一种环保型猫砂及其制造方法、应用与流程

本发明涉及的猫砂，特别涉及一种环保型猫砂及其制造方法、应用。

背景技术：

1、随着宠物经济快速发展与家庭宠物饲养普及，猫砂已成为宠物清洁领域刚需消耗品，市场对猫砂的吸水性、结团性、除臭性、低尘性、环保性与经济性提出综合要求。当前市售主流猫砂主要分为矿物型猫砂与植物基猫砂两类，二者均存在难以兼顾性能、成本与环保的技术瓶颈。

2、矿物型猫砂以膨润土为代表，虽吸水与结团性能较好，但原料开采破坏生态，使用过程粉尘大易引发宠物与使用者呼吸道不适，废弃后难以生物降解，造成环境累积污染。

3、现有植物基猫砂多以豆渣、玉米芯、木薯粉等为原料，虽可降解、更环保，但普遍存在吸水效率低、结团强度差、易破碎散团、除臭效果弱、粉尘控制不佳等缺陷；直接以天然谷壳为原料的猫砂，因谷壳表面致密疏水性强、孔隙结构不发达、表面活性与官能团数量不足，导致吸水慢、吸附差、结团弱、易粉化，难以满足使用需求。

4、为提升性能，现有技术常通过添加胶黏剂、化学吸附剂、合成高分子等组分改善性能，但会提高生产成本、引入非环保成分，降低生物降解性，且难以实现吸水、除臭、降尘、结团强度的同步提升。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种环保型猫砂及其制造方法、应用，以天然谷壳为原料，通过三重协同改性处理，实现猫砂吸水、除臭、降尘性能和结团强度的同步提升，降低了生产成本，不仅使得猫砂在使用过程中不易破碎，清理便捷，更可生物降解，符合环保要求。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一方面，本发明提供一种环保型猫砂的制造方法，包括：

4、以天然谷壳类生物质为原料，经表面去层活化、官能团改性、多级孔结构构建三重协同改性制得，所述三重协同改性工艺包括以下步骤：

5、s1表面去层活化：去除天然谷壳类生物质表面的蜡质层与硅质层，暴露纤维素与木质素上的羟基，得到去层活化谷壳；

6、s2官能团改性：将去层活化谷壳的羟基至少部分转化为羧基、胺基中的一种或多种，得到官能团改性谷壳；

7、s3多级孔结构构建：将官能团改性谷壳通过控温炭化构建微孔-介孔复合结构，得到改性谷壳。

8、本发明的目的为提供一种环保型猫砂及其制造方法、应用，以天然谷壳为原料，通过三重协同改性处理，实现猫砂吸水、除臭、降尘性能和结团强度的同步提升，降低了生产成本，不仅使得猫砂在使用过程中不易破碎，清理便捷，更可生物降解，符合环保要求。

9、在一些实施例中，步骤s1包括以下步骤：

10、s101取天然谷壳类生物质，加入质量分数为5～10%的碱溶液，料液比为1:8～12（g/ml），升温至70～90℃搅拌反应1.5～2.5h；

11、s102反应结束后，用去离子水反复过滤洗涤至滤液ph为6.5～7.5；

12、s103将洗涤后的产物置于球磨机中，以180～220r/min的转速球磨20～40min，烘干至水分含量≤8%，得到去层活化谷壳。

13、在一些实施例中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的任一种。

14、在一些实施例中，步骤s2包括以下步骤：

15、s201将去层活化谷壳加入质量分数为3~6%的过氧化氢溶液中，料液比为1:4~6（g/ml），升温至65~75℃氧化反应1~2h，期间持续搅拌，引入羧基；

16、s202氧化结束后过滤烘干，再加入质量分数为2~4%的乙二胺溶液，料液比为1:2~4（g/ml），升温至75~85℃反应0.5~1.5h，引入胺基；

17、s203反应结束后过滤，用无水乙醇洗涤2~3次，烘干至水分含量≤8%，得到官能团改性谷壳。

18、在一些实施例中，步骤s201中引入羧基的物质的量浓度为1.5~2.5mmol/g；

19、步骤s202中引入胺基的物质的量浓度为1.0~2.0mmol/g。

20、在一些实施例中，步骤s3中，所述控温炭化包括以下步骤：

21、将官能团改性谷壳置于惰性气体气氛中，以4~6℃/min的升温速率升温至200~600℃，恒温炭化1~2h，得到具有微孔-介孔复合结构的改性谷壳；所述惰性气体为氮气或氩气中的任一种。

