膨润土猫砂制备

课程论文任务书学生姓名 杜明明 指导教师康武奎论文题目 猫砂的制备及应用 论文内容（需明确列出研究的问题）： 资料、数据、技术水平等方面的要求：符合科学论文或社会科学论文的写作规范。文章要求语言简练、通顺、条理清楚、论证严谨、图表说明清晰。论文不少于3000字。论文均用A4纸打印，报告题目用3号黑体，正文用小4号宋体，一级标题用小4号黑体，行距设为固定值25,表格可根据情况设置行距。采用左侧装订。发出任务书日期 完成论文日期 教研室意见（签字） 青岛农业大学本科生课程论文论文题目 猫砂的制备及应用 学生专业班级 应用化学1003班 学生姓名（学号） 杜明明（20104891） 指导教师 康武奎 膨润土/沸石制备猫砂实验研究摘要：本文利用X射线衍射、SEM及化学分析等方法，研究了北票膨润土及沸石特性。通过实验研究，找出了沸石改性较好的试验条件,确定了膨润土与沸石的最佳配比，制备的猫砂成本较低，具有市场竞争力。关键词：膨润土；沸石；猫砂；吸氨量StudyonPreparationofCatLitterwithBentonite/ZeoliteAbstract:ThecharacteristicsofthebentoniteandzeoliteinBeipiaoarestudiedbyXRD,SEM,chemicalanalysisandsoon.Theoptimummodifyingconditionsofthezeoliteandthebestratioofbentoniteandzeolitearearedeterminedthroughexperiment.Itscostislow.Ithasacompetitiveinthemarket.Keywords：bentonite；zeolite；catlitter；ammoniaabsorptionquantity1引言宠物猫砂作为一种环保产品，需求量随着人们生活水平的提高而不断增加。而猫砂产品有很多种，但以膨润土为原料的猫砂产品占据着猫砂市场的最大份额。国内的膨润土猫砂产品，其吸水性能和结团性能已经有了很大的提高，与进口猫砂产品不相上下，但在除臭性方面却远远低于进口产品的指标，其性能一直没有得到改善和发展。为了提高国内膨润土猫砂产品除臭性能，本论文利用北票华源膨润土为主要原料，添加吸附氨氮性能优良的斜发沸石，制备具有优良的吸水性、除臭性和结团能力的宠物猫砂。2膨润土原矿性质分析2.1膨润土基本特征分析北票膨润土的主要矿物成分是钙质蒙脱石，其含量为40%—70%；其它伴生杂质矿物主要为石英，另外还有少量的绿泥石、方解石、方英石及有机质等。该膨润土属沉积火山碎屑岩改造型，呈灰白色，致密块状，质纯，具蜡质光泽，粘结性，锯齿状断口。干燥后多呈不规则碎块，遇水散解、膨胀。膨润土化学成份见表1［1］。表1膨润土化学成分Tab.1chemicalcompositionofbentonite /%SamplesSiOjA1jO3MgOCaOTiO2Fe2O3N^OKjOOthersBeipiaobentonite72.5413.932.561.780.232.290.400.415.S6由表1可知，该膨润土的SiO2：/AlO,质量比大于5,与理论值223(2.36)差距较大，说明这种膨润土中含较多杂质，碱金属氧化物含量少于碱土金属氧化物含量，基本说明该膨润土为钙基膨润土。2.2膨润土XRD分析不同的矿物晶体进行x射线衍射后，所得到的衍射现象是不同的，从XRD图谱可以了解矿物的结晶程度和水化程度，借以判断矿物的种类及其相对含量23］。利用x射线衍射试验，根据蒙脱石的特征面网d的变化，可以判定膨润土类型。利用DX--2000型x射线001衍射XRD测试条件为电压40kV，电流40mA，Cu靶，起始角2°,终止角90°，扫描速度0.06°/s。膨润土的XRD图谱见图1。