CN115299357A - 一种具备除臭功能的生物基猫砂及其制备方法 - Google Patents

一种具备除臭功能的生物基猫砂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了具有持久高效除臭效果的生物基猫砂及其制备方法。所述生物基猫砂按重量份数计，由以下组分组成：1‑3重量份食用植物油、10‑20重量份碳酸钙、10‑20重量份硫酸钙、20‑70重量份木质纤维生物质、10‑30重量份淀粉和0.02‑1重量份自由基氧化剂。其中，所述木质纤维生物质经蒸汽爆破处理得到，所述的食用植物油为大豆油、花生油、玉米油、菜籽油、芝麻油和葵花籽油中的一种或几种。所述的自由基氧化剂为高铁酸钾、单过硫酸氢钾、过碳酸钠和过碳酸钾中的一种或者几种。本发明所述的除臭生物基猫砂，通过创新性的采用经过汽爆处理的木质纤维生物质结合非氯自由基氧化剂制备得到，不仅大大提升了除臭效果，而且产品具有良好的持久效果。

Description

一种具备除臭功能的生物基猫砂及其制备方法
技术领域
本发明属于宠物用品领域，涉及一种猫砂，具体涉及一种具有持久除臭性能的生物基猫砂颗粒。
背景技术
随着消费水平和经济能力的提高，越来越多的人开始饲养宠物。据《2020年中国宠物行业白皮书》统计，全国城镇犬猫数量已高达10,084万只，其中猫咪数量已突破4,862万只。宠物行业市场规模接近3000亿元，预计到2023年市场规模将达4500亿元(财富时代,2021(08):34-36)。相应的，宠物粪尿的卫生处理也成为环境保护的重要课题，引起了人们更多的重视。作为猫掩埋粪便和尿液的产品，猫砂起源于美国，是一种消耗量非常大的宠物用品，它是宠物用品中的重要组成部分。随着人们收入与生活水平的不断提高，饲主们对猫砂的高效性与安全性要求越来越高。因此，兼具高效与安全的功能性猫砂是市场需求，具有广阔的市场应用前景和巨大的经济价值。
猫砂具有除臭和结团的功能，但是传统猫砂的除臭性能不是很理想，无法满足现代家庭需要。为了解决这些臭味对人们造成的困扰，研究人员开发了多种具备除臭功能的猫砂产品包括以下类型：(1)气味掩蔽型，利用香料掩蔽除臭。发明专利ZLCN201410726387.9公开了“一种添加樟脑薄荷醇的除臭香味猫砂及其制备方法”。该专利通过释放一些芳香气味的物质来掩蔽臭味，从感官上缓解臭味影响，但并不能从根本上消除臭源。(2)物理吸附型，通常用于吸附作用的除臭剂有活性炭、明矾、氧化铝、硅藻土等，利用巨大的比表面积和特殊结构对臭气进行吸附固定。发明专利申请CN 201410726674.X公开了“一种添加咖啡渣茶叶渣的除臭猫砂及其制备方法”，这种除臭剂吸附能力有限，当达到吸附饱和后即丧失吸附除臭作用。(3)微生物型，利用微生物将诸如粪臭素等成分分解成其它形式的不臭物质除臭。发明专利ZL201410711384.8公开了“一种微生物除味猫砂及其制备方法”。然而，微生物的生存环境较苛刻，往往不能与化学试剂共存，从而限制了这类猫砂的应用范围。(4)化学除臭型，利用氧化还原、酸碱中和以及离子交换等反应，把臭味物质变成其它形式的不臭物质；或者利用化学杀菌剂抑制或杀灭细菌，使得猫尿不被细菌转变为氨，达到减少臭味的目的。
尽管目前市面上已经有多种类型具备除臭功能的猫砂，但这些猫砂均存在无法做到真正除臭，或者除臭的持续时间不能满足人们的要求的问题。因此，需要一种除臭性能优异且效果持久的猫砂。
发明内容
