一种浊沸石抗菌猫砂及其制备方法与流程

1.本发明涉及猫砂技术领域，具体涉及一种浊沸石抗菌猫砂及其制备方法。


背景技术：

[0002]“猫砂”是饲主为其饲养的猫用来掩埋粪便和尿液的一种宠物用品。硅胶类猫砂使用方便，但是价格往往较高；膨润土类猫砂价格便宜，但是粉尘多，安全性差；有机混合类猫砂中添加化学组分较多，其猫砂本身无污染，但是实际使用时往往会黏附在猫身上，造成周围环境及自身危害。
[0003]
传统砂石骨料加工的过程，在破碎、磨矿等工艺过程中，不可避免地产生大量的细颗粒尾矿。这些细颗粒尾矿大量堆存，大量堆存不仅占用了土地和造成了资源的浪费，而且产生了严重的环境与生态破坏。利用砂石尾矿制备猫砂既能够提高固体废弃物的利用率又能够降低猫砂的制备成本。中国专利cn111264401a公开了一种石墨烯复合抗菌猫砂材料及其制备方法，由如下重量份数的原料制成：复合抗菌材料1～10份、环境矿物材料20～80份和活性胶凝材料1～10份，其中，复合抗菌材料由纳米石墨烯片、纳米铁粉、纳米铜粉和纳米氧化铈制成，环境矿物材料由火山灰、膨润土、纳米二氧化钛、粉煤灰和碳酸氢钠制成，活性胶凝材料由石膏粉和去离子水制成，其石墨烯复合抗菌猫砂抗菌和除臭效果好。然而，上述猫砂含纳米金属矿粉，易被猫吸入体内，安全性差。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种浊沸石抗菌猫砂及其制备方法，本发明提供的浊沸石抗菌猫砂同时具有低粉尘和强度高的优点。
[0005]
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
[0006]
本发明提供了一种浊沸石抗菌猫砂，包括铜离子抗菌浊沸石和凹凸棒石黏土；
[0007]
所述铜离子抗菌浊沸石由铜离子对浊沸石精矿进行离子交换得到。
[0008]
优选的，所述浊沸石抗菌猫砂中铜离子抗菌浊沸石的质量分数为40～80％。
[0009]
优选的，所述浊沸石抗菌猫砂的粒径为3～7mm。
[0010]
本发明提供了上述技术方案所述浊沸石抗菌猫砂的制备方法，包括以下步骤：
[0011]
将浊沸石精矿与含铜离子溶液混合，进行离子交换，得到铜离子抗菌浊沸石；
[0012]
将所述铜离子抗菌浊沸石、凹凸棒石黏土和水混合，进行制丸后干燥，得到浊沸石抗菌猫砂。
[0013]
优选的，所述含铜离子溶液中铜离子的浓度为0.1～0.25mol/l，ph值为1.5～3.7。
[0014]
优选的，所述浊沸石与含铜离子溶液的液固比为10～30ml/g。
[0015]
优选的，所述离子交换的温度为40～80℃，时间为15～90min。
[0016]
优选的，所述铜离子抗菌浊沸石与凹凸棒石黏土的总质量和水的质量比为100：40～45。
[0017]
优选的，所述干燥的温度为100～110℃，时间为4～5h。
[0018]
本发明提供了一种浊沸石抗菌猫砂，包括铜离子抗菌浊沸石和凹凸棒石黏土；所述铜离子抗菌浊沸石由铜离子对浊沸石精矿进行离子交换得到。在本发明中，浊沸石精矿具有独特的晶体结构，其自身孔隙具有吸臭、吸水功能，这是其它物质所不能相比的特性，在此基础上再利用浊沸石精矿良好的阳离子交换性能进行铜离子改性后的铜离子抗菌浊沸石中铜离子可以和病菌体内的蛋白质中有机基团结合，并破坏病菌体的结构，从而实现对病菌进行灭活并抑制病菌体繁殖，抗菌效果优异。通过加入辅助材料凹凸棒石能够增强猫砂的吸附性能。凹凸棒石与铜离子抗菌浊沸石中不含粉尘类原料，具有低粉尘的特点。浊沸石的架状硅酸盐结构具有较强的力学性能，凹凸棒石黏土自身也具有较强的强度，本发明以浊沸石和凹凸棒石黏土为原料进行造粒后的浊沸石抗菌猫砂具有较高的强度。本发明提供的浊沸石抗菌猫砂保持了浊沸石猫砂的优点，避免了各类猫砂的不足，同时具有抗菌、无污染、低粉尘、强度高、吸水性高、吸臭性高和价格便宜等优点。与表面喷洒抗菌物质的猫砂产品相比，具有更强且独特的抗菌功效，不会对猫造成危害，同时具有更好的吸臭、抑臭效果。
[0019]
