Con el fuerte aumento del número de gatos domésticos en los últimos años, también está aumentando la demanda de arena para gatos, un producto emergente respetuoso con el medio ambiente. Hay muchos tipos de productos de arena para gatos en el mercado, cada uno con una composición diferente.

El ingrediente principal de la arena para gatos de gel de sílice es el SiO2 amorfo. Las partículas de gel de sílice tienen buena resistencia pero poca capacidad de adsorción y son fáciles de penetrar. Además, las partículas de gel de sílice producen más calor después de absorber agua, lo que eleva la temperatura del entorno de vida del gato y promueve así el crecimiento bacteriano. La arena para gatos de pino es liviana y proporciona un alto nivel de comodidad para las mascotas, pero generalmente es inadecuada para eliminar el amoníaco y es más cara. La arena para gatos de bentonita convencional, con bentonita a base de calcio como ingrediente principal, es barata y absorbente, pero tiene un efecto de apelmazamiento deficiente, eliminación de amoníaco y es propensa a generar polvo, lo que afecta la comodidad de vida de las mascotas.

Este estudio representa una mejora con respecto a la arena para gatos tradicional de bentonita. La adición del material poroso zeolita aumentó el efecto de absorción de amoníaco de la arena para gatos. La sedación con bentonita se puede utilizar como adsorbente y aglutinante para mejorar la resistencia de las partículas de arena para gatos y al mismo tiempo reducir la generación de polvo. La nueva arena para gatos, con bentonita como ingrediente principal, tiene un bajo costo de preparación, un efecto excelente y una amplia perspectiva de mercado.

Parte de prueba

Materias primas

Los materiales utilizados en el experimento son bentonita a base de calcio y zeolita de pelo oblicuo purificada por el grupo ciclón. La bentonita purificada se secó, se molió y luego se analizó su composición química y sus indicadores de rendimiento. La composición química de las materias primas se detalla en la Tabla 1, mientras que los indicadores de desempeño de la bentonita se describen en la Tabla 2.

Según el análisis de la Tabla 1 y la Tabla 2, se puede aprender que la prueba utilizada en la relación másica de bentonita SiO2 y Al2O3 de 3,96 es más significativa que la relación teórica sílice-aluminio de 2,36, lo que indica que la muestra contiene un número pequeño. de impurezas. El contenido total de Na2O y K2O es 0,51%, mucho menor que el 3,26% de CaO, lo que indica que la muestra de prueba es una muestra típica. bentonita a base de calcio. En la Tabla 2, el contenido de Montmorillonita es 88.14%. Las muestras de zeolita contienen otros óxidos metálicos además de fracciones de SiO2 y Al2O3. La zeolita es un mineral poroso que consta de tetraedros de sílice-oxígeno y tetraedros de aluminio-oxígeno, que forman el esqueleto básico. Dado que la valencia electrónica de un átomo de oxígeno en los tetraedros de aluminio y oxígeno no está neutralizada, los tetraedros de aluminio y oxígeno llevan una carga negativa unitaria y, para permanecer eléctricamente neutra, la zeolita adsorberá otros cationes metálicos (Mn+) para contrarrestar su carga negativa.

Después de un largo período de acción geológica, muchos cationes metálicos son adsorbidos y se produce el intercambio iónico. Como resultado, la zeolita contiene un alto nivel de otros iones metálicos, que se presentan como óxidos en el análisis de fase física. La proporción de masa de SiO2 a Al2O3 en la zeolita cruda utilizada es aproximadamente 4,27, que está entre 4 y 8 y pertenece a la zeolita de sílice media.

Reactivos experimentales y aparatos y equipos experimentales

Los productos químicos proporcionados incluyen carbonato de sodio (Na2CO3), cloruro de amonio (NH4Cl) y ácido clorhídrico (HCl), todos los cuales se tratan con pureza analítica. También se dispone de equipo experimental, que incluye una balanza electrónica, un horno termostático eléctrico, un difractómetro de rayos X, un pulverizador para la preparación de muestras de ensayo, una extrusora de rodillos y un agitador magnético de temperatura constante.

Método de prueba

Se desarenó una cierta cantidad de bentonita a base de calcio que contenía impurezas, se purificó a 105 °C y luego se trituró para preparar muestras. La modificación sódica semiseca se llevó a cabo utilizando Na2CO3 como agente sonicador en diferentes dosis y extrusión con rodillo. Las muestras molidas con zeolita se tamizaron y clasificaron para eliminar el tamaño de grano de -100 μm para las pruebas de cocción ligera. Las muestras modificadas se mezclaron con polvo de zeolita activado con luz en diferentes proporciones con ajuste de humedad y extrusión para hacer arena para gatos de columnas cortas.

