王 诚 范秋苹 董桂红 何荣彦 郭慧君

（1.山东健源生物科技有限公司，山东 泰安 271000；2.山东宠言生物科技有限公司，山东 泰安 271000；3.山东农业大学，山东 泰安 271000）

随着宠物猫的数量日益增加，作为猫咪饲养的消耗品，猫砂的销量急速攀升，人们除了使用猫砂处理尿液粪便外，还对猫砂的除臭抑菌效果、提升猫咪舒适感和健康安全监测有了更高的要求。市面上现有的猫砂大致分别以下几类：膨润土猫砂、豆腐猫砂、植物猫砂、混合猫砂、水晶猫砂、木屑猫砂以及纸质猫砂等，这些猫砂均有各自的优缺点和受众群体[1]。目前膨润土猫砂的主要成分为钙基膨润土或钠基膨润土，因其价格低廉、吸水性强、脚感舒适拥有广泛的市场，但其缺点也很明显，结团一般、容易黏底、除臭抑菌效果差，粉尘较多，对易过敏的猫咪不太友好[2]。所以越来越多的研究将植物提取物、除臭因子、活性炭、益生菌酶、健康指示试剂等添加到上述猫砂中以满足产品性能的多样化。

该文的研究是以膨润土、麦饭石作为猫砂制备的主要成分，通过活性炭的加入，显著增强了膨润土猫砂的吸附性能，提高了膨润土猫砂的吸水性、结团性，并能高效吸收粪便、尿液释放的氨气和硫化氢等有害气体，改善人和宠物的居住环境，抑制有害细菌的增殖，降低猫咪携带细菌的风险。

1 材料与方法

1.1 试验材料

将市售钠基膨润土与麦饭石分别粉碎至300 目备用，活性炭选择市售粉状酸性活性炭，比表面积大于1 000 m2/g。

1.2 试验设备

符合环保要求的高温转炉、5R 粉碎机、立式圆型搅拌混合机、高速不锈钢滚球机、农用喷雾机、CA 风选机以及网状颗粒过筛机等均由本公司工厂提供。

1.3 试验方法

1.3.1 活性炭膨润土猫砂制备

该试验采用单因素试验设计，按照活性炭不同添加量设计对照组CK 组（不添加活性炭）、A 组（10%添加量）、B组（20%添加量）、C 组（30%添加量）共4 组试验组（见表1），每组重复3 次。将钠基膨润土粉、麦饭石粉与活性炭粉搅拌均匀后送入滚球机，滚球同时采用喷雾机喷水，制成粒径为4mm～6mm 的球粒，水的比例为混合物质量的20wt%。将所制球粒送入高温炉煅烧，具体煅烧过程如下：在温度为400℃时煅烧0.5h；在温度为500℃煅烧1h；在温度为600℃时煅烧1h，在温度为700℃时煅烧1h，在温度为800℃时煅烧1h，在温度为900℃时煅烧1h，经以上温度和时间煅烧后的滚球出炉。出炉冷却后进行风选清除粉尘，最后经过网状颗粒过筛机过筛，制得粒径大小基本一致的球型活性炭膨润土猫砂，试验前将各重复组猫砂混合备用。

表1 活性炭膨润土猫砂成分设计

1.3.2 猫砂吸水性能测定

参照刘策等人[3]的试验方法，将200 目标准筛放入白瓷盘中，并在200 目标准筛上面平铺一张慢速定性滤纸，向白瓷盘中倒入0.1 g/mL 尿素的生理盐水，将滤纸完全润湿时即停止倒水。取出润湿的滤纸进行称量并记录润湿的滤纸质量为m1，将滤纸重新放回到200 目筛中并铺平，用量筒称取10 mL 猫砂倒在滤纸表面，均匀铺在滤纸上，不要超出滤纸范围，计时15 min，然后将滤纸和吸水后的猫砂一同取出，得到此时的质量记为m2，每组重复3 次试验。猫砂吸水性（g/mL）=（m2-m1）/10×100。

1.3.3 猫砂结团性能测定

参照刘策、王鸽等人的试验方法，将1 kg 膨润土猫砂平铺于25 cm×12 cm ×8 cm（长×宽×高）的容器中，配制含0.1 g/mL 尿素的生理盐水，并置于37 ℃水浴中备用。每次用注射器吸取10 mL 上述备用溶液，在5 s 时间内，从2.5 cm的高度垂直加入膨润土猫砂中，10 s 后取出结块进行称重，并让结块从15 cm 高度自由落下，直到破碎为止。记录结块落下的次数，该次数即为结块强度，超过10 次仍不破碎的猫砂结团，结团强度记为10 次，每组重复3 次试验[3-4]。

