是在生物玻璃的合成过程中掺杂镧，得到镧掺杂的介孔生物玻璃材料，这种掺镧介孔生物玻璃的制备方法尚属首次提出，所制备材料既因生物玻璃的介孔结构而具有吸附性能，又因镧化合物的存在而具有光催化活性，有望在环境修复领域有广泛的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种镧掺杂介孔生物玻璃的制备方法和应用，本制备方法条件温和，简单易行，环境友好。本发明操作简单，重复性好，产率高。
[0005]本发明所述的镧掺杂介孔生物玻璃的制备方法，包括以下步骤:
[0006]1)表面活性剂加入到无水乙醇中，搅拌条件下得到均匀混合的溶液；
[0007]2)按照设定比例依次将硅源、钙源、磷源和可溶性镧盐、稀酸加入水溶液中；
[0008]3)将步骤1)所得混合液与步骤2)所得混合液充分混合，恒温搅拌24小时；
[0009]4)将步骤3)所得溶胶倒入器皿中，使溶剂充分挥发；
[0010]5) 800°C -900°c焙烧6_9小时，得到含钛介孔生物玻璃材料。
[0011]上述方法步骤1)中，所述表面活性剂为聚环氧乙烯作为亲水嵌段、聚环氧丙烯作为疏水嵌段的三嵌段共聚物，其分子式为EOJOmEO。，η = 20-140，m = 50-100其中E0为环氧乙烯，P0为环氧丙烯。
[0012]上述方法步骤2)中，所述硅源为正硅酸乙酯；所述钙源为氯化钙或硝酸钙；所述磷源为磷酸三乙酯；所述可溶性镧盐为硝酸镧或氯化镧。
[0013]上述方法步骤1)-4)中，反应温度为室温。
[0014]上述方法制得的镧掺杂介孔生物玻璃，其组成成分为(Si02) x- (CaO) y- (P205)z-(La203)n，Si02: CaO: P 205: La 203的摩尔比为(100-60): (0-35): 5: (0.5-1)，其比表面积为200-500cm2/g，介孔孔径为5_50nm，孔径均一可调。
[0015]由上述方法制备得到的镧掺杂介孔生物玻璃也属于本发明的保护范围。
[0016]上述镧掺杂介孔生物玻璃作为吸附剂和光催化剂用于水环境中污染物的去除也属于本发明的保护范围。
[0017]本发明具有如下优点:
[0018]所制备的镧掺杂介孔生物玻璃材料有较高的比表面积和均一可调的介孔孔径，在水中有较好的吸附性及光催化活性，且再生性能好，可循环使用。本制备方法条件温和，简单易行，原料价廉，重复性好，产率高，环境友好，易于规模化生产。为环境修复材料的开发和规模化生产建立良好的技术基础。
【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例1中制备的镧掺杂介孔生物玻璃的透射电镜图。
[0020]图2为本发明实施例1中制备的镧掺杂介孔生物玻璃的XRD图。
[0021]图3为本发明实施例1中制备的镧掺杂介孔生物玻璃的XPS图。
[0022]图4为本发明实施例1中制备的镧掺杂介孔生物玻璃的氮气吸附-脱附曲线及孔径分布曲线。其中，(a)为氮气吸附-脱附曲线，(b)为孔径分布曲线。
[0023]图5为本发明实施例1中制备的镧掺杂介孔生物玻璃吸附水中亚甲基蓝的吸附等温线。
[0024]图6为本发明实施例1中制备的镧掺杂介孔生物玻璃光催化降解亚甲基蓝催化活性对比图。
【具体实施方式】
[0025]以下通过实施例进一步说明本发明:
[0026]实施例1:
[0027]4g表面活性剂P123加入到60g无水乙醇中，搅拌条件下得到均匀混合的溶液；按照Si02: CaO: P 205: Ti02的摩尔比为85:5:5: 0.5依次将正硅酸乙酯、硝酸钙、磷酸三乙酯、硝酸镧、0.5M盐酸溶液加入水中；将上述两种溶液混合，搅拌24小时后，将所得溶胶倒入培养皿中，常温放置7天，800°C焙烧7小时，得到镧掺杂生物玻璃材料。
[0028]实施例2:
[0029]4g表面活性剂P123加入到60g无水乙醇中，搅拌条件下得到均匀混合的溶液；按照Si02: CaO: P 205: Ti02的摩尔比为85:5:5: 1依次将正硅酸乙酯、硝酸钙、磷酸三乙酯、硝酸镧、0.5M盐酸溶液加入水中；将上述两种溶液混合，搅拌24小时后，将所得溶胶倒入培养皿中，常温放置7天，800°C焙烧7小时，得到镧掺杂生物玻璃材料。
[0030]实施例3:
[0031]4g表面活