Resultados y discusión

La figura 1 muestra que a medida que aumenta la fracción de masa de iones de sodio en la solución de carbonato de sodio, el contenido de iones de calcio de los minerales de bentonita disminuye. Por el contrario, los iones de sodio muestran una clara tendencia creciente. Esto se debe a que el equilibrio de carga se altera cuando los iones de hierro reemplazan a los iones de silicio en la estructura tetraédrica de la montmorillonita o cuando los iones de aluminio son reemplazados por iones de magnesio, etc., en la estructura octaédrica de la montmorillonita. montmorillonita. Los iones de calcio adsorbidos en las capas intermedias sólo pueden restablecer el equilibrio de carga. Los iones de calcio tienen una baja energía de enlace entre capas y son fácilmente reemplazados por iones de sodio u otros iones. Por lo tanto, cuando la fracción de masa de carbonato de sodio varía mucho, la tasa de sustitución del ion calcio es más rápida y el cambio es notable cuando la fracción de masa de carbonato de sodio es menor que 11,0%. A medida que la fracción de masa de carbonato de sodio continúa aumentando, la tasa de reemplazo tiende a disminuir; la diferencia de reemplazo entre los iones calcio y sodio primero aumenta y luego alcanza el equilibrio. Cuando la fracción de masa de carbonato de sodio es 17,0%, la diferencia de reemplazo de iones de calcio llega al valor máximo de 3,1% y el efecto de sedación es bueno.

Como se puede observar en la Figura 2, el espaciado entre capas cristalinas d001 del mineral bruto de bentonita es 1,53430 nm, lo que equivale a la suma del espesor de la capa estructural de montmorillonita (0,96 nm) y las segundas moléculas de agua adsorbidas, que es mayor de 1,4 nm, lo que indica que la muestra es una bentonita típica a base de calcio. Después de la sedación, el espaciamiento de las capas cristalinas d001 se vuelve 1,26178 nm, lo que se debe a que, en el proceso de sedación, los iones de sodio ingresan a la capa intermedia de montmorillonita, reemplazando a los iones de calcio con un radio iónico mayor, lo que conduce a una disminución en el espaciamiento de las capas cristalinas d001. capas cristalinas y una reducción del valor de caracterización. El ángulo inferior del pico del espaciado de la capa de cristal d001 se vuelve más expansivo y la disminución del pico se vuelve más suave, lo que indica que el efecto de la bentonita a base de calcio después de la sedación es notable.

Observando la Fig. 3, se puede aprender que el mejor efecto de activación se logra a 450°C. Esto se debe a que la temperatura de activación adecuada puede eliminar las moléculas de agua y las impurezas residuales en la estructura molecular de la zeolita y formar muchas cavidades, mejorando así su capacidad de adsorción. Después de la activación, la zeolita sufre una fusión sólida y produce una pequeña cantidad de cambio de fase; mientras que el área de contacto entre las partículas aumenta, la unión es más fuerte y la fuerza molecular aumenta, lo que favorece el proceso de adsorción. Sin embargo, la adsorción de amoníaco de la zeolita activada a 500°C disminuye. Esto se debe a que cuando la temperatura es demasiado alta, la estructura molecular de la zeolita se destruirá, la red cristalina colapsará, los pequeños poros se cerrarán, los poros se bloquearán y el área total de las partículas sólidas se reducirá. afectando así la capacidad de adsorción.

Según los datos de la Figura 4, cuando la proporción de dosificación de bentonita de sodio y zeolita ligeramente quemada es de 94:6, las tasas de adsorción de amoníaco, adsorción de agua y adsorción de agua tienen el mejor efecto combinado. En comparación con la arena para gatos de alta calidad nacional y extranjera, el rendimiento de esta proporción de la muestra es significativamente mejor.

En comparación con el suelo a base de calcio, la bentonita a base de sodio mejora significativamente la absorción de agua y los tiempos de expansión y se puede dispersar mejor en agua. La bentonita sodiada semiseca ha mejorado la estabilidad térmica y la adherencia. Al reemplazar el Si4+ tetraédrico en la estructura de montmorillonita con Al3+, Fe3+ o A13+, Fe3+ en el octaedro altera el equilibrio electrovalente. Por lo tanto, depende de los cationes metálicos adsorbidos en las capas intermedias para equilibrar la electrovalencia. Al preparar arena para gatos, la arcilla bentonita absorbe agua y se hincha cuando se agrega agua, formando una estructura de gel. Un número indeterminado de escamas de bentonita se dispersan de la estructura cristalina original debido a fuerzas de corte y compresión. La superficie basal de las laminillas está cargada negativamente, mientras que los enlaces Si-O y Al-O de SiO2 y Al2O3 están rotos en las secciones transversales en los bordes, y las laminillas están cargadas positivamente en las secciones transversales.

Durante la compresión, las partículas laminares de bentonita se adsorben electrostáticamente de tres formas de menor energía, incluidas "cara a cara", "borde a cara" y "borde a borde". A través de la interacción electrostática, la bentonita formó una estructura de gel tridimensional que parecía una sala de cartas. Las zeolitas activadas se dispersan uniformemente en esta estructura de gel de bentonita, que es estable y robusta.

La bentonita de sodio no solo desempeña el papel de absorción de agua y amoníaco en los gránulos de arena para gatos, sino que también actúa como aglutinante para encapsular las partículas de zeolita activadas, mejorando así la resistencia y el efecto de adsorción de las partículas de arena para gatos. Cuando la proporción de bentonita y zeolita es de 94:6, la nueva arena compuesta para gatos tiene un alto impacto de absorción de agua y absorbe bien el amoníaco, por lo que tiene buenas perspectivas de mercado.