10 20 30 40 50 602时）图1北票华源膨润土原矿XRD图谱Fig.lXRDpatternofbentoniteoreofHuayuanBeipiao蒙脱石族矿物的d001为重要的衍射峰，根据如d001值大小来划分蒙脱石的类型⑷，由图1可知：北票华源蒙脱石的d001为1.39789nm,为钙基蒙脱石；蒙脱石的d001峰峰体较窄，峰顶尖锐，峰的对称性较好，说明该蒙脱石结晶度较好。2.3膨润土性能指标试验膨润土的性能指标较多，本研究仅测试了蒙脱石含量、胶质价、膨胀容、pH值、粒度和吸水性，试验结果见表2〜4。表2膨润土性能指标Tab.2PerformanceindicatorsofbentoniteSampleMontmorillonitecontents/%Colloigindex/(ml/15g)Swellingc&pacily/mL•g'1pHHY63.0068.512.27.8$3北辭瞬润埔度蔽的典型躲Tab.3TypicalresultsofbentonitepartidesizemeasurementofHuayuanBeipiaoProjectNumberProjectNumberMediandiameter/|xm3J6Numberaveragediameter/|im039Weightaveragediameter/^un4.15%）伽8.6Areaaveragediameler/pjn1.8713.05Lengthaveragediametei/|un0.72Concentndon/a.u.25.097Specificarea/m2/kg1182.57Span/|un23叙吸水麒髀果Tab,4WaterabsorptiontestSampleWaterabsoiptance/%Waterabsorption/%1min2min5min10min20min30min60min120minHY161.878,6 129.2 186 212 246.4 276328343通过上述试验可以看出，该膨润土中蒙脱石含量为63%，杂质含量较多；该膨润土的粒度较细，D90=8.6um吸水比为61.8,2h吸水率较高，吸水性较好。2.4膨润土扫描电镜试验利用扫描电子显微镜（岛津SEM—SS550）对膨润土进行形貌分析，测试结果如图2所示。

图2北票华源膨润土SEM实验结果Fig.2SEMimageofbentoniteofBeipiaoHuayuan图2北票华源膨润土SEM实验结果Fig.2SEMimageofbentoniteofBeipiaoHuayuan50040030020010006050403020图3北票沸石原矿XRD图谱Fig.3XRDpatternofzeoliteoreofBeipiao通过扫描电镜可以看出，膨润土原矿中粒度分布比较细，而且聚团现象比较严重，但能够看出这种膨润土的层状结构。3沸石原矿性质分析试验所用沸石是北票沸石，由沈阳地质矿产研究所实验测试中心利用德国Bluker公司D8型x射线衍射仪进行实验。测试条件：电压40kV，电流40mA，Cu靶，扫描速度0.5s，北票沸石原矿的XRD谱图如图3所示。通过实验分析得出⑸，该沸石中主要矿物为斜发沸石、石英和透长石以及含有少量非晶质。通过化学分析方法对沸石进行了化学成分分析，结果见表5。表5沸石原矿化学组成分析结果Tab.5AnalysisresultsofchemicalcompositionChemicalcompositionN^OMgOAl203 SiO2P2O5k20CaOTiO2MnOTFejOjLOSContents/%0.951.19 12.14 70.080.0453.512.650.200.0211.927.13硅铝比值是研究沸石化学性质的重要数据，硅铝比值的大小直接影响沸石的某些性能，尤其是离子交换性和耐酸性。根据硅铝比值的不同可将沸石划分为高硅沸石(Si02/A1203，>8)、中硅沸石(SiO2/Al2O3=4—8)、低硅沸石(SiO2/Al2O3<4),经计算该北票沸石硅铝比值为5.77，属中硅沸石。