Thiết lập mô hình vật lý mô tả sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình chế tạo bột hydroxyapatit siêu mịn

Thiết lập mô hình vật lý mô tả sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình chế tạo bột hydroxyapatit siêu mịn Thiết lập mô hình vật lý mô tả sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình chế tạo bột hydroxyapatit siêu mịn luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hµ néi - Luận văn thạc sỹ khoa học Thiết lập mô hình vật lý mô tả ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến trình chế tạo bột hydrôxyapatit siêu mịn Ngành : công nghệ hoá học Nguyễn hoàng Hà nội 2007 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà néi - Luận văn thạc sỹ khoa học Thiết lập mô hình vật lý mô tả ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến trình chế tạo bột hydrôxyapatit siêu mịn Ngành : công nghệ hoá học Ngun hoµng Ng­êi h­íng dÉn khoa häc : TS TRầN Đại lâm Hà nội 2007 Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học Mục lục Mục lục Ký hiệu chữ viết tắt luận văn Mở đầu Phần Tỉng quan I Giíi thiƯu vỊ VËt liƯu y sinh Hydr«xyapatite (HAp) I.1 Nguồn gốc I.2 c trng v cu trỳc ca Hap 11 I.2.1 Đặc tr­ng cÊu tróc 11 I.2.2 Mét sè tÝnh chÊt cđa Hap 14 I.3 Hoạt tính sinh học ứng dng ca Hap 15 II Các phương pháp tổng hợp Hap 20 II.1 Phương pháp vật lý 20 II.2 Phương phỏp hoỏ hc 20 II.2.1 Phương pháp kết tủa 21 II.2.2 Phương pháp sol gel 22 II.2.3 Phương pháp composite 25 II.2.4 Phương pháp hóa nhiệt 26 II.2.5 Phương pháp hóa 26 III tình hình nghiên cứu giới Việt Nam 27 III.1 Tình hình nghiên cứu giới 27 III.2 Tình hình nghiên cøu ë ViƯt Nam 28 III.3 Mơc tiªu, tÝnh míi tính thực tiễn luận văn 29 Nguyễn Thanh Hoàng Ngành công nghệ Hoá Học Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học III.3.1 Mục tiêu luận văn 29 III.3.2 Tính 29 III.3.3 TÝnh thùc tiƠn 30 PhÇn Thùc nghiƯm 31 I Qui tr×nh thùc nghiƯm I.1 Hãa chÊt, dơng thiết bị thí nghiệm 31 I.1.1 Hóa chất 31 I.1.2 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm 31 I.2 Tổng hợp HAp dạng bột theo phuơng pháp kết tủa 32 II Phương pháp nghiên cứu 32 II.1 Phương pháp mô hình 32 II.1.1 Khái niệm chung 32 II.1.2 Các bước thiết lập mô hình vật lý 39 II.2 Các phương pháp hoá lý 42 II.2.1 Phân tích phng pháp nhiu x tia X (XRD) 42 II.2.2 Phân tích phương pháp tán xạ Lase (DLS) 44 II.2.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử 45 Phần Kết thảo luận 49 I Mô hình vật lý mô tả ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến đường kính hạt kết tủa 49 d I.1 Đặt vấn đề 49 I.2 Lập chuẩn số 50 I.3 Tìm thông số mô hình 56 I.4 Từ điều kiện thực nghiệm tính thông số cụ thể 57 Nguyễn Thanh Hoàng Ngành công nghệ Hoá Học Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học I.5 Xác định tham số C i từ liệu đo 63 II.Thiết lập mô hình vật lý mô tả ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến độ tinh thể Xc 66 II.1 Lập chuẩn số 67 II.2 Tìm thông số mô hình 73 III Kiểm tra tính tương hợp mô hình 76 KếT luận 80 Hướng phát triển 81 Lời cảm ơn 82 Tài liệu tham khảo 83 Phụ lục 86 Nguyễn Thanh Hoàng Ngành công nghệ Hoá Học Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học Ký hiệu chữ viết tắt luận văn Ký hiệu Nội dung d Đường kính hạt kết tủa dk Đường kính cánh