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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von
Fluorapatit, Fluorapatit und eine Adsorptionsvorrichtung. Sie betrifft
insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit, Fluorapatit,
der durch das Verfahren hergestellt werden kann sowie eine Adsorptionsvorrichtung,
die den Fluorapatit verwendet.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Fluorapatit
hat nahezu die gleiche kristalline Struktur wie Hydroxylapatit und
zeigt daher nahezu die gleichen Adsorptionseigenschaften (Adsorptionsvermögen)
für Proteine wie Hydroxylapatit.
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Ferner
ist Fluorapatit eine Substanz, die durch ihr Fluoratom stabiler
als Hydroxylapatit ist und daher eine hohe Säurebeständigkeit
hat. Aus diesen Gründen hat Fluorapatit Vorteile darin,
dass er eine hohe Beständigkeit gegenüber Säurelösungen
hat und daher in der Lage ist, ein Protein in einer Säurelösung
zu separieren.
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Solcher
Fluorapatit wird gewöhnlich durch Beigabe (Mischen) von
Ammoniumfluorid als Fluorquelle zu (mit) einer Hydroxylapatit enthaltenden
Schlämme synthetisiert (
JP A-2004-330113 ist ein Beispiel einschlägiger
Technik.).
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Bei
dem durch ein derartiges Verfahren synthetisierten Fluorapatit jedoch
wird während des Synthetisierprozesses aus dem Ammoniumfluorid
stammendes Ammoniak als Verunreinigung daran adsorbiert. Apatite
wie Fluorapatit haben ein hohes Adsorptionsvermögen für
Ammoniak, und daher bleibt, wenn eine synthetisierten Fluorapatit
enthaltende Schlämme zwecks Teilchenerzeugung sprühgetrocknet
(granuliert) wird, Ammoniak in den Teilchen (Fluorapatitteilchen).
Es ist also sehr schwierig, Ammoniak von den Fluorapatitteilchen zu
entfernen.
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Daher
ist die Menge des in den so synthetisierten Fluorapatitteilchen
verbleibenden Ammoniaks von Charge zu Charge unterschiedlich, was
das Erzeugen von Fluorapatitteilchen mit gleichmäßigen
Eigenschaften erschwert.
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Ferner
behindert das an Hydroxylapatitteilchen adsorbierte Ammoniak die
Substitution von Hydroxylgruppen von Hydroxylapatit durch Fluoratome
von Ammoniumfluoridmolekülen, und daher bestehen auch Probleme
darin, dass die Substitutionsrate von Hydroxylgruppen von Hydroxylapatit
durch Fluoratome nur in einem bestimmten Maß erhöht
werden kann, weswegen eine weitere Verbesserung der Säurebeständigkeit
des synthetisierten Fluorapatits nicht zu erwarten ist.
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Da
Fluorapatit häufig zum Separieren eines Proteins in einer
Säurelösung verwendet wird, zieht man es ferner
vor, dass die Menge des an dem Fluorapatit zu adsorbierenden Proteins
groß ist, so dass eine große Menge des Proteins
aus einer Probe (d. h. der das Protein enthaltenden Säurelösung)
separiert werden kann. Unter diesem Aspekt wird vorzugsweise Fluorapatit
mit einer großen spezifischen Oberfläche verwendet.
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Aus
diesen Gründen kann Fluorapatit, der eine Verunreinigung
wie Ammoniak zu einem geringen Grad enthält und eine höhere
Säurebeständigkeit sowie eine große spezifische
Oberfläche hat, vorzugsweise zum Separieren eines Proteins
(insbesondere eines in einer Säurelösungen enthaltenen
Proteins) verwendet werden. Ein Verfahren zum Herstellen von derartigem
Fluorapatit ist jedoch bisher nicht entwickelt worden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit
anzugeben, der durch Reduzieren einer Verunreinigung, wie Ammoniak,
aus einem Rohmaterial auf einen geringen oder sehr geringen Wert
eine verbesserte Säurebeständigkeit hat und aufgrund
seiner großen spezifischen Oberfläche in der Lage
ist, eine große Menge eines Proteins zu separieren. Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, Fluorapatit
mit hoher Säurebeständigkeit und einer großen
spezifischen Oberfläche sowie eine Adsorptionsvorrichtung
anzugeben, die derartigen Fluorapatit als Adsorptionsmittel verwendet.
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Diese
Aufgaben werden durch die unten beschriebenen Erfindungen (1) bis
(14) gelöst.
- (1) Ein Verfahren zum
Herstellen von Fluorapatit unter Verwendung einer calciumbasierten
Verbindung, die Calcium, Hydrogenfluorid und Phosphorsäure
enthält, wobei das Verfahren umfasst: Zubereiten einer
ersten Flüssigkeit, die die calciumbasierte Verbindung
enthält, einer zweiten Flüssigkeit, die das Hydrogenfluorid
enthält, und einer dritten Flüssigkeit, die die
Phosphorsäure enthält; Erzeugen eines ersten Gemischs durch
Mischen der ersten Flüssigkeit, der zweiten Flüssigkeit
und der dritten Flüssigkeit; und Reagieren der calciumbasierten
Verbindung, des Hydrogenfluorids und der Phosphorsäure
in dem ersten Gemisch, um so den Fluorapatit zu gewinnen.
Gemäß dem
oben beschriebenen Verfahren ist es möglich, Fluorapatit
zu erzeugen, in dem keine Verunreinigung oder eine Verunreinigung
zu einem sehr geringen Grad enthalten ist, da als Fluorquelle Hydrogenfluorid
anstelle von Ammoniumfluorid verwendet wird. Daher ist es möglich,
Fluorapatit mit hoher Kristallinität zu erzeugen, der dank
seiner hohen Kristallinität eine bessere Säurebeständigkeit
hat. Ferner kann der so gewonnene Fluorapatit aufgrund seiner großen
spezifischen Oberfläche eine große Menge eines Proteins
aus einer Probe (das Protein enthaltende Säurelösung)
separieren.
- (2) Bei dem unter obigem Punkt (1) beschriebenen Verfahren ist
die calciumbasierte Verbindung Calciumhydroxid.
Dadurch kann
verlässlich verhindert werden, dass eine Verunreinigung,
die aus der als Calciumquelle dienenden calciumbasierten Verbindung
stammt, bei dem Reaktionsschritt in den erzeugten Fluorapatit inkorporiert
wird.
- (3) Bei dem unter obigem Punkt (1) beschriebenen Verfahren erfolgt
das Mischen der ersten Flüssigkeit, der zweiten Flüssigkeit
und der dritten Flüssigkeit dadurch, dass die zweite Flüssigkeit
mit der dritten Flüssigkeit gemischt wird, um ein zweites
Gemisch zu erzeugen, und danach die erste Flüssigkeit mit
dem zweiten Gemisch gemischt wird.
Dadurch können
die zweite Flüssigkeit und die dritte Flüssigkeit
gleichmäßig mit der ersten Flüssigkeit
gemischt werden, um so den Fluorapatit zu erzeugen. Ferner können
die Hydroxylgruppen von Hydroxylapatit gleichmäßig
durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle substituiert
werden. Zudem ist auch möglich, das Erzeugen eines Nebenprodukts,
wie z. B. Calciumfluorid, in der ersten Mischung zuverlässig
zu verhindern bzw. zu unterdrücken.
- (4) Bei dem unter obigem Punkt (3) beschriebenen Verfahren wird
das Mischen der ersten Flüssigkeit mit dem zweiten Gemisch
dadurch ausgeführt, dass das zweite Gemisch der ersten
Flüssigkeit tropfenweise zugegeben wird.
Dadurch können
die calciumbasierte Verbindung als Calciumquelle, das Hydrogenfluorid
und die Phosphorsäure relativ leicht zur Reaktion gebracht
werden. Ferner ist es auch möglich, den pH-Wert des ersten Gemischs
innerhalb eines geeigneten Bereichs leicht und zuverlässig
einzustellen. Aus diesen Gründen kann der Zerfall bzw.
die Auflösung des erzeugten Fluorapatits verhindert werden.
Folglich kann Fluorapatit (primäre Fluorapatitteilchen)
mit hoher Reinheit und einer großen spezifische Oberfläche
mit einem hohen Ertrag erzeugt werden.