1.3.4 猫砂粉尘率测定

称取100 g 膨润土猫砂过100 目筛，并在下方放置收集容器，收集筛出后的粉尘并进行称重，质量记为m3，每组重复3 次试验[3]。粉尘率（%）=m3/100。

1.3.5 猫砂除臭性能测定

氨气清除效果测定：在常温常压条件下（20℃，1 atm），将1.50±0.1 mg/m3的氨气15 L，以1 L/min 的流量，通过装有100 g 膨润土猫砂的大型气泡吸收管，使气体循环24 h，采集处理后的氨气，并采用纳氏试剂分光光度法测定氨气浓度，计算氨气清除率，每组重复3 次试验[5-6]。氨气清除率=（处理前浓度-处理后浓度）/处理前浓度×100%。

硫化氢清除效果测定：在常温常压条件下（20℃，1 atm），将150.00±5.00 μg/m3的硫化氢气体15 L，以1 L/min的流量，通过装有100 g 膨润土猫砂的大型气泡吸收管，使气体循环24 h，采集处理后的硫化氢气体，并采用亚甲蓝分光光度法测定硫化氢浓度，计算硫化氢清除率，每组重复3次试验[5，7]。硫化氢清除率=（处理前浓度-处理后浓度）/处理前浓度×100%。

1.3.6 猫砂抑菌性能测定

该试验参照美国材料与试验学会制定的《ASTME 2149-20 动态条件下的抗菌剂活性测定的试验方法》，通过测定膨润土猫砂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率来判断膨润土猫砂的抑菌性能[8]。

大肠杆菌抑菌检测方法：准备12 个250 mL 无菌烧瓶，每组3 个，做重复3 次试验。在室温环境下（25℃），向每个烧瓶内接种50 mL浓度为2.5×105cfu/mL的大肠杆菌溶液。48 h 后采用平板计数法统计指定接触48 h 瓶内只接种大肠杆菌浓度，然后向烧瓶中加入2 g 膨润土猫砂接触48 h，再次采用平板计数法测定加入膨润土猫砂48 h 后烧瓶内的大肠杆菌浓度。

金黄色葡萄球菌抑菌检测方法与大肠杆菌相同，金黄色葡萄球菌初始接种浓度为2.8×105cfu/mL。抑菌率=（指定接触48 h 只接种瓶内菌浓度-猫砂接触48 h 瓶内菌浓度）/指定接触48 h 只接种瓶内菌浓度×100%。

2 结果与讨论

膨润土猫砂的吸水性、结团性和粉尘率试验结果见表2。

表2 膨润土猫砂的吸水性、结团性和粉尘率试验结果

2.1 膨润土猫砂的吸水性能

猫砂的主要用途是吸收猫尿，因此吸水性是衡量猫砂产品的重要指标之一。由表2 可知，膨润土猫砂的吸水性能均在200 g/mL 以上，随着活性炭比例的增加，各组膨润土猫砂的吸水率逐渐上升，其中B 组和C 组的吸水性能显著高于对照组（P<0.05），吸水量均达到了250 g/mL。该数据说明膨润土猫砂能够吸收自身体积20 倍以上质量的生理盐水，与市面上各种类型的猫砂相比表现突出[3]。猫砂的吸水性能主要取决于膨润土的物理性质，膨润土的主要成分为蒙脱石，蒙脱石具有较高的黏性和吸水膨胀能力，而钠基膨润土是由传统膨润土钠化而来，其分散程度更高，膨胀倍数更大，吸水性能更强，因此钠基膨润土是用于制备猫砂产品的优质材料。该试验中随着活性炭比例的增加，各组猫砂的吸水量逐渐上升，可能是在钠基膨润土吸水膨胀的同时给活性炭创造了更多的吸附条件。因内部特殊的微孔结构，活性炭具有强大的吸附能力，在吸附微量有机物和异味的同时，也使吸水量略有增加。

2.2 膨润土猫砂的结团性能

早期的猫砂并不具备结团能力，后来为方便收集猫尿和猫粪而发明了结团猫砂，因此结团性能也作为绝大部分猫砂的性能指标之一。由表2 可知，膨润土猫砂的结团质量均在20 g 以上，随着活性炭比例的增加，膨润土猫砂的结团质量逐渐增加，其中C 组的结团质量显著高于其他组（P<0.05），另外3 组无显著差异，各组膨润土猫砂的结团强度随活性炭的增加有所降低，其中C 组的结团强度显著低于其他组，而另外3 组无显著差异。和豆腐猫砂、木质猫砂相比，膨润土猫砂的结团质量较大，可能是由于钠基膨润土的容重相对大一些，随着活性炭添加比例的增大，膨润土猫砂的结团质量有所增加，主要是吸水量增加引起的，但结团质量并不能代表结团性能的高低。猫砂的结团性能主要体现在结团强度上。从试验数据看，膨润土猫砂的结团强度都在6 次以上，表明该猫砂的结团强度较好，随着活性炭添加比例的增加，猫砂的结团强度有所下降，可能的原因是钠基膨润土在原料中所占比例降低，导致球粒之间的黏性下降，凝聚能力降低，进而影响了结团强度。