khuấy D Đường kính thiết bị phản ứng hk Chiều cao cánh khuấy tính H Chiều cao khối dung dịch C1 Nồng độ dung dịch Ca(NO3)2 C2 Nồng độ dd (NH4)2HPO4 C3 Hàm lượng dung môi pH pH dung dịch phản ứng dd Khối lượng riêng pha lỏng r Khối lượng riêng pha rắn Ddd Hệ số dẫn khèi cđa dung dÞch Ddm HƯ sè dÉn khèi cđa dung môi dd Độ nhớt động học chất lỏng n Tốc độ khuấy T Nhiệt độ phản ứng t Thời gian cấp (NH4)2HPO4 Thời gian già hoá v Tốc độ cấp dung dịch (NH4)2HPO4 G Gia tốc trọng trường dd Sức căng bề mặt dung dịch α Gãc thÊm ­ít λ dd HƯ sè dÉn nhiƯt pha lỏng Nguyễn Thanh Hoàng Ngành công nghệ Hoá Học Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sÜ khoa häc λr HƯ sè dÉn nhiƯt pha r¾n λ dm HƯ sè dÉn nhiƯt cđa dung m«i Cdd Nhiệt dung riêng dung dịch Cr Nhiệt dung riêng pha rắn Cdm Nhiệt dung riêng dung môi Hap : Hydr«xyapatit OCP : Octa canxiph«tphat DCPD : Di canxiph«tphat dihydrate α-TCP : α- Tri canxiph«tphat β-TCP : β- Tri canxiphôtphat ACP : Amôphôt Canxiphôtphat Nguyễn Thanh Hoàng Ngành công nghệ Hoá Học Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học Mở đầu Ngày nay, phát triển vật liệu công nghệ vật liệu trở thành vấn đề then chốt nghiệp công nghiệp hoá, đại hoá đất nước Tất ngành kỹ thuật phải sử dụng vật liệu ngày tìm nhiều loại vật liệu mới, có tính riêng, đáp ứng đổi chất lượng sản phẩm tạo sản phẩm Vật liệu công nghệ vật liệu hai vấn đề gắn kết, tách rời để chế tạo sản phẩm chất lượng cao cho xà hội Những phát vật liệu tạo tiền đề để phát triển công nghệ vật liệu Ngày với tiến vượt bậc cđa khoa häc kü tht nãi chung, khoa häc vµ công nghệ vật liệu đà chiếm lĩnh đỉnh cao trí tuệ loài người Những vật liệu vật liệu siêu dẻo, siêu dẫn, vật liệu nhớ hình, vật liệu quang điện tử, vật liệu compozit, Đặc biệt vật liệu có kích thước nanômét đà phát triển nhanh chóng hầu hết lĩnh vực Hydrôxyapatit (HAp) vật liệu có tính tương thích sinh học cao Nó thành phần vô chủ yếu xương người Vì HAp đà trở thành vấn đề nghiền cứu rộng lớn sinh học, lý học hoá học Và đà trở thành phạm vi nghiên cứu mạnh mẽ, tích cực nhiều ngành khoa học đà có bước tiến nhanh chóng suốt năm qua Khi đạt kích thước nanômét hydrôxyapatit đà cải thiện yếu điểm Trong luận văn tốt nghiệp với yêu cầu đề tài phạm vi luận văn đà hoàn thành nội dung sau: - Nghiên cứu chế tạo vật liệu siêu mịn Hydrôxyapatit phương pháp kết tủa từ Ca(NO3)2 (NH4)2HPO4 - Thiết lập mô hình vật lý mô tả ảnh hưởng yếu tố công nghệ tới kích thước tinh thể d độ tinh thể Xc - Kiểm tra tính tương hợp mô hình Nguyễn Thanh Hoàng Ngành công nghệ Hoá Học Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học Tuy đà có nhiều cố gắng khả hạn chế nên luận văn nhiều thiếu xót mong thầy cô bạn bè đồng nghiệp bổ sung đóng góp ý kiến để hoàn thiện Nguyễn Thanh Hoàng Ngành công nghệ Hoá Học Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sÜ khoa häc PhÇn Tỉng quan I Giíi thiƯu vỊ vËt liƯu y sinh Hydr«xyapatit (HAp) I.1 Ngun gc Hydrôxyapatite (HAp) muối kép canxiphôtphat canxihydrôxit Đồng dạng tự nhiên floapatit Ca10(PO4)F2 phần họ chất đồng dạng Nó thành phần vô chủ yếu xương người Vì HAp đà trở thành vÊn ®Ị nghiỊn cøu réng lín cđa sinh häc, lý học hoá học Và đà trở thành phạm vi nghiên cứu mạnh mẽ, tích cực nhiều ngành khoa học đà có bước tiến nhanh