- (5) Bei dem unter obigem Punkt (4) beschriebenen Verfahren liegt
die Geschwindigkeit, mit der das zweite Gemisch in die erste Flüssigkeit
getropft wird, im Bereich von 1 bis 100 L/Stunde.
Dadurch können
die calciumbasierte Verbindung als Calciumquelle, das Hydrogenfluorid
und die Phosphorsäure unter milden Bedingungen zur Reaktion
gebracht werden.
- (6) Bei dem unter obigem Punkt (3) beschriebenen Verfahren liegt
der Anteil des in dem zweiten Gemisch enthaltenen Hydrogenfluorids
im Bereich von 0,5 bis 60 Gewichtsprozent.
Wenn der Anteil
des in dem zweiten Gemisch enthaltenen Hydrogenfluorids innerhalb
des oben erwähnten Bereichs liegt, ist es möglich,
Fluorapatit zu erzeugen, der eine verbesserte Substitutionsrate
der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch Fluoratome während
des Reaktionsschritts aufweist. Ferner kann aufgrund eines solchen
Anteils an Hydrogenfluorid der pH-Wert des ersten Gemischs bei der
Erzeugung des Fluorapatits auch in einem geeigneten Bereich eingestellt
werden. Außerdem hat Hydrogenfluorid einen hohen Säuregrad.
Da aber nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung der pH-Wert
des zweiten Gemischs aufgrund eines solchen Anteils an Hydrogenfluorid
nicht extrem niedrig wird, kann das zweite Gemisch sicher gehandhabt
(behandelt) werden.
- (7) Bei dem unter obigem Punkt (3) beschriebenen Verfahren liegt
der Anteil der in dem zweiten Gemisch enthaltenen Phosphorsäure
im Bereich von 1 bis 90 Gewichtsprozent.
Wenn der Anteil der
in dem zweiten Gemisch enthaltenen Phosphorsäure in den
oben genannten Bereich fällt, kann der Fluorapatit in dem
Reaktionsschritt effizient erzeugt werden. Da der pH-Wert des zweiten
Gemischs nicht extrem niedrig wird, kann das zweite Gemisch zudem
sicher gehandhabt (behandelt) werden.
- (8) Bei dem unter obigem Punkt (3) beschriebenen Verfahren liegt
der Anteil der in dem zweiten Gemisch enthaltenen Phosphorsäure
im Bereich des 2,0- bis 4,5-fachen der Molmenge bezogen auf die
Menge des in dem zweiten Gemisch enthaltenen Hydrogenfluorids.
Dies
ermöglicht es, Fluorapatit mit einer hohen Substitutionsrate
der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch Fluoratome effizient
zu erzeugen.
- (9) Bei dem unter obigem Punkt (1) beschriebenen Verfahren liegt
der Anteil der in dem ersten Gemisch enthaltenen calciumbasierten
Verbindung im Bereich von 1 bis 20 Gewichtsprozent.
Dies ermöglicht
es, Fluorapatit in dem Reaktionsschritt effizienter zu erzeugen.
Falls der Fluorapatit dadurch erzeugt wird, dass das erste Gemisch
bei dem Reaktionsschritt gerührt wird, kann das erste Gemisch aufgrund
eines solchen Anteils der calciumbasierten Verbindung auch mit relativ
geringer Leistung zuverlässig gerührt werden.
Da das erste Gemisch hinreichend gerührt wird, können
zudem Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits gleichmäßig
durch Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle substituiert
werden.
- (10) Bei dem unter obigem Punkt (1) beschriebenen Verfahren
werden während des Reaktionsschritts die calciumbasierte
Verbindung, das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure in
dem ersten Gemisch bei einer Temperatur im Bereich von 5 bis 50°C
zur Reaktion gebracht.
Nach diesem Verfahren kann der Zerfall
bzw. die Auflösung des erzeugten Fluorapatits auch dann
verhindert werden, wenn der pH-Wert des ersten Gemischs auf einen
relativ niedrigen Wert eingestellt ist. Es ist ferner möglich,
das Reaktionsverhältnis zwischen der calciumbasierten Verbindung
als Calciumquelle, der Phosphorsäure und dem Hydrogenfluorid
durch Wärme zu verbessern.
- (11) Fluorapatit, der unter Anwendung des unter obigem Punkt
(1) beschriebenen Verfahrens hergestellt wird.
Gemäß dem
oben beschriebenen Fluorapatit ist es möglich, die Säurebeständigkeit
zu verbessern und eine große spezifische Oberfläche
zu erhalten.
- (12) Fluorapatit, der aus Hydroxylapatit mit Hydroxylgruppen
und Hydrogenfluoridmolekülen, die jeweils ein Fluoratom
haben, erzeugt ist, wobei zumindest ein Teil der Hydroxylgruppen
durch die Fluoratome substituiert wird, wobei, wenn der Fluorapatit
zwecks Gewinnung von getrockneten Teilchen granuliert wird und die
getrockneten Teilchen dann zwecks Erzeugens von gesinterten Teilchen
gesintert werden, die spezifische Oberfläche der getrockneten
Teilchen oder die spezifische Oberfläche der gesinterten
Teilchen 30 m2/g oder größer
ist.
Die getrockneten Teilchen bzw. die gesinterten Teilchen,
die eine derartige spezifische Oberfläche haben, können
eine große Menge eines Proteins aus einer Probe separieren.
- (13) Bei dem unter obigem Punkt (12) beschriebenen Fluorapatit
werden, wenn die getrockneten Teilchen, deren mittlere Teilchengröße
40 μm ± 5 μm beträgt, ausgesiebt
sind, die klassifizierten getrockneten Teilchen bei einer Temperatur
von 400°C oder darunter gesintert, um gesinterte Teilchen
zu gewinnen, wird eine Säule mit einem Füllraum
mit einem Innendurchmesser von 4 mm und einer Länge von
100 mm bereitgestellt, werden die ausgesiebten getrockneten Teilchen
oder die gesinterten Teilchen in den Füllraum der Säule
gefüllt, wird ein 10-mM-Natriumphosphatpuffer mit einem
pH-Wert von 5 bei Raumtemperatur zubereitet und werden 20 mL des
10-mM-Natriumphosphatpuffers mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von 1,0 mL/min in den Füllraum geführt, um so
die in den Füllraum gefüllten ausgesiebten getrockneten
Teilchen oder gesinterten Teilchen ins Gleichgewicht zu bringen,
und werden dann 10 mL des 10-mM-Natriumphosphatpuffers erneut in
den Füllraum geführt, um 10 mL eines Eluats zu
gewinnen, beträgt die Konzentration des in dem so gewonnenen
Eluat enthaltenen Ca 8 ppm oder weniger pro 1 g der ausgesiebten
getrockneten Teilchen oder der gesinterten Teilchen.
Derartiger
Fluorapatit hat eine hohe Säurebeständigkeit.
- (14) Eine mit einem Adsorptionsmittel versehene Adsorptionsvorrichtung,
bei der das Adsorptionsmittel aus getrockneten Teilchen, die durch
Granulieren des unter obigem Punkt (12) beschriebenen Fluorapatits
erzeugt wurden, oder aus gesinterten Teilchen besteht, die durch
Sintern der getrockneten Teilchen erzeugt wurden.
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Dies
ermöglicht es, eine Adsorptionsvorrichtung bereitzustellen,
die mit einem Adsorptionsmittel versehen ist, das hohe Säurebeständigkeit
und eine große spezifische Oberfläche aufweist.
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Nach
der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Fluorapatit
zu erzeugen, bei dem keine Verunreinigung oder eine Verunreinigung
zu einem sehr niedrigen Grad enthalten ist, da Hydrogenfluorid als
Fluorquelle verwendet wird. Daher ist es möglich, Fluorapatit
mit hoher Kristallinität zu erzeugen. Deswegen hat der
so erzeugte Fluorapatit eine hohe Säurebeständigkeit.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung kann, da durch Reagieren einer calciumbasierten
Verbindung, des Hydrogenfluorids und der Phosphorsäure
Fluorapatit mit einer großen spezifischen Oberfläche
erzeugt werden kann, derartiger Fluorapatit ferner eine große
Menge eines Proteins aus einer Probe separieren.