针对现有技术中除臭猫砂的现状，本发明提供了具有持久高效除臭效果的生物基猫砂及其制备方法。本发明所述的除臭生物基猫砂，通过创新性的采用经过汽爆处理的木质纤维生物质结合非氯自由基氧化剂制备得到，不仅大大提升了除臭效果，而且产品具有良好的持久效果。
本发明的技术方案：
具备除臭功能的生物基猫砂，按重量份数计，由以下组分组成：1-3重量份食用植物油、10-20重量份碳酸钙、10-20重量份硫酸钙、20-70重量份木质纤维生物质、10-30重量份淀粉和0.02-1重量份自由基氧化剂。其中，所述木质纤维生物质经蒸汽爆破处理得到，所述的食用植物油为大豆油、花生油、玉米油、菜籽油、芝麻油和葵花籽油中的一种或几种。所述的自由基氧化剂为无氯氧化剂，具体为高铁酸钾、单过硫酸氢钾、过碳酸钠和过碳酸钾中的一种或者几种。所述木质纤维生物质为秸秆、麦秆、木粉、玉米芯和木片中的一种或者几种。
其中，所述木质纤维生物质蒸汽爆破处理的具体步骤为：(1)将木质纤维生物质原料切割至长度为1-3cm(小于3cm的初始原料可直接使用)，与含有过氧化氢和硫酸亚铁的溶液混合静置30min，得到混合体系；所述木质纤维生物质原料与溶液的固液比为1：3；所述溶液含有3g/L过氧化氢和0.2mol/L的硫酸亚铁。即，每百克生物质原料与300mL含有3g/L过氧化氢和0.2mol/L硫酸铁的溶液混合。(2)对混合体系在0.5-2MPa的压力条件下进行蒸汽爆破处理，保压时间为30-300s。(3)收集爆破处理后的物料，在70℃下干燥至恒重，得到蒸汽爆破处理后的木质纤维生物质。所述经蒸汽爆破处理的木质纤维生物质与过硫酸氢钾的除臭效果直接相关。木质纤维生物质经过蒸汽爆破处理后，其中的半纤维素糖和具有复杂组分的抽出物会脱出，同时比表面积会大幅增加。木质纤维中的纤维素和残余木质素暴露出的活性化学基团表现出了良好的吸附效果，同时可以稳定物料的化学性质并起到缓冲效应，从而提升自由基氧化剂的除臭效果，并延长其起效时间。
如前所述的生物基猫砂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将木质纤维原料在0.5-2MPa的压力条件下进行蒸汽爆破处理，保压时间为30-300s，然后粉碎至颗粒粒径小于3mm，与硫酸钙混合并研磨3-5min至混合均匀；得到混合物料。
(2)将步骤(1)得到的混合物料与食用植物油、碳酸钙、淀粉和自由基氧化剂混合；搅拌10-15min，直至混合均匀，得到基材。
(3)采用水喷雾的方法调节基材水分含量至8-12％，密封放置过夜使水分在基材中分布均匀。
(4)对步骤(3)得到的基材经由造粒机挤压、凝聚进行造粒，然后在60℃干燥至恒重，得到生物基猫砂。
本发明的有益效果：
(1)本申请所述的生物基猫砂，采用经汽爆处理木质纤维生物质结合非氯自由基氧化剂处理，不仅提升了除臭效果，而且延长了除臭的持续时间，产生了预料不到的技术效果。
(2)本申请所述的生物基猫砂，基于其优异、持久的除臭效果，有效降低了猫砂的更换频率，在保证除臭效果的前提下节省了饲主的时间和精力，满足了家庭饲养宠物的日常需求。
(3)本申请所述的生物基猫砂，采用木质纤维生物质原料，不仅充分利用了秸秆、麦秆等农业废弃物，降低了原料成本，还缓解了农村焚烧秸秆污染环境的问题，具有重要的社会意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：具备除臭功能的生物基猫砂的制备
(1)将秸秆进行蒸汽爆破处理，然后粉碎至颗粒粒径小于3mm；取50重量份前述处理后的秸秆与15重量份硫酸钙混合，并研磨3-5min至混合均匀，得到混合物料。
