Com o aumento acentuado no número de gatos de estimação nos últimos anos, a procura por areia para gatos, um produto emergente e amigo do ambiente, também está a aumentar. Existem muitos tipos de maca para gatos no mercado, cada um com composições diferentes.

O principal ingrediente da areia para gatos de sílica gel é o SiO2 amorfo. As partículas de sílica gel têm boa resistência, mas baixa capacidade de adsorção e são fáceis de penetrar. Além disso, as partículas de sílica gel produzem mais calor após absorverem água, aumentando a temperatura do ambiente de vida do gato de estimação, promovendo assim o crescimento bacteriano. A maca para gatos de pinho é leve e oferece um alto nível de conforto aos animais de estimação, mas geralmente é inadequada para a remoção de amônia e é mais cara. A maca de gato de bentonita convencional, com bentonita à base de cálcio como ingrediente principal, é barata e absorvente, mas tem um efeito de aglomeração fraco, remoção de amônia e é propensa a gerar poeira, afetando o conforto de vida dos animais de estimação.

Este estudo representa uma melhoria em relação à cama tradicional de bentonita para gatos. A adição do material poroso zeólita aumentou o efeito de absorção da cama de gato sobre a amônia. A sedação da bentonita pode ser usada tanto como adsorvente quanto como aglutinante para aumentar a resistência das partículas da cama de gato e, ao mesmo tempo, reduzir a geração de poeira. A nova areia para gatos, que tem a bentonita como ingrediente principal, tem baixo custo de preparo, excelente efeito e ampla perspectiva de mercado.

Parte de teste

Matérias-primas

Os materiais utilizados no experimento são bentonita à base de cálcio e zeólita de cabelo oblíquo purificada pelo grupo ciclone. A bentonita purificada foi seca, moída e depois analisada quanto à composição química e indicadores de desempenho. A composição química das matérias-primas está detalhada na Tabela 1, enquanto os indicadores de desempenho da bentonita estão descritos na Tabela 2.

De acordo com a análise da Tabela 1 e da Tabela 2, pode-se constatar que o ensaio utilizado na relação mássica de bentonita SiO2 e Al2O3 de 3,96 é mais significativo do que a relação teórica sílica-alumínio de 2,36, indicando que a amostra contém um pequeno número de impurezas. O conteúdo total de Na2O e K2O é 0,51%, muito menor que 3,26% de CaO, indicando que a amostra de teste é uma amostra típica bentonita à base de cálcio. Na Tabela 2, o teor de Montmorilonita é 88,14%. As amostras de zeólita contêm outros óxidos metálicos além das frações SiO2 e Al2O3. Zeólita é um mineral poroso que consiste em tetraedros de sílica-oxigênio e tetraedros de alumínio-oxigênio, que formam o esqueleto básico. Como a valência eletrônica de um átomo de oxigênio no tetraedro alumínio-oxigênio não é neutralizada, os tetraedros alumínio-oxigênio carregam uma carga negativa de uma unidade e, para permanecer eletricamente neutro, o zeólito irá adsorver outros cátions metálicos (Mn+) para neutralizar sua carga negativa.

Após um longo período de ação geológica, muitos cátions metálicos são adsorvidos e ocorre a troca iônica. Como resultado, a zeólita contém um alto nível de outros íons metálicos, que são apresentados como óxidos na análise da fase física. A proporção em massa de SiO2 para Al2O3 na zeólita bruta usada é de cerca de 4,27, que está entre 4 e 8 e pertence à zeólita de sílica média.

Reagentes Experimentais e Aparelhos e Equipamentos Experimentais

Os produtos químicos fornecidos incluem carbonato de sódio (Na2CO3), cloreto de amônio (NH4Cl) e ácido clorídrico (HCl), todos tratados com pureza analítica. Equipamentos experimentais também estão disponíveis, incluindo uma balança eletrônica, um forno termostático elétrico, um difratômetro de raios X, um pulverizador para preparação de amostras de ensaio, uma extrusora de rolo e um agitador magnético de temperatura constante.

Método de teste

Uma certa quantidade de bentonita à base de cálcio contendo impurezas foi lixada, purificada a 105 °C e depois triturada para preparar amostras. A modificação sódica semisseca foi realizada utilizando Na2CO3 como agente sonicante sob diferentes dosagens e extrusão por rolo. As amostras moídas com zeólito foram peneiradas e classificadas para remover o tamanho de grão de -100 μm para testes de queima de luz. As amostras modificadas foram misturadas com pó de zeólita ativada por queima de luz em diferentes proporções com ajuste de umidade e extrusão para fazer areia colunar curta para gatos.