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BESTMÖGLICHE AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Allgemein
hat Hydrogenfluorid einen hohen Säuregehalt. Deswegen wurde
bisher Ammoniumfluorid für die Herstellung von Fluorapatit
verwendet.
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Die
Erfinder vorliegender Erfindung haben sich jedoch der Untersuchung
der oben beschriebenen Probleme gewidmet. Als Ergebnis fanden die
Erfinder heraus, dass Fluorapatit, bei dem keine Verunreinigung
vorhanden ist, oder bei dem eine Verunreinigung in sehr geringem
Maße vorhanden ist, unter Verwendung von Hydrogenfluorid
als Fluorquelle hergestellt werden kann.
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Die
Erfinder haben diesen Ansatz weiter untersucht. Die Erfinder kamen
zu dem Ergebnis, dass Fluorapatit mit einer großen spezifischen
Oberfläche hergestellt werden kann, indem eine erste Flüssigkeit,
die eine calciumbasierte Verbindung enthält, eine zweite
Flüssigkeit, die Hydrogenfluorid enthält, und
eine dritte Flüssigkeit, die Phosphorsäure enthält,
zu einem ersten Gemisch gemischt werden, und dann die calciumbasierte
Verbindung, das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure in
dem ersten Gemisch zur Reaktion gebracht werden. Die Erfinder haben
die vorliegende Erfindung wie oben beschrieben ausgeführt.
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Im
Folgenden werden ein Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit, Fluorapatit
und eine Adsorptionsvorrichtung nach vorliegender Erfindung unter
Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele ausführlich
beschrieben.
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Zunächst
wird das Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit nach der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Das
Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit nach der vorliegenden Erfindung
enthält einen Flüssigkeitszubereitungsschritt
(S1), in dem die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Flüssigkeiten
zubereitet werden, und einen Fluorapatit-Herstellungsschritt (S2),
in dem der Fluorapatit durch Mischen der zubereiteten Flüssigkeiten
miteinander hergestellt wird. Nachfolgend werden diese Schritte
in dieser Reihenfolge beschrieben.
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<S1> Flüssigkeitszubereitungsschritt
(Erster Schritt)
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<S1-1> Schritt des Zubereitens
der ersten Flüssigkeit (Lösung mit einer calciumbasierten
Verbindung als Calciumquelle)
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Zuerst
wird eine erste Flüssigkeit mit einer calciumbasierten
Verbindung, die Calcium als Calciumquelle enthält, zubereitet.
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Zu
den Beispielen für die calciumbasierte Verbindung (Calciumquelle),
die in der ersten Flüssigkeit enthalten sein soll, gehören
Calciumhydroxid, Calciumoxid, Calciumnitrat und dergleichen, ohne
darauf beschränkt zu sein. Diese Verbindungen können
einzeln oder als Kombination aus zwei oder mehreren davon eingesetzt
werden. Von diesen Beispielen ist Calciumhydroxid als Calciumquelle
besonders bevorzugt. Dies ermöglicht das zuverlässige
Herstellen von Fluorapatit, bei dem eine Verunreinigung in sehr
geringem Maße enthalten ist, in dem Fluorapatit-Herstellungsschritt
(S2), der später ausführlich beschrieben wird.
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Eine
Lösung oder Suspension, die die calciumbasierte Verbindung
als Calciumquelle enthält, kann als die erste Flüssigkeit
verwendet werden. Falls die verwendete calciumbasierte Verbindung
Calciumhydroxid ist, wird vorzugsweise eine Calciumhydroxidsuspension
verwendet, bei der das Calciumhydroxid in Wasser suspendiert ist.
Wenn Fluorapatit unter Verwendung einer solchen Calciumhydroxidsuspension
in dem Fluorapatit-Herstellungsschritt (S2) hergestellt wird, ist
es möglich, feine primäre Fluorapatitteilchen
zu erzeugen. Ferner sind, auch wenn Aggregate (sekundäre
Teilchen) gewonnen werden, in denen die feinen primären
Fluorapatitteilchen agglutiniert sind, die Aggregate in einer solchen
Calciumhydroxidsuspension gleichmäßig dispergiert.
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Der
Anteil der in der ersten Flüssigkeit als Calciumquelle
enthaltenen calciumbasierten Verbindung liegt vorzugsweise im Bereich
von ungefähr 1 bis 20 Gewichtsprozent, insbesondere im
Bereich von ungefähr 5 bis 12 Gewichtsprozent. Dies ermöglicht
es, den Fluorapatit in Schritt S2 effizienter herzustellen. Ferner
ist es möglich, die erste Flüssigkeit (Lösung
oder Suspension) mit relativ geringer Leistung in Schritt S2 hinreichend
zu rühren. Da die erste Mischung hinreichend gerührt
werden kann, können zudem Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits
gleichmäßig durch Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle
substituiert werden.
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<S1-2> Schritt des Zubereitens
der zweiten Flüssigkeit (Lösung mit Hydrogenfluorid)
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Als
nächstes wird eine zweite Flüssigkeit zubereitet,
die Hydrogenfluorid enthält (Lösung mit Hydrogenfluorid)
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Ein
Lösungsmittel zum Lösen des Hydrogenfluorids unterliegt
keinen besonderen Einschränkungen und jedes beliebige Lösungsmittel
kann verwendet werden, solange es eine in Schritt S2 auszuführende
Reaktion nicht behindert.
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Zu
den Beispielen für ein solches Lösungsmittel gehören
Wasser, ein Alkohol wie Methanol oder Ethanol und dergleichen. Diese
Lösungsmittel können als Kombination aus zwei
oder mehreren davon verwendet werden. Von diesen Beispielen ist
jedoch Wasser besonders bevorzugt. Durch die Verwendung von Wasser als
Lösungsmittel kann das Behindern der in Schritt S2 auszuführenden
Reaktion zuverlässiger verhindert werden.
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<S1-3> Schritt des Zubereitens
der dritten Lösung (Lösung mit Phosphorsäure)
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Als
nächstes wird eine dritte Lösung zubereitet, die
Phosphorsäure enthält (Lösung mit Phosphorsäure)
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Das
Lösungsmittel zum Lösen von Phosphorsäure
unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Jedes Lösungsmittel
kann verwendet werden, solange es die in Schritt S2 auszuführende
Reaktion nicht behindert. Es kann das gleiche Lösungsmittel
verwendet werden wie das Lösungsmittel zum Lösen
des Hydrogenfluorids im oben beschriebenen Schritt S1-2.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass das Lösungsmittel zum Lösen
des Hydrogenfluorids und das Lösungsmittel zum Lösen
der Phosphorsäure vorzugsweise beide die gleiche Art von
Lösungsmittel oder das gleiche Lösungsmittel sind.
Dies ermöglicht es, die zweite Flüssigkeit und
die dritte Flüssigkeit gleichmäßig zu der
ersten Flüssigkeit in dem bei dem später zu beschreibenden
Schritt S2 erzeugten ersten Gemisch zu mischen. Als Ergebnis ist
es möglich, Fluorapatit zu erzeugen, der eine gleichmäßige
Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch
die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle hat.
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Ein
erstes Gemisch wird erzeugt, indem die erste, die zweite und die
dritte Flüssigkeit, die wie oben beschrieben zubereitet
wurden, gemischt werden, wobei die Reihenfolge des Mischens nicht
eingeschränkt ist, solange die calciumbasierte Verbindung,
das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure gleichzeitig
in einem ersten Gemisch vorhanden sein können, in der die
erste, die zweite und die dritte Flüssigkeit in Schritt
S2 gemischt werden. Es ist jedoch vorzuziehen, dass die zweite Flüssigkeit
mit der dritten Flüssigkeit gemischt wird, um ein zweites
Gemisch zu erzeugen, und dann das zweite Gemisch der ersten Flüssigkeit
zugegeben wird, um das erste Gemisch zu erhalten. Durch Mischen
der ersten, der zweiten und der dritten Flüssigkeit in
dieser Reihenfolge können die zweite Flüssigkeit
und die dritte Flüssigkeit gleichmäßig
mit der ersten Flüssigkeit gemischt werden. Ferner können
die Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits gleichmäßig
durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle substituiert
werden. Außerdem ist es möglich, das Erzeugen
eines Nebenprodukts wie Calciumfluorid zuverlässig zu verhindern
oder zu unterdrücken.
