[发明专利]制备结构导向剂的方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及制备可用于沸石合成的有机结构导向剂的方法。

相关技术说明

沸石是多孔晶体或准晶体结构，具有由按规则重复图案排列的无机氧化物如硅酸盐和铝酸盐构建的骨架。这些骨架由笼和通道图案组成，这些图案产生沸石的分子级别的多孔属性。由国际沸石协会(IZA)结构委员会认可的每种独特的沸石骨架被分配一个三个字母的代码来指明骨架类型，例如CHA(菱沸石)、BEA(β)和MOR(丝光沸石)。

某些沸石晶体可以通过在有机结构导向剂(SDA)如有机四甲基季铵(TMA)盐存在下，将多种氧化物混合来形成。SDA充当种类的模板，沸石的多种结构单元可以围绕着SDA生长和连接在一起，以生成晶格结构。沸石晶体一旦形成，它们可以与它们的宿主母液分离并干燥。然后，通常将得到的晶体加热，以使内部的SDA分子热分解，此时SDA残留物可以从沸石晶体中抽出，由此只留下多孔氧化物沸石骨架。

SDA经常是复杂分子，其需要耗时的和多步的方法来合成。SDA相对高的成本和在沸石合成中对SDA的消耗，是制造沸石的成本的主要部分。所以，本领域中需要用于以商业规模制造SDA的更有效率、成本有效的合成路线。本发明尤其满足了该需要。

发明内容

已经发现，环胺可以迅速和容易地转变为功能性SDA，例如氢氧化1,1,3,5-四甲基哌啶-1-鎓。例如，使环胺与硫酸烷基酯反应，生成新颖的具有烷基硫酸根平衡离子的中间体季铵盐。使季铵/烷基硫酸盐与水解剂如硫酸反应，将烷基硫酸根平衡离子转变为硫酸氢根平衡离子，其然后可以与氢氧根的源反应，以生成SDA和无机硫酸盐的氢氧化物形式，后者形成可以容易地从溶液中除去的沉淀物。所以，本文中描述的本发明是用于合成SDA的简单却新颖的路线。有利地，本发明方法还直接生成氢氧化物形式的SDA，其可以更易于用于沸石合成。另外，本发明可以获得具有低浓度碱金属和硫的SDA。

所以，提供了一种制备用于结晶分子筛合成的结构导向剂(SDA)的方法，其包括步骤：(a)使季铵盐的烷基硫酸根平衡离子水解，以生成具有硫酸氢根平衡离子的季铵盐；和(b)使具有硫酸氢根平衡离子的季铵盐与氢氧根的源在溶液中接触，以形成具有氢氧根平衡离子的季铵盐；其中该季铵盐是用于结晶分子筛合成的结构导向剂(SDA)。

在另一方面中，提供了一种新颖的组合物，其包含以下中的至少一种：甲基硫酸N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓；甲基硫酸N,N-二乙基-2,6-二甲基哌啶鎓；甲基硫酸N,N-二甲基-9-氮双环[3.3.1]壬烷；甲基硫酸N,N-二甲基-2,6-二甲基哌啶鎓；烷基硫酸N-乙基-N-甲基-2,6-二甲基哌啶鎓；乙基硫酸N,N-二乙基-2-乙基哌啶鎓；甲基硫酸N,N-二甲基-2-乙基哌啶鎓；烷基硫酸N-乙基-N-甲基-2-乙基哌啶鎓；烷基硫酸N-乙基-N-丙基-2,6-二甲基哌啶鎓；和甲基硫酸2,2,4,6,6-五甲基-2-氮双环[3.2.1]辛烷。

在另一方面中，提供了一种组合物，其包含以下中的至少一种：硫酸氢N,N-二甲基-3,5-二甲基哌啶鎓；硫酸氢N,N-二乙基-2,6-二甲基哌啶鎓；硫酸氢N,N-二甲基-9-氮双环[3.3.1]壬烷；硫酸氢N,N-二甲基-2,6-二甲基哌啶鎓；硫酸氢N-乙基-N-甲基-2,6-二甲基哌啶鎓；硫酸氢N,N-二乙基-2-乙基哌啶鎓；硫酸氢N,N-二甲基-2-乙基哌啶鎓；硫酸氢N-乙基-N-甲基-2-乙基哌啶鎓；硫酸氢N-乙基-N-丙基-2,6-二甲基哌啶鎓；和硫酸氢2,2,4,6,6-五甲基-2-氮双环[3.2.1]辛烷。

在另一方面中，提供了一种制备用于结晶分子筛合成的结构导向剂(SDA)的方法，其包括步骤：(a)使季铵-SDA前体与一种或多种硫酸二烷基酯在溶液反应，以形成第一中间体溶液；(b)使第一中间体溶液与酸或碱接触，以生成含有硫酸氢根阴离子的第二中间体溶液；和(c)使第二中间体溶液与碱接触，以生成包含铵基SDA的氢氧化物形式的最终溶液。