課程論文任務(wù)書學(xué)生姓名 杜明明 指導(dǎo)教師康武奎論文題目 貓砂的制備及應(yīng)用 論文內(nèi)容（需明確列出研究的問題）： 資料、數(shù)據(jù)、技術(shù)水平等方面的要求：符合科學(xué)論文或社會(huì)科學(xué)論文的寫作規(guī)范。文章要求語(yǔ)言簡(jiǎn)練、通順、條理清楚、論證嚴(yán)謹(jǐn)、圖表說明清晰。論文不少于3000字。論文均用A4紙打印，報(bào)告題目用3號(hào)黑體，正文用小4號(hào)宋體，一級(jí)標(biāo)題用小4號(hào)黑體，行距設(shè)為固定值25,表格可根據(jù)情況設(shè)置行距。采用左側(cè)裝訂。發(fā)出任務(wù)書日期 完成論文日期 教研室意見（簽字） 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程論文論文題目 貓砂的制備及應(yīng)用 學(xué)生專業(yè)班級(jí) 應(yīng)用化學(xué)1003班 學(xué)生姓名（學(xué)號(hào)） 杜明明（20104891） 指導(dǎo)教師 康武奎 膨潤(rùn)土/沸石制備貓砂實(shí)驗(yàn)研究摘要：本文利用X射線衍射、SEM及化學(xué)分析等方法，研究了北票膨潤(rùn)土及沸石特性。通過實(shí)驗(yàn)研究，找出了沸石改性較好的試驗(yàn)條件,確定了膨潤(rùn)土與沸石的最佳配比，制備的貓砂成本較低，具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。關(guān)鍵詞：膨潤(rùn)土；沸石；貓砂；吸氨量StudyonPreparationofCatLitterwithBentonite/ZeoliteAbstract:ThecharacteristicsofthebentoniteandzeoliteinBeipiaoarestudiedbyXRD,SEM,chemicalanalysisandsoon.Theoptimummodifyingconditionsofthezeoliteandthebestratioofbentoniteandzeolitearearedeterminedthroughexperiment.Itscostislow.Ithasacompetitiveinthemarket.Keywords：bentonite；zeolite；catlitter；ammoniaabsorptionquantity1引言寵物貓砂作為一種環(huán)保產(chǎn)品，需求量隨著人們生活水平的提高而不斷增加。而貓砂產(chǎn)品有很多種，但以膨潤(rùn)土為原料的貓砂產(chǎn)品占據(jù)著貓砂市場(chǎng)的最大份額。國(guó)內(nèi)的膨潤(rùn)土貓砂產(chǎn)品，其吸水性能和結(jié)團(tuán)性能已經(jīng)有了很大的提高，與進(jìn)口貓砂產(chǎn)品不相上下，但在除臭性方面卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于進(jìn)口產(chǎn)品的指標(biāo)，其性能一直沒有得到改善和發(fā)展。為了提高國(guó)內(nèi)膨潤(rùn)土貓砂產(chǎn)品除臭性能，本論文利用北票華源膨潤(rùn)土為主要原料，添加吸附氨氮性能優(yōu)良的斜發(fā)沸石，制備具有優(yōu)良的吸水性、除臭性和結(jié)團(tuán)能力的寵物貓砂。2膨潤(rùn)土原礦性質(zhì)分析2.1膨潤(rùn)土基本特征分析北票膨潤(rùn)土的主要礦物成分是鈣質(zhì)蒙脫石，其含量為40%—70%；其它伴生雜質(zhì)礦物主要為石英，另外還有少量的綠泥石、方解石、方英石及有機(jī)質(zhì)等。該膨潤(rùn)土屬沉積火山碎屑巖改造型，呈灰白色，致密塊狀，質(zhì)純，具蠟質(zhì)光澤，粘結(jié)性，鋸齒狀斷口。干燥后多呈不規(guī)則碎塊，遇水散解、膨脹。膨潤(rùn)土化學(xué)成份見表1［1］。表1膨潤(rùn)土化學(xué)成分Tab.1chemicalcompositionofbentonite /%SamplesSiOjA1jO3MgOCaOTiO2Fe2O3N^OKjOOthersBeipiaobentonite72.5413.932.561.780.232.290.400.415.S6由表1可知，該膨潤(rùn)土的SiO2：/AlO,質(zhì)量比大于5,與理論值223(2.36)差距較大，說明這種膨潤(rùn)土中含較多雜質(zhì)，堿金屬氧化物含量少于堿土金屬氧化物含量，基本說明該膨潤(rùn)土為鈣基膨潤(rùn)土。2.2膨潤(rùn)土XRD分析不同的礦物晶體進(jìn)行x射線衍射后，所得到的衍射現(xiàn)象是不同的，從XRD圖譜可以了解礦物的結(jié)晶程度和水化程度，借以判斷礦物的種類及其相對(duì)含量23］。利用x射線衍射試驗(yàn)，根據(jù)蒙脫石的特征面網(wǎng)d的變化，可以判定膨潤(rùn)土類型。利用DX--2000型x射線001衍射XRD測(cè)試條件為電壓40kV，電流40mA，Cu靶，起始角2°,終止角90°，掃描速度0.06°/s。膨潤(rùn)土的XRD圖譜見圖1。