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In
diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass Beispiele für
ein Verfahren zum Erzeugen des ersten Gemischs, die von dem oben
beschriebenen Verfahren abweichen, unter anderem sind: ein Verfahren,
bei dem die zweite Flüssigkeit und die dritte Flüssigkeit
der ersten Flüssigkeit im Wesentlichen gleichzeitig beigemischt
werden; ein Verfahren, bei dem die erste Flüssigkeit und
die dritte Flüssigkeit der zweiten Flüssigkeit
im Wesentlichen gleichzeitig beigemischt werden; und ein Verfahren,
bei die erste Flüssigkeit und die zweite Flüssigkeit
der dritten Flüssigkeit im Wesentlichen gleichzeitig beigemischt
werden.
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Die
folgende Beschreibung beschreibt repräsentativ den Fall,
bei dem nach Zubereiten des zweiten Gemischs, das zweite Gemisch
mit der ersten Flüssigkeit gemischt wird, um das erste
Gemisch zu erzeugen, wodurch der Fluorapatit erzeugt wird.
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<S1-4> Schritt des Zubereitens
des zweiten Gemischs
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Als
nächstes werden die zweite Flüssigkeit und die
dritte Flüssigkeit, die in Schritt S1-2 bzw. in Schritt S1-3
zubereitet werden, miteinander gemischt, um das zweite Gemisch zu
erzeugen.
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Der
Anteil des in dem zweiten Gemisch enthaltenen Hydrogenfluorids liegt
vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,5 bis 60 Gewichtsprozent,
insbesondere im Bereich von ungefähr 1,0 bis 10 Gewichtsprozent. Durch
Einstellen des Anteils des in dem zweiten Gemisch enthaltenen Hydrogenfluorids
auf einen Wert innerhalb des obigen Bereichs ist es möglich,
die Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die
Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle bei der Herstellung
des Fluorapatits in Schritt S2 zu verbessern. Ferner kann aufgrund
eines solchen Anteils des Hydrogenfluorids auch der pH-Wert des
ersten Gemischs bei der Herstellung des Fluorapatits innerhalb eines
geeigneten Bereichs eingestellt werden. Außerdem hat Hydrogenfluorid
einen hohen Säuregrad. Da jedoch der pH-Wert des zweiten
Gemischs aufgrund eines solchen Anteils an Hydrogenfluorid nicht
extrem niedrig wird, kann das zweite Gemisch sicher gehandhabt (behandelt) werden.
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Der
Anteil der in dem zweiten Gemisch enthaltenen Phosphorsäure
liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 1,0 bis 90 Gewichtsprozent,
insbesondere im Bereich von ungefähr 5,0 bis 20 Gewichtsprozent. Durch
Einstellen des Anteils der in dem zweiten Gemisch enthaltenen Phosphorsäure
auf einen Wert innerhalb des obigen Bereichs kann der Fluorapatit
in Schritt S2 effizient hergestellt werden. Da der pH-Wert des zweiten Gemischs
aufgrund eines solchen Anteils an Phosphorsäure nicht extrem
niedrig wird, kann das zweite Gemisch zudem sicher gehandhabt (behandelt)
werden.
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Der
Anteil der in dem zweiten Gemisch enthaltenen Phosphorsäure
liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr dem 2,0- bis
4,5-fachen der Molmenge, und insbesondere im Bereich von ungefähr
dem 2,8- bis 4,0-fa chen der Molmenge bezogen auf das Hydrogenfluorid,
das als Molmenge in dem zweiten Gemisch enthalten ist. Dies ermöglicht
das effiziente Erzeugen von Fluorapatit, der eine hohe Substitutionsrate
der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der
Hydrogenfluoridmoleküle hat.
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<S2> Fluorapatit-Herstellungsschritt
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Als
nächstes wird die in dem oben beschriebenen Schritt S1-1
zubereitete erste Flüssigkeit (Lösung mit der
calciumbasierten Verbindung) mit dem in dem oben beschriebenen Schritt
S1-4 gewonnenen zweiten Gemisch gemischt, um das erste Gemisch zu
erhalten. Dann wird die als Calciumquelle dienende calciumbasierte
Verbindung mit Hydrogenfluorid und Phosphorsäure in dem
ersten Gemisch zur Reaktion gebracht, um dadurch primäre
Fluorapatitteilchen zu erzeugen.
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Genauer
gesagt: Wenn Calciumhydroxid als Calciumquelle verwendet wird, ist
es möglich, die primären Fluorapatitteilchen wie
in der folgenden Formel (I) gezeigt zu gewinnen, indem das Calciumhydroxid
mit Hydrogenfluorid und Phosphorsäure in Kontakt gebracht
wird. 10Ca(OH)2 +
6H3(PO4) + 2HF → Ca10(PO4)6(OH)2-2x F2x + 18H2O + 2(H2O)x + 2HF1-x (I)(wobei
0 < x ≤ 1)
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Wie
oben beschrieben, können die primären Fluorapatitteilchen
zuverlässig hergestellt werden, indem Hydrogenfluorid und
Phosphorsäure mit der als Calciumquelle dienenden calciumbasierten
Verbindung (Calciumhydroxid) in Kontakt gebracht und dann das Hydrogenfluorid,
die Phosphorsäure und die calciumbasierte Verbindung zur
Reaktion ge bracht werden, und zwar mit der einfachen Vorgehensweise,
dass die erste Flüssigkeit mit dem zweiten Gemisch gemischt
wird.
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Das
Fluorapatit, das durch die Reaktion wie in der obigen Formel (I)
gezeigt hergestellt wird, hat eine große spezifische Oberfläche.
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Die
unter Anwendung eines solchen Verfahrens gewonnenen primären
Fluorapatitteilchen werden granuliert, um getrocknete Teilchen zu
erhalten. Die getrockneten Teilchen werden gesintert, um gesinterte Teilchen
zu erhalten. Die spezifische Oberfläche jeder der getrockneten
Teilchen und der gesinterten Teilchen beträgt jeweils vorzugsweise
30,0 mg2/g oder darüber, insbesondere
43,0 m2/g oder darüber und am besten 45,0
m2/g oder darüber. Die getrockneten
Teilchen und die gesinterten Teilchen, die jeweils eine derartige
spezifische Oberfläche haben, können dank ihrer
großen spezifischen Oberfläche eine große
Menge eines Proteins separieren.
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Die
spezifische Oberfläche der gesinterten Teilchen wird durch
das Einstellen einer hohen Sintertemperatur und einer langen Sinterzeit
bei der Gewinnung der gesinterten Teilchen normalerweise eher klein.
Da jedoch die spezifische Oberfläche der getrockneten Teilchen
oder der gesinterten Teilchen wie oben beschrieben groß ist,
hat die vorliegende Erfindung einen Vorteil darin, dass gesinterte
Teilchen mit einer vorbestimmten spezifischen Oberfläche
erzeugt werden können, indem die Sinterbedingungen, wie
Sintertemperatur und Sinterzeit, bei der Erzeugung der gesinterten
Teilchen aus den getrockneten Teilchen eingestellt werden, oder indem
die gesinterten Teilchen einer weiteren Behandlung, wie z. B. Sintern,
unerzogen werden.
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Wie
in der obigen Formel (I) gezeigt, wird angenommen, dass der Fluorapatit
erzeugt wird, indem die Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch
die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle substituiert
werden, während gleichzeitig primäre Hydroxylapatitteilchen
erzeugt werden. Daher ist es möglich, eine hohe Substitutionsrate
der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der
Hydrogenfluoridmoleküle zu erreichen.
