RU2695352C1 - Способ получения наноразмерных частиц кальция в водной среде - Google Patents

Способ получения наноразмерных частиц кальция в водной среде Download PDF

Info

Publication number
RU2695352C1
RU2695352C1 RU2018123902A RU2018123902A RU2695352C1 RU 2695352 C1 RU2695352 C1 RU 2695352C1 RU 2018123902 A RU2018123902 A RU 2018123902A RU 2018123902 A RU2018123902 A RU 2018123902A RU 2695352 C1 RU2695352 C1 RU 2695352C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrodes
catalyst
particles
concentration
calcium
Prior art date
Application number
RU2018123902A
Other languages
English (en)
Inventor
Игорь Николаевич Токарев
Павел Владимирович Мазин
Владислав Григорьевич Вохмянин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кировский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО Кировский ГМУ Минздрава России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кировский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО Кировский ГМУ Минздрава России) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кировский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО Кировский ГМУ Минздрава России)
Priority to RU2018123902A priority Critical patent/RU2695352C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2695352C1 publication Critical patent/RU2695352C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F1/00Methods of preparing compounds of the metals beryllium, magnesium, aluminium, calcium, strontium, barium, radium, thorium, or the rare earths, in general
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • C25C1/22Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions of metals not provided for in groups C25C1/02 - C25C1/20
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области химии и нанотехнологии, а именно к способу получения наноразмерных частиц кальция в водной среде, включающий помещение в дистиллированную воду, находящуюся в емкости, двух электродов, один из которых выполнен из золота или платины с нейтральным водородным числом, пропускание между электродами стабилизированного постоянного электрического тока силой 2 А, отличающийся тем, что в качестве второго электрода используют золотую или платиновую пластину, электроды между собой разделяют микропористой мембраной, при этом процесс электролитического разложения проводят в присутствии катализатора, роль катализатора выполняет смесь раствора лимонной кислоты CHOв концентрации 0,25-5 мас.% или 0,25-5 мол. % и рабочего раствора Са(ОН)из расчета концентрации 20-40 мас.% или 20-40 мол. %, при соотношении катализатора к общему объему дистиллированной воды 1:100. Изобретение обеспечивает новый способ получения наночастиц кальция, обладающих нечувствительностью к свету, кинетической и термодинамической устойчивостью, зарядом у каждой частицы, препятствующим слипанию частиц, малой константной нестойкостью. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области получения наноразмерных частиц кальция, распределенных в водной среде и стабилизированных соединениями (стабилизаторами).
Наноразмерные частицы кальция представляют собой агломераты атомарного кальция размерами 1-100 нм, поверхность которых окружена слоем молекул стабилизаторов, что позволяет достигать времен «жизни» системы вода/стабилизаторы/ наноразмерные частицы кальция не менее 12 месяцев.
Наноразмерные кальцийсодержащие частицы в разных модификациях широко используются в медицинских исследованиях и разработке новых методов лечения/ диагностики. Так, существуют многочисленные публикации по биомедицинским разработкам разных вариантов наноразмерных частиц фосфата кальция. Его используют для создания костнозамещающих материалов, антибактериальных субстратов, осуществления вспомогательных микробиологических и вирусологических методик, лечения опухолей и др. Реже выполняются работы по исследованию применимости для сходных целей феррита кальция (CaFe2O4), кальция сульфат-гемигидрата, карбоната кальция (СаСО3). Большое значение имеют наночастицы из перечисленных солей кальция в стоматологии, для создания новых замещающих дентин и зубные коронки материалов.