Resultados e discussão

A Figura 1 mostra que à medida que a fração mássica de íons de sódio na solução de carbonato de sódio aumenta, o conteúdo de íons de cálcio dos minerais de bentonita diminui. Em contraste, os íons sódio mostram uma clara tendência crescente. Isto ocorre porque o equilíbrio de carga é perturbado quando os íons de ferro substituem os íons de silício na estrutura tetraédrica da montmorilonita ou quando os íons de alumínio são substituídos por íons de magnésio, etc., na estrutura octaédrica da montmorilonita. montmorilonita. Os íons de cálcio adsorvidos nas camadas intermediárias só podem restaurar o equilíbrio de carga. Os íons de cálcio têm baixa energia de ligação entre as camadas e são facilmente substituídos por íons de sódio ou outros íons. Portanto, quando a fração mássica do carbonato de sódio varia muito, a taxa de substituição do íon cálcio é mais rápida, e a mudança é perceptível quando a fração mássica do carbonato de sódio é inferior a 11,0%. À medida que a fração mássica de carbonato de sódio continua a aumentar, a taxa de substituição tende a diminuir; a diferença de substituição entre os íons cálcio e sódio primeiro aumenta e depois atinge o equilíbrio. Quando a fração mássica do carbonato de sódio é 17,0%, a diferença de substituição dos íons cálcio chega ao valor máximo de 3,1%, e o efeito de sedação é bom.

Como pode ser visto na Figura 2, o espaçamento da camada cristalina d001 do minério bruto de bentonita é de 1,53430 nm, o que equivale à soma da espessura da camada estrutural da montmorilonita (0,96 nm) e das segundas moléculas de água adsorvidas, que é maior superior a 1,4 nm, indicando que a amostra é uma típica bentonita à base de cálcio. Após a sedação, o espaçamento da camada cristalina d001 passa a ser 1,26178 nm, isso porque, no processo de sedação, os íons sódio entram na intercamada da montmorilonita, substituindo os íons cálcio por um raio iônico maior, o que leva à diminuição do espaçamento da montmorilonita. camadas de cristal e uma redução no valor de caracterização. O ângulo inferior do pico do espaçamento da camada cristalina d001 torna-se mais expansivo e a diminuição do pico torna-se mais suave, o que indica que o efeito da bentonita à base de cálcio após a sedação é perceptível.

Observando a Figura 3, pode-se aprender que o melhor efeito de ativação é alcançado a 450°C. Isso ocorre porque a temperatura de ativação adequada pode remover moléculas de água e impurezas residuais na estrutura molecular da zeólita e formar muitas cavidades, aumentando assim a sua capacidade de adsorção. Após a ativação, a zeólita sofre fusão sólida e produz uma pequena mudança de fase; enquanto a área de contato entre as partículas aumenta, a ligação é mais forte e a força molecular é aumentada, o que é favorável ao processo de adsorção. No entanto, a adsorção de amônia da zeólita ativada a 500°C diminui. Isso ocorre porque quando a temperatura é muito alta, a estrutura molecular do zeólito será destruída, a estrutura cristalina entrará em colapso, os minúsculos poros serão fechados, os poros serão bloqueados e a área total das partículas sólidas será reduzida, afetando assim a capacidade de adsorção.

De acordo com os dados da Figura 4, quando a proporção de dosagem de bentonita sódica e zeólita levemente queimada é de 94:6, a adsorção de amônia, adsorção de água e taxas de adsorção de água têm o efeito mais bem combinado. Em comparação com macas de gatos nacionais e estrangeiras de alta qualidade, o desempenho desta proporção da amostra é significativamente melhor.

Em comparação com o solo à base de cálcio, a bentonita à base de sódio aumenta significativamente a absorção de água e os tempos de expansão e pode ser melhor dispersada na água. A bentonita sodiada semi-seca melhorou a estabilidade térmica e a adesão. A substituição do Si4+ tetraédrico na estrutura da montmorilonita por Al3+, Fe3+ ou A13+, Fe3+ no octaedro perturba o equilíbrio eletrovalente. Portanto, depende dos cátions metálicos adsorvidos nas camadas intermediárias para equilibrar a eletrovalência. No preparo da areia para gatos, a argila bentonita absorve água e incha quando a água é adicionada, formando uma estrutura de gel. Um número indeterminado de flocos de bentonita é disperso da estrutura cristalina original devido a forças de cisalhamento e compressão. A superfície basal das lamelas é carregada negativamente, enquanto as ligações Si-O e Al-O de SiO2 e Al2O3 são quebradas nas seções transversais nas bordas, e as lamelas são carregadas positivamente nas seções transversais.

Durante a compressão, as partículas lamelares de bentonita são adsorvidas eletrostaticamente em três formas de energia mais baixa, incluindo “face a face”, “borda a face” e “borda a borda”. Através da interação eletrostática, a bentonita formou uma estrutura de gel tridimensional que lembrava uma sala de cartas. As zeólitas ativadas são uniformemente dispersas nesta estrutura de gel de bentonita, que é estável e robusta.

A bentonita sódica não apenas desempenha o papel de absorção de água e amônia em pellets de areia para gatos, mas também atua como um aglutinante para encapsular as partículas de zeólita ativadas, aumentando assim a resistência e o efeito de adsorção das partículas de areia para gatos. Quando a proporção de bentonita e zeólita é de 94:6, a nova areia composta para gatos tem um alto impacto de absorção de água e absorve bem a amônia, por isso tem uma boa perspectiva de mercado.