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Da
bei der vorliegenden Erfindung Hydrogenfluorid (HF) als Fluorquelle
verwendet wird, wird ferner kein Nebenprodukt gebildet, bzw. die
Menge eines Nebenprodukts ist extrem klein, verglichen mit dem Fall,
in dem Ammoniumfluorid (NH4F), Lithiumfluorid
(LiF), Natriumfluorid (NaF), Kalimfluorid (KF), Magnesiumflourid (MgF2), Calciumfluorid (CaF2)
oder dergleichen als Fluorquelle verwendet wird. Daher kann die
Menge des in den primären Fluorapatitteilchen enthaltenen
Nebenprodukts (Verunreinigung) klein gehalten werden, so dass die
Säurebeständigkeit der primären Fluorapatitteilchen
verbessert wird. Es sei darauf hingewiesen, dass der hier verwendete
Begriff „Verunreinigung" sich auf Ammoniak, Lithium, Calciumfluorid
oder dergleichen bezieht, das aus einem Rohmaterial des Fluorapatits
stammt.
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Genauer
gesagt ist der Verunreinigungsgehalt des Fluorapatits vorzugsweise
so gering wie möglich. Beispielsweise liegt er vorzugsweise
bei 300 ppm oder darunter, insbesondere bei 100 ppm oder darunter. Dies
ermöglicht es, die Säurebeständigkeit
der primären Fluorapatitteilchen dank ihres geringen Verunreinigungsgehalts
weiter zu verbessern.
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Nach
vorliegender Erfindung ist es möglich, den Verunreinigungsgehalt
in den primären Fluorapatitteilchen innerhalb des obigen
Bereichs zu halten, indem die Bedingungen (z. B. pH-Wert, Temperatur,
Zeit) der Reaktion zwischen der calciumbasierten Verbindung (Calciumquelle),
Hydrogenfluorid und Phosphorsäure eingestellt werden.
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Die
erste Flüssigkeit und das zweite Gemisch können
auf einmal miteinander gemischt werden, um das erste Gemisch zu
erhalten, sie werden jedoch vorzugsweise durch tropfenweises Zugeben
(Eintropfen) des zweiten Gemischs in die erste Flüssigkeit
gemischt. Durch Eintropfen des zweiten Gemischs in die erste Flüssigkeit
ist es möglich, die calciumbasierte Verbindung, das Hydrogenfluorid
und die Phosphorsäure relativ leicht zur Reaktion zu bringen
und den pH-Wert des ersten Gemisch leichter und zuverlässiger
auf einen Wert innerhalb eines geeigneten Bereichs einzustellen.
Aus diesen Gründen kann der Zerfall oder das Auflösen
des erzeugten Fluorapatits verhindert werden. Als Ergebnis ist es
möglich, Fluorapatit (primäre Fluorapatitteilchen) mit
hoher Reinheit und großer spezifischer Oberfläche
mit hohem Ertrag zu gewinnen.
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Die
Geschwindigkeit, mit der das zweite Gemisch in die erste Flüssigkeit
getropft wird, liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr
1 bis 100 L/Stunde, insbesondere im Bereich von ungefähr
10 bis 100 L/Stunde. Durch Mischen (Zugeben) des zweiten Gemischs
mit (zu) der ersten Flüssigkeit mit einer solchen Tropfgeschwindigkeit
ist es möglich, die calciumbasierte Verbindung, das Hydrogenfluorid
und die Phosphorsäure unter milderen Bedingungen zur Reaktion
zu bringen.
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Ferner
wird die Reaktion zwischen der calciumbasierten Verbindung, dem
Hydrogenfluorid und der Phosphorsäure vorzugsweise unter
Rühren des ersten Gemischs ausgeführt. Durch Rühren
des ersten Gemischs ist es möglich, die calciumbasierte
Verbindung gleichmäßig mit dem Hydrogenfluorid
und der Phosphorsäure in Kontakt zu bringen und dadurch
das effiziente Fortschreiten der Reaktion zwischen der calciumbasierten
Verbindung, dem Hydrogenfluorid und der Phosphorsäure zu
ermöglichen. Zudem werden die Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits
gleichmäßig durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle
substituiert. Durch Verwenden derartiger primärer Fluorapatitteilchen
ist es möglich, beispielsweise ein Adsorptionsmittel (getrocknete
Teilchen oder gesinterte Teilchen) mit weniger Eigenschaftsschwankungen
und hoher Zuverlässigkeit herzustellen.
-
In
diesem Fall liegt die Rührleistung zum Rühren
des ersten Gemischs (Schlämme) vorzugsweise im Bereich
von ungefähr 0,5 bis 3 W, insbesondere im Bereich von ungefähr
0,9 bis 1,8 W pro 1 Liter der Schlämme. Durch Einstellen
der Rührleistung auf einen Wert innerhalb dieses Bereichs
ist es möglich, die Effizienz der Reaktion zwischen der
als Calciumquelle dienenden calciumbasierten Verbindung, dem Hydrogenfluorid und
der Phosphorsäure weiter zu verbessern.
-
Die
Temperatur der Reaktion zwischen der als Calciumquelle dienenden
calciumbasierten Verbindung, dem Hydrogenfluorid und der Phosphorsäure
unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, liegt jedoch
vorzugsweise im Bereich von ungefähr 5 bis 50°C,
insbesondere im Bereich von ungefähr 20 bis 40°C. Durch
Einstellen der Temperatur auf einen Wert innerhalb des obigen Bereichs
ist es möglich, den Zerfall oder das Auflösen
des erzeugten Fluroapatits auch dann zu verhindern, wenn der pH-Wert
des ersten Gemischs auf einen zu niedrigen Wert eingestellt ist.
Es ist ferner auch möglich, das Reaktionsverhältnis
zwischen der als Calciumquelle dienenden calciumbasierten Verbindung,
dem Hydrogenfluorid und der Phosphorsäure zu verbessern.
-
Auf
die oben beschriebene Weise werden die als Calciumquelle dienende
calciumbasierte Verbindung, das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure
so zur Reaktion gebracht, dass Fluorapatit gewonnen wird.
-
Der
Fluorapatit ist nicht auf reinen Fluorapatit, wie durch die oben
beschriebene Formel (I) gezeigt, beschränkt, bei der ein
als x angegebener Grad der Halogenierung 1 ist (d. h. Fluorapatit,
der durch Substituieren aller Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits
durch die Fluoratome erzeugt wurde). Der Fluorapatit umfasst auch einen
Fluorapatit, der gewonnen wurde, indem nur ein Teil der Hydroxylgruppen
des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle
substituiert wurde.
-
Nach
der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, Fluorapatit
herzustellen, der dadurch erzeugt wird, dass die Hydroxylgruppen
der primären Hydroxylapatitteilchen, die nicht nur in der
Oberfläche, sondern auch im Inneren der primären
Hydroxylapatitteilchen vorhanden sind, durch die Fluoratome der
Hydrogenfluoridmoleküle substituiert werden. Genauer gesagt
ist es möglich, 75% oder mehr der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits
durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle zu substituieren.
Durch geeignetes Einstellen der Reaktionsbedingungen (z. B. pH-Wert,
Temperatur, Zeit, die jeweilige Menge der zu mischenden Komponenten
Hydrogenfluorid und Phosphorsäure) der Reaktion zwischen
der als Calciumquelle dienenden calciumbasierten Verbindung, dem
Hydrogenfluorid und der Phosphorsäure ist es zudem auch
möglich, ungefähr 100% der Hydroxylgruppen des
Hydroxylapatits durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle
zu substituieren. Es sei darauf hingewiesen, dass der Fluorapatit
bevorzugt wird, der durch Subsituieren von 50% oder mehr der Hydroxylgruppen
des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle
erzeugt wurde, da er dank der Fluoratome eine besonders herausragende
Säurebeständigkeit hat.
-
Ferner
enthalten derartige primäre Fluorapatitteilchen eine sehr
geringe Menge an Verunreinigungen und sind daher stabil und haben
eine exzellente Säurebeständigkeit.
-
Der
Grad der Säurebeständigkeit der primären
Fluorapatitteilchen kann zum Beispiel durch folgendes Verfahren
bestimmt werden.
-
Genauer
gesagt kann der Grad der Säurebeständigkeit der
primären Fluorapatitteilchen dadurch bestimmt werden, dass
die primären Fluorapatitteilchen oder die gesinterten Teilchen,
die durch Sintern getrockneter Teilchen erzeugt werden, die ihrerseits
durch Granulieren der primären Fluorapatitteilchen erzeugt
werden, mit einer Säurelösung in Kontakt gebracht
werden und dann ein Gehalt des Ca gemessen wird, das aus den primären
Fluorapatitteilchen oder den gesinterten Teilchen eluiert ist.