10 20 30 40 50 602時(shí)）圖1北票華源膨潤(rùn)土原礦XRD圖譜Fig.lXRDpatternofbentoniteoreofHuayuanBeipiao蒙脫石族礦物的d001為重要的衍射峰，根據(jù)如d001值大小來劃分蒙脫石的類型⑷，由圖1可知：北票華源蒙脫石的d001為1.39789nm,為鈣基蒙脫石；蒙脫石的d001峰峰體較窄，峰頂尖銳，峰的對(duì)稱性較好，說明該蒙脫石結(jié)晶度較好。2.3膨潤(rùn)土性能指標(biāo)試驗(yàn)膨潤(rùn)土的性能指標(biāo)較多，本研究?jī)H測(cè)試了蒙脫石含量、膠質(zhì)價(jià)、膨脹容、pH值、粒度和吸水性，試驗(yàn)結(jié)果見表2?4。表2膨潤(rùn)土性能指標(biāo)Tab.2PerformanceindicatorsofbentoniteSampleMontmorillonitecontents/%Colloigindex/(ml/15g)Swellingc&pacily/mL?g'1pHHY63.0068.512.27.8$3北辭瞬潤(rùn)埔度蔽的典型躲Tab.3TypicalresultsofbentonitepartidesizemeasurementofHuayuanBeipiaoProjectNumberProjectNumberMediandiameter/|xm3J6Numberaveragediameter/|im039Weightaveragediameter/^un4.15%）伽8.6Areaaveragediameler/pjn1.8713.05Lengthaveragediametei/|un0.72Concentndon/a.u.25.097Specificarea/m2/kg1182.57Span/|un23敘吸水麒髀果Tab,4WaterabsorptiontestSampleWaterabsoiptance/%Waterabsorption/%1min2min5min10min20min30min60min120minHY161.878,6 129.2 186 212 246.4 276328343通過上述試驗(yàn)可以看出，該膨潤(rùn)土中蒙脫石含量為63%，雜質(zhì)含量較多；該膨潤(rùn)土的粒度較細(xì)，D90=8.6um吸水比為61.8,2h吸水率較高，吸水性較好。2.4膨潤(rùn)土掃描電鏡試驗(yàn)利用掃描電子顯微鏡（島津SEM—SS550）對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行形貌分析，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2北票華源膨潤(rùn)土SEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.2SEMimageofbentoniteofBeipiaoHuayuan圖2北票華源膨潤(rùn)土SEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.2SEMimageofbentoniteofBeipiaoHuayuan50040030020010006050403020圖3北票沸石原礦XRD圖譜Fig.3XRDpatternofzeoliteoreofBeipiao通過掃描電鏡可以看出，膨潤(rùn)土原礦中粒度分布比較細(xì)，而且聚團(tuán)現(xiàn)象比較嚴(yán)重，但能夠看出這種膨潤(rùn)土的層狀結(jié)構(gòu)。3沸石原礦性質(zhì)分析試驗(yàn)所用沸石是北票沸石，由沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心利用德國(guó)Bluker公司D8型x射線衍射儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測(cè)試條件：電壓40kV，電流40mA，Cu靶，掃描速度0.5s，北票沸石原礦的XRD譜圖如圖3所示。通過實(shí)驗(yàn)分析得出⑸，該沸石中主要礦物為斜發(fā)沸石、石英和透長(zhǎng)石以及含有少量非晶質(zhì)。通過化學(xué)分析方法對(duì)沸石進(jìn)行了化學(xué)成分分析，結(jié)果見表5。表5沸石原礦化學(xué)組成分析結(jié)果Tab.5AnalysisresultsofchemicalcompositionChemicalcompositionN^OMgOAl203 SiO2P2O5k20CaOTiO2MnOTFejOjLOSContents/%0.951.19 12.14 70.080.0453.512.650.200.0211.927.13硅鋁比值是研究沸石化學(xué)性質(zhì)的重要數(shù)據(jù)，硅鋁比值的大小直接影響沸石的某些性能，尤其是離子交換性和耐酸性。根據(jù)硅鋁比值的不同可將沸石劃分為高硅沸石(Si02/A1203，>8)、中硅沸石(SiO2/Al2O3=4—8)、低硅沸石(SiO2/Al2O3<4),經(jīng)計(jì)算該北票沸石硅鋁比值為5.77，屬中硅沸石。4膨潤(rùn)土/沸石制備貓砂實(shí)驗(yàn)研究4.1膨潤(rùn)土鈉化實(shí)驗(yàn)通過試驗(yàn)⑹確定了該種膨潤(rùn)土半干法鈉化工藝條件為：Na2CO3的用量為2%,加水量20%，陳化時(shí)間為3d用擠壓機(jī)擠壓。4.2沸石活化實(shí)驗(yàn)沸石是一種多孔結(jié)構(gòu)的礦物，其吸附性較好，但天然沸石不經(jīng)處理直接利用效果較差，因此必須對(duì)沸石進(jìn)行處理，處理方法不同，效果不同。