本发明提供了上述技术方案所述浊沸石抗菌猫砂的制备方法。本发明提供的制备方法，操作简单，原料来源广，生产成本低，适宜工业化生产。
具体实施方式
[0020]
本发明提供了一种浊沸石抗菌猫砂，包括铜离子抗菌浊沸石和凹凸棒石黏土；所述铜离子抗菌浊沸石由铜离子对浊沸石精矿进行离子交换得到。
[0021]
在本发明中，所述浊沸石抗菌猫砂中铜离子抗菌浊沸石的质量分数优选为40～80％，更优选为45～75％，具体优选为50％、55％、60％、65％或70％。在本发明中，浊沸石精矿具有独特的晶体结构，其自身孔隙具有吸臭吸水功能，这是其它物质所不能相比的特性，在此基础上再利用浊沸石精矿良好的阳离子交换性能进行铜离子改性后的铜离子抗菌浊沸石中铜离子可以和病菌体内的蛋白质中有机基团结合，并破坏病菌体的结构，从而实现对病菌进行灭活并抑制病菌体繁殖，抗菌效果优异。
[0022]
在本发明中，所述浊沸石抗菌猫砂中凹凸棒石黏土的质量分数优选为20～60％，更优选为25～55％，具体优选为30％、35％、40％、45％或50％。在本发明中，凹凸棒石能够增强猫砂的吸附性能。
[0023]
在本发明中，所述浊沸石抗菌猫砂的粒径优选为3～7mm，更优选为4～6mm，进一步优选为5mm。本发明提供的浊沸石抗菌猫砂为颗粒状，不含粉尘类原料，具有低粉尘的特点。
[0024]
本发明提供了上述技术方案所述任一项所述浊沸石抗菌猫砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0025]
将浊沸石精矿与含铜离子溶液混合，进行离子交换，得到铜离子抗菌浊沸石；
[0026]
将所述铜离子抗菌浊沸石、凹凸棒石黏土和水混合，进行制丸后干燥，得到浊沸石抗菌猫砂。
[0027]
在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。
[0028]
本发明将浊沸石精矿与含铜离子溶液混合，进行离子交换，得到铜离子抗菌浊沸石。
[0029]
在本发明中，所述浊沸石精矿的制备方法优选包括以下步骤：将浊沸石尾矿进行搅拌分级提纯，得到浊沸石精矿。在本发明中，所述搅拌分级提纯包括依次进行的破碎、搅拌和分级；本发明对于所述破碎的方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的破碎方式即可；所述破碎后得到的浊沸石矿物粗颗粒的粒径≤200目即可。在本发明中，所述搅拌的目的是利用硬度大的矿物将硬度小的矿物进行撞击粉碎，使得硬度小的矿物能得到充分粉碎，硬度大的矿物能不粉碎，其中，硬度大的矿物包括角闪石、磁铁矿、石英和长石，硬度小的矿物为浊沸石；所述搅拌的时间优选为3～5h，更优选为4h；本发明在上述条件下金搅拌，能够保证将浊沸石矿物中的角闪石、磁铁矿、石英和长石都有较好去除效果。在本发明中，所述分级优选利用旋流器将粗细粒级分离，其中，石英和磁铁矿由于粒度粗密度大分级后进入粗粒级中，长石、角闪石等虽密度较小但粒度粗分级后也一同进入粗粒级中；粗粒级的角闪石、磁铁矿、石英和长石从底流口排出，浊沸石从溢流口排出，从而将高纯度的浊沸石精矿从含有角闪石、磁铁矿、石英和长石的浊沸石尾矿中分离出来。本发明利用的浊沸石精矿具有天然孔隙结构以及良好的阳离子交换功能，利用其孔隙结构可以实现对宠物排泄物有良好吸附作用，同时基于其良好的阳离子交换功能对其进行改性，可以赋予浊沸石精矿良好的抗菌功能。
[0030]
在本发明中，所述含铜离子溶液中铜离子的浓度优选为0.1～0.25mol/l，更优选为0.15～0.2mol/l，进一步优选为0.17～0.18mol/l；所述铜离子来源优选为水溶性铜盐，所述水溶性铜盐优选包括氯化铜、硫酸铜和硝酸铜中的一种或几种；所述含铜离子溶液的ph值优选为1.5～3.7，更优选为2～3.5，进一步优选为2.5～3。在本发明中，所述浊沸石精矿与含铜离子溶液的液固比优选为10～30ml/g，更优选为15～25ml/g，进一步优选为20ml/g。
[0031]
