3.1 Quy trình tổng hợp HA
Trong luận văn này, chúng tơi lựa chọn phương pháp tổng hợp bột HA kích thước nano từ canxi hiđroxit và axit photphoric. Trong hệ Ca(OH)2 – H3PO4, quá trình tạo thành HA theo phản ứng (1.6)
Thực chất phản ứng gồm hai giai đoạn: đầu tiên là q trình hồ tan và phân li Ca(OH)2 rắn và H3PO4 thành các ion Ca2+, H+, OH-, các nhóm photphat; sau đó đến q trình kết hợp của các ion Ca2+, PO43- và OH- tạo thành kết tủa HA kích thước nanomet. Hai q trình này xảy ra rất nhanh và gần như đồng thời do ΔG (biến thiên năng lượng tự do Gibbs) của phản ứng (1.6) có giá trị rất âm (≈ -3030 Kcal/mol) [10] và tích số tan của HA rất nhỏ (10-128).
Ưu điểm của phương pháp là có thể khống chế các thơng số phản ứng thơng qua việc tìm hiểu và can thiệp vào quá trình kết tinh để thu được sản phẩm HA có chất lượng mong muốn. Bản chất của phương pháp là đi từ các tiểu phân rất nhỏ, dạng ion trong dung dịch để tạo thành các sản phẩm kết tủa có kích thước lớn dần từ kích thước nanomet ban đầu. Do vậy thay đổi các điều kiện chế tạo như nhiệt độ, thời gian, độ pH, dung mơi… có thể kiểm sốt được sự lớn lên, hình dạng và độ tinh thể của sản phẩm. Sau phản ứng chỉ có kết tủa HA và nước nên rất thuận lợi trong q trình lọc rửa, sấy khơ và thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao. Hơn nữa, phản ứng khơng địi hỏi phải thường xuyên điều chỉnh pH. Đây là phương pháp dùng các hoá chất cơ bản, dễ kiếm. Đồng thời, quy trình và thiết bị đơn giản, thích hợp với triển khai sản xuất cơng nghiệp, thân thiện với môi trường và đang được sử dụng phổ biến
trên thế giới. Tuy nhiên, điều kiện để tạo ra HA có độ tinh thể trên 93% là khá chặt chẽ. Q trình kết tủa này có thể tạo ra các sản phẩm trung gian là những hợp chất canxi photphat như canxi photphat vơ định hình (ACP) có thành phần thay đổi như Ca3(PO4)2-2x(HPO4)3x.nH2O, octacanxi photphat (OCP) Ca8(HPO4)2(PO4)4.5H2O và canxi hiđrophophat đihiđrat (DCPD) CaHPO4.2H2O [14]. Tuy vậy, các sản phẩm trung gian này khơng bền, sẽ tiếp tục chuyển hố thành HA là dạng bền hơn trong thời gian già hoá sản phẩm.
Sử dụng các phương pháp vật lý giúp khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng đến chất lượng sản phẩm HA như độ đơn pha, độ tinh thể, kích thước hạt và phân bố kích thước hạt trung bình…
Giản đồ XRD: xác định sự có mặt của các pha, tính tốn kích thước hạt trung bình, tính tốn độ tinh thể.
Phổ FTIR: xác định các nhóm chức có trong sản phẩm như PO43-, OH-, các nhóm chức khác HPO42-, CO32- và H2O.
Ảnh SEM: xác định hình dạng và kích thước hạt.
Ảnh TEM: xác định chính xác hình dạng và kích thước hạt, trạng thái kết tập.
3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình tổng hợp bột HA nhằm đánh giá thành phần pha, tính tốn độ tinh thể và kích thước hạt trung bình của sản phẩm.