Недостатками перечисленных способов получения кальцийсодержащих частиц является то, что в них кальций представлен в составе солей и производный соединений, а не в чистом виде.
Наиболее перспективными областями биомедицинского применения наноразмерных мицеллярных дисперсных систем кальция являются производство твердых костнозамещающих материалов в ортопедии, а так же эмаль- и дентин- замещающих материалов в стоматологии. Так же благодаря стабилизированным водным мицеллярным растворам частиц кальция возможно удешевить получение производных наночастиц кальциевых солей, которые в гораздо большей степени изучены для биомедицинского применения.
Ближайшим аналогом получения кальций-содержащих частиц являются методики, описанные Nakamura М et al. (2016) и представляющие собой физико-химическую копреципитацию с помощью пульсирующего лазерного излучения (библиографическая ссылка: Nakamura М, Oyane A et al. Physicochemical fabrication of antibac-terial calcium phosphate submicrospheres with dispersed silvernanoparticles via coprecipitation and photoreduction under laser irradiation. Acta Biomater. 2016 Dec;46:299-307).
Недостатком методик Nakamura M et al. (2016) является трудоемкость, затратность в плане сырья и расходных материалов, необходимость дорогостоящего оборудования (источник пульсирующего лазерного излучения).
Известен метод получения наночастиц кальция карбоната со вставками метотрексата через поверхностную газовую диффузию по Dai CF et al. (2016) (библиографическая ссылка: Dai CF, Wang WY et al. Methotrexate intercalated calcium carbonate nanostructures: Synthesis, phase transformation and bioassay study. Mater Sci Eng С Mater Biol Appl. 2016 Dec 1;69: 577-83.).
Недостатком методик Dai CF et al. (2016) является трудоемкость, затратность в плане сырья и расходных материалов, необходимость дорогостоящего оборудования поверхностной газовой диффузии.
Получение наноразмерных частиц кальция в жидких средах состоит из 2-х основных операций:
1. Приготовление жидкой среды путем растворения стабилизаторов в органическом или неорганическом растворителе.
2. Выделение в полученную среду кальция в атомарной и/или ионной форме путем химических или электрохимических реакций с образованием наноразмерных частиц кальция.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение и удешевление получения наноразмерных частиц кальция в водной среде с одновременным обеспечением нечувствительности к свету, кинетической устойчивости, термодинамической устойчивости, наличия у каждой частицы заряда, препятствующего слипанию частиц малой константой нестойкости, мицеллярной формы - при уменьшении размеров, количество частиц увеличивается на порядки. При этом поверхность частиц возрастает. Чем больше число частиц и их суммарная поверхность, тем эффективнее действие, отсутствие острой токсичности, прозрачности, отсутствия вкуса и запаха.
Поставленный технический результат достигается тем, что происходит получение наноразмерных частиц кальция в водном растворе, включающее помещение в рабочую жидкую среду, находящуюся в емкости, двух электродов с нейтральным водородным числом, состав рабочей среды - раствор Са(ОН)2; при этом один из электродов выполнен из золота или платины, а между электродами пропускается стабилизированный электрический ток; в качестве второго электрода используют золотую или платиновую пластину, электроды между собой разделяют микропористой мембраной, при этом процесс электролитического разложения проводят в присутствии катализатора, роль которого выполняет лимонная кислота (C6H8O7).
