□ 谢素原 袁友珠 郑建伟

    乙二醇是合成塑料和纺织用品的重要原料之一，可与对二甲苯衍生的对苯二甲酸聚合而制备出聚酯、塑料和纺织用品，还可用作汽车防冻液、工业溶剂等。全球对于乙二醇的需求量巨大且逐年增长。目前全球乙二醇的年产量达4000万吨。

    长期以来，我国是乙二醇最大消费国和主要生产国，但由于缺乏石油每年从其他国家进口上千万吨乙二醇。

    为降低乙二醇的对外依存度，我国着力发展了从煤或合成气经过酯加氢转化为乙二醇的非石油路线万吨级生产技术——“煤或合成气制乙二醇”技术。该技术主要涉及从合成气到草酸二甲酯再到乙二醇的两步催化反应。草酸二甲酯加氢制乙二醇是“煤或合成气制乙二醇”中的关键环节之一，而催化剂是促进该反应的核心材料。铜基催化剂因其廉价和高活性被广泛应用于多种工业催化反应中，也是草酸二甲酯加氢制乙二醇常用的催化剂。草酸二甲酯加氢制乙二醇催化剂开发于20世纪80年代。尽管第一代铜铬催化剂成功实现了20万吨生产示范，但由于铬具有毒性，目前工业上基本采用非铬的铜硅催化剂。

    在催化草酸二甲酯加氢过程中，铜硅催化剂仍然存在至今尚未完全解决的瓶颈问题：催化剂热稳定性较差，催化剂随着反应时间推移会出现活性降低现象；反应条件较为苛刻，需要高压氢气条件，对于设备要求较高；乙二醇产品的纯度质量不够稳定等。因此，目前研究目标集中在对纳米铜基催化剂进行改性，以发展新型高效铜基催化剂。

    针对铜基催化剂存在颗粒烧结与价态失衡等问题，厦门大学谢素原团队、袁友珠团队，会同中国科学院福建物质结构研究所和厦门福纳新材料有限公司的研究人员，通过向传统的铜硅催化剂引入“纳米王子”富勒烯，来解决铜基催化剂存在的问题。富勒烯是一类纯碳团簇物质，与石墨和金刚石等同属于碳同素异形体，其发现者获得了1996年度诺贝尔化学奖。

    研究团队将富勒烯与铜硅催化剂复合，用于草酸二甲酯加氢制乙二醇，能够突破铜基催化剂稳定性欠佳的“瓶颈”，改变草酸二甲酯加氢制乙二醇原技术路线需高压加氢的条件，乙二醇收率相较非改性铜硅催化剂提高了近10倍，且产物中杂质含量大幅减少。

    目前，研究团队在实验室规模进行了草酸二甲酯加氢制乙二醇的1000小时稳定性测试。实验证明，富勒烯与铜基催化剂结合，有别于传统电子助剂电荷转移过程单向不可逆，富勒烯在非均相热催化加氢中表现出“电子缓冲”效应，使亚铜成分能稳定存在于氧化还原气氛中，确保了其催化草酸二甲酯加氢制备乙二醇的稳定性能，并大幅提高了富勒烯—铜—二氧化硅催化剂的本征活性，在常压条件下能以98%收率高效稳定地将草酸二甲酯转化为乙二醇，打通了具有工业应用前景的煤或合成气制乙二醇的常压合成技术难关。这一技术克服了副反应较多、催化剂易失活等问题，可减少氢气泄漏、爆炸等安全隐患，使煤或合成气制乙二醇技术更加绿色、安全。

    在后续研发中，研究团队将聚焦富勒烯—铜—二氧化硅催化剂的放大合成及其在草酸二甲酯加氢中规模化应用，进而打通“煤或合成气制乙二醇”全套流程的常压生产技术难关，在工业上实现替代石油路线的高质量、高安全、近常压、大规模制备乙二醇。

    （作者均系厦门大学教授）