4膨润土/沸石制备猫砂实验研究4.1膨润土钠化实验通过试验⑹确定了该种膨润土半干法钠化工艺条件为：Na2CO3的用量为2%,加水量20%，陈化时间为3d用挤压机挤压。4.2沸石活化实验沸石是一种多孔结构的矿物，其吸附性较好，但天然沸石不经处理直接利用效果较差，因此必须对沸石进行处理，处理方法不同，效果不同。具体处理方法如下⑺：方法1：原矿直接改性，即将沸石原矿分别用1m/L盐酸、1m/LHaOH、1m/LNaC1溶液浸泡l0h，用蒸馏水洗净，于105°C烘干。方法2：强酸预处理+无机盐改性，即将沸石原矿先用1moL/L盐酸溶液浸泡10h,用蒸馏水洗涤并于105°C烘干。然后将烘干后的沸石再投入到1mol/LNaC1溶液浸泡10h，蒸馏水洗净，于105C烘干。方法3：强碱预处理+无机盐改性，即将沸石原矿先用1m/LNaOH溶液浸泡10h,用蒸馏水洗涤并于105C烘干。接着将烘干后的沸石再投入到1mo1/LNaCl溶液浸泡10h,用蒸馏水洗净，于105C烘干。准确称取沸石原矿及上述制得的改性沸石各0.5g，投入到装有50mL浓度为10mg/L氨氮模拟水样的烧杯中，温度25C。烧杯放在磁力搅拌器上搅拌30min后静置10h,取上层清液测定溶液中的氨氮浓度。氨氮浓度的测定用纳氏试剂分光光度法，试验结果见表6。表6不同方法处理的沸石氨氮去除率实验结果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，利用盐酸预处理，然后用NaC1溶液改性效果最好，但与直接利用NaCl溶液改性效果相差不大，结合企业的实际情况，试验选用直接利用NaCl溶液改性。4・3猫砂制备实验为了确定猫砂的最佳配方，以NaCl溶液改性得到的改性沸石和钠化膨润土为原料，进行不同配比的猫砂性能试验。试验结果见表7。表7不同配比的膨润土/沸石猫砂性能实验结果Tab.7ThecatlitterperformancesofthedifferentratiobetweenbentoniteandzeoliteSampleSodiumbentonite/%Modiliedzeolite/%AmmoniaabsorptionWaterahsoiption/(mmol/100g) /%Walerabsorption^eed/minPelletstrength4Density/『就"I100-21360308540.76297348353288800,793%462345258790.79495566360279500.79594667355238900*7969376835024885Import155365319430.78Domestic21350358800.76通过表7可以看出，随着沸石添加量的增加，吸氨量增加。吸水速度基本上是逐渐减小，其它指标变化不大。但综合分析后发现，4号样效果较好，各种性能指标超过国产猫砂的性能指标，与国外进口猫砂性能指标接近。因此，膨润土与沸石的配比为95：5。4・4实验结果分析用NaCl作沸石改性剂改性效果较好的原因是：当Na+替代了Ca“和Mg2+金属离子，不会破坏沸石的品格结构，又由于Na+更容易从孔中出入从而易于与溶液中的NH4+进行交换，使改性沸石对氨氮的吸附交换量增加。因此，沸石对宠物猫砂除臭能力的提高起到极大的作用。5结论北票膨润土属钙基膨润土，结晶较好；蒙脱石含量为63%，杂质含量较多；该膨润土的粒度较细，吸水比为61.8,2h吸水率较高，吸水性较好；北票沸石中主要矿物为斜发沸石、石英和透长石以及含有少量非晶质，属中硅沸石；用lmoL/LNaC1作改性剂对沸石进行改性，改性效果较好；膨润土与沸石的最佳配比为95：5,制备的猫砂的性能优于国产猫砂的性能，接近或超过国外进口猫砂的性能，除臭能力已超过进口猫砂。参考文献李彩霞，任瑞晨，刘健，等.有机物/膨润土复合球团粘结剂的研究J].硅酸盐通报，20lI，30(4)：809-812.于华，刘子利，张雪风，等.硅溶胶改性膨润土的研究[J].硅酸盐通报，2005,(2)：36-39.