王 誠(chéng) 范秋蘋(píng) 董桂紅 何榮彥 郭慧君

（1.山東健源生物科技有限公司，山東 泰安 271000；2.山東寵言生物科技有限公司，山東 泰安 271000；3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東 泰安 271000）

隨著寵物貓的數(shù)量日益增加，作為貓咪飼養(yǎng)的消耗品，貓砂的銷(xiāo)量急速攀升，人們除了使用貓砂處理尿液糞便外，還對(duì)貓砂的除臭抑菌效果、提升貓咪舒適感和健康安全監(jiān)測(cè)有了更高的要求。市面上現(xiàn)有的貓砂大致分別以下幾類(lèi)：膨潤(rùn)土貓砂、豆腐貓砂、植物貓砂、混合貓砂、水晶貓砂、木屑貓砂以及紙質(zhì)貓砂等，這些貓砂均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和受眾群體[1]。目前膨潤(rùn)土貓砂的主要成分為鈣基膨潤(rùn)土或鈉基膨潤(rùn)土，因其價(jià)格低廉、吸水性強(qiáng)、腳感舒適擁有廣泛的市場(chǎng)，但其缺點(diǎn)也很明顯，結(jié)團(tuán)一般、容易黏底、除臭抑菌效果差，粉塵較多，對(duì)易過(guò)敏的貓咪不太友好[2]。所以越來(lái)越多的研究將植物提取物、除臭因子、活性炭、益生菌酶、健康指示試劑等添加到上述貓砂中以滿(mǎn)足產(chǎn)品性能的多樣化。

該文的研究是以膨潤(rùn)土、麥飯石作為貓砂制備的主要成分，通過(guò)活性炭的加入，顯著增強(qiáng)了膨潤(rùn)土貓砂的吸附性能，提高了膨潤(rùn)土貓砂的吸水性、結(jié)團(tuán)性，并能高效吸收糞便、尿液釋放的氨氣和硫化氫等有害氣體，改善人和寵物的居住環(huán)境，抑制有害細(xì)菌的增殖，降低貓咪攜帶細(xì)菌的風(fēng)險(xiǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

將市售鈉基膨潤(rùn)土與麥飯石分別粉碎至300 目備用，活性炭選擇市售粉狀酸性活性炭，比表面積大于1 000 m2/g。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

符合環(huán)保要求的高溫轉(zhuǎn)爐、5R 粉碎機(jī)、立式圓型攪拌混合機(jī)、高速不銹鋼滾球機(jī)、農(nóng)用噴霧機(jī)、CA 風(fēng)選機(jī)以及網(wǎng)狀顆粒過(guò)篩機(jī)等均由本公司工廠提供。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 活性炭膨潤(rùn)土貓砂制備

該試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，按照活性炭不同添加量設(shè)計(jì)對(duì)照組CK 組（不添加活性炭）、A 組（10%添加量）、B組（20%添加量）、C 組（30%添加量）共4 組試驗(yàn)組（見(jiàn)表1），每組重復(fù)3 次。將鈉基膨潤(rùn)土粉、麥飯石粉與活性炭粉攪拌均勻后送入滾球機(jī)，滾球同時(shí)采用噴霧機(jī)噴水，制成粒徑為4mm～6mm 的球粒，水的比例為混合物質(zhì)量的20wt%。將所制球粒送入高溫爐煅燒，具體煅燒過(guò)程如下：在溫度為400℃時(shí)煅燒0.5h；在溫度為500℃煅燒1h；在溫度為600℃時(shí)煅燒1h，在溫度為700℃時(shí)煅燒1h，在溫度為800℃時(shí)煅燒1h，在溫度為900℃時(shí)煅燒1h，經(jīng)以上溫度和時(shí)間煅燒后的滾球出爐。出爐冷卻后進(jìn)行風(fēng)選清除粉塵，最后經(jīng)過(guò)網(wǎng)狀顆粒過(guò)篩機(jī)過(guò)篩，制得粒徑大小基本一致的球型活性炭膨潤(rùn)土貓砂，試驗(yàn)前將各重復(fù)組貓砂混合備用。

