膨润土沸石制备猫砂实验研究.doc

膨 润 土 / 沸石制备猫砂实验研究 李彩霞1 ，李志鹏2 ，任瑞晨1 ，刘健1 ，马新超1( 1 辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，阜新 123000; 2 中煤平朔煤炭洗选中心，平朔 036000)摘要: 本文利用 X 射线洐射、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，制备的猫砂产品比国内猫砂性能好，接近国外进口猫砂的性能指标。关键词: 膨润土; 沸石; 猫砂; 吸氨量中图分类号: TD985文献标识码: A文章编号: 1001-1625( 2011) 05-1168-05Study on Preparation of Cat Litter with Bentonite / ZeoliteLI Cai-xia1 ，LI Zhi-peng2 ，REN Rui-chen1 ，LIU Jian1 ，MA Xin-chao1( 1 College of Resource and Environment Engineering，Liaoning Technology University，Fuxin 123000，China;2 Pingshuo Coal Preparation Center，Pingshuo 036000，China)Abstract: The characteristics of the bentonite and zeolite in Beipiao are studied by XRD，SEM，chemicalanalysis and so on The optimum modifying conditions of the zeolite and the best ratio of bentonite andzeoliteare are determined through experiments Its performances are better than cat litter in domestic，closing to that of the imported cat litterKey words: bentonite; zeolite; cat litter; ammonia absorption quantity引言1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 11。基金项目: 辽宁省科技厅计划项目( 2009402008) ; 辽宁省教育厅重点实验室项目( Ls2010072) ; 全国大学生创新性实验项目( 2010)作者简介: 李彩霞( 1974-) ，女，博士 主要从事矿物加工与功能性矿物材料方面的研究 E-mail: cxl6708 126 com第 5 期李彩霞等: 膨润土 / 沸石制备猫砂实验研究1169表 1 膨润土化学成分Tab 1 Chemical composition of bentonite/ %SiO2Al2 O3TiO2Fe2 O3Na2 OK2 OSamplesMgOCaOOthersBeipiao bentonite72 5413 932 561 780 232 290 400 415 86由表 1 可知，该膨润土的 SiO2 / Al2 O3 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 射线衍射仪对其进行试验。XRD 测试条件为电压 40 kV，电流 40 mA，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。蒙脱石族矿物的 d001 为重要的衍射峰，根据 d011 值 大小来划分蒙脱石的类型4，由图 1 可知: 北票华源蒙图 1 北票华源膨润土原矿 XRD 图谱Fig 1 XRD pattern of bentoniteore of Huayuan Beipiao脱石的 d001 为 1 39798 nm，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 2 Performance indicators of bentoniteColloig index / ( mL /15 g)Swelling capacity / mLg 1SampleMontmorillonite contents / %pHHY63 0068 512 27 8表 3 北票华源膨润土粒度测试的典型结果Tab 3 Typical results of bentonite particle size measurement of Huayuan BeipiaoProjectNumberProjectNumberMedian diameter / mWeight average diameter / mArea average diameter / mLength average diameter / mSpecific area / m2 / kg3 364 151 870 721182 57Number average diameter / mD90 / mD98 / mConcentration / a uSpan / m0 398 613 0525 0972 3表 4吸水性实验结果Tab 4 Water absorption testWater absorption / %SampleWater absorptance / %1 min2 min5 min10 min20 min30 min60 min120 minHY161 878 6129 2186212246 4276328343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 6m 吸水比为 61 8，2 h 吸水率较高，吸水性较好。1170研究快报硅 酸 盐 通 报第 30 卷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 试验结果Fig 2 SEM image of bentonite of Beipiao Huayuan图 3 北票沸石原矿 XRD 图谱Fig 3 XRD pattern of zeolite ore of Beipiao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 40 kV，电流 40 mA，Cu 靶，扫描速度 0 5 s，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Analysis results of chemical compositionTab 5Na2 OAl2 O3SiO2P2 O5K2 OTiO2TFe2 O3Chemical compositionMgOCaOMnOLOSContents / %0 951 1912 1470 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( SiO2 / Al2 O3 8) 、中硅沸石( SiO2 / Al2 O3 = 4 8) 、低硅沸石( SiO2 / Al2 O3 4) ，经计算该北票沸石硅铝比值为 5 77，属中硅沸石。