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）院长意见（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）指导教师康武奎完成时间2013.12.10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％一70％；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/％由表1可知，该膨润土的SiO2：／Al2O3，质量比大于5，与理论值(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[2,3]。利用x射线衍射试验，根据蒙脱石的特征面网d001的变化，可以判定膨润土类型。利用DX--2000型x射线衍射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。图1北票华源膨润土原矿XRD图谱Fig.1XRDpatternofbentoniteoreofHuayuanBeipiao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[4]，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.2Performanceindicatorsofbentonite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[5]，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.5Analysisresultsofchemicalcomposition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／Al2O34)，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[6]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[7]：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/LNaCl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℃烘干。然后将烘干后的沸石再投入到1mol／LNaCl溶液浸泡10h，蒸馏水洗净，于105℃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105℃烘干。接着将烘干后的沸石再投入到1mol／LNaCl溶液浸泡10h，用蒸馏水洗净，于105℃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25℃。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.6Testingresultofdifferentmodificationscheme由表6可以看出，利用盐酸预处理，然后用NaCl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.7Thecatlitterperformancesofthedifferentratiobetweenbentoniteandzeolite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(1)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；(2)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；(3)用lmoL／LNaCl作改性剂对沸石进行改性，改性效果较好；(4)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[1]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．[2]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．[3]黄彦林．李英堂，吴彬．信阳上天梯膨润土矿工艺矿物学特征研究[J]．岩石矿物学杂志．2000，19(1)：88-95，[4]张增志，杨春卫，牛俊杰．多孔碳柱撵膨润土的制备与表征[J]．硅酸盐学报．2008，36(7)：1009一l0l2．[5]许家友，班华真，叶常青，等．超细沸石组装MAH对PVc力学性能的影响[J]．高分子材料与工程，20ll，26(6)：79-81．[6]李彩霞，任瑞晨，廖明义．辽西某膨润土作球团粘结剂的研究[J]．非金属矿，2009，32(3)，42-44．[7]李志鹏．北票天然沸石改性及其制备宠物猫砂丁二艺研究[D]．阜新：辽宁-1：程技术大学。2009．课程论文成绩评定表学生姓名杜明明专业班级应用化学1003班论文题目猫砂的制备及应用指导教师评语及意见：指导教师评阅成绩：指导教师签字年月日评阅人评语及意见：评阅人评阅成绩：评阅人签字年月日总评成绩（以百分记）：年月日