表1 活性炭膨潤(rùn)土貓砂成分設(shè)計(jì)

1.3.2 貓砂吸水性能測(cè)定

參照劉策等人[3]的試驗(yàn)方法，將200 目標(biāo)準(zhǔn)篩放入白瓷盤(pán)中，并在200 目標(biāo)準(zhǔn)篩上面平鋪一張慢速定性濾紙，向白瓷盤(pán)中倒入0.1 g/mL 尿素的生理鹽水，將濾紙完全潤(rùn)濕時(shí)即停止倒水。取出潤(rùn)濕的濾紙進(jìn)行稱(chēng)量并記錄潤(rùn)濕的濾紙質(zhì)量為m1，將濾紙重新放回到200 目篩中并鋪平，用量筒稱(chēng)取10 mL 貓砂倒在濾紙表面，均勻鋪在濾紙上，不要超出濾紙范圍，計(jì)時(shí)15 min，然后將濾紙和吸水后的貓砂一同取出，得到此時(shí)的質(zhì)量記為m2，每組重復(fù)3 次試驗(yàn)。貓砂吸水性（g/mL）=（m2-m1）/10×100。

1.3.3 貓砂結(jié)團(tuán)性能測(cè)定

參照劉策、王鴿等人的試驗(yàn)方法，將1 kg 膨潤(rùn)土貓砂平鋪于25 cm×12 cm ×8 cm（長(zhǎng)×寬×高）的容器中，配制含0.1 g/mL 尿素的生理鹽水，并置于37 ℃水浴中備用。每次用注射器吸取10 mL 上述備用溶液，在5 s 時(shí)間內(nèi)，從2.5 cm的高度垂直加入膨潤(rùn)土貓砂中，10 s 后取出結(jié)塊進(jìn)行稱(chēng)重，并讓結(jié)塊從15 cm 高度自由落下，直到破碎為止。記錄結(jié)塊落下的次數(shù)，該次數(shù)即為結(jié)塊強(qiáng)度，超過(guò)10 次仍不破碎的貓砂結(jié)團(tuán)，結(jié)團(tuán)強(qiáng)度記為10 次，每組重復(fù)3 次試驗(yàn)[3-4]。

1.3.4 貓砂粉塵率測(cè)定

稱(chēng)取100 g 膨潤(rùn)土貓砂過(guò)100 目篩，并在下方放置收集容器，收集篩出后的粉塵并進(jìn)行稱(chēng)重，質(zhì)量記為m3，每組重復(fù)3 次試驗(yàn)[3]。粉塵率（%）=m3/100。

1.3.5 貓砂除臭性能測(cè)定

氨氣清除效果測(cè)定：在常溫常壓條件下（20℃，1 atm），將1.50±0.1 mg/m3的氨氣15 L，以1 L/min 的流量，通過(guò)裝有100 g 膨潤(rùn)土貓砂的大型氣泡吸收管，使氣體循環(huán)24 h，采集處理后的氨氣，并采用納氏試劑分光光度法測(cè)定氨氣濃度，計(jì)算氨氣清除率，每組重復(fù)3 次試驗(yàn)[5-6]。氨氣清除率=（處理前濃度-處理后濃度）/處理前濃度×100%。

硫化氫清除效果測(cè)定：在常溫常壓條件下（20℃，1 atm），將150.00±5.00 μg/m3的硫化氫氣體15 L，以1 L/min的流量，通過(guò)裝有100 g 膨潤(rùn)土貓砂的大型氣泡吸收管，使氣體循環(huán)24 h，采集處理后的硫化氫氣體，并采用亞甲藍(lán)分光光度法測(cè)定硫化氫濃度，計(jì)算硫化氫清除率，每組重復(fù)3次試驗(yàn)[5，7]。硫化氫清除率=（處理前濃度-處理后濃度）/處理前濃度×100%。

1.3.6 貓砂抑菌性能測(cè)定

該試驗(yàn)參照美國(guó)材料與試驗(yàn)學(xué)會(huì)制定的《ASTME 2149-20 動(dòng)態(tài)條件下的抗菌劑活性測(cè)定的試驗(yàn)方法》，通過(guò)測(cè)定膨潤(rùn)土貓砂對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率來(lái)判斷膨潤(rùn)土貓砂的抑菌性能[8]。