chóng suốt năm qua Sự nỗ lực nhằm vào chỗ khuyết thiếu để đưa nhìn toàn diện, cập nhật thông tin mặt chủ yếu HAp : điều kiện hình thành, kỹ thuật điều chế, nghiên cứu đặc tính v.v Việc thay ion dẫn đến hình thành vài đồng dạng chúng Vai trò thành phần độc xương người Đó ý nghĩa sinh học nhằm tạo cân [11] Các apatite canxiph«tphat hợp chất bền hố, có thành phần tương tự chất khống xương Canxiph«tphat tồn nhiều dạng khác nhau, tùy thuộc vào tỷ lệ Ca/P mà ta có pha khác Một số pha canxiphôtphat bảng 1.1 Sự hình thành pha phụ thuộc yếu tố như: tỷ lệ Ca/P, pH, diện nước, nhiệt độ độ tinh khiết nguyªn liÖu Điều chỉnh yếu tố ta thu pha mong muốn Canxiph«tphat có chứa ion thng thy mụi trng dịch máu iu ny tạo tương thích sinh học cao vật liệu Ngồi ra, vật liệu loại có khả chống lại công vi khuẩn, thay đổi pH điều kiện dung mơi Ngun Thanh Hoµng Ngành công nghệ Hoá Học Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 81 hướng phát triển Hiện thuốc chữa bệnh loÃng xương chứa Hap dạng vi tinh thể sản xuất Việt Nam nhiên nguyên liệu Hap phải nhập ngoại việc nghiên cứu để ứng dụng vào sản xuất không làm giảm giá thành mà có triển vọng phát triển như: + ứng dụng Hap dạng bột làm thuốc + Tiếp tục nghiên cứu để ứng dụng Hap làm màng phủ + Tiếp tục nghiên cứu làm gốm Hap để thay xương Nguyễn Thanh Hoàng Ngành công nghệ Hoá Học Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 82 Lời cảm ơn Sau thời gian làm luận văn hướng dẫn tận tình thầy giáo tiến sỹ Trần Đại Lâm anh Trần Vĩnh Hoàng đà hoàn thành luận văn tốt nghiệp với yêu cầu phạm vi đề tài Quá trình làm luận văn giúp bước đầu có phương pháp nghiên cứu khoa học Tuy đà có nhiều cố gắng khả hạn chế nên luận văn nhiều thiếu xót mong thầy cô bạn bè đồng nghiệp bổ sung đóng góp ý kiến để hoàn thiện Qua xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Trần Đại Lâm, anh Trần Vĩnh Hoàng đà tận tình hướng dẫn giúp đỡ hoàn thành luận văn Xin cám ơn Trung tâm sau Đại học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, thầy cô giáo toàn thể bạn bè đồng nghiệp đà tạo điều kiện giúp đỡ trình làm luận văn Hà nội 30 tháng 10 năm 2007 Học viên Nguyễn Thanh Hoàng Nguyễn Thanh Hoàng Ngành công nghệ Hoá Học Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa học 83 Tài liệu tham khảo Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử NXB Giáo Dục – 1999 Từ Văn Mặc Phân tích hóa lý phương pháp phổ nghiệm nghên cứu cấu trúc phân tử NXB Khoa học Kỹ thuật – 2003 Nguyễn Ngọc Thịnh Nghiên cứu điều chế composite chứa CdS có kích thước nano Luận văn thạc sĩ khoa học ĐH Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội – 2005 Trần Đại Lâm, Trần Vĩnh Hồng Tạp chí phân tích Hóa – Lý - Sinh học Tập 11, số 3/2006, trang 34–38 5.Đỗ Ngọc Liên, Đặng Ngọc Thắng, Nguyễn Đức Kim, Nguyễn Văn Sinh Tạp chí phân tích Hóa – Lý - Sinh học Tập 11, số 1/2006, trang 813 Nguyễn Minh Tuyển Các phương pháp triển khai công nghệ hoá học NXB khoa học kỹ thuật Hà Néi 1987 Ngun Minh Tun Quan hƯ gi÷a loại mô hình biểu diễn hệ công nghệ Hoá học Tạp chí hoá học, T21, No4 (1983) Ngô Kim Định Luận án tiến sĩ Hoá học Hà Nội 1999 Nhiều tác giả Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất Tập NXB Khoa học kü thuËt Hµ Néi 1992 10 Trần Đại Lâm, Nguyễn Ngọc Thịnh, Trần Vĩnh Hồng Tạp