具體處理方法如下⑺：方法1：原礦直接改性，即將沸石原礦分別用1m/L鹽酸、1m/LHaOH、1m/LNaC1溶液浸泡l0h，用蒸餾水洗凈，于105°C烘干。方法2：強(qiáng)酸預(yù)處理+無機(jī)鹽改性，即將沸石原礦先用1moL/L鹽酸溶液浸泡10h,用蒸餾水洗滌并于105°C烘干。然后將烘干后的沸石再投入到1mol/LNaC1溶液浸泡10h，蒸餾水洗凈，于105C烘干。方法3：強(qiáng)堿預(yù)處理+無機(jī)鹽改性，即將沸石原礦先用1m/LNaOH溶液浸泡10h,用蒸餾水洗滌并于105C烘干。接著將烘干后的沸石再投入到1mo1/LNaCl溶液浸泡10h,用蒸餾水洗凈，于105C烘干。準(zhǔn)確稱取沸石原礦及上述制得的改性沸石各0.5g，投入到裝有50mL濃度為10mg/L氨氮模擬水樣的燒杯中，溫度25C。燒杯放在磁力攪拌器上攪拌30min后靜置10h,取上層清液測(cè)定溶液中的氨氮濃度。氨氮濃度的測(cè)定用納氏試劑分光光度法，試驗(yàn)結(jié)果見表6。表6不同方法處理的沸石氨氮去除率實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.6TestingresultofdifferentmodificationschemeMethodModifiedmethodSemmammoniaconcenlration/mg?L_1Ammoniaremoval/%Ammoniaadsorptioncapacity/mg，g'1Zeoliteore-5.6343.700.44HQ4.0950.910.51DirectlymodifiedoreNaOH5,1848.20NaCl2.7972.100.72HC1pretreatmentNaC!25874.200.74NaOHpretrealmentNaCl2.6773.300.73由表6可以看出，利用鹽酸預(yù)處理，然后用NaC1溶液改性效果最好，但與直接利用NaCl溶液改性效果相差不大，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況，試驗(yàn)選用直接利用NaCl溶液改性。4?3貓砂制備實(shí)驗(yàn)為了確定貓砂的最佳配方，以NaCl溶液改性得到的改性沸石和鈉化膨潤(rùn)土為原料，進(jìn)行不同配比的貓砂性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表7。表7不同配比的膨潤(rùn)土/沸石貓砂性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.7ThecatlitterperformancesofthedifferentratiobetweenbentoniteandzeoliteSampleSodiumbentonite/%Modiliedzeolite/%AmmoniaabsorptionWaterahsoiption/(mmol/100g) /%Walerabsorption^eed/minPelletstrength4Density/『就"I100-21360308540.76297348353288800,793%462345258790.79495566360279500.79594667355238900*7969376835024885Import155365319430.78Domestic21350358800.76通過表7可以看出，隨著沸石添加量的增加，吸氨量增加。吸水速度基本上是逐漸減小，其它指標(biāo)變化不大。但綜合分析后發(fā)現(xiàn)，4號(hào)樣效果較好，各種性能指標(biāo)超過國(guó)產(chǎn)貓砂的性能指標(biāo)，與國(guó)外進(jìn)口貓砂性能指標(biāo)接近。因此，膨潤(rùn)土與沸石的配比為95：5。4?4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析用NaCl作沸石改性劑改性效果較好的原因是：當(dāng)Na+替代了Ca“和Mg2+金屬離子，不會(huì)破壞沸石的品格結(jié)構(gòu)，又由于Na+更容易從孔中出入從而易于與溶液中的NH4+進(jìn)行交換，使改性沸石對(duì)氨氮的吸附交換量增加。因此，沸石對(duì)寵物貓砂除臭能力的提高起到極大的作用。5結(jié)論北票膨潤(rùn)土屬鈣基膨潤(rùn)土，結(jié)晶較好；蒙脫石含量為63%，雜質(zhì)含量較多；該膨潤(rùn)土的粒度較細(xì)，吸水比為61.8,2h吸水率較高，吸水性較好；北票沸石中主要礦物為斜發(fā)沸石、石英和透長(zhǎng)石以及含有少量非晶質(zhì)，屬中硅沸石；用lmoL/LNaC1作改性劑對(duì)沸石進(jìn)行改性，改性效果較好；膨潤(rùn)土與沸石的最佳配比為95：5,制備的貓砂的性能優(yōu)于國(guó)產(chǎn)貓砂的性能，接近或超過國(guó)外進(jìn)口貓砂的性能，除臭能力已超過進(jìn)口貓砂。參考文獻(xiàn)李彩霞，任瑞晨，劉健，等.有機(jī)物/膨潤(rùn)土復(fù)合球團(tuán)粘結(jié)劑的研究J].硅酸鹽通報(bào)，20lI，30(4)：809-812.于華，劉子利，張雪風(fēng)，等.硅溶膠改性膨潤(rùn)土的研究[J].硅酸鹽通報(bào)，2005,(2)：36-39.