大腸桿菌抑菌檢測(cè)方法：準(zhǔn)備12 個(gè)250 mL 無(wú)菌燒瓶，每組3 個(gè)，做重復(fù)3 次試驗(yàn)。在室溫環(huán)境下（25℃），向每個(gè)燒瓶?jī)?nèi)接種50 mL濃度為2.5×105cfu/mL的大腸桿菌溶液。48 h 后采用平板計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)指定接觸48 h 瓶?jī)?nèi)只接種大腸桿菌濃度，然后向燒瓶中加入2 g 膨潤(rùn)土貓砂接觸48 h，再次采用平板計(jì)數(shù)法測(cè)定加入膨潤(rùn)土貓砂48 h 后燒瓶?jī)?nèi)的大腸桿菌濃度。

金黃色葡萄球菌抑菌檢測(cè)方法與大腸桿菌相同，金黃色葡萄球菌初始接種濃度為2.8×105cfu/mL。抑菌率=（指定接觸48 h 只接種瓶?jī)?nèi)菌濃度-貓砂接觸48 h 瓶?jī)?nèi)菌濃度）/指定接觸48 h 只接種瓶?jī)?nèi)菌濃度×100%。

2 結(jié)果與討論

膨潤(rùn)土貓砂的吸水性、結(jié)團(tuán)性和粉塵率試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 膨潤(rùn)土貓砂的吸水性、結(jié)團(tuán)性和粉塵率試驗(yàn)結(jié)果

2.1 膨潤(rùn)土貓砂的吸水性能

貓砂的主要用途是吸收貓尿，因此吸水性是衡量貓砂產(chǎn)品的重要指標(biāo)之一。由表2 可知，膨潤(rùn)土貓砂的吸水性能均在200 g/mL 以上，隨著活性炭比例的增加，各組膨潤(rùn)土貓砂的吸水率逐漸上升，其中B 組和C 組的吸水性能顯著高于對(duì)照組（P<0.05），吸水量均達(dá)到了250 g/mL。該數(shù)據(jù)說(shuō)明膨潤(rùn)土貓砂能夠吸收自身體積20 倍以上質(zhì)量的生理鹽水，與市面上各種類(lèi)型的貓砂相比表現(xiàn)突出[3]。貓砂的吸水性能主要取決于膨潤(rùn)土的物理性質(zhì)，膨潤(rùn)土的主要成分為蒙脫石，蒙脫石具有較高的黏性和吸水膨脹能力，而鈉基膨潤(rùn)土是由傳統(tǒng)膨潤(rùn)土鈉化而來(lái)，其分散程度更高，膨脹倍數(shù)更大，吸水性能更強(qiáng)，因此鈉基膨潤(rùn)土是用于制備貓砂產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)材料。該試驗(yàn)中隨著活性炭比例的增加，各組貓砂的吸水量逐漸上升，可能是在鈉基膨潤(rùn)土吸水膨脹的同時(shí)給活性炭創(chuàng)造了更多的吸附條件。因內(nèi)部特殊的微孔結(jié)構(gòu)，活性炭具有強(qiáng)大的吸附能力，在吸附微量有機(jī)物和異味的同時(shí)，也使吸水量略有增加。

