碳酸氢钠（NaHCO₃）是一种常见的无机化工产品，广泛应用于医药、食品、饲料、轻工等领域。2024年全球产量约1247.9万吨，中国是全球最大的生产国和消费国，占全球总产量的近1/3。随着社会经济发展和人民生活水平的提高，碳酸氢钠产品向窄粒径、功能化和高端化方向发展。如在医用血液透析（碳酸氢钠是一种现阶段最符合机体生理要求、最理想的透析制剂，用于校正肾衰竭酸中毒；窄粒径球形颗粒密度大且均一、流动性好、溶解速率均匀可控，有利于在透析机上实现B液连续配制，防止结块和堵塞管道；+270 μm<10%; -150 μm<10%）、饲料（500~1000 μm, 防止牲畜被小颗粒呛咳）和烟气脱硫（150~500 μm, +830 μm<8%; -380 μm<8%）等场景中，对产品颗粒大小及分布、形貌和流动性有极高要求。然而，国内现有技术生产的多为针状小颗粒（d₅₀一般约70~150 μm），难以满足生产需要，大颗粒产品尤其是透析用碳酸氢钠产品长期依赖进口。

近日，青岛能源所绿色反应分离与过程强化技术中心研究团队在大颗粒球形碳酸氢钠制备领域取得重要进展。为了降低生产成本，研究团队摒弃了传统颗粒状碳酸氢钠以不饱和碳酸氢钠和碳酸钠为反应溶液导致废水处理量极大、生产成本较高的技术路线，提出以饱和碳酸氢钠为底液、配制一定浓度碳酸钠溶液为反应溶液的新策略。此外，研究团队创新性地将脉冲发生器与可防堵塞的微孔膜曝气（工作时间>26 h）相结合，能够在反应过程中稳定产生直径<1 mm的微细气泡，显著提升了气液传质效率，同时可有效防止膜孔堵塞，保障系统长时间稳定运行。

通过系统优化反应温度、碳酸钠浓度、二氧化碳浓度和流量、晶种添加量及反应次数等参数，确定了最佳工艺条件。研究结果表明，采用以Na₂CO₃-NaHCO₃-H₂O三元体系相图（如图1所示）为指导的优化工艺路线，单次反应碳酸氢钠产品中位粒径可达181.4 μm，经过6次反应接力生长，产品中位粒径进一步提升至414.5 μm，产品形貌趋于类球形，且纯度高。此外，基于小试优化的工艺条件，采用自主设计的新型反应结晶器，结合补加碳酸钠和细晶消除的调控策略，大幅提高了体系固含率，增加颗粒之间及颗粒与桨叶、器壁之间的碰撞频率，使产品球形度得到显著提高。最后，采用团队极具特色的流化-筛分颗粒精准分级技术（可将30 nm至毫米级固体颗粒按需要进行极窄粒径的精准分级，已用于广西田东某企业氧化铝工业侧线、青岛某企业氮化硅以及济南某集团木糖醇等颗粒的精准分级），实现了球形窄粒径分布大颗粒碳酸氢钠产品的制备，产品形貌、粒径及其分布甚至优于进口产品。由上可知，本研究通过系列工艺创新（如饱和母液循环利用、间歇反应结晶、多次反应结晶控制晶体长大等）和装备创新（如脉冲式微孔膜曝气技术、新型反应结晶装备和流化-筛分颗粒精准分级装备等），可实现医用透析、饲用和烟气脱硫用等高品质碳酸氢钠的低成本、规模化稳定生产，尤其是有望打破国外在医用透析方面的垄断，引领行业发展。

图1 大颗粒球形碳酸氢钠：(a)肾透析碳酸氢钠产品；(b)Na₂CO₃-NaHCO₃-H₂O三元体系相图；(c)碳酸氢钠产品分级前后的粒径分布；(d)分级后球形碳酸氢钠产品粒径和形貌；(e)产品纯度检测。

相关研究成果发表在国内过程工程领域具有较高学术影响力的中文核心期刊《过程工程学报》上，黄青山研究员为通讯作者。该工作获得了国家科技重大专项的支持。(文/图 肖航)

原文链接：https://link.cnki.net/urlid/11.4541.TQ.20260603.1455.002

孙广昊, 肖航, 张海东, 王真真, 黄青山, 苏畅. 脉冲式微孔膜曝气制备大颗粒碳酸氢钠的研究. 过程工程学报, 2026, DOI: https://doi.org/10.12034/j.issn.1009‑606X.226074.