chí Khoa học Công nghệ, T45, số 1B, 2007, 470-474 11.T S B Narasaraju D.Ee Phebe Some physico - chemical aspects of Hydroxylapatite Department of chemistry, school of Physical Sciences, NorthEastern Hill University, Shillong, India Nguyễn Thanh Hoàng Ngành công nghệ Hoá Học Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sĩ khoa häc 84 12 YingJun Wang, JingDi Chen, Kun Wei, ShuHua Zhang, SiDong Wang Surfactant-assisted synthesis of Hydroxylpatite particles 13 I Mobasherpour, M Soulati Heshajin, A Kszemzadeh, M Zakeri Synthesis of nanocrystalline Hydroxylapatite by using precipitation method 14.Samar J Kalita, Abhilasha Bhardwaj, Himesh A Bhatt Nanocrystalline calcium phosphate ceramics in biomedical engineering Materials Science and Engineering: C, Volum 27, Inssue 3, April 2007, Pages 441-449 15.Fei Chen, characterization Zhou-Cheng of Wang, nano-sized Chang-Jian Lin hydroxyapatite Preparation and particles and hydroxyapatite/chitosan nano-composite for use in biomedical materials 16.Viorel Martin Rusu, Chuen-How Ng, Max Wilke, Brigitte Tienrsch, Peter Fratzl, Martin G Peter Size-controlled Hydroxylapatite nanoparticles as selforganized organic-inorganic composite materials 17.Feng Wang, Mu-Sen Li, Yu-Peng Lu, Yong-Xin Qi and Yu-Xian Liu Synthesis and microstructure of hydroxyapatite nanofibers synthesized at 37 °C Materials Chemistry and Physics, Volume 95, Issue 1, 10 January 2006, Pages 145-149 18.Nasser Y Mostafa Characterization, thermal stability and sintering of hydroxyapatite powders prepared by different routes Materials Chemistry and Physics, Volume 94, Issues 2-3, 15 December 2005, Pages 333-341 19.Wantae Kim and Fumio Saito Sonochemical synthesis of hydroxyapatite from H3PO4 solution with Ca(OH)2 Ultrasonics Sonochemistry, Volume 8, Issue 2, April 2001, Pages 85-88 Nguyễn Thanh Hoàng Ngành công nghệ Hoá Học Đại học Bách khoa Hà Nội 85 Luận văn thạc sĩ khoa học 20 A Osaka, Y Miura, K Takeuchi, M Asada, K Takahashi Department of Applied Chemistry, Faculty of Engineering, Okayama University, 3-1-1 Tsushima Naka, Okayama-shi 700, Japan 21 A.Yasukawa, K Kandori, T Ishikawa School of chemistry, Osaka University of Education, 4-698-1 Asahigaoka, Kashiwara, Osaka 582-8582, Japan Nguyễn Thanh Hoàng Ngành công nghệ Hoá Học Đại học Bách khoa Hà Nội 86 Luận văn thạc sĩ khoa häc Phơ lơc Chương trình Turbo Pascal giải hệ phương trình tuyến tính sử dụng thuật tốn Gauss-Jordan để tìm thơng số mơ hình vật lý mơ tả phụ thuộc kích thước hạt trung bình vào yếu tố công nghệ hệ nghiên cứu Program GAUSS; Uses crt; {****************************************************************} { Giai he phuong trinh tuyen tinh } {****************************************************************} const Maxsize = 50; Type m1 = array[ maxsize, maxsize+1]of real; m2 = array[1 maxsize ] of real; Var i,j,k,n : integer; t, t1 : boolean; OK : char; c : real; A,m : m1; X, Q : m2; f1,f2,f3:text; { } Procedure GAUSS(var A:m1;var N: integer; var X:m2); { Giai he pt tuyen tinh bang PP khu dan nghiem cua Gauss } { M[i,j] - ma tran he so mo rong } { X[i] - ma tran he so ve trai va nghiem } { N - so nghiem } const maxSize = 50; var i,j,k : integer; t,t1 : boolean; OK: char; c : real; Begin i := 1; t1 := true; while t1 and (i