2.2 膨潤(rùn)土貓砂的結(jié)團(tuán)性能

早期的貓砂并不具備結(jié)團(tuán)能力，后來(lái)為方便收集貓尿和貓糞而發(fā)明了結(jié)團(tuán)貓砂，因此結(jié)團(tuán)性能也作為絕大部分貓砂的性能指標(biāo)之一。由表2 可知，膨潤(rùn)土貓砂的結(jié)團(tuán)質(zhì)量均在20 g 以上，隨著活性炭比例的增加，膨潤(rùn)土貓砂的結(jié)團(tuán)質(zhì)量逐漸增加，其中C 組的結(jié)團(tuán)質(zhì)量顯著高于其他組（P<0.05），另外3 組無(wú)顯著差異，各組膨潤(rùn)土貓砂的結(jié)團(tuán)強(qiáng)度隨活性炭的增加有所降低，其中C 組的結(jié)團(tuán)強(qiáng)度顯著低于其他組，而另外3 組無(wú)顯著差異。和豆腐貓砂、木質(zhì)貓砂相比，膨潤(rùn)土貓砂的結(jié)團(tuán)質(zhì)量較大，可能是由于鈉基膨潤(rùn)土的容重相對(duì)大一些，隨著活性炭添加比例的增大，膨潤(rùn)土貓砂的結(jié)團(tuán)質(zhì)量有所增加，主要是吸水量增加引起的，但結(jié)團(tuán)質(zhì)量并不能代表結(jié)團(tuán)性能的高低。貓砂的結(jié)團(tuán)性能主要體現(xiàn)在結(jié)團(tuán)強(qiáng)度上。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，膨潤(rùn)土貓砂的結(jié)團(tuán)強(qiáng)度都在6 次以上，表明該貓砂的結(jié)團(tuán)強(qiáng)度較好，隨著活性炭添加比例的增加，貓砂的結(jié)團(tuán)強(qiáng)度有所下降，可能的原因是鈉基膨潤(rùn)土在原料中所占比例降低，導(dǎo)致球粒之間的黏性下降，凝聚能力降低，進(jìn)而影響了結(jié)團(tuán)強(qiáng)度。

2.3 膨潤(rùn)土貓砂的粉塵率

膨潤(rùn)土貓砂的粉塵率一直是研究的重點(diǎn)之一。隨著人們對(duì)貓咪的喜愛(ài)和生活質(zhì)量的提升，購(gòu)買(mǎi)者在選擇貓砂時(shí)更注重貓咪的安全和健康，貓砂的粉塵不僅污染居住環(huán)境，貓咪長(zhǎng)期生活在粉塵較多的環(huán)境中還容易患上呼吸道疾病，影響貓咪健康，因此對(duì)膨潤(rùn)土貓砂的粉塵率提出了更高的要求。

由表2 可知，各組膨潤(rùn)土貓砂的粉塵率均低于3%，隨著活性炭比例的增加粉塵率逐漸升高，其中C 組的粉塵率顯著高于其他組（P<0.05），另外3 組無(wú)顯著性差異。由于制作貓砂的核心原料不同，膨潤(rùn)土貓砂、豆腐貓砂和木質(zhì)貓砂都容易產(chǎn)生較高的粉塵，該試驗(yàn)為了降低膨潤(rùn)土貓砂的粉塵率，在制備膨潤(rùn)土貓砂時(shí)未選擇原石，而是經(jīng)過(guò)造粒和除塵，將粉塵率控制在3%以下。隨著活性炭比例的增加，貓砂的粉塵率略有上升，原因可能是活性炭粉末比重輕且細(xì)膩，在生產(chǎn)和使用時(shí)較易產(chǎn)生粉塵。

2.4 膨潤(rùn)土貓砂的除臭性能

膨潤(rùn)土貓砂的除臭試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3 可知，在加入活性炭前，對(duì)照組膨潤(rùn)土貓砂對(duì)氨氣和硫化氫的清除率只有39%和32%左右。隨著活性炭添加比例的增加，貓砂處理后的氨氣和硫化氫濃度明顯降低，A 組、B 組和C 組膨潤(rùn)土貓砂對(duì)氨氣和硫化氫的清除率顯著高于CK 組（P<0.05），其中B 組和C 組對(duì)氨氣和硫化氫的清除率均超過(guò)了90%，2 組之間無(wú)顯著性差異。

表3 膨潤(rùn)土貓砂的除臭試驗(yàn)結(jié)果

眾所周知，國(guó)外對(duì)貓砂的研究起步早，技術(shù)成熟，在貓砂除臭抑菌方面積累了許多研究成果和技術(shù)，而國(guó)內(nèi)的貓砂產(chǎn)業(yè)起步較晚，膨潤(rùn)土貓砂雖然占據(jù)了大量的市場(chǎng)份額，但該產(chǎn)品在除臭抑菌方面表現(xiàn)一般，對(duì)此需要進(jìn)行深入研究。

