氯丁橡胶（Chloroprene rubber，CR），是由氯丁二烯（2-氯-1,3-丁二烯）为主要原料进行α-聚合得到，属于世界七大合成橡胶之一。凭借其优异的耐油性、耐老化性、阻燃性和高粘接强度等特性，CR现已广泛应用于汽车工业、粘合剂、电信电缆、传输带和各类军事及航天等领域。CR的单体氯丁二烯的工业制备方法主要有丁二烯法和电石乙炔法。其中，国外多采用丁二烯法，首先通过石油气裂解获得聚合级丁二烯，随后经过液氯氯化、异构化和脱氯化氢反应，最终制得氯丁二烯。不过，该生产方法容易受石油价格波动的影响。电石乙炔法则是利用电石首先制备乙炔，随后通过乙炔二聚反应生成乙烯基乙炔（MVA），最后与氯化氢反应制得氯丁二烯。由于我国拥有丰富的煤炭资源，因此电石乙炔法在我国得到广泛应用。
乙炔二聚制备MVA是电石乙炔法生产CR的关键反应步骤，使用的催化剂为纽兰德催化剂（Nieuwland catalyst，CuCl-NH4Cl-HCl-H2O），常在间歇式鼓泡反应器中进行。然而，该工艺存在乙炔单程转化率低（<20%）、MVA选择性不高（<85%）、且易形成高聚物堵塞反应器等缺点。
基于此，石河子大学化学化工学院“乙炔化工研究团队”在乙炔二聚领域开展了持续的研究工作，按研究体系分为“气—液相”鼓泡床反应体系和“气—固相”固定床反应体系。
“气—液相”鼓泡床反应体系：在水相/非水相体系，对影响反应的各因素进行了系统的筛选和优化，包括主催化剂、助催化剂（第二金属）、反应溶剂、助溶剂、有机配体、反应温度和乙炔空速等，确定了不同体系下的最优反应条件，建立了多种催化体系，有效提高了乙炔转化率、MVA选择性和催化剂使用寿命；同时明确了催化剂反应机理和失活机制。相关研究成果发表在：化学工程, 2015, 43(6), 60-64; Catalysts, 2016, 6, 120; Catalysts, 2017, 7, 394; Catalysts, 2018, 8, 337; Catal. Commun., 2020, 136, 105922; Catal. Lett., 2020, 150, 1766; J. Chin. Chem. Soc., 2022, 69, 522; Molecules, 2022, 27, 602等；授权中国发明专利3件：ZL201410395199.2; ZL201610088147.X; ZL201910400751.5。
气—固相固定床反应体系：报道了首例乙炔二聚“气—固相”固定床反应催化体系。采用浸渍法，制备了系列Cu/AC、Cu-metal/AC和Cu-ligand/AC等催化剂，并研究了其在气—固相乙炔二聚反应的催化活性和使用寿命。结合密度泛函理论（DFT）计算和系列催化表征技术，详细研究了该催化的活性中心、反应过程、催化剂失活机理和再生方式等。相关研究成果发表在：New J. Chem., 2019, 43, 13608; Ind. Eng. Chem. Res., 2020, 59, 110; Catal. Lett., 2021, 151, 2990; ACS Omega, 2022, 7, 43265; Ind. Eng. Chem. Res., 2023, 62, 19547; Mol. Catal., 2023, 551, 113650; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2024, 16, 7345; Mol. Catal., 2024, 564, 114321等；授权中国发明专利2件：ZL201811299993.1；ZL202310390781.9。
最近，团队成员在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》（中科院一区，IF=7.3，TOP期刊）期刊上发表了该领域的最新研究成果，题为“Highly Effective Catalytic and Modeling Kinetics of Acetylene Dimerization with a Phosphorus-Doped Activated Carbon-Bifunctional Solid Acid Catalyst”（ACS Sustainable Chem. Eng. 2025, 13, 1006−1016），石河子大学化学化工学院博士生宋奇为论文第一作者，王琴琴副教授和代斌教授为共同通讯作者。
在本工作中制备了双位点固体酸催化剂，调控了催化剂中B酸和L酸位点的分布。结果表明，磷掺杂提升了催化剂中的B酸和L酸含量，减少了强酸含量。B酸和L酸的协同作用，为Cu活性位点创制了适宜的催化环境，MVA选择性达到98%。同时，双位点固体酸催化剂削弱了对乙炔的强吸附作用，抑制了多聚反应的发生，提升了催化剂的稳定性。此外，P-OH官能团可以增强对乙炔的吸附作用，提升铜位点周围的乙炔浓度，有助于提高乙炔二聚催化反应效率。反应动力学研究表明，气体流速为350 mL·h-1，W/F比为0.01g·h·mL-1，催化剂粒径0.18-0.15 mm，可以忽略外部和内部扩散效应对反应的影响。为了预测P掺杂催化剂的活性-时间行为，提出了一个基于Weibull分布的经验模型，这种创新的动力学模型显著提高了对乙炔二聚反应过程和动力学的理解。
该领域研究工作主要是在代斌、张金利、谢建伟、王琴琴等老师的指导下完成的，参与的学生包括硕士生卢俊龙、刘海月、游延贺、张启霞、李聪聪、郑棱、杨红和博士生罗定节和宋奇等。研究得到了973前期研究计划（2012CB722603）、国家自然科学基金面上项目（21776179）和地区科学基金（21463021）、兵团博士基金（2012BB010）和石河子大学科研启动项目（RCZK201934）的资金支持。
图文：谢建伟、王琴琴
初审：张海洋
复审：刘平
终审：徐炜杰
