多孔陶瓷材料的制备及其吸附性能的研究
g，加入100ml氨水和50ml蒸馏水使其溶解，并用水稀释至500m L。
(2) 0.2％铜试剂的配制：准确称量0.4g二乙基二硫代氨基甲酸，再将其转移至200ml棕色容量瓶中，加蒸馏水定容至刻度线处，备用。其有效期为14天。
(3) 氯化铵-氨水缓冲溶液的配制：准确称量35g氯化铵(NH4Cl)，使其溶解在254ml氨水中，再将其转移至500ml容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线处。
(4) 铜离子溶液的配制：准确称量12.484g无水硫酸铜，溶解，转移至500ml容量瓶中定容。 2.1.3 实验仪器
本实验中需要使用到的仪器设备见表2.3
表2.3 主要仪器设备一览表
设备名称 电阻炉 电炉温度控制器 电热鼓风干燥箱 台式粉末压片机 真空干燥箱 X射线衍射仪 可见分光光度计 电子天平
型号 SX-4-13 KSY-6D-T WGL-65B型 769YD-15A D2X-6020 B Rigaku2500型 722S型 JA3003
厂地 长沙长城电炉厂 长沙长城电炉厂 天津市泰斯特仪器有限公司 天津市思创精实科技发展有限公司 上海福玛实验设备有限公司
日本
上海精密科学仪器有限公司 上海舜宇恒平科学仪器有限公司
2.2 主要分析方法 2.2.1 铜的吸附分析方法 （1） 分析原理
在本实验中，采用分光光度法对铜离子浓度进行测定。其主要原理为：在pH值为8—10的氨的弱碱性溶液中，铜试剂与Cu2+反应。其结果是有黄棕色配合物生成。用氯仿或四氯化碳可对该配合物进行萃取而使其分离。将分光光度计的波长设定为440nm，在该波长下对其进行比色测定，其颜色可稳定1h。
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（2） 绘制标准曲线
准确量取含有1-15μg的铜标准溶液1ml，将其加入到25ml比色管中。之后再准确量取EDTA-柠檬酸铵氨性溶液1ml，氯化铵-氨水缓冲液5.0ml，将这些试剂依次加入比色管中，震荡使其混合均匀。接下来准确量取1mL0.2％的铜试剂，将其加入比色管中，加水至20mL左右。最后再准确量取四氯化碳5.0ml，同样将其加入到比色管中。振荡2min后，将其放置在暗处避光静置10min等待其分层。分层后移取底层的有机相，将其转移至1cm比色皿中。用试剂空白组作参比，将分光光度计波长调至440nm，再分别测量吸光度。利用以上得到的数据绘制吸光度对铜含量的标准曲线，得到的结果如图2.1所示。
图2.1铜标准曲线
由上图可以看出，铜含量标准曲线方程为：A=0.013+0.019 m，该线的相关系数是R2=0.98803。（ A为吸光度．M为25ml比色管中相对应着的铜离子的质量，单位为μg。)
（3） 水体样本中铜离子含量测定
量取一定量经过初步吸附后的上清溶液，将其转移至10ml比色管中，加水稀释至刻度线处。用1mL移液管移取1mL至25ml的比色管中。之后将EDTA-柠檬酸铵氨性溶液1ml，氯化铵-氨水缓冲液5.0ml依次加入，震荡使其混合均匀。之后量取1mL0.2％的铜试剂加入到其中，加水至20mL。最后量取5.0ml四氯化碳，将其加入到比色管中。振荡2min后，将其放置在暗处避光静置10min等待其分层。分层后移取底层的有机相，将其转移至1cm比色皿中。在440nm处测得其吸光度进而得到铜离子浓度。
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2.3 试验方法
2.3.1 铜尾矿渣多孔陶瓷材料制备 （1） 原料的制备
选取浮选后铜尾矿渣，进行沉淀、过滤、干燥等操作。完成以后，使用50目的筛子将其进行筛分，筛选得的细尾矿粒作为骨料。同样使用140目的筛子对研磨过得碳粉进行筛选，得到的细粒碳粉用来做造孔剂。
（2） 配料
由于木质素磺酸钙具有强烈的吸水性，故先将造孔剂碳粉和尾矿渣混合均匀后，再称量一定质量的木钙，加0.4克水，混合均匀后，加入固体混合物，然后再碾钵中充分混匀后，静置一夜。
（3） 成型
使用电子天平准确称量混合均匀之后的陶瓷原料2g左右，取出模具，将原料仔细的倒入到模具当中。将模具置放于压片机的中心位置，缓慢摇动压片机的压杆使压力缓慢上升到6MPa左右，保持该压强3min左右，减压，便可得到多孔陶瓷材料胚体。
（4） 烧结