其中，蒸汽爆破处理的具体方法为：(a)将秸秆切割至长度为1-3cm(小于3cm的初始原料可直接使用)，与含有过氧化氢和硫酸亚铁的溶液混合静置30min，得到混合体系；所述秸秆与溶液的固液比为1：3；所述溶液含有3g/L过氧化氢和0.2mol/L的硫酸亚铁。(b)对混合体系在1.6MPa的压力条件下进行蒸汽爆破处理，保压时间为300s。(c)收集爆破处理后的物料，在70℃下干燥至恒重，得到蒸汽爆破处理后的秸秆。
(2)将步骤(1)得到的混合物料与2重量份食用植物油、10重量份碳酸钙、20重量份淀粉和0.5重量份自由基氧化剂混合；搅拌10-15min，直至混合均匀，得到基材。所述的食用植物油为大豆油。所述的自由基氧化剂为无氯氧化剂高铁酸钾。
(3)采用水喷雾的方法，调节基材水分含量至8-12％，密封放置过夜，使水分在基材中分布均匀。
(4)对步骤(3)得到的基材经由造粒机挤压、凝聚进行造粒，然后在60℃干燥至恒重，得到生物基猫砂。
实施例2：具备除臭功能的生物基猫砂的制备
与实施例1不同的是，(1)将麦秆进行蒸汽爆破处理，然后粉碎至颗粒粒径小于3mm；取45重量份前述处理后的麦秆与20重量份硫酸钙混合，并研磨3-5min至混合均匀，得到混合物料。其中，蒸汽爆破处理的压力条件为1.6MPa，保压时间为300s。
(2)将步骤(1)得到的混合物料与3重量份食用植物油、15重量份碳酸钙、30重量份淀粉和0.2重量份自由基氧化剂混合；搅拌10-15min，直至混合均匀，得到基材。所述的食用植物油为玉米油。所述的自由基氧化剂为无氯氧化剂过碳酸钾。
(3)采用水喷雾的方法，调节基材水分含量至8-12％，密封放置过夜，使水分在基材中分布均匀。
(4)同实施例1。
实施例3：具备除臭功能的生物基猫砂的制备
与实施例1不同的是，
(1)将废纸进行蒸汽爆破处理，然后粉碎至颗粒粒径小于3mm；取50重量份前述处理后的废纸与20重量份硫酸钙混合，并研磨3-5min至混合均匀，得到混合物料。其中，蒸汽爆破处理的压力条件为1.6MPa，保压时间为300s。
(2)将步骤(1)得到的混合物料与3重量份食用植物油、20重量份碳酸钙、30重量份淀粉和1重量份自由基氧化剂混合；搅拌10-15min，直至混合均匀，得到基材。所述的食用植物油为花生油。所述的自由基氧化剂为无氯氧化剂高铁酸钾。
(3)采用水喷雾的方法，调节基材水分含量至8-12％，密封放置过夜，使水分在基材中分布均匀。
(4)同实施例1。
实施例4：具备除臭功能的生物基猫砂的制备
与实施例1不同的是，
(1)将玉米芯进行蒸汽爆破处理，然后粉碎至颗粒粒径小于3mm；取30重量份前述处理后的玉米芯与15重量份硫酸钙混合，并研磨3-5min至混合均匀，得到混合物料。其中，蒸汽爆破处理的压力条件为1.6MPa，保压时间为300s。
(2)将步骤(1)得到的混合物料与1重量份食用植物油、20重量份碳酸钙、30重量份淀粉和0.4重量份自由基氧化剂混合；搅拌10-15min，直至混合均匀，得到基材。所述的食用植物油由等量的菜籽油和葵花籽油混合得到。所述的自由基氧化剂为无氯氧化剂高铁酸钾。
(3)采用水喷雾的方法，调节基材水分含量至8-12％，密封放置过夜，使水分在基材中分布均匀。
(4)同实施例1。
实施例5：具备除臭功能的生物基猫砂的制备
与实施例1不同的是，
(1)将木粉进行蒸汽爆破处理，然后粉碎至颗粒粒径小于3mm；取70重量份前述处理后的木粉与、10重量份硫酸钙混合，并研磨3-5min至混合均匀，得到混合物料。其中，蒸汽爆破处理的压力条件为1.6MPa，保压时间为300s。
