close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY3656

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 3656
(13)
C1
(51)
(12)
6
C 01B 25/32
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИАПАТИТА
(21) Номер заявки: 960207
(22) 1996.04.26
(46) 2000.12.30
(71) Заявитель: Минское областное производственное
объединение
мясной
и
молочной
промышленности (BY)
(72) Авторы: Морозова А.А., Старовойтов А.А.,
Шпилевская Л.Е., Морозов В.Е. (BY)
(73) Патентообладатель: Минское
областное
производственное объединение мясной и
молочной промышленности (BY)
(57)
Способ получения гидроксиапатита, включающий обжиг костей животных в окислительной атмосфере
при температуре 600-1200 °C и последующее измельчение, отличающийся тем, что кости животных перед
обжигом предварительно нагревают до 400-600 °С в инертной среде и выдерживают при этой температуре
до полной карбонизации.
(56)
1. JP 5-329 B2, МПК5 C 01B 25/32, 1993.
Изобретение относится к области получения неорганических веществ, в частности к способу получения
гидроксиапатита (гидроксилапатита), используемого в качестве адсорбента в газовой хроматографии, как
сырье для создания искусственной кости, биокерамики, адсорбентов для биохимии, фармакологии, медицины и т. п.
Гидроксиапатит Са10(РO4)6(ОН)2 (иногда дают формулу 3Са3(РO4)2⋅Ca(ОН)2) - наиболее важный член
большого класса соединений, которые описываются общей формулой М10(XO4)6Z2, где М - различные металлы,
Х = Р, As, Si, Ge, Сг, Z = ОН, F, Cl, Вг, СО3 и т.д.
Известно [1], что близкий к идеальной формуле гидроксиапатит можно получить путем добавления
Са(ОН)2 к разбавленной Н3РО4 и завершением нейтрализации кипячением. Осажденный таким способом
гидроксиапатит обычно имеет малый размер кристаллов (пластинки с размером сторон ∼500 Å). Однако известный способ многостадиен и малопроизводителен.
Известен способ получения гидроксиапатита [2], суть которого состоит в следующем: растворы CaCl2 и
Na2HPO4 смешивают в растворе NaCl с последующим кипячением образовавшейся суспензии сначала в концентрированном растворе NaOH, затем в натрийфосфатном буфере. Полученную суспензию замораживают в
буфере до -40 °С и осуществляют лиофильную сушку в течение 38-40 часов при температуре от -40 °С до
40 °С.
Данный способ имеет также ряд недостатков:
многостадийность;
требует дорогостоящих реактивов и оборудования, а также низких температур (-40 °С);
процесс вызревания гидроксиапатита требует длительного времени.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ, в котором
для производства гидроксиапатита используется апатит, содержащийся в костях животных. Суть способа состоит в том, что кости крупного рогатого скота предварительно промывают водой, сушат и обжигают при
температуре 600-1200 °С на воздухе. Затем продукт измельчают дробилкой до размера зерен 50-100 мкм,
выдерживают их в течение 30 минут в растворе, содержащем 2,5-3 % КН2РO4 и 1 % Са(ОН)2 при температуре 10, 20, 60, 80 °С для вызревания гидроксиапатита, после этого промывают водой [3] (прототип).
BY 3656 C1
В процессе термообработки из костей животных удаляются такие органические вещества, как волокнистый протеин, коллаген и сахариды, что способствует уменьшению твердости продукта и упрощению процесса измельчения.
Последующая стадия обработки в растворе, содержащем ионы фосфорной кислоты, проводится для
улучшения стехиометрического состава гидроксиапатита и его кристаллизации.
Недостатком указанного способа является многостадийность процесса получения гидроксиапатита
вследствие необходимости использования после обжига стадий мокрой обработки, промывки и сушки, при
этом получающийся продукт не является достаточно хорошо закристаллизованным. Кроме того, процесс
обжига кости по указанному способу сопровождается очень интенсивным горением, что вызывает высокую
пожароопасность процесса при осуществлении его в промышленных условиях.
Задачей, решаемой данным изобретением, является повышение степени закристаллизованности гидроксиапатита, упрощение процесса получения и снижение его пожароопасности.
Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе получения гидроксиапатита, включающем обжиг
костей животных в окислительной атмосфере при температуре 600-1200 °С и последующее измельчение, кости
животных перед обжигом предварительно подвергают карбонизации в инертной среде до температуры 400-600 °С.
Способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
800 г обезжиренной кости помещают в электрическую печь, подают инертный газ (азот) и осуществляют
плавный подъем температуры до 400 °С. Выдерживают 1-3 часа до получения продукта черного цвета. Затем
подачу инертного газа отключают, подают воздух и осуществляют подъем температуры в печи до 600 °С. Обжиг кости при заданной температуре проводят до получения конечного продукта белого цвета с сероватым оттенком. Печь выключают, охлаждают, продукт выгружают, взвешивают и определяют выход. Затем продукт
измельчают на электрической мельнице, просеивают через сита, классифицируют по диаметру частиц и анализируют на содержание углерода (С), кальция (Са) и фосфора (Р). Снимают рентгенограммы конечного продукта
(рис. 1б), а также образцов, полученных после стадии карбонизации (рис. 1а). Условия термообработки и результаты анализа представлены в таблице (пример 1).
Пример 2.