2.3 膨润土猫砂的粉尘率

膨润土猫砂的粉尘率一直是研究的重点之一。随着人们对猫咪的喜爱和生活质量的提升，购买者在选择猫砂时更注重猫咪的安全和健康，猫砂的粉尘不仅污染居住环境，猫咪长期生活在粉尘较多的环境中还容易患上呼吸道疾病，影响猫咪健康，因此对膨润土猫砂的粉尘率提出了更高的要求。

由表2 可知，各组膨润土猫砂的粉尘率均低于3%，随着活性炭比例的增加粉尘率逐渐升高，其中C 组的粉尘率显著高于其他组（P<0.05），另外3 组无显著性差异。由于制作猫砂的核心原料不同，膨润土猫砂、豆腐猫砂和木质猫砂都容易产生较高的粉尘，该试验为了降低膨润土猫砂的粉尘率，在制备膨润土猫砂时未选择原石，而是经过造粒和除尘，将粉尘率控制在3%以下。随着活性炭比例的增加，猫砂的粉尘率略有上升，原因可能是活性炭粉末比重轻且细腻，在生产和使用时较易产生粉尘。

2.4 膨润土猫砂的除臭性能

膨润土猫砂的除臭试验结果见表3。

由表3 可知，在加入活性炭前，对照组膨润土猫砂对氨气和硫化氢的清除率只有39%和32%左右。随着活性炭添加比例的增加，猫砂处理后的氨气和硫化氢浓度明显降低，A 组、B 组和C 组膨润土猫砂对氨气和硫化氢的清除率显著高于CK 组（P<0.05），其中B 组和C 组对氨气和硫化氢的清除率均超过了90%，2 组之间无显著性差异。

表3 膨润土猫砂的除臭试验结果

众所周知，国外对猫砂的研究起步早，技术成熟，在猫砂除臭抑菌方面积累了许多研究成果和技术，而国内的猫砂产业起步较晚，膨润土猫砂虽然占据了大量的市场份额，但该产品在除臭抑菌方面表现一般，对此需要进行深入研究。

该试验在膨润土猫砂原料中加入活性炭并进行造粒，活性炭添加比例超过20%后，膨润土猫砂表现出了优异的吸附性能，能够清除90%以上的氨气和硫化氢气体，这主要依靠钠基膨润土、麦饭石和活性炭的吸附作用。据研究表明麦饭石有吸附空气中二氧化硫的效果，而活性炭是公认的强力吸附剂，经常用于净化水质、脱色、吸附杂质和异味，活性炭主要由石墨微晶构成，内部有无数不规则的微孔，这些孔隙极大地增加了活性炭的比表面积，提高了活性炭的吸附能力，使其能强力吸附微量有机物并除臭、除味[9]。

2.5 膨润土猫砂的抑菌性能

膨润土猫砂的抑菌试验结果见表4。

由表4 可知，在未添加活性炭之前，对照组对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率只有53%和49%左右，抑菌效果较差。随着活性炭比例的增加，A 组、B 组和C 组对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均显著提高（P<0.05），其中B 组与C 组对大肠杆菌的抑菌率均超过90%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率均超过70%，2 组之间无显著性差异。综合膨润土猫砂的各项性能指标，选择膨润土猫砂中活性炭的适宜添加比例为20%，制备的活性炭膨润土猫砂在吸水性、结团性、粉尘率和除臭抑菌效果上有良好的表现。

表4 膨润土猫砂的抑菌试验结果（细菌浓度单位：105 cfu/mL）

在该试验中，随着活性炭添加比例的增加，膨润土猫砂对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的抑菌率明显提高，可能原因有2 个。作为膨润土猫砂原料之一的麦饭石具有孔隙发育的筛网状结构，能起到吸附灭菌的作用，据报道对大肠杆菌的抑菌率能达到95%。活性炭因强大的吸附能力，在医药上也用来吸附毒素、细菌等，活性炭膨润土猫砂能够吸附猫尿与粪便中的一部分细菌、大部分有机物和无机物，使有害细菌缺乏必需的营养物质和适宜的生存环境，因此能够有效抑制有害细菌的生长和繁殖，减少猫咪排尿排便携带病菌的概率，降低人畜共患病发生的风险。

3 结论

该研究将活性炭应用于膨润土猫砂的制备，选择膨润土猫砂中活性炭的适宜添加比例为20%，钠基膨润土为70%，麦饭石为10%，通过钠基膨润土、麦饭石与活性炭三者的协同作用，保证膨润土猫砂在具备良好的吸水性和结团性的同时，降低粉尘率，显著提高膨润土猫砂除臭抑菌的效果，并高效吸附尿液、粪便中的臭气，改善空气质量，抑制有害细菌的存活和增殖，降低猫咪携带病菌的风险。该猫砂无特殊香气和异味，猫咪易于接受。而且所用活性炭主要由农林废弃物制得，实现了资源节约与废物再利用，有利于猫砂行业和社会的可持续发展，因此活性炭膨润土猫砂具有良好的市场应用前景。