(2)将步骤(1)得到的混合物料与3重量份食用植物油、10重量份碳酸钙10重量份淀粉和0.02重量份自由基氧化剂混合；搅拌10-15min，直至混合均匀，得到基材。所述的食用植物油为芝麻油。所述的自由基氧化剂为无氯氧化剂单过硫酸氢钾。
(3)采用水喷雾的方法，调节基材水分含量至8-12％，密封放置过夜，使水分在基材中分布均匀。
(4)同实施例1。
实施例6：具备除臭功能的生物基猫砂的制备
与实施例1不同的是，
(1)将木质纤维原料混合进行蒸汽爆破处理，然后粉碎至颗粒粒径小于3mm；取60重量份前述处理后的木质纤维原料与10重量份硫酸钙混合，并研磨3-5min至混合均匀，得到混合物料。其中，蒸汽爆破处理的压力条件为1.6MPa，保压时间为300s。所述的木质纤维原料为秸秆和玉米芯的混合物，其中，秸秆和玉米芯的重量比为1:1。
(2)将步骤(1)得到的混合物料与2重量份食用植物油、10重量份碳酸钙、10重量份淀粉和0.3重量份自由基氧化剂混合；搅拌10-15min，直至混合均匀，得到基材。所述的食用植物油由玉米油和大豆油组成，所述玉米油和大豆油的重量比为1:2。所述的自由基氧化剂为无氯氧化剂过碳酸钠。
(3)采用水喷雾的方法，调节基材水分含量至8-12％，密封放置过夜，使水分在基材中分布均匀。
(4)同实施例1。
实施例7：除臭效果测试
对实施例1-6制备的生物基猫砂进行除臭效果判定，具体方法包括两种。
第一种通过测定氨其浓度进行，具体为：
(1)将猫砂分别倒入收纳盒中，猫砂厚度5cm，整理平整。
(2)距离收纳盒远端5cm处缓缓倒入0.5％的氨水30mL，将氨气气体检测仪水平放置到收纳盒近端并将收纳盒用PC盖板密封(收纳盒内壁尺寸为125*80*100cm)，分别在5min后读数。
(3)为测试猫砂的长时间放置后的除臭效果，在一周后重复上述步骤2进行测试。测试结果如表1所示。
表1.氨气浓度测试结果
浓度 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
5min 5ppm 7ppm 3ppm 4ppm 6ppm 3ppm
1周后 11ppm 14ppm 13ppm 16ppm 13ppm 12ppm
第二种为除臭效果的主观评分，具体为：1.第一天上午9点将猫砂置于猫舍中；2.第二天上午9点6人轮流进行嗅觉主管评价。评价标准如表2所示。为测试猫砂长时间放置后的除臭效果，在一周后重复步骤2进行测试，数据取6人评价均值。以上测试均在温度20-25℃，相对湿度50±10％条件下进行。测试结果如表3所示。
表2.除臭效果评价标准表
臭气强度 标准
0 无臭味
1 刚刚闻到臭味(感知阈值)
2 知道是什么味道的弱臭(认知阈值)
3 明显的臭气
4 强臭气
5 强烈臭气，有呕吐流泪的感觉
表3.除臭效果主观评价结果
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
第二天 0.3 0.7 0.2 0.5 1.0 0.3
1周后 0.7 1.0 0.3 1.2 1.8 0.5
由表2可知，实施例1-6制备的生物基猫砂，除氨效果5min测试均小于10ppm，1周后的数据也均小于20ppm。由表3可知，主观评价第一天均值均不大于1，1周后的测试数据均值也小于2。这说明，实施例1-6制备的生物基猫砂具有优异的除臭性能，且持续时间不少于一周。
对比实施例1：
