[發(fā)明專(zhuān)利]具有超高比表面積的硅酸鈣超薄納米片及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210489191.3
• 申請(qǐng)日: 2012-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102923725A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱英杰;吳進(jìn)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C01B33/24
• 分類(lèi)號(hào): C01B33/24;B82Y30/00
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米生物材料領(lǐng)域和水處理領(lǐng)域，涉及硅酸鈣水合物超薄納米片及無(wú)結(jié)晶水硅酸鈣超薄納米片及其制備方法。

背景技術(shù)

在自然界中，很多無(wú)機(jī)礦物具有層狀結(jié)構(gòu)，如石墨、云母、一些金屬氧化物以及層狀硅酸鹽等。這些層狀礦物的片層之間的重復(fù)間距一般介于幾(如石墨)到十幾(蒙脫土)之間，片層之間通過(guò)范德華力形成層疊結(jié)構(gòu)。通過(guò)機(jī)械或化學(xué)剝離，這些層狀結(jié)構(gòu)材料可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈弑缺砻娣e的二維超薄納米片材料，高比表面積擴(kuò)展了它們?cè)诖呋㈦x子交換、分子吸附、藥物輸送等方面的應(yīng)用。到目前為止，單層或寡層的單質(zhì)（如石墨烯）（K.S.Novoselov，A.K.Geim，S.V.Morozov，D.Jiang，M.I.Katsnelson，I.V.Grigorieva，S.V.Dubonos，A.A.Firsov.Nature?2005，438(7065):197-200）和二元化合物（如MoS₂、WS₂和BN）（J.N.Coleman，M.Lotya，A.O’Neill，et?al.Science?2011，331(6017):568-571）納米片已經(jīng)被成功地制備出來(lái)，但是三元及多元化合物（如金屬硅酸鹽）的單層（或單晶胞厚度）納米結(jié)構(gòu)的制備仍然是個(gè)難題。

硅酸鈣作為波特蘭水泥、硅鈣板和玻璃的主要組成部分，是目前硅酸鹽材料中使用量最大、研究最為廣泛的一類(lèi)材料。它取材廣泛、成本低廉、化學(xué)污染小，在工業(yè)產(chǎn)品中占有重要的地位。硅酸鈣水合物（CSH）是波特蘭水泥水化后的主要產(chǎn)物，由于其結(jié)晶性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，雖然相關(guān)研究已經(jīng)歷了近一個(gè)世紀(jì)，其精確結(jié)構(gòu)目前仍存在爭(zhēng)議；結(jié)構(gòu)信息的匱乏也阻礙了該材料在相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域中對(duì)其性能的設(shè)計(jì)和提升。例如，將聚合物混入水泥中有助于提高混凝土的機(jī)械性能，但是真正的分子水平的復(fù)合成功較少，這是因?yàn)榫酆衔锶菀孜皆贑SH的表面而不是插入CSH片層之間。如果知道CSH的詳細(xì)結(jié)構(gòu)信息，就可以選擇合適的聚合物或添加必要的小分子插層修飾，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)聚合物與CSH分子級(jí)別的插層復(fù)合，從而大幅提高相關(guān)性能。單層硅酸鈣的結(jié)構(gòu)信息比較清晰，容易通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)手段解讀，這恰好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)硅酸鈣材料在結(jié)構(gòu)信息解讀方面的不足。

當(dāng)前，納米科學(xué)技術(shù)與生物技術(shù)的有機(jī)結(jié)合是國(guó)際生物醫(yī)藥領(lǐng)域研究的前沿和熱點(diǎn)，具有重大的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值，其中納米藥物釋放系統(tǒng)是納米生物科技研究的重點(diǎn)之一，對(duì)疾病治療具有不可估量的意義。預(yù)期在未來(lái)數(shù)年內(nèi)，與醫(yī)療、衛(wèi)生和健康領(lǐng)域相關(guān)的納米技術(shù)的研究可能影響到數(shù)千億美元的醫(yī)藥制造業(yè)（李玉寶.納米生物醫(yī)藥材料.化學(xué)工業(yè)出版社:北京，2004）。

一般認(rèn)為藥物釋放系統(tǒng)的載體對(duì)控制藥物的儲(chǔ)藏量、釋放速率和釋放過(guò)程至關(guān)重要。新型藥物載體的研發(fā)是發(fā)展新型藥物劑型的關(guān)鍵因素之一。性能優(yōu)異的納米藥物載體可以發(fā)揮舉足輕重的作用，往往是研究取得突破的關(guān)鍵。具有高比表面積和高化學(xué)活性的納米藥物載體材料，可以有效提高藥物的裝載量和藥物緩釋性能。

鈣硅基（CaO-SiO₂）材料是近些年來(lái)興起的新型生物材料，它是生物玻璃的重要活性成份，鈣元素的引入使它比傳統(tǒng)硅基材料具有更好的生物相容性、生物活性和生物降解性。它能在模擬體液環(huán)境下逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轭?lèi)骨磷灰石，具有良好的生物活性，因而在生物醫(yī)藥領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。鈣硅基生物材料主要包括各種鈣硅比的硅酸鈣及其復(fù)合材料，它在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越受到重視，如生物涂層、骨組織修復(fù)、蛋白質(zhì)吸附和藥物輸送等。

另外，在污水處理方面，鈣硅基材料中的鈣元素可以與污水中的重金屬元素進(jìn)行離子交換，從而起到吸附重金屬的作用。因此，它在環(huán)境領(lǐng)域也有重要的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

一個(gè)方面，本發(fā)明在此提供一種可應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域和水處理領(lǐng)域中的具有超高比表面積的硅酸鈣基超薄納米片。

本發(fā)明的硅酸鈣基超薄納米片，其化學(xué)組成中鈣與硅的摩爾比為0.4－1.5；BET比表面積為200－550m²/g；超薄納米片厚度為1－10nm。二維尺寸不限。

本發(fā)明的硅酸鈣基超薄納米片可以是硅酸鈣水合物或無(wú)結(jié)晶水硅酸鈣。所述硅酸鈣水合物優(yōu)選為托貝莫來(lái)石型硅酸鈣水合物；該托貝莫來(lái)石型硅酸鈣水合物脫水后的產(chǎn)物則為無(wú)結(jié)晶水托貝莫來(lái)石型硅酸鈣。本發(fā)明的硅酸鈣水合物超薄納米片及無(wú)結(jié)晶水硅酸鈣超薄納米片形貌和尺寸比較均一，厚度超薄，比表面積大于目前已報(bào)道的其它硅酸鈣材料。此外，本發(fā)明的硅酸鈣水合物超薄納米片及無(wú)結(jié)晶水硅酸鈣超薄納米片基本上沒(méi)有細(xì)胞毒性，并具有良好的生物相容性和生物活性。