甘油转化乳酸甲酯

【引言】

甘油，生物柴油的主要副产物，可通过选择性氢化、脱水、氧化、酯化等反应变为高附加值的化工产品。而通过甘油生产乳酸及乳酸的酯类衍生物因其具有高的经济价值而被人们所广泛研究。在甲醇体系中，甘油可被直接催化转化为乳酸甲酯，避免了水体系需要相分离、提纯的繁琐。设计合成高效的甘油转化催化剂是目前的研究热点之一。

【成果简介】

近日，郑州大学的杨晓梅老师在ACS Catalysis上发表了以Sn掺杂的USY分子筛为载体，担载Au纳米粒子作为复合型催化剂，高效催化转化甘油为乳酸甲酯的文章。探究了Sn对于该反应的促进作用的原因。

【图文导读】

甘油转化为乳酸甲酯的过程如图一所示。（1）甘油氧化为1,3-dihydroxyacetone (DHA) and glyceraldehyde (GA)，（2）DHA脱水形成pyruvaldehyde (PA)，（3）PA与醇加成，发生异构化，生成乳酸甲酯（MLA）。

图一 甘油在甲醇体系转化为乳酸甲酯的反应过程示意图。

作者先将USY分子筛通过硝酸处理，得到脱铝的USY分子筛DeAl-USY。再将SnCl4与之混合，充分研磨后于550℃灼烧3小时，得到Sn-USY分子筛。PVA保护的Au纳米粒子通过液相沉积的方法负载于Sn-USY分子筛载体，干燥灼烧后得到复合催化剂Au/Sn-DeAl-USY，如下图所示。

XPS的测试表明，负载Au的Sn-USY分子筛比不负载Au纳米粒子的USn-USY在结合能486.6以及495.0处多出两个信号峰，表明Au纳米粒子与Sn之间有相互作用（图五）。Au纳米粒子的电子会转移向介孔孔道中骨架外的Sn物种。

图五 3Sn-DeAl-USY 与 1Au/3Sn-DeAl-USY的XPS谱图。

作者系统探究了不同合成条件制备的催化剂（pH、Au/PVA比、Sn含量、Au负载量）以及不同反应温度下对于甘油转化为乳酸甲酯的反应的催化活性（图六、表一）。

笔者认为：该工作的亮点在于制备了Au-Sn-USY的复合双功能催化剂，既利用了Au纳米粒子的氧化性，也利用了Sn引入分子筛后带来的酸性。实现了甘油到乳酸甲酯的原位转化。降低经济成本的同时，实现了变甘油为“宝”的目的。

还有如下两点疑问：

1）是否可以通过原位合成的方法，将Sn、Au同时引入到分子筛中，将合成过程简化？

2）Au与Sn是两种不同的活性位点，两者之间是否存在一个的距离，可以在实现甘油的高效转化的同时，可以得到乳酸甲酯的更高的选择性？即：Au纳米粒子与Sn之间的相互作用，是否真的是该催化剂高活性的内在因素？