在本发明中，所述离子交换的温度优选为40～80℃，更优选为50～70℃，进一步优选为60℃；所述离子交换的时间优选为15～90min，更优选为20～80min，进一步优选为30～70min，最优选为40～50min。在本发明中，所述离子交换过程中，cu
2
将浊沸石精矿中的阳离子(mg
2
、k

、na

)交换出来从而将铜离子负载到浊沸石精矿上。
[0032]
所述离子交换后本发明优选还包括将所述体系进行固液分离，将所得固体组分进行干燥，得到铜离子抗菌浊沸石。在本发明中，所述固液分离的方式优选为离心分离，所述离心分离的转速优选为3500～4500rpm，更优选为4000rpm；所述离心分离的时间优选为2～4min，更优选为3min。
[0033]
得到铜离子抗菌浊沸石后，本发明将所述铜离子抗菌浊沸石、凹凸棒石黏土和水混合，进行制丸后干燥，得到浊沸石抗菌猫砂。
[0034]
在本发明中，所述铜离子抗菌浊沸石和凹凸棒石黏土的总质量和水的质量比优选为100：40～45，更优选为100：41～44，进一步优选为100：42～43。
[0035]
在本发明中，所述混合的顺序优选为将铜离子抗菌浊沸石和凹凸棒石黏土混合均匀后再与水混合；本发明对于所述混合的时间没有特殊限定，混合至絮状即可。在本发明中，所述水的作用是作为粘合剂粘合铜离子抗菌浊沸石和凹凸棒石黏土的混合原料。
[0036]
本发明对于所述制丸没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的制丸操作即可；在本发明的实施例中，所述制丸优选在制丸机中进行；所述制丸后的颗粒的粒径优选为3～7mm，更优选为4～6mm，进一步优选为5mm。
[0037]
在本发明中，所述干燥的温度优选为100～105℃，更优选为105℃；所述干燥的时间优选为4～5h，更优选为4h。
[0038]
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
实施例1
[0040]
(1)将浊沸石尾矿破碎至粒径≤200目，搅拌4h，然后利用旋流器将粗细粒级分离，得到不含角闪石、磁铁矿、石英和长石的浊沸石精矿；
[0041]
将100g浊沸石精矿加入到浓度为0.2mol/l的氯化铜溶液中，在70℃条件下交换60min，然后在4000rpm条件下离心3min，将所得固体组分在105℃条件下烘干至恒重，得到铜离子抗菌浊沸石,，其中，液固比为20ml/g。
[0042]
(2)将铜离子抗菌浊沸石和凹凸棒石黏土混合均匀后加入水粘合至絮状，将所得絮状物置于制丸机中进行制丸，然后在105℃烘箱中烘干4～5h，得到浊沸石抗菌猫砂；其中，铜离子抗菌浊沸石和凹凸棒石黏土的质量比为50:50，铜离子抗菌浊沸石和凹凸棒石黏土总质量和水的质量比为100:40。
[0043]
实施例2～25
[0044]
按照实施例1的方法制备浊沸石抗菌猫砂，制备条件如表1所示：
[0045]
表1实施例1～25的制备条件
[0046][0047][0048]
对比例1
[0049]
按照实施例1的方法制备浊沸石抗菌猫砂，与实施例1的区别在于，步骤(2)中烘干后在300～350℃条件下焙烧45～120min。
[0050]
对比例2
[0051]
将浊沸石尾矿破碎至粒径≤200目，将破碎后的浊沸石尾矿加入水粘合至絮状，将
所得絮状物置于制丸机中进行制丸，然后在105℃烘箱中烘干4～5h，得到浊沸石猫砂；其中，破碎后的浊沸石尾矿和水的质量比为100:40。
[0052]
测试例
[0053]
1、测试方法
[0054]
(1)粒度测定
[0055]
(1.1)仪器设备
[0056]
振筛机：频率为243次/min，振幅为3～6mm。
[0057]
试验筛：筛孔直径分别为0.5mm、2.0mm的试验筛一套，筛孔直径分别为1.0mm和4.0mm的试验筛一套，或其他试验筛，其中，其他试验筛的筛孔和丝网偏差符合gb/t 6003.1规定。
[0058]
时器：精度为1s。
[0059]
(1.2)试验步骤
[0060]