800 г обезжиренной кости помещают в электрическую печь, подают инертный газ (гелий) и осуществляют плавный подъем температуры до 500 °С. Выдерживают при данной температуре 1-2 часа до получения
продукта черного цвета. Затем подачу инертного газа отключают, подают воздух и осуществляют подъем
температуры в печи до 800 °С. Обжиг полупродукта при заданной температуре проводят до получения гидроксиапатита белого цвета. Печь выключают, охлаждают, продукт выгружают, взвешивают и определяют
выход. Дальнейший анализ продукта проводят, как описано в примере 1. Условия термообработки и результаты анализа представлены в таблице (пример 2). Рентгенограммы полупродукта и конечного продукта
представлены на рис. 1 (пример 2).
Пример 3.
800 г костного шрота помещают в электрическую печь, подают инертный газ (азот) и осуществляют плавный
подъем температуры до 600 °С, выдерживают при данной температуре 1 час до получения продукта черного цвета.
Затем подачу инертного газа отключают, подают смесь воздуха с кислородом и осуществляют подъем температуры до 1200 °С. Условия обработки и результаты анализа представлены в таблице (пример 3). Рентгенограммы
представлены на рис. 1 (пример 3).
Пример 4.
Процесс проводят, как описано в примере 3, но конечная температура карбонизации 650 °С. Условия
термообработки и результаты анализа конечного продукта представлены в таблице и на рис. 1 (пример 4). Из
рис. 1 следует, что проведение карбонизации до температур, превышающих 600 °С, экономически нецелесообразно, так как достигается кристалличность гидроксиапатита та же, что и при 600 °С (рис. 1, примеры 3 и
4).
Пример 5.
Процесс проводят так же, как и в примере 1, но конечная температура карбонизации 350 °С. Как следует из
таблицы, 350 °С для проведения карбонизации недостаточно, так как органическая часть выгорает только до
содержания углерода 15,5 %, поэтому последующая стадия обжига при температуре 600 °С сопровождается интенсивным горением (пример 5, табл.).
2
BY 3656 C1
Таблица
Условия получения и состав гидроксиапатита
N примера
1
2
3
4
5
Стадия карбонизации
конечная темпе- содержание углерода
ратура карбонизав полупродукте,
мас. %
ции, °С
400
11,5
500
9,7
600
9,3
650
9,3
350
15,5
6 (прототип)
7*
Стадия обжига
содержание элементов соотнотемпература
в продукте, мас. %
шение
обжига, °С
Ca/P
C
Ca
P
600
0
33,8
16,0
2,11
800
0
40,8
19,0
2,15
1200
0
41,0
19,1
2,15
Проводить экономически нецелесообразно
Проводить нецелесообразно из-за повышенной
пожароопасности
600
0
2,1
600
0
1,9
7* - конечный продукт получен по способу-прототипу без стадии мокрой обработки.
Как следует из таблицы, проведение процесса по предлагаемому способу (примеры 1-3) позволяет получать гидроксиапатит с соотношением кальция к фосфору 2,15, что соответствует соотношению, рассчитанному по формуле. Линии на рентгеновском спектре продукта (рис. 1) полностью соответствуют линиям гидроксиапатита, взятым по справочным данным. Линии имеют очень хорошее разрешение, что
свидетельствует о высокой степени кристаллизации продукта.
У образцов прототипа (рис. 1, примеры 6 и 7) эти пики разрешены намного хуже, что указывает на недостаточную степень кристалличности продукта.
Следует также отметить, что при проведении процесса по способу-прототипу содержание углерода
уменьшается от 20 % до нуля и процесс сопровождается очень интенсивным горением с мощным пламенем,
которое выходит за пределы печи, в которой осуществляется обжиг, что обусловливает высокую пожароопасность известного способа. При осуществлении способа в промышленных условиях, где будет подвергаться обжигу не 100 г костей, как в прототипе, а 100-200 кг и выше, такой процесс вследствие сильного горения может вообще выйти из под контроля и привести к пожару и порче оборудования.
Процесс обжига по предлагаемому нами способу характеризуется очень спокойным выгоранием оставшейся углеродной части полупродукта. Пламя при горении полупродукта имеет небольшую высоту. Это
объясняется тем, что выгорание органической части, в частности остатков мяса, жира и т.п., происходит уже
на стадии карбонизации. Об этом свидетельствует уменьшение содержания углерода в полупродукте (до 911 %), вместо 19-20 % в исходной необожженной кости, причем углерод в предварительно карбонизованной
кости входит в угольную составляющую полупродукта, а не в состав органической части кости.
Получение гидроксиапатита по заявляемому способу не требует стадии мокрой обработки для завершения процесса кристаллизации, т.к. кристаллизация, как видно из рис. 1, начинается уже на стадии карбонизации. Отсутствие в заявляемом способе стадий мокрой обработки, промывки и последующей сушки существенно упрощает технологическую схему данного процесса.
3
BY 3656 C1
Пример 2
Рис. 1. Рентгенограммы образцов после стадии карбонизации (а) и после стадии обжига (б), проведенных
в соответствии с условиями примеров 1-5. Примеры 6-7: представлены рентгенограммы образцов гидроксиапатита, приведенные в способе-прототипе (пример 6 - с обработкой в растворе, содержащем фосфат ионы; пример 7 - без стадии мокрой обработки).
Таким образом, предложенный нами способ позволяет получать чистый гидроксиапатит, который может
применяться в качестве адсорбента в хроматографии, в качестве добавок к сахару и соли для улучшения их
сыпучести, а также может быть использован для получения зубных паст, искусственной кости, биокерамики
и т.п.
Метод прост, малостадиен и не требует дорогостоящих реактивов.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
151 Кб
Теги
патент, by3656
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа