电石(CaC2)是一种重要的煤化工产品,其多元化应用对促进煤化工的可持续发展具有重要的意义。目前,电石行业存在消费结构单一、相关工艺污染高等问题,且未充分利用CaC2的本征化学性质。因此,研究CaC2的新化学反应,开发利用其直接生产高值化学品的新工艺,拓展其新用途,实现电石行业的可持续发展十分必要。目前,CaC2新化学反应的研究,主要是将其作为原位乙炔的原料,提高反应的安全性,属于乙炔化学的延伸,主要是实验研究,离实际应用还有很大距离。本文从CaC2反应活性的限制因素及其自身强碱性出发,采用机械活化技术开展碳化钙机械化学研究,同时研究CaC2在碱催化反应中的应用。具体研究了 CaC2与氯化聚合物制备碳材料、对酮类物质缩合的催化作用,以及与醇反应制备醇钙联产乙炔的CaC2应用新途径,并详细地考察和分析了反应过程中的各种因素的影响、作用的机理以及相关产品的应用性能。首先,本文通过氯化聚合物与CaC2的机械化学和热化学反应制备了碳材料,研究了两种方法在反应机理和制备材料结构上的差异。氯化聚合物与CaC2的机械化学反应是CaC2中C≡C逐渐取代聚合物链上的C1,形成三维网状结构碳材料的过程;而热化学反应则是氯化聚合物热分解及其与CaC2剧烈反应生成混合碳材料的过程。机械化学反应更彻底,过程温和可控,适合宏量制备。与热化学法碳材料(CMs-T)相比,机械化学法碳材料(CMs-M)具有更高的比表面积和发达的孔隙结构,表面具有更多的C≡C、C-O和COOH基团,但石墨化度较低。其次,分别研究了上述两类碳材料的吸附和电化学性能。与CMs-T相比,CMs-M具有较大的比表面积和丰富的表面基团,因此具有更好的二苯并噻吩(DBT)和Hg2+吸附性能。CMs-M对DBT的吸附为多层物理吸附过程,符合Freundlich模型;而Hg2+的吸附是化学吸附过程,符合Langumir模型,且符合拟二级动力学模型。CMs-M具有优异的Hg2+吸附性能,其饱和吸附量达291.2 mg·g-1，这主要得益于其表面炔基和含氧基团与Hg2+的络合作用。该吸附量远高于传统活性炭和其它新型碳基吸附剂,是目前最好的吸附剂之一,同时可循环再生,具有巨大的工业应用潜力。另一方面,所得碳材料,尤其是CMs-T作为电极材料,具有典型双电层电容行为和较好的充放电行为。CMs-T的电流密度稳定性和扫描速率稳定性都略优于CMs-M。所得CMs均具有优良的循环稳定性,1000次充放电循环后电容都保持在92%以上,显示良好的实用性。CMs材料具有优异的导电性能和快速充放电性能。整体来说,具有较高石墨化度和有序结构的CMs-T的电化学性能略优于CMs-M。综上,机械化学法合成的碳材料比表面积大、表面基团丰富,适合用作于吸附材料;热化学法合成的碳材料石墨化程度高,有利于制作高性能电容器等。第三,研究了以CaC2为催化剂和填料的丙酮缩合的催化精馏工艺过程。采用催化精馏方法,实现了 CaC2高效催化丙酮缩合制备双丙酮醇(DAA)、异亚丙基丙酮(MO)和异佛尔酮(IP)的过程,同时实现了丙酮的高转化率和产物的高选择性。较低的反应温度和较高的回流速率更利于DAA和MO的生成,反之则更易生成MO和IP。该过程可对产物组成进行有效控制,降低生产和操作成本,在发挥CaC2强碱性催化作用的同时,实现其水解制乙炔的原有价值。同时,研究了 CaC2对于苯乙酮缩合反应的高效催化作用,实现了苯乙酮缩合和CaC2水解反应的耦合。结果表明,升高温度、延长时间都对苯乙酮缩合有利,但温度过高、时间过长会导致深度缩合;增加CaC2用量,减小其粒径有利于苯乙酮缩合反应的进行。最后,研究了 CaC2与甲醇、乙醇、乙二醇的机械化学反应,实现醇钙和乙炔的温和制备。建立了与醇的反应过程中,CaC2转化率的经验关联式。反应的转化率与醇中碳原子数负相关,和醇中OH个数和转速正相关,且受碳个数和OH个数影响更大。CaC2与甲醇、乙醇、乙二醇的反应动力学都满足Avrami-Erofeyev模型。