按规格选取两个试验筛，0.5mm、2.0mm为一套或1.0mm、4.0mm为一套或其他。孔径大的试验筛为上层试验筛，孔径小试验筛为下层试验筛，并装好筛底；称取100g猫砂试样(精确至0.1g)，置于上层试验筛为大孔径试验筛，加盖后置于振筛机上，开动振筛机，振动5min；取下试验筛，称量留在下层试验筛中试样的质量(精确至0.1g)。
[0061]
(1.3)粒度测定结果计算
[0062]
合格颗粒量按式(1)计算：
[0063][0064]
式(1)中，x1——合格猫砂颗粒量，％；m1——下层试验筛中猫砂试样的质量，单位为克(g)；m2——猫砂试样的质量，单位为克(g)。
[0065]
取平行测定结果的算术平均值为测定结果，两次平行测定结果的绝对误差应≤2.0％，若绝对误差大于2.0％时重新测定。
[0066]
(2)水分测定
[0067]
(2.1)仪器设备
[0068]
天平：精度不大于0.001g。
[0069]
干燥箱：最高温度不低于120℃，控温精确度
±
2℃以内。
[0070]
干燥器：内装变色硅胶。
[0071]
不锈钢盘：ф150mm。
[0072]
(2.2)试验步骤
[0073]
用天平称取20g(精确至0.001g)猫砂试样，放入预先恒重的不锈钢盘中，使试样在不锈钢盘上均匀铺开；再次称量试样和不锈钢盘质量(精确至0.001g)；将装有试样的不锈钢盘置入105℃
±
2℃的干燥箱中，烘干2.5h；取出装有试样的不锈钢盘，置于干燥箱中冷却至室温，称量(精确至0.001g)；反复烘干，冷却，称重，直至恒重。
[0074]
(2.3)水分结果计算
[0075]
水分含量按式(2)计算：
[0076]
[0077]
式(2)中ω1—水分含量，％；m3—猫砂试样与不锈钢盘干燥前质量，单位为克(g)；m4—猫砂试样与不锈钢盘干燥后质量，单位为克(g)；m0—猫砂试样干燥前质量，单位为克(g)。
[0078]
取平行测定结果的算术平均值为测定结果，平行测定结果的绝对误差应≤2.0％，若绝对误差大于2.0％时重新测定。
[0079]
(3)吸水率测定
[0080]
(3.1)仪器设备
[0081]
试验筛：筛孔直径为0.18mm，其筛孔和丝网偏差应符合gb/t6003.1规定。
[0082]
盛水容器：边长或直径不小于300mm，深度不小于60mm。
[0083]
天平：精度不大于0.01g。
[0084]
计时器：精度1s。
[0085]
干燥箱：最高温度不低于120℃，控温精确度
±
2℃以内。
[0086]
(3.2)试验步骤
[0087]
将标准筛置于盛水的搪瓷或不锈钢盘中，使水面高于筛网约5mm，浸渍10s；从盛水容器中取出湿标准筛，5s内放置于呈30
°
倾斜角5min后，立即称取湿标准筛重量；准确称取100.0g已在105℃
±
2℃温度下烘干恒重的猫砂试样，置于湿标准筛中，猫砂试样平摊在约1/2筛面上；将标准筛和猫砂试样一同慢慢浸入盛水容器中，吸水过程中，使水面始终浸没试样；吸水5min后，从盛水容器中慢慢取出装有湿猫砂试样的标准筛，5s内呈30
°
倾斜放置10min后，在天平上称量。
[0088]
(3.3)结果计算
[0089]
吸水率按公式(3)计算：
[0090][0091]
式(3)中，ω2—吸水率，％；m5—空湿筛质量，单位为克(g)；m6—湿筛和吸水后试样质量，单位为克(g)；m7—试样质量，单位为克(g)。
[0092]
(4)结块强度测定
[0093]
(4.1)试剂
[0094]
塑料容器：25cm
×
12cm
×
8cm(长
×
宽
×
高)。
[0095]
nacl溶液：浓度1％。
[0096]
针管：不小于10ml。
[0097]
带刻度直尺。
[0098]
计时器：精度0.1s。
[0099]
(4.2)试验步骤
[0100]
称取1kg猫砂试样(精确至1g)，平铺于塑料容器中；从2.5cm的高度，在4s～5s的时间内，用针管将10mlnacl溶液注入到猫砂试样中；等待10s后，倒出结块猫砂试块；让猫砂试块从15cm高度自由落下，记录猫砂试块破碎时落下的次数。