22、在一些实施例中，所述环保型猫砂的制造方法还包括步骤s4成型处理：将改性谷壳粉碎筛分后压制成型，得到环保型猫砂成品；

23、步骤s4中，所述改性谷壳粉碎筛分后的颗粒粒径为1.5~3.0mm，所述压制成型的压力为1.5~2.5mpa，所述成型时间为8~12s。

24、在一些实施例中，所述天然谷壳类生物质包括：稻壳、麦壳、高粱壳、小米壳中的任一种或多种。

25、另一方面，本发明提供一种环保型猫砂，根据如上任一项所述的环保型猫砂的制造方法制造得到，所述环保型猫砂具有微孔-介孔复合结构，其比表面积≥173m²/g。

26、再一方面，本发明提供一种如上任一项所述的环保型猫砂在猫科动物排泄物处理中的应用。

27、本发明提供了一种环保型猫砂及其制造方法、应用，具有以下有益效果：

28、1）本发明提供一种环保型猫砂及其制造方法、应用，以天然谷壳为原料，通过三重协同改性处理，实现猫砂吸水、除臭、降尘性能和结团强度的同步提升，降低了生产成本，不仅使用过程中不易破碎，清理便捷，更可生物降解，符合环保要求。

29、2）本发明提供一种环保型猫砂及其制造方法、应用，本技术通过表面去层活化筑牢协同基础，作为三重改性的前提，有效剥离谷壳表面的蜡质层和硅质层，一方面直接去除粉尘产生的主要来源，使猫砂粉尘含量降至0.11~0.15%（实施例1-3数据），远低于行业控制要求（≤0.3%），也显著优于仅表面去层活化的对比例2（0.52%）、未去层直接改性的对比例4（0.85%）及市售猫砂（对比例5为1.50%、对比例6为0.78%）；另一方面暴露纤维素与木质素上的羟基，为后续官能团改性提供充足活性位点，打破天然谷壳疏水性的先天缺陷，若缺少此步骤，官能团改性无法充分进行，如未改性的对比例1仅能引入少量活性基团，导致后续吸水、除臭性能极差（吸水倍率仅2.2，氨去除率33.2%），为吸水、除臭性能提升打通核心通道；

30、本技术通过官能团改性实现功能升级，与去层活化形成协同：基于去层活化后暴露的羟基，通过氧化-胺化两步反应引入羧基、胺基等强亲水官能团，与去层活化步骤形成“去障-赋能”协同，针对性提升猫砂的吸水和除臭性能。实验数据显示，经此协同作用，实施例1-3的吸水倍率可达5.5~5.8，氨去除率达98.2~98.8%，远优于仅去层活化的对比例2（吸水倍率3.1，氨去除率66.8%）、未去层直接改性的对比例4（吸水倍率3.5，氨去除率51.2%），以及市售膨润土猫砂（对比例5，氨去除率75.3%）、市售玉米植物猫砂（对比例6，氨去除率73.5%）；若仅进行官能团改性而不做去层活化，羟基无法充分暴露，官能团引入量不足，无法实现除臭性能的有效提升；

31、本技术还通过多级孔结构构建放大协同优势，实现综合性能跃升：作为三重改性的核心放大步骤，微孔-介孔复合结构（比表面积173~223m²/g，实施例1-3数据）与前两步改性形成“基础-功能-放大”的协同效应，比表面积与性能呈正相关，比表面积每提升30~50m²/g，吸水倍率可提升0.8~1.2、氨去除率提升5~8%，一方面通过孔道“毛细效应”与亲水基团协同作用，实现“快速吸水+高效锁水”，使吸水倍率维持在5.5以上，相较于表面去层+官能团改性的对比例3（吸水倍率4.2，比表面积120m²/g）、未去层直接改性的对比例4（吸水倍率3.5，比表面积98m²/g）提升显著，也优于市售玉米植物猫砂（对比例6，吸水倍率3.8）；另一方面超大比表面积增加异味吸附位点，与胺基、羧基的除臭功能协同，使氨去除率稳定在98%以上，同时孔道结构减少颗粒脱落、进一步降低粉尘，且让水分均匀扩散，使猫砂颗粒形成致密团块，结团强度达90.1~92.3%，远优于对比例1-4及市售猫砂（对比例5结团强度93.0%但不具备环保性，其余对比例均低于85%），解决了单一改性步骤无法兼顾多性能的痛点。

32、本技术提供的环保型猫砂的环保性优异，实现废弃物资源化利用：以稻壳、麦壳等农业谷壳废弃物为唯一主要原料，无胶黏剂、合成高分子等非环保成分添加，与三重改性工艺协同，使产品可自然生物降解，完全降解时间仅45~48天（实施例1-3数据），远优于未改性谷壳猫砂（对比例1，60天）、仅去层活化猫砂（对比例2，55天）、未去层直接改性猫砂（对比例4，58天）及市售玉米植物猫砂（对比例6，58天）；市售膨润土猫砂（对比例5）不可降解，存在环境污染隐患。同时，产品甲醛未检出、霉菌总数仅48~52cfu/g（实施例1-3数据），远低于对比例1的380cfu/g、对比例2的320cfu/g、对比例4的350cfu/g和对比例6的280cfu/g，重金属含量符合标准，无刺激性气味，不会危害猫咪健康，同时实现农业废弃物资源化利用，降低原料成本。