-
Beispielsweise
werden getrocknete Teilchen, die eine mittlere Teilchengröße
von 40 μm ± 5 μm haben, in den getrockneten
Teilchen, die unter Verwendung des Fluorapatits granuliert werden,
ausgesiebt, und dann werden die ausgesiebten getrockneten Teilchen
oder die gesinterten Teilchen, die durch Sintern der ausgesiebten
getrockneten Teilchen bei einer Temperatur von 400°C oder
darunter erzeugt werden, in einen Füllraum einer Säule
gefüllt. Dann werden 20 mL einer 10-mM-Phosphoatpufferlösung
mit einem pH-Wert von 5 (bei Raumtemperatur) mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von 1,0 mL/min durch den Füllraum der Säule (4 mm × 100
mm) geführt, um so die ausgesiebten getrockneten Teilchen
bzw. die gesinterten Teilchen in dem Füllraum ins Gleichgewicht
zu bringen. Danach werden 10 mL der 10-mM-Phosphatpufferlösung
nochmals durch den Füllraum der Säule geführt,
um 10 mL eines Ca enthaltenden Eluats zu gewinnen. Dann wird die Konzentration
des in dem so gewonnenen Eluat enthaltenen Ca gemessen. Als nächstes
wird die Konzentration des Ca in eine Elutionskonzentration pro
1 g eines Adsorptionsmittels (ausgesiebte getrocknete Teilchen bzw.
gesinterte Teilchen) umgewandelt, um so den Grad der Säurebeständigkeit
der getrockneten Teilchen bzw. der gesinterten Teilchen zu bestimmen.
-
Die
Ca-Konzentration, die in die Elutionskonzentration pro 1 g des Adsorptionsmittels
unter den oben beschriebenen Bedingungen umgewandelt wurde, ist
vorzugsweise so niedrig wie möglich, d. h. so nahe wie möglich
bei „0 ppm". Genauer gesagt beträgt die Ca-Konzentration
vorzugsweise 8 ppm oder darunter und insbesondere 5 ppm oder darunter.
Wenn die Konzentration des aus den gesinterten Teilchen (Fluorapatitteilchen)
eluierten Ca niedrig ist, kann darauf geschlossen werden, dass die
Fluorapatitteilchen eine extrem hohe Säurebeständigkeit
haben.
-
Beispiele
für eine andere Pufferlösung als die Natriumphosphatpufferlösung
zur Verwendung beim Bestimmen des Grads der Säurebeständigkeit
sind unter anderem Phosphat-, Acetat-, Citrat-, Carbonat-, Succinat-
und Glycinpuffer.
-
Ferner
ist die Salzkonzentration der Pufferlösung wie oben beschrieben
10 mM, liegt jedoch vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr
1 bis 500 mM und insbesondere im Bereich von ungefähr 5
bis 500 mM.
-
Die
getrockneten Teilchen des Fluorapatit können durch Trocknen
oder Granulieren des ersten Gemischs (Schlämme) gewonnen
werden, die die primären Fluorapatitteilchen enthält,
die wie oben beschrieben hergestellt werden, und die getrockneten
Teilchen können noch gesintert werden, um gesinterte Teilchen
zu erhalten.
-
Die
getrockneten Teilchen und die gesinterten Teilchen sind als Adsorptionsmittel
verwendbar. In diesem Fall zieht man die gesinterten Teilchen unter
dem Gesichtspunkt der mechanischen Festigkeit vor. Wenn jedoch eine
auf das Adsorptionsmittel anzuwendende Last sehr leicht ist, können
auch die getrockneten Teilchen als Adsorptionsmittel verwendet werden.
Durch Verwenden eines derartigen Adsorptionsmittels als stationäre
Phase einer bei der Chromatographie verwendeten Adsorptionsvorrichtung
ist es möglich, den Umfang der möglichen Bedingungen
für die Separation oder Adsorption eines zu testenden Objekts
(z. B. eines Proteins) auszudehnen und dadurch eine solche bei der
Chromatographie verwendete Adsorptionsvorrichtung in einem breiteren
Bereich von Feldern (Gebieten) einzusetzen.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass das Verfahren zum Trocknen oder Granulieren
der die primären Fluorapatitteilchen enthaltenden Schlämme
keinen besonderen Einschränkungen unterliegt. Ein Beispiel
für ein solches Verfahren enthält das Sprühtrocknen
unter Verwendung einer Sprühtrockenvorrichtung und dergleichen.
-
Die
Sintertemperatur der getrockneten Teilchen liegt vorzugsweise im
Bereich von ungefähr 200 bis 800°C und insbesondere
im Bereich von ungefähr 400 bis 700°C. Durch Einstellen
der Sintertemperatur auf einen Wert innerhalb des oben genannten
Bereichs ist es möglich, ein Adsorptionsmittel mit exzellenter
mechanischer Festigkeit zu gewinnen, während Lücken
(Poren) in den primären Fluorapatitteilchen oder zwischen
den aneinander grenzenden primären Fluorapatitteilchen
(Aggregaten) verbleiben dürfen.
-
Wenn
die getrockneten Teilchen gesintert werden, wird die spezifische
Oberfläche der gesinterten Teilchen aufgrund der Sinterbedingungen
normalerweise eher klein. Wird die Sintertemperatur jedoch geeignet eingestellt,
so dass sie in dem oben erwähnten Bereich liegt, ist es
möglich, gesinterte Teilchen mit einer vorbestimmten spezifischen
Oberfläche zu erzeugen.
-
Die
Anwendungsmöglichkeiten des Fluorapatits beschränken
sich nicht auf ein solches Adsorptionsmittel. Beispielsweise können
die getrockneten Fluorapatitteilchen geformt und dann gesintert
werden, um einen Sinterkörper zu erzeugen. Der so erzeugte
Sinterkörper kann als künstlicher Knochen oder
als Zahnwurzel verwendet werden.
-
Zwar
wurden das Verfahren zum Herstellen des Fluorapatits, der Fluorapatit
und die Adsorptionsvorrichtung nach vorliegender Erfindung vorstehend
unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele
beschrieben, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese
Ausführungsbeispiele beschränkt.
-
Beispielsweise
kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen
von Fluorapatit zusätzlich einen, zwei oder mehr Schritte
für jeden beliebigen Zweck umfassen.
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Beispiele
-
Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf tatsächliche
Beispiele beschrieben.
-
1. Herstellung von Fluorapatit
-
(Beispiel 1)
-
Zuerst
wurden 3,5 kg Calciumhydroxid als Calciumquelle zubereitet. Dann
wurde das Calciumhydroxid in 30 L reinen Wassers suspendiert, um
so eine erste Flüssigkeit zuzubereiten.
-
Als
nächstes wurden 4,5 kg einer wässrigen Hydrogenfluoridlösung
mit einer Konzentration von 4,2 Gewichtsprozent (zweite Flüssigkeit)
und 3,27 kg einer wässrigen Phosphorsäurelösung
mit einer Konzentration von 85 Gewichtsprozent (dritte Flüssigkeit)
zubereitet. Dann wurden die wässrige Hydrogenfluoridlösung und
die wässrige Phosphorsäurelösung mit
10 L reinen Wassers gemischt, um so ein zweites Gemisch zuzubereiten.
-
Dann
wurde das zweite Gemisch mit einer Geschwindigkeit von 5 L/Stunde
in die erste Flüssigkeit eingetropft, wobei die erste Flüssigkeit
mit einer Rührleistung von 1 W gerührt wurde,
um eine Schlämme zu erzeugen.
-
Es
sei darauf hingewiesen, das der pH-Wert der Schlämme beim
Beenden des Eintropfens des zweiten Gemischs 3,4 betrug.