Для рабочей жидкой среды - водный раствор Са(ОН)2 - и для добавляемого катализатора, в качестве которого выступает лимонная кислота (C6H8O7), должны быть обеспечены определенные рабочие концентрации раствора. Концентрация рабочей жидкой среды, раствора Са(ОН)2, может задаваться в диапазоне 20 - 40%, а концентрация катализатора лимонной кислоты (C6H8O7) может задаваться в диапазоне 0,25 - 5%, при этом в обозначенных процентах для рабочего раствора и для катализатора задается массовая доля растворяемого вещества.
Второй вариант: для рабочей жидкой среды - водный раствор Са(ОН)2 - и для добавляемого катализатора, в качестве которого выступает лимонная кислота (C6H8O7), должны быть обеспечены определенные рабочие концентрации раствора. Концентрация рабочей жидкой среды, раствора Са(ОН)2, может задаваться в диапазоне 20 - 40%, а концентрация катализатора лимонной кислоты (C6H8O7) может задаваться в диапазоне 0,25 - 5%, при этом в обозначенных процентах для рабочего раствора и для катализатора задается молярная доля растворяемого вещества.
Третий вариант: для рабочей жидкой среды - водный раствор Са(ОН)2 - и для добавляемого катализатора, в качестве которого выступает лимонная кислота (C6H8O7), должны быть обеспечены определенные рабочие концентрации раствора. Концентрация рабочей жидкой среды, раствора Са(ОН)2, может задаваться в диапазоне 20 - 40%, а концентрация катализатора лимонной кислоты (C6H8O7) может задаваться в диапазоне 0,25 - 5%, при этом в обозначенных процентах для рабочего раствора и для катализатора задается объемная доля растворяемого вещества.
Предлагаемый способ реализуется устройством, показанным на чертеже. Устройство, реализующее предлагаемый способ получения наноразмерных частиц кальция в водном растворе, состоит рабочей емкости 1, разделенной на 2 камеры: камеру 2 и камеру 3, разделенных между собой микропористой мембраной 4, соотношение камеры 2 к камере 3 составляет 10:1 по объему. Устройство снабжено общей крышкой 5, на которой расположены (жестко фиксированы либо раздвигаются по специальному пазу с метками-фиксаторами - фиксаторы и метки на чертеже не показаны) два электрода 6 и 7, выполненные из золота или платины. Масса электродов по отношению к объему рабочей емкости 1 составляет 1:50 (на 1000 мл общего объема, общий вес электродов 20 г), соотношение электродов между собой 1:4, электрод с большим весом 7 монтируется на крышке над камерой 2, электрод с меньшим весом 6 над камерой 3. К электроду 7 присоединяется диод 8, например, Д 240, на оба электрода подается напряжение 220 В. Для выпрямления переменного тока вместо диода 8, может быть использован диодный мостик - диодный мостик на чертеже не показан. Позицией 9 обозначен рабочий раствор.
В камеру 2 добавляется катализатор - лимонная кислота C6H8O7 из расчета концентрации 0,25 - 5% и Са(ОН)2 из расчета концентрации 20 - 40% (концентрация может быть применена из диапазона данных значений, которые приводятся либо в массовых, либо в молярных, либо в объемных долях). В камеру 3 - простая дистиллированная вода. Расстояние между пластинами устанавливается посредством их раздвижения по пазу скольжения и фиксации на метках-фиксаторах (паз и метки-фиксаторы на чертеже не показаны) в процессе работы по показаниям силы тока: при температуре рабочего раствора в камере 2 30°С сила тока должна составлять 2 А, при повышении силы тока расстояние между электродами увеличивается пользователем.
Простота получения наноразмерных частиц кальция в водной среде с одновременным обеспечением нечувствительности к свету, кинетической устойчивости, термодинамической устойчивости, наличия у каждой частицы заряда, препятствующего слипанию частиц малой константой нестойкости, мицеллярной формы - при уменьшении размеров, количество частиц увеличивается на порядки, При этом поверхность частиц возрастает, чем больше число частиц и их суммарная поверхность, тем эффективнее действие. Дешевизна, безопасность, органолептические преимущества получаемой жидкой дисперсной системы (прозрачность, отсутствие вкуса и запаха), высокая мембранная проницаемость являются достоинством и преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом.

