杂原子分子筛的开发有效地克服了纯硅分子筛在实际应用中活性较低的限制,尤其是Lewis酸性杂原子分子筛具有一定的接受电子对能力,不仅可以活化底物,甚至可能改变反应历程,使其在催化领域拥有更加广阔的应用前景。然而,当今大部分杂原子分子筛都为粉末状,尽管它们在催化反应中具有很高的催化性能,但是在反应结束后往往需要高速的离心或特殊的过滤等手段才能达到分离的目的,一旦应用于工业化容易造成大量的能源浪费及人力物力消耗。因此,开发一种催化性能好、易分离、稳定性好、重复利用率高的催化剂显得十分必要。本课题采用硬模板法,以廉价的IRA-900阴离子交换树脂为硬模板剂、以正硅酸四乙酯为硅源、以SnCl4·5H2O为锡源,在含四丙基氢氧化铵(TPAOH)的水溶液中,通过水解、离子交换、水热处理以及焙烧等过程,得到锡掺杂的二氧化硅分子筛球形催化剂,且完美地复制了硬模板剂IRA-900的宏观形貌和孔道结构。扫描电镜、光学显微镜、透射电镜、X射线衍射、氮气吸附脱附等表征技术结果表明,获得的催化剂Sn-MesoSB形貌规则、表面光滑,粒径大约在0.3 mm~0.9 mm、孔径约为32 nm,且锡原子分布均匀。固体紫外表明锡原子在分子筛骨架中大部分以四配位形式存在。以Baeyer-Villiger氧化反应和二羟基丙酮转化为乳酸甲酯的反应为探针反应,对锡掺杂介孔球形催化剂进行催化性能研究。结果表明Sn-MesoSB对两个探针反应均展现出了良好的催化性能:在最优条件下,对于金刚烷酮的Baeyer-Villiger氧化反应,反应仅仅需要3 h转化率就接近100%且选择性高达99%以上;对于二羟基丙酮的生物质转化,转化率达到87%,选择性为99%。这主要归因于连续的3D介孔孔道有利于提高反应物与催化中心的接触。除此之外,Leaching测试和重复利用性实验证明了球形催化剂Sn-MesoSB具有很好的稳定性,五次催化完后几乎没有活性位点的流失。值得一提的是,催化反应结束后,仅仅需要几秒钟催化剂就自行沉淀到反应器的底部,不需要特殊的过滤或高速的离心,即可达到自动分离的目的,具有巨大的潜在工业应用价值。