[发明专利]双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于化学化工技术领域，具体涉及一种由双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类模板剂合成具有MFI型孔道结构的含介孔ZSM-5硅铝分子筛的方法。

背景技术

沸石分子筛是有稳定结构和一定大小的孔道的微孔材料，具有优良的择形催化性、筛分作用、热稳定性、强酸性和水热稳定性等特点，被广泛应用于精细化工、石油催化裂化等关系国计民生及国民经济命脉的关键领域。

ZSM-5分子筛是由Mobile公司于1972年开发的一种沸石分子筛[US3702886]，ZSM-5沸石具有很高的硅铝比，根据需要可合成出不同硅铝比的分子筛而且可以在10至3000以上的广阔范围内变化。ZSM-5沸石含有十元环，基本结构单元是由八个五元环组成的。其晶体结构属于斜方晶系，空间群P_nma，晶格常数它具有特殊的结构不含A型、X型和Y型沸石那样的笼，其孔道就是它的空腔。骨架由两种交叉的孔道系统组成，直筒形孔道是椭圆形，长轴为短轴为另一种是“Z”字形横向孔道，截面接近圆形，孔径为属于中孔沸石。“Z”字形通道的折角为110度。钠离子位于十元环孔道对称面上。其阴离子骨架密度为1.79克/厘米³。因此ZSM-5沸石的晶体结构非常稳定。

由于ZSM-5分子筛在化学组成、晶体结构及物化性质方面具有许多独特性，因此在很多有机催化反应中显示出了优异的催化效能，在工业上得到了越来越广泛的应用，包括二甲苯异构化、甲醇自催化制备汽油、催化重整、烷基化反应及加氢催化等诸多应用，已成为石油化工行业中非常有前途的催化剂。

然而，ZSM-5微孔沸石孔道小于1nm，易堵塞，扩散速率慢，因此，吸附和反应主要发生在沸石的外表面而内部孔道却很难利用，导致分子筛催化剂总的有效利用率降低，限制了孔道对反应物和产物的选择性作用。另外，由于微孔分子筛孔径较小，一方面在孔道内形成的大分子不能快速逸出，另一方面大直径分子进入孔道困难，常导致副反应发生，极大地限制了其应用范围。

介孔分子筛具有孔径较大，传质较好的优点。同时具有沸石分子筛及介孔材料的优点，具有很好的择形性能和传质能力，认为是潜在的下一代催化材料，有望作为催化材料，应用于石油裂解、精细化工、大分子有机合成及吸附材料等领域。但是，介孔分子筛具有酸性较弱，稳定性差的缺点，不利于大规模应用。

1996年来自荷兰的kloetstra等(Micropor.Mater，1996，6：287)最先报道了微孔-介孔复合分子筛，微孔-介孔双孔道复合分子筛的出现可以解决微孔分子筛的以上不足，一经面世立即受到广泛的关注，这类具有潜在工业应用前景的催化材料立即被人们所认可，而有关这方面的研究也呈上升趋势。

本发明在未破坏原有ZSM-5沸石微孔结构的基础上进行造孔，实现了微孔-介孔复合孔道结构的制备；且所需原料价格低廉，成本可控，可用于大规模生产，产业化前景广阔。

发明内容

本发明的目的是针对现有的介孔ZSM-5沸石分子筛合成方法的不足，提供一种新型双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类模板剂来合成具有微孔-介孔复合孔结构的ZSM-5分子筛及其合成方法。

为了达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物，其结构式为：

其中，m为1～5中的任一整数，n为2～16中的任一整数，X为F、Cl、Br或I。

本发明还提供了上述的双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1：将3-二甲胺基-1，2-丙二醇和脂肪酸混合，加入带水剂，搅拌混合均匀，升温至100-150℃，反应12-24h，用水和碱溶液反复洗涤至无泡沫产生，干燥，柱层析后得到双酯基脂肪链中间体；

步骤2：将上述双酯基脂肪链中间体和卤烷基三甲氧基硅烷混合，加热到90-130℃，反应12-24h，冷却至室温，洗涤，得到双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物。

优选地，所述的步骤1中的脂肪酸为其中n＝2-16。

优选地，所述的步骤1中的带水剂为苯、甲苯或二甲苯。

优选地，所述的步骤2中的卤烷基三甲氧基硅烷的分子式为其中X为F、Cl、Br或I，m为1～5中的任一整数。

优选地，所述步骤1中的3-二甲胺基-1，2-丙二醇和脂肪酸的摩尔比为1∶2-6。

优选地，所述步骤1中的3-二甲胺基-1，2-丙二醇和带水剂的重量体积比为1g∶35-100mL。