-
Ferner
wurde die Schlämme mit einer Rührleistung von
1 W bei 30°C für 24 Stunden gerührt,
um das Calciumhydroxid, das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure
in der Schlämme zur Reaktion zu bringen. Als Ergebnis erhielt
man eine primäre Fluorapatitteilchen enthaltende Schlämme.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass durch eine Pulver-Röntgenbeugungsmessung
festgestellt wurde, dass es sich bei dem in der Schlämme
enthaltenen Reaktionsprodukt um Fluorapatit handelt. Die Pulver-Röntgenbeugungsmessung
der primären Fluorapatitteilchen ergab ferner, dass die
Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch
die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle ungefähr
100% betrug.
-
Als
Ergebnis der Pulver-Röntgenbeugungsmessung von getrockneten
Fluorapatitteilchen (siehe spätere Beschreibung) wurden
keine anderen Produkte als der Fluorapatit nachgewiesen.
-
Dann
wurde die die primären Fluorapatitteilchen enthaltende
Schlämme unter Verwendung einer Sprühtrockenvorrichtung
(hergestellt von OHKAWARA KAKOHKI Co., Ltd., unter der Handelsbezeichnung „OC-20")
bei 150°C sprühgetrocknet, um stückige
getrocknete Teilchen zu erzeugen (im Folgenden als „getrocknete
Fluorapatitteilchen" bezeichnet).
-
Dann
wurde ein Teil der getrockneten Fluorapatitteilchen ausgesiebt,
um getrocknete Fluorapatitteilchen mit einer mittleren Teilchengröße
von ungefähr 40 μm zu erhalten. Dann wurden die
getrockneten Fluorapatitteilchen in einem Elektroofen gesintert,
und zwar jeweils unter den folgenden Bedingungen: bei 200°C für
4 Stunden, bei 300°C für 4 Stunden, bei 400°C
für 4 Stunden, bei 500°C für 4 Stunden,
bei 600°C für 4 Stunden, bei 700°C für
4 Stunden und bei 800°C für 4 Stunden, um gesinterte
Teilchen 1 bis 7 zu erhalten (im Folgenden als gesinterte Fluorapatitteilchen
bezeichnet).
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass jede der sieben Arten von gesinterten
Fluorapatitteilchen 1 bis 7 (Adsorptionsmittel) eine mittlere Teilchengröße
von ungefähr 40 μm hatte.
-
(Vergleichsbeispiel)
-
Zuerst
wurde Calciumhydroxid in reinem Wasser suspendiert, um eine Calciumhydroxidsuspension
zu erhalten. Dann wurde eine wässrige Phosphorsäurelösung
in die Calciumhydroxidsuspension eingetropft, während die
Calciumhydroxidsuspension hinreichend gerührt wurde. Als
Ergebnis wurden 500 L einer 10 Gewichtsprozent primäre
Hydroxylapatitteilchen enthaltenden Schlämme gewonnen.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass durch eine Pulver-Röntgenbeugungsmessung
festgestellt wurde, dass es sich bei dem so gewonnenen Reaktionsprodukt
um Hydroxylapatit handelt.
-
Andererseits
wurde Hydrogenfluorid in reinem Wasser so gelöst, so dass
der Hydrogenfluoridanteil 5 Gewichtsprozent betrug, um eine Hydrogenfluorid
enthaltende Lösung zuzubereiten.
-
Dann
wurden 41,48 L der Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung
mit einer Geschwindigkeit von 5 L/Stunde in die Schlämme
eingetropft, während die Schlämme mit einer Rührleistung
von 1 W gerührt wurde.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass die Schlämme zu dem Zeitpunkt,
an dem das Eintropfen der Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung
beendet war, einen pH-Wert von 3,00 hatte. Die Menge des mit der
Schlämme zu mischenden Hydrogenfluorids wurde so bestimmt,
dass die Menge an Fluoratomen ungefähr das 1,05-fache bezogen
auf die Menge der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits betrug.
-
Ferner
wurde die Schlämme mit einer Rührleistung von
1 W bei 30°C für 24 gerührt, um die primären Hydroxylapatitteilchen
mit Hydrogenfluorid zur Reaktion zu bringen. Als Ergebnis erhielt
man eine Schlämme, die primäre Fluorapatitteilchen
enthielt.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass durch eine Pulver-Röntgenbeugungsmessung
festgestellt wurde, dass es sich bei dem in der Schlämme
enthaltenen Reaktionsprodukt um Fluorapatit handelt. Ferner ergab
die Pulver-Röntgenbeugungsmessung des Fluorapatits (der
primären Fluorapatitteilchen), dass der Substitutionsgrad
der Hydoxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der
Hydrogenfluoridmoleküle ungefähr 100% betrug.
-
Als
ein weiteres Ergebnis der Pulver-Röntgenbeugungsmessung
von später beschriebenen getrockneten Fluorapatitteilchen
wurden keine anderen Produkte als Fluorapatit nachgewiesen.
-
Dann
wurde die die primären Fluorapatitteilchen enthaltende
Schlämme unter Verwendung einer Sprühtrockenvorrichtung
(hergestellt von OHKAWARA KAKOHKI Co., Ltd. unter der Handelsbezeichnung „OC-20")
bei 150°C sprühgetrocknet, um stückige
getrocknete Teilchen zu erhalten (im Folgenden als „getrocknete
Fluorapatitteilchen" bezeichnet).
-
Dann
wurde ein Teil der getrockneten Fluorapatitteilchen ausgesiebt,
um die getrockneten Fluorapatitteilchen mit einer mittleren Teilchengröße
von ungefähr 40 μm zu gewinnen, und dann wurden
die getrockneten Fluorapatitteilchen in einem Elektroofen gesintert,
und zwar jeweils unter den folgenden Bedingungen: 200° für
4 Stunden, 300°C für 4 Stunden, 400°C
für 4 Stunden, 500°C für 4 Stunden, 600°C
für 4 Stunden, 700°C für 4 Stunden und
800°C für 4 Stunden, um gesinterte Teilchen (im
Folgenden als „gesinterte Fluorapatitteilchen" bezeichnet)
1 bis 7 zu erhalten.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass jede der sieben Arten von gesinterten
Fluorapatitteilchen 1 bis 7 (Adsorptionsmittel) eine mittlere Teilchengröße
von ungefähr 40 μm hatte.
-
2. Messung der spezifischen Oberfläche
und der Menge der Ca-Flution
-
2-1. Messung der spezifischen Oberfläche
-
Die
getrockneten Fluorapatitteilchen und die gesinterten Fluorapatitteilchen
1 bis 7, die bei dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel erzeugt
wurden, wurden jeweils einem automatischen Analysiergerät
zum Bestimmen der spezifischen Oberfläche ausgesetzt („Macedel
Modell 1201”, hergestellt von Mountech Co., Ltd.), um die
spezifische Oberfläche zu erhalten.
-
2-2. Messung des Anteils der Ca-Flution
-
Die
getrockneten Fluorapatitteilchen und die gesinterten Fluorapatitteilchen
3 und 6, die bei dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel erzeugt
wurden, wurden jeweils in einen Füllraum einer Säule
(„LCI-1116WF – 4 mm × 100 mm PL-PEEK,
Sugiyama Shoji Co., Ltd., Innendurchmesser: 4,0 mm, Länge:
100 mm) gefüllt, so dass der Füllraum der Säule
mit den getrockneten Fluorapatitteilchen bzw. den gesinterten Fluorapatitteilchen
3 und 6 jeweils nahezu vollkommen gefüllt war. Auf diese
Weise wurden die, die mit den getrockneten Fluorapatitteilchen und
den gesinterten Fluorapatitteilchen 3 und 6 aus dem Beispiel bzw.
aus dem Vergleichbeispiel gefüllten Säulen vorbereitet.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass das Fassungsvermögen des Füllraums
jeder Säule 1,256 mL betrug.
-
Dann
wurden 20 mL eines 10-mM-Natriumphosphatpuffers mit einem pH-Wert
von 5 (bei 25°) mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von 1,0 mL/min jeweils durch den Füllraum der Säulen
geführt, um so die getrockneten Fluorapatitteilchen und
die gesinterten Fluorapatitteilchen 3 und 6 aus dem Beispiel bzw.
aus dem Vergleichsbeispiel ins Gleichgewicht zu bringen. Danach
ließ man 10 mL des Natriumphosphatpuffers erneut durch
den Füllraum strömen, um 10 mL eines Eluats zu
gewinnen.
