题目：Enhanced selective removal of lead from battery industry wastewater using MoS₂@PbCO₃ composite seeds via a nucleation crystallization pelleting process

发表时间：2025年3月

第一作者：王亚东 博士研究生

通讯作者：金鹏康 教授

创新点：

1. 开发了MoS₂@PbCO₃复合晶种，兼具二硫化钼的高选择性与碳酸铅的结构导向性，解决了铅酸电池废水中多离子共存体系选择性难题；

2. 优化NCP工艺参数实现了铅离子的异相结晶主导，较传统化学沉淀法污泥量减少90%以上，产物纯度提升至工业级；

3. 通过CP2K计算及多尺度表征（XPS、QCM-D等），揭示了选择性富集的界面作用机制（范德华力为主导），为设计高选择性晶种提供了理论依据；

4. 工艺在复杂水质（含SO₄^2-/Cl^-、pH/温度波动）中表现稳定，为铅酸电池废水“资源-环境”协同治理提供工业化解决方案。

图文摘要：

文章简介：

铅作为重要的战略性金属资源，在我国新能源产业及新型电力系统建设中发挥着不可替代的作用。随着"双碳"战略的深入推进，铅酸电池在电动汽车、可再生能源储能等领域的应用规模持续扩大，国家发改委《"十四五"循环经济发展规划》明确提出要加强退役动力电池循环利用。然而，传统铅矿开采面临资源品位下降、生态环境破坏等问题，全球已探明铅矿储量仅可满足约30年需求。与此同时，我国每年产生的废旧铅酸电池超过300万吨，不规范拆解产生的含铅废水对土壤及地下水造成持久性污染，仅2022年就引发多起血铅超标公共卫生事件。现有铅回收技术普遍存在化学药剂消耗量大、重金属共沉淀严重等缺陷，难以实现废水中铅离子的高效选择性回收。开发新型铅资源回收技术，既是保障国家战略资源安全的关键举措，更是破解"铅污染-资源浪费"恶性循环的治本之策，对推动循环经济发展和生态环境治理具有双重战略价值。

针对含铅废水净化与铅资源高效回收的双重需求，本研究创新性开发了基于MoS₂@PbCO₃复合晶种的核晶造粒工艺（NCP）。通过耦合晶种特异性诱导与水力流化调控，显著强化了Pb²⁺的异相成核效率，污泥产率较传统化学沉淀法降低90%以上（图2）。在180小时连续运行中，系统表现出优异的稳定性与选择性：Pb²⁺以碳酸铅形式的总回收率稳定于94.3%，而共存离子Co²⁺与Cd²⁺的去除率均低于10%（图3）。微观表征表明，造粒体在运行后期形成分级多孔结构（孔隙率提升31%）（图4），进一步通过界面传质强化了Pb²⁺的选择性捕获。结合多尺度表征与理论计算，揭示了Pb²⁺回收的分子机制：MoS₂表面硫空位对Pb²⁺的选择性富集能力（-0.124 eV）显著优于Co²⁺（+1.762 eV）与Cd²⁺（+0.284 eV）（非自发）（图5），且分布系数（K_d~7.2×10⁷ mL/g）高3个数量级，表明Pb²⁺的富集由硫-铅特异性配位与PbCO₃异相成核协同驱动（图6）。该研究为铅酸电池废水提供了“回收-减污”协同增效的解决方案，并为高选择性金属回收材料的理性设计提供了新范式。

图1 铅专用晶种设计合成及表征

图2 NCP工艺铅离子选择性回收性能分析

图3 NCP工艺连续运行稳定性评估

图4 造粒体表观形貌分析

图5 造粒体组成成分解析

图6 核晶造粒铅资源回收机制解析