44 1膨润土 / 沸石制备猫砂实验研究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: Na CO 的用量为 2% ，加水量 20% ，陈化时间为233 d，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 1 mol / L 盐酸、1 mol / L NaOH、1 mol / L NaCl 溶液浸泡 10 h， 用蒸馏水洗净，于 105 烘干。方法 2: 强酸预处理 + 无机盐改性，即将沸石原矿先用 1 mol / L 盐酸溶液浸泡 10 h，用蒸馏水洗涤并于105 烘干。然后将烘干后的沸石再投入到 1 mol / L NaCl 溶液浸泡 10 h，用蒸馏水洗净，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 1 mol / L NaOH 溶液浸泡 10 h，用蒸馏水洗涤并于105 烘干。接着将烘干后的沸石再投入到 1 mol / L NaCl 溶液浸泡 10 h，用蒸馏水洗净，于 105 烘干。第 5 期李彩霞等: 膨润土 / 沸石制备猫砂实验研究1171准确称取沸石原矿以及上述制得的改性沸石各 0 5 g，投入到装有 50 mL 浓度为 10 mg / 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 30 min 后静置 10 h，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 6 Testing result of different modification schemeSerum ammonia concentration / mgL-1Ammonia adsorption capacity / mgg-1MethodModified methodAmmonia removal / %Zeolite ore-HClNaOHNaClNaClNaCl5 634 095 182 792 582 6743 7050 9148 2072 1074 2073 300 440 510 480 720 740 73Directly modified oreHCl pretreatmentNaOH pretreatment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 7 The cat litter performances of the different ratio between bentonite and zeoliteSodium bentonite/ %Modified zeolite/ %Ammonia absorption/ ( mmol /100 g)Water absorption/ %Water absorptionspeed / minPellet strength/ gDensity /gmL 1Sample123456Import 1Domestic1009796959493-34567214862666768552136035334536035535036535030282527232431358548808799508908859438800 760 790 790 790 790 780 780 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 Ca2 + 和 Mg2 + 金属离子，不会破坏沸石的晶格结构，又由于 Na + 更容易从孔中出入从而易于与溶液中的 NH + 进行交换，使改性沸石对氨氮的吸附交换4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 8，2 h 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 1 mol / L NaCl 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1172研究快报硅 酸 盐 通 报第 30 卷砂的性能，除臭能力已超过进口猫砂。参 考 文 献1234567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，2011，30( 4) : 809-812于 华，刘子利，张雪凤，等 硅溶胶改性膨润土的研究J 硅酸盐通报，2005，( 2) : 36-39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张增志，杨春卫，牛俊杰 多孔碳柱撑膨润土的制备与表征J 硅酸盐学报 2008，36( 7) : 1009-1012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，2011，26( 6) : 79-81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李志鹏 北票天然沸石改性及其制备宠物猫砂工艺研究D 阜新: 辽宁工程技术大学，2009櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒信息 高性能氮化镓晶体管研制成功据美国物理学家组织网 9 月 22 日( 北京时间) 报道，法国和瑞士科学家首次使用氮化镓在( 100) -硅( 晶 体取向为 100) 基座上，成功制造出了性能优异的高电子迁徙率晶体管 ( HEMTs) 。此 前，氮 化 镓 只 能 用 于( 111) -硅上，而目前广泛使用的由硅制成的互补性金属氧化半导体( CMOS) 芯片一般在( 100 ) -硅或( 110 ) - 硅晶圆上制成。这表明，新晶体管能同由( 110) -硅制成的 CMOS 芯片兼容，科学家可据此研制出兼具 CMOS 芯片的计算能力和氮化镓晶体管大功率容量的混合电子元件，以获得更小更快、能耗更低的电子设备。晶体管主要由硅制成，用在高电压电路中，其作用是计算以及增强电子射频信号。瑞士苏黎世联邦高等 工学院( ETH) 的科伦坡博罗内斯说: “硅是上帝赐予工程师们的礼物。硅不仅是做基座，也是做半导体和 芯片的基本材料。”然而，硅也有缺陷。当温度超过 200 后，硅基设备开始出故障。氮化镓晶体管能应对 1000 以上的 高温; 其能应对的电场强度也是硅的 50