近日，我院潘军青教授课题组围绕资源有效利用方向，采用旋转液膜反应器强化废铅膏脱硫速度，并阐明新的脱硫机理，在《Advanced Science》发表了题为“Ultra-fast recyclable and value-added desulfation method for spent lead paste via dual intensification processes”（Adv. Sci. 2023, 2304863）的研究论文。开发低成本清洁的废铅膏预脱硫技术在回收再生铅资源的火法和湿法工艺中具有重要的应用价值。本研究突破现有预脱硫技术需要化学试剂消耗多、硫酸盐母液蒸发成本高和难溶物PbSO4脱硫速度慢等问题，采用双旋转液膜反应器强化石灰的浸出过程，通过高速转子和定子之间的可控间隙，使原料通过瞬间完成固液表面更新，实现快速高效混合、分散、粉碎和反应等目的，本论文通过旋转液膜反应器强化的增值高效的石灰超快循环脱硫工艺，将铅膏脱硫时间由40 min大幅缩短至10 s，脱硫率高达99.7%；石灰硫化时间由30 min缩短至30 s，硫化率高达98.6%，实现了脱硫母液的循环再生，极大降低了脱硫过程成本，克服了由内扩散控制导致的反应缓慢和脱硫不彻底问题，构建了技术经济可行的清洁脱硫新方法。
图1.废铅膏超快速脱硫和石灰硫化的新强化工艺示意图。
旋转液膜反应器（RLFR）作为一种新的强化装置，利用转子-定子系统产生的巨大剪切力，促使原料和液体在挤压作用下迅速极大地提高扩散控制的化学反应过程中的传质速率（图1）。为了证明母液的工艺放大效应和可回收性，以每批次300 g废铅膏和每批次112 g Ca(OH)2为原料，在最佳条件下连续运行了10批次强化脱硫和石灰硫化工艺（图2）。10个批次的平均脱硫率高达99.7%和Ca(OH)2的平均转化率高达98.2%，证实强化脱硫工艺和石灰强化硫化工艺稳定可行，也对石灰在水泥、火电和冶金等尾气脱硫具有促进和启发意义。
图2. 母液放大效果和可回收性以及新强化工艺的经济效益评估。
本文第一作者为我院博士生柴路路，潘军青教授为本文通讯作者，北京化工大学为第一单位。本工作得到了国家十三五重点专项、国家自然科学基金和北京化工大学百人计划的资助。