与实施例1不同的是，去掉原料组分中的非氯自由基氧化剂。本对比例制备得到的所述猫砂，除氨测试5min数据为16ppm，1周后数据为25ppm；除臭主观评价第二天数据为1.5，1周后数据为2.2。由此可知，去掉氧化剂后，除氨和除臭效果均有所下滑，其1周后测试数据也对应下降。
对比实施例2：
与实施例1的区别仅在于，用普通木质纤维生物质粉替代汽爆预处理生物质(普通木质生物质粉研磨至<1mm)。本对比例制备得到的所述猫砂，除氨测试5min数据为10ppm，1周后数据为28ppm；除臭主观评价第二天数据为0.7，1周后数据为2.8。由此可知，若采用不经过汽爆处理的生物质，虽然除氨测试的5min数据和主观评价的第二天数据尚可接受，但是1周后的测试效果均较差，猫砂的持久效果下降严重。
综上可知，本申请制备得到的除臭生物基猫砂，通过非氯自由基氧化剂与汽爆预处理生物质相结合的配方组合，不但提高了猫砂的短期除臭效果，而且可以使猫砂的除臭效果持久。因此，本申请所述的生物基猫砂，减少猫砂的更换频次，降低客户使用成本，满足了家庭的日常需求，具有广阔的市场前景和经济价值。

Claims (6)

1.具备除臭功能的生物基猫砂，其特征在于：按重量份数计，由以下组分组成：1-3重量份食用植物油、10-20重量份碳酸钙、10-20重量份硫酸钙、30-70重量份木质纤维生物质、10-30重量份淀粉和0.02-1重量份自由基氧化剂；所述木质纤维生物质经蒸汽爆破处理得到。
2. 根据权利要求1所述的生物基猫砂，其特征在于：所述木质纤维生物质经蒸汽爆破处理的具体步骤为：（1）将木质纤维生物质原料切割至长度为1-3cm，与含有过氧化氢和硫酸亚铁的溶液混合静置30 min，得到混合体系；所述木质纤维生物质原料与溶液的固液比为1:3；所述溶液含有3 g/L过氧化氢和0.2 mol/L的硫酸亚铁；（2）对混合体系在0.5-2 MPa的压力条件下进行蒸汽爆破处理，保压时间为30-300 s；（3）收集爆破处理后的物料，在70oC下干燥至恒重，得到蒸汽爆破处理后的木质纤维生物质。
3.根据权利要求2所述的生物基猫砂，其特征在于：所述的食用植物油为为大豆油、花生油、玉米油、菜籽油、芝麻油和葵花籽油中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的生物基猫砂，其特征在于：所述的自由基氧化剂为无氯氧化剂，具体为高铁酸钾、单过硫酸氢钾、过碳酸钠和过碳酸钾中的一种或几种。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的生物基猫砂，其特征在于：所述木质纤维生物质为秸秆、麦秆、木粉、玉米芯和木片中的一种或者几种。
6.如权利要求1-5任意一项所述的生物基猫砂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将木质纤维原料在0.5-2 MPa的压力条件下进行蒸汽爆破处理，保压时间为30-300s，然后粉碎至颗粒粒径小于3 mm，与硫酸钙混合并研磨至混合均匀；得到混合物料；
（2）将步骤（1）得到的混合物料与食用油、碳酸钙、淀粉和自由基氧化剂混合；充分搅拌直至混合均匀，得到基材；
（3）采用水喷雾的方法调节基材水分含量至8-12%，密封放置过夜使水分分布均匀；
（4）对步骤（3）得到的基材经由造粒机进行造粒，然后在60oC干燥至恒重，得到生物基猫砂。
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