将制得的多孔陶瓷材料胚体转移至洁净的刚玉坩埚中，对坩埚进行一一编号。在这个过程中，一个坩埚允许放置多个胚体，但必须要保证每个胚体之间没有接触。之后将坩埚放入至马弗炉中，关闭好炉门，启动电源，对烧结的温度以及烧结的时间进行设置，设置完成之后便开始烧结。
2.3.2 铜矿渣多孔陶瓷材料性能表征 （1） 气孔率
气孔率是多孔陶瓷内部的气孔体积占总体积的百分比。本实验中，采用阿基米德原理间接地对样品的孔隙率进行测定。通过测定样品吸水前后的质量，测出二者的质量之差。再结合相应温度下的水的密度，可以得到多孔陶瓷材料孔隙中吸附的水的体积，即对应的孔隙体积。利用游标卡尺测出相对应的每个样品的高度跟底面半径，利用圆柱体积公式计算出样品的体积。孔隙的体积与样品的体积之比即为随求的气孔率。综上所述，即采用如下公式计算
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气孔率：
其中：Pa 表示样品的气孔率，m1代表着样品在吸水之前质量单位为g，m2 表示的是样品在吸水之后质量，单位也为g，R和H分别表示的是样品的半径和高度，单位都是cm。
（2） X射线衍射分析
X射线衍射分析，英文名为X-ray diffraction，简称为XRD。这种方法的原理主要是利用晶体可以形成X射线衍射，从而根据其衍射图像对物质的内部微观结构进行分析的方法。将一定波长的X射线照射到具有晶体的材料上，由于晶体材料内部结构排列比较规则，就会导致照射在其上面的X射线比较偏向于发生散射，从而使得在某些方向上的X射线散射增强。1913年布拉格父子在前辈的研究基础之上顺利的对氯化钠、氯化钾的结构晶型进行了测定，并且他们衍射的X射线满足一个方程
2dsinθ=nλ
式中，d代表着晶面之间的距离，θ代表的则为X射线衍射的角度，λ代表X射线的波长，n则表示的是衍射级数，它的取值是任意正整数。
（3） X射线荧光光谱分析
通常情况下，X射线照射在物质上时，便会产生相对于原X射线次一级的X射线，该射线便被称为X射线荧光。它的英文全称是X—Ray Fluorescence，简称XRF。被用来照射物质的原X射线叫做原级X射线。所得到的X射线荧光也是X射线的一种。原子的内部空间结构发生一系列的变化，X射线荧光便伴随着而产生。对于一个稳定的原子来说，其微观结构主要是由原子核和核外电子组成。核外电子在一定的能级空间轨道上运动，当X射线照射在原子上时，由于X射线携带者一定的能量，当这个能量大于一定的值（如K）时，原子周围的电子便会逃逸，脱离原子的束缚，导致电子的缺失，形成电子壳中电子空位。当 低电位电子层出现空穴时，处于高电位的电子（如：L层）便会自动转移到低电位空穴中。由于不同电子层的电子之间的能量差异，不同元素的X射线释放具有特定的能量特性。以上所形成的便是X射线荧光（XRF）。
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（4）抗压强度
对物质材料进行施压，在物质材料即将发生明显的形变时，其对应的单位施压面积上所受到的最大压力，便对应着该物质材料相应的抗压强度。对于各物质材料而言，其自身的性质对抗压强度影响很大。在实际生产应用中，物质材料将面临四面八方的压力，因而其受力面是全方位的。对于多孔陶瓷材料而言，为了获得较高的气孔率和比表面积，在制备过程中常常需要加入一些造孔剂等辅助材料。而正是因为这样，使得多孔陶瓷材料的抗压强度会在一定程度上受到影响。目前多孔陶瓷材料植被的一个关键点便是如何在确保高气孔率的同时有具备高抗压强度。
多孔陶瓷材料的抗压强度由以下公式计算：
其中，Rc表示的是抗压强度，它的单位是MPa，P则表示的是物体发生形变时所受到的最大压力，单位为N，S代表着物体的受力面积，单位为m2
（5）吸附性能
在本实验当中，制得的多孔陶瓷材料主要用于制作吸附材料。将多孔陶瓷材料放置于含有铜离子的溶液当中来进行实验。本试验主要考察了多孔陶瓷材料关于溶液的吸附时间、初始浓度、溶PH值、投料液固比等因素的影响。考察多孔陶瓷对铜离子的吸附容量，通过条件优化，找出本实验制备得到的陶瓷吸附铜离子的最优条件。在本实验中采用多孔陶瓷材料的吸附容量来对它的吸附性能进行表征，按照如下式子计算：
其中：M 代表了多孔陶瓷材料的吸附容量，单位是mg/g；C0 则表示的是吸附前溶液中铜离子的浓度，单位为mg/L；C表示的是吸收平衡后溶液中铜离子的浓度，单位也是mg/L；V 代表了吸收前铜离子溶液的体积，单位为L；m代表了进行吸附的多孔陶瓷材料的质量，单位为g。
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