乳酸类产品是一类十分重要的有机化工中间品,广泛应用在药品、食品和化妆品等多种行业中。目前乳酸类产品主要采用糖类发酵法进行工业生产,该生产方法不仅对环境造成的污染较为严重而且原料利用率也很低。为了克服传统制备工艺的诸多缺陷,研究者们对合成方法进行了深入探索。自从研究者发现锡为活性位点的分子筛能够绿色有效催化生物质糖转化成乳酸类产品后,锡硅分子筛作为绿色催化剂在该方向引起了人们的广泛关注。然而,研究发现,尽管锡作为活性位点能绿色高效的催化生物质转化的反应,但反应效果除受活性位点影响外,分子筛的晶内扩散限制对催化效果的影响也非常重要。为了解决尺寸较大的分子在微孔中的传质性能较差的问题,具有介孔或大孔的多级孔催化材料被开发出来。这类材料的多级孔结构可以有效地增强活性中心的可接近性,从而使其在大尺寸分子催化反应中表现出十分优异的性能。目前开发出的多级孔材料结构丰富,进一步从多级孔材料的孔道结构对传质性能方面考虑,发现具有三维连续的介孔或大孔孔道结构的传质与常见的“孔穴式”孔道结构类型相比更有效,因此制备出具有三位连续孔道结构的多级孔锡硅分子筛具有着非常重要的意义。本课题硬模板剂采用IRA-900树脂小球,硅源选用C8H20O4Si,锡源选用Sn Cl4·5H2O,碱源选用有机碱C12H29NO,通过离子交换、水热处理以及焙烧等过程,得到了具有球形形貌的多级孔锡硅分子筛,这说明样品完好地复刻了硬模板剂的形貌。SEM、XRD、TEM、氮气吸脱附等表征测试的情况说明,制备的球形催化剂HP-Sn-ZSM-5具有规则的形貌和光滑的表面,小球的直径在0.3 mm～0.8 mm,且分子筛内部微孔与介孔相互贯通。通过紫外的测试结果可知骨架中绝大多数的锡原子的配位形态是四配位形态。以二羟基丙酮醇解制备乳酸甲酯和葡萄糖醇解制备乳酸甲酯两个生物质转化反应对多级孔锡硅分子筛HP-Sn-ZSM-5进行催化性能的考察。结果表明,HP-SnZSM-5对这两个反应都有较好的活性。在催化二羟基丙酮醇解制备乳酸甲酯反应中,当采用催化效果最好的硅锡比为60的HP-Sn-ZSM-5在最优催化条件下进行催化反应,乳酸甲酯的收率为64%,选择性可达95%。用硅锡比为60的微孔SnZSM-5催化剂和介孔催化剂Sn-SBA-15在上述实验条件下进行对比实验,产物的收率分别为53%和31%,均低于多级孔催化剂硅锡比为60的HP-Sn-ZSM-5,这种情况归因于三维连续的多级孔孔道可增强反应物分子与活性中心的可接近性。在催化葡萄糖催化转化乳酸甲酯反应中,160 oC反应10 h,当硅锡比为60的HP-SnZSM-5-60用量为200 mg,乳酸甲酯的收率高达42%,其选择性也达到95%。流失测试结果表明了球形催化剂HP-Sn-ZSM-5具有很高的稳定性,在多次反应后,催化剂的锡物种仍然稳定地存在于骨架中,没有发现明显流失。更值得一提的是,催化剂在催化反应完毕后片刻就会沉到反应器底部,无需进行离心和过滤等操作就可与溶液分离,这种易于分离的特性使其在实际工业应用中具有重要的意义。