Приготовление цеолитных катализаторов для нужд химпрома представляет собой очень сложную и трудновоспроизводимую процедуру, что делает промышленное применение таких катализаторов нерентабельным. В Федеральном технологическом институте ETH Zurich [1] (Швейцария) разработан куда более удобный двухстадийный процесс, позволяющий с лёгкостью синтезировать катализаторы со структурой цеолита в промышленных масштабах. Цеолиты [2] представляют собой твёрдые кристаллические порошки, характеризующиеся необычайно высокой пористостью на уровне кристаллической структуры. Подобно другим типам гетерогенных катализаторов, они способны ускорять определённые реакции и (или) направлять их в сторону образования желаемых продуктов. В рассматриваемой работе была создана методика синтеза цеолитного катализатора, ускоряющего реакции окисления органических субстратов. Такие катализаторы особенно востребованы при промышленном производстве лактонов [3] из кетонов (реакция Байера — Виллигера [4]).
Процесс начинается с вымывания алюминия в кислой среде с образованием вакансий, которые затем заполняются при обработке подготовленного цеолита раствором ацетата олова. (Иллюстрация Wiley-VCH.)
Прямое получение лактонов — затратный и долгий процесс, поскольку побочными продуктами таких реакций являются кислоты, катализирущие раскрытие лактонового кольца. Присутствие же в реакционной смеси оловосодержащих цеолитов позволяет использовать в качестве окислителя простой пероксид водорода, и тогда единственным побочным продуктом будет безвредная вода. Однако этот чудодейственный метод так до сих пор и не принят промышленностью, поскольку нуждается в слишком специальных неприродных цеолитах, на синтез которых уходит по меньшей мере 40 дней. Но хуже всего то, что этот невероятно долгий процесс практически не поддаётся контролю и в любой момент может дать осечку.
Швейцарские учёные пошли совсем другим путём. Вместо традиционного синтеза нужного цеолита с нуля с использованием оксидов кремния, алюминия и олова они решили использовать в качестве отправной точки природный алюмосиликатный цеолит, который в два шага был трансформирован в оловосодержащий материал. Сначала нужное количество атомов алюминия удалили из сырого алюмосиликатного цеолита вымачиванием в кислом растворе при нагревании, а затем образовавшиеся вакансии заполнили атомами олова в результате обработки подготовленного цеолита раствором соли олова в течение всего 15 минут. Анализ готового продукта показал гораздо более высокое содержание олова, чем в случае веществ, полученных классическим методом прямого синтеза. Благодаря последнему обстоятельству такой цеолит обладает значительно более высокой каталитической эффективностью, что позволяет начать разработку промышленного крупнотоннажного производства полилактида [5] из растительного сырья. Последний используется в качестве исходного материала при изготовлении полимерной упаковки.