[0101]
(5)粉尘率测定
[0102]
(5.1)仪器设备
[0103]
振筛机：振动次数221次/min，振击次数147次/min。
[0104]
试验筛：筛孔直径为0.075mm，其筛孔和丝网偏差应符合gb/t6003.1规定。
[0105]
计时器：精度1s。
[0106]
天平：精度为0.1g和0.001g。
[0107]
(5.2)试验步骤
[0108]
将试验筛和筛底装好在振筛机上；称取50g猫砂试样(精确至0.1g)，置于上层试验筛，加盖后置于振筛机上；开动振筛机，振动5min；取下试验筛，将筛底的猫砂粉尘用细毛刷轻轻扫出来，称量猫砂粉尘的质量(精确至0.001g)。
[0109]
(5.3)结果计算
[0110]
粉尘率按式(4)计算：
[0111][0112]
式(4)中：x2—粉尘率，％；m8—下层试验筛中粉尘的质量，单位为克(g)；m9—试样的质量，单位为克(g)。
[0113]
取平行测定结果的算术平均值为测定结果。平行测定结果的绝对误差应≤2.0％，若绝对误差大于2.0％时重新测定。
[0114]
(6)结块时间测定
[0115]
(6.1)试剂
[0116]
塑料容器：25cm
×
12cm
×
8cm(长
×
宽
×
高)。
[0117]
nacl溶液：浓度1％。
[0118]
针管：不小于10ml。
[0119]
计时器：精度0.1s。
[0120]
(6.2)试验步骤
[0121]
称取1kg猫砂试样(精确至1g)，平铺于塑料容器中；从2.5cm的高度，在4～5s的时间内，用针管将10ml的nacl溶液注入到猫砂试样中；用计时器测定猫砂凝结成团块的时间。
[0122]
(7)铜离子交换量计算如下：
[0123]
交换前溶液的铜离子溶液中铜离子的初始浓度为c0(mg/l)、体积为v0(ml)；离子交换平衡后铜离子溶液的铜离子浓度为c(mg/l)，体积为v(ml)；参与交换的浊沸石的质量为m(g)，m为交换离子的相对原子质量(g/mol)，则浊沸石的对铜离子的交换量q(mg/g)如式(5)所示：
[0124][0125]
2、测试结果
[0126]
实施例1～25和对比例1制备的猫砂的测试结果如表2所示：
[0127]
表2实施例1～25和对比例1制备的猫砂的性能测试结果
[0128][0129][0130]
由表2可知，通过比较实施例1和对比例1可知，采用焙烧方式制备猫砂能够增加猫砂孔隙，降低猫砂粉尘率提高除臭性能。提高凹凸棒石用量粉尘率会提高，且结块强度会降
低但结块时间缩短，同时相应的合格颗粒量降低以及产品水分增多；离子交换条件对猫砂力学性能影响不大。
[0131]
测试例2
[0132]
实施例1～25和对比例1～2制备的猫砂的抑制臭味实验测试
[0133]
测试方法：在各个猫砂上喷洒相同量的猫尿，在相同密闭条件下每个隔三天评定猫砂气味，测试结果如表3所示：具体试验结果由表2所示
[0134]
表3实施例1～25和对比例1～2制备的猫砂的抑制臭味实验测试结果
[0135]
[0136][0137][0138]
由表3可知，本发明制备浊沸石抗菌猫砂具有吸臭功能并且能够明显抑制猫砂因为细菌滋生而产生的恶臭气体，并且抑臭性能与铜离子交换量成正比。
[0139]
测试例3
[0140]
实施例1～25和对比例1～2制备的猫砂的抗菌试验测试
[0141]
将沾有金黄色葡萄球菌的猫砂放置在密闭容器，每隔三天取25g猫砂加入到475g水中，采用平板菌落计数法分析水样中的金黄色葡萄球菌的总数(cfu/ml)，实验结果如表4所示：
[0142]
表4实施例1～25和对比例1～2制备的猫砂的抗菌试验测试结果(cfu/ml)
[0143]
[0144][0145]
由表4可知，本发明制备的浊沸石抗菌猫砂可以明显抑制猫砂中细菌的滋生繁殖，能够明显有效杀灭细菌，抗菌性能优异，且抗菌性能与铜离子交换量成正比。
[0146]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。