該試驗(yàn)在膨潤(rùn)土貓砂原料中加入活性炭并進(jìn)行造粒，活性炭添加比例超過(guò)20%后，膨潤(rùn)土貓砂表現(xiàn)出了優(yōu)異的吸附性能，能夠清除90%以上的氨氣和硫化氫氣體，這主要依靠鈉基膨潤(rùn)土、麥飯石和活性炭的吸附作用。據(jù)研究表明麥飯石有吸附空氣中二氧化硫的效果，而活性炭是公認(rèn)的強(qiáng)力吸附劑，經(jīng)常用于凈化水質(zhì)、脫色、吸附雜質(zhì)和異味，活性炭主要由石墨微晶構(gòu)成，內(nèi)部有無(wú)數(shù)不規(guī)則的微孔，這些孔隙極大地增加了活性炭的比表面積，提高了活性炭的吸附能力，使其能強(qiáng)力吸附微量有機(jī)物并除臭、除味[9]。

2.5 膨潤(rùn)土貓砂的抑菌性能

膨潤(rùn)土貓砂的抑菌試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4 可知，在未添加活性炭之前，對(duì)照組對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率只有53%和49%左右，抑菌效果較差。隨著活性炭比例的增加，A 組、B 組和C 組對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率均顯著提高（P<0.05），其中B 組與C 組對(duì)大腸桿菌的抑菌率均超過(guò)90%，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率均超過(guò)70%，2 組之間無(wú)顯著性差異。綜合膨潤(rùn)土貓砂的各項(xiàng)性能指標(biāo)，選擇膨潤(rùn)土貓砂中活性炭的適宜添加比例為20%，制備的活性炭膨潤(rùn)土貓砂在吸水性、結(jié)團(tuán)性、粉塵率和除臭抑菌效果上有良好的表現(xiàn)。

表4 膨潤(rùn)土貓砂的抑菌試驗(yàn)結(jié)果（細(xì)菌濃度單位：105 cfu/mL）

在該試驗(yàn)中，隨著活性炭添加比例的增加，膨潤(rùn)土貓砂對(duì)大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的抑菌率明顯提高，可能原因有2 個(gè)。作為膨潤(rùn)土貓砂原料之一的麥飯石具有孔隙發(fā)育的篩網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能起到吸附滅菌的作用，據(jù)報(bào)道對(duì)大腸桿菌的抑菌率能達(dá)到95%?；钚蕴恳驈?qiáng)大的吸附能力，在醫(yī)藥上也用來(lái)吸附毒素、細(xì)菌等，活性炭膨潤(rùn)土貓砂能夠吸附貓尿與糞便中的一部分細(xì)菌、大部分有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，使有害細(xì)菌缺乏必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和適宜的生存環(huán)境，因此能夠有效抑制有害細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖，減少貓咪排尿排便攜帶病菌的概率，降低人畜共患病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論

該研究將活性炭應(yīng)用于膨潤(rùn)土貓砂的制備，選擇膨潤(rùn)土貓砂中活性炭的適宜添加比例為20%，鈉基膨潤(rùn)土為70%，麥飯石為10%，通過(guò)鈉基膨潤(rùn)土、麥飯石與活性炭三者的協(xié)同作用，保證膨潤(rùn)土貓砂在具備良好的吸水性和結(jié)團(tuán)性的同時(shí)，降低粉塵率，顯著提高膨潤(rùn)土貓砂除臭抑菌的效果，并高效吸附尿液、糞便中的臭氣，改善空氣質(zhì)量，抑制有害細(xì)菌的存活和增殖，降低貓咪攜帶病菌的風(fēng)險(xiǎn)。該貓砂無(wú)特殊香氣和異味，貓咪易于接受。而且所用活性炭主要由農(nóng)林廢棄物制得，實(shí)現(xiàn)了資源節(jié)約與廢物再利用，有利于貓砂行業(yè)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，因此活性炭膨潤(rùn)土貓砂具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。