-
Die
Ca-Konzentration in den Eluaten, die von den Säulen abgegeben
wurden, die jeweils mit den getrockneten Fluorapatitteilchen und
den gesinterten Fluorapatitteilchen 3 und 6 aus dem Beispiels bzw.
aus dem Vergleichsbeispiel gefüllt werden, wurde mittels
ICP-Ausrüstung (Inductive Coupled Plasma) (sequentielles Plasmaspektrometer)
gemessen (hergestellt von Shimadzu Corporation unter der Handelsbezeichnung „ICPS-7500).
Dann wurden die Ca-Konzentrationen in Elutionskonzentrationen pro
1 g der Adsorptionsmittel (der getrockneten Fluorapatitteilchen
und der gesinterten Fluorapatitteilchen 3 und 6 aus dem Beispiel
und aus dem Vergleichsbeispiel) umgewandelt.
-
3. Auswertung
-
Die
unter obigen Punkten 2-1 und 2-2 gemessene spezifische Oberfläche
bzw. die Konzentration der Ca-Flution aus dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel
sind in Tabelle 1 aufgezeigt. Tabelle 1
| | Substitutionsrate
der Hydroxylgruppen des Fluorapatits durch Fluoratome als Fluorquelle | Art der Teilchen | Sintertemperatur der
getrockneten Teilchen | Spezifische Oberfläche [m2/g] | Ca-Konzentration [ppm] |
| Bsp. | 100% | Getrocknete Teilchen | Kein
Sintern | 59,15 | 7,14 |
| Gesinterte
Teilchen 1 | 200°C | 47,40 | - |
| Gesinterte
Teilchen 2 | 300°C | 46,26 | - |
| Gesinterte
Teilchen 3 | 400°C | 43,72 | 4,10 |
| Gesinterte
Teilchen 4 | 500°C | 44,60 | - |
| Gesinterte
Teilchen 5 | 600°C | 33,78 | - |
| Gesinterte
Teilchen 6 | 700°C | 18,04 | 2,57 |
| Gesinterte
Teilchen 7 | 800°C | 9,17 | - |
| Vergl.
Bsp. | 100% | Getrocknete Teilchen | Kein
Sintern | 29,21 | 15,59 |
| Gesinterte
Teilchen 1 | 200°C | 26,24 | - |
| Gesinterte
Teilchen 2 | 300°C | 26,24 | - |
| Gesinterte
Teilchen 3 | 400°C | 25,27 | 9,41 |
| Gesinterte
Teilchen 4 | 500°C | 25,81 | - |
| Gesinterte
Teilchen 5 | 600°C | 22,08 | - |
| Gesinterte
Teilchen 6 | 700°C | 16,19 | 2,16 |
| Gesinterte
Teilchen 7 | 800°C | 10,16 | - |
-
Wie
aus den in Tabelle 1 aufgezeigten Ca-Konzentrationen hervorgeht,
wurde das Freisetzten von Ca aus den getrockneten Fluorapatitteilchen
und den gesinterten Fluorapatitteilchen 3 und 6 aus dem Beispiel
und dem Vergleichsbeispiel in die Eluate richtig unterdrückt.
Mit anderen Worten: Das Freisetzen von Ca aus dem unter Verwendung
von Hydrogenfluorid als Fluorquelle hergestellten Fluorapatit in
das Eluat wurde richtig unterdrückt.
-
Aus
den Ergebnissen ist zu schließen, dass die getrockneten
Fluorapatitteilchen und die gesinterten Fluorapatitteilchen 1 bis
7 aus dem Beispiel und aus dem Vergleichsbeispiel eine hohe Säurebeständigkeit
haben.
-
Wie
den in Tabelle 1 angegebenen Werten der spezifischen Oberfläche
zu entnehmen ist, war die spezifische Oberfläche der getrockneten
Fluorapatitteilchen aus dem Beispiel ungefähr 30 m2/g größer als die spezifische
Oberfläche der getrockneten Fluorapatitteilchen aus dem
Vergleichsbeispiel.
-
Dagegen
war die spezifische Oberfläche der gesinterten Fluorapatitteilchen
7 aus dem Beispiel genau so groß wie die spezifische Oberfläche
der gesinterten Fluorapatitteilchen 7 aus dem Vergleichsbeispiel.
-
Wie
oben beschrieben, wurden die getrockneten Fluorapatitteilchen mit
der großen spezifischen Oberfläche in dem Beispiel
erzeugt. Durch geeignetes Einstellen der Sinterbedingungen der getrockneten
Fluorapatitteilchen können die gesinterten Fluorapatitteilchen
mit einer spezifischen Oberfläche einer vorbestimmten Größe
erzeugt werden.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass Fluorapatit durch ein anderes Verfahren
als das des Beispiels erzeugt wird. Das Verfahren wurde folgendermaßen
ausgeführt. Zuerst wurden eine erste Flüssigkeit,
eine zweite Flüssigkeit und eine dritte Flüssigkeit
wie oben beschrieben zubereitet. Danach wurden die erste Flüssigkeit,
die zweite Flüssigkeit und die dritte Flüssigkeit virtuell
gleichzeitig gemischt, um ein erstes Gemisch zu erzeugen. Danach
wurden eine calciumbasierte Verbindung, Hydrogenfluorid und Phosphorsäure
in dem ersten Gemisch zur Reaktion gebracht, um Fluorapatit herzustellen.
Dann wurde die spezifische Oberfläche des so erzeugten Fluorapatits
wie oben beschrieben gemessen Dann wurde unter Verwendung des hergestellten
Fluorapatits eine Säule vorbereitet, ein Natriumphosphatpuffer
wurde durch einen Füllraum der Säule geführt,
um ein Eluat zu gewinnen und die Ca-Konzentration in dem Eluat wurde
wie oben beschrieben gemessen. In diesem Fall wurde das Freisetzen
von Ca aus dem hergestellten Fluorapatit in das Eluat wie oben beschrieben
richtig unterdrückt. Auch wurde Fluorapatit mit einer spezifischen
Oberfläche wie oben beschrieben erzeugt.
-
Ferner
wird auch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Offenbarung mit
dem Gegenstand der
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2007-224009 (eingereicht am 30. August
2007) in Beziehung steht, die hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit
ausdrücklich inkorporiert ist.
-
Sofern
nicht anders angegeben, schließt ein Hinweis auf eine Verbindung
oder eine Komponente die Verbindung oder die Komponente allein sowie
in Verbindung mit anderen Verbindungen oder Komponenten, wie z.
B. Mischungen von Verbindungen ein.
-
Die
Singularformen „ein/eine" und „der/die/das", wie
sie hier verwendet werden, schließen den Verweis auf den
jeweiligen Plural ein, sofern der Kontext nicht ausdrücklich
anderes angibt.
-
Wenn
nicht anders angegeben, sind alle Zahlen, die in der Beschreibung
und in den Ansprüchen Quantitäten von Bestandteilen, Reaktionsbedingungen
und so weiter ausdrücken, in allen Fällen als
durch den Begriff „ungefähr" modifiziert zu verstehen.
Solange nichts Gegenteiliges angegeben ist, sind die in der folgenden
Beschreibung und den angefügten Ansprüchen angegebenen
numerischen Parameter also Näherungen, die in Abhängigkeit
der gewünschten Eigenschaften variieren können,
die durch die vorliegende Erfindung erhalten werden sollen. Schließlich,
und dies sei nicht als Versuch verstanden, die Anwendung der Äquivalenzlehre
auf den Umfang der Ansprüche zu begrenzen, ist jeder numerische
Parameter angesichts der Zahl der maßgeblichen Stellen
und gewöhnlicher Rundungsregeln auszulegen.
-
Zudem
ist die Angabe von Zahlenbereichen innerhalb dieser Beschreibung
als Offenbarung aller numerischen Werte und Bereiche innerhalb dieses
Bereichs zu verstehen. Ist beispielsweise ein Bereich von ungefähr
1 bis ungefähr 50 angegeben, so soll er z. B. 1, 7, 34,
46.1, 23.7 oder jeglichen anderen Wert oder Bereich innerhalb des
Bereichs einschließen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2004-330113
A [0004]
- - JP 2007-224009 [0105]