Claims (1)

  1. Способ получения наноразмерных частиц кальция в водной среде, включающий помещение в дистиллированную воду, находящуюся в емкости, двух электродов, один из которых выполнен из золота или платины с нейтральным водородным числом, пропускание между электродами стабилизированного постоянного электрического тока силой 2 А, отличающийся тем, что в качестве второго электрода используют золотую или платиновую пластину, электроды между собой разделяют микропористой мембраной, при этом процесс электролитического разложения проводят в присутствии катализатора, роль катализатора выполняет смесь раствора лимонной кислоты C6H8O7 в концентрации 0,25-5 мас.% или 0,25-5 мол. % и рабочего раствора Са(ОН)2 из расчета концентрации 20-40 мас.% или 20-40 мол. %, при соотношении катализатора к общему объему дистиллированной воды 1:100.
RU2018123902A 2018-06-29 2018-06-29 Способ получения наноразмерных частиц кальция в водной среде RU2695352C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123902A RU2695352C1 (ru) 2018-06-29 2018-06-29 Способ получения наноразмерных частиц кальция в водной среде

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123902A RU2695352C1 (ru) 2018-06-29 2018-06-29 Способ получения наноразмерных частиц кальция в водной среде

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2695352C1 true RU2695352C1 (ru) 2019-07-23

Family

ID=67512398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018123902A RU2695352C1 (ru) 2018-06-29 2018-06-29 Способ получения наноразмерных частиц кальция в водной среде

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2695352C1 (ru)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2391119C1 (ru) * 2008-10-09 2010-06-10 Федеральное агентство по науке и инновациям Способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных солевой матрицей

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2391119C1 (ru) * 2008-10-09 2010-06-10 Федеральное агентство по науке и инновациям Способ получения наночастиц фосфатов кальция, стабилизированных солевой матрицей

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АРТЁМОВ А.В. и др. Получение наноразмерных металлов электрическим разрядом в жидкости // Вопросы атомной науки и техники. - 2008. - No.4. - С.150-154. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ihli et al. Precipitation of amorphous calcium oxalate in aqueous solution
Kmetko et al. The effects of divalent ions on Langmuir monolayer and subphase structure: A grazing-incidence diffraction and Bragg rod study
Althues et al. Sulfated zirconia nanoparticles synthesized in reverse microemulsions: preparation and catalytic properties
Zhao et al. Surface energetics of the hydroxyapatite nanocrystal–water interface: a molecular dynamics study
JP6845270B2 (ja) ゲル組成物を作成する方法
Biktagirov et al. Combination of EPR measurements and DFT calculations to study nitrate impurities in the carbonated nanohydroxyapatite
Zhang et al. Surface enthalpies of nanophase ZnO with different morphologies
Thewalt et al. Structures of the cations of Werner's green and red. mu.-amido-. mu.-peroxobis [bis (ethylenediamine) cobalt (III)] salts
Na et al. Synthesis of silicon nanoparticles emitting yellow-green fluorescence for visualization of pH change and determination of intracellular pH of living cells
CN102405308B (zh) 高氯酸盐的制造方法及制造装置
Gluhchev et al. The evaluation of the mathematical model of interaction of electrochemically activated water solutions (anolyte and catholyte) with water
Ruso et al. Enhancing CaP biomimetic growth on TiO2 cuboids nanoparticles via highly reactive facets
US11039992B2 (en) Stable redox compositions and methods of use
US20040118775A1 (en) Reduced water and method for producing the same
Amarasooriya et al. Removal of fluoride, hardness and alkalinity from groundwater by electrolysis
Rajasekharan et al. Role of nanoscale confinement on calcium phosphate formation at high supersaturation
RU2695352C1 (ru) Способ получения наноразмерных частиц кальция в водной среде
Mosiman et al. Internalization of fluoride in hydroxyapatite nanoparticles
Ignatov et al. Studying electrochemically activated naCl solutions of anolyte and catholyte by methods of non-Equilibrium energy spectrum (NES) and differential non-equilibrium energy spectrum (DNES)
Erwin et al. The crystallization and dissolution of sodium urate
EP0642824A1 (en) Method for adjusting the pH of water to a value adjustable in the range from 1 to 13 and apparatus for carrying out said method
Rard et al. Densities and apparent molal volumes of aqueous manganese, cadmium, and zinc chlorides at 25. degree. C
JP2003200057A (ja) 可視光応答性を持つ酸化チタン/導電性ポリマー複合材料からなる高効率な空中窒素固定複合化光触媒材料
CN104204300B (zh) 有机铁盐水溶液的稳定化
Golubović et al. Synthesis of pure and La-doped anatase nanopowders by sol–gel and hydrothermal methods and their efficiency in photocatalytic degradation of alprazolam