[发明专利]一种季铵盐模板剂的制备方法和应用

说明书

本申请提供一种季铵盐模板剂的制备方法和应用，属于具有分子筛和碱交换特性的化合物技术领域。以二烷基吡啶为原料，经二烷基哌啶的合成、二烷基哌啶的叔胺化、二烷基哌啶的季胺盐化、氢氧化N,N‑二烷基化二烷基哌啶季铵碱的合成，得到高浓度模板剂，用于固相合成SSZ‑39沸石合成SSZ‑39沸石分子筛。将本申请应用于模板剂以及SSZ‑39沸石合成，具有安全性好、反应压力低、收率高、选择性好等优点。

技术领域

本申请涉及一种季铵盐模板剂的制备方法和应用，属于具有分子筛和碱交换特性的化合物。

背景技术

1999年，美国雪佛龙公司首次报道合成出了一种新型结构沸石——SSZ-39沸石(US5958370)，该沸石拓扑结构为AEI结构，基本结构为双六元环(D6R)，这些双六元环通过部分四元环链接，形成具有最大为八元环的三维孔道结构。SSZ-39沸石主要应用于柴油发动机尾气NO_x的脱除。

柴油发动机热效率和经济性好，在交通运输工具中得到了广泛应用。面对日趋严格的尾气排放法律法规，控制柴油发动机尾气中NO_x的排放量已成为国内外尾气催化净化领域得最突出难点之一。氨选择性催化还原(NH₃-SCR)技术因具有高效率、高经济性、低成本等优点已成为目前适用于柴油发动机尾气处理的主要脱硝技术。随着国VI、欧VI排放标准的实施，SSZ-39沸石作为高效稳定、环境友好的NO_x脱除SCR催化剂，具有的巨大应用前景。

目前合成SSZ-39沸石的制备过程，主要使用的有机模板是氢氧化-1,1,2,6-四甲基哌啶或1,1,3,5-四甲基哌啶水溶液。但是，需要指出的是，这些水溶液都是低浓度的。目前合成出来的水溶液浓度不超过25％。由于模板浓度的限制，大大影响了SSZ-39沸石的合成效率；同时，这种低浓度的模板剂溶液储存占地大，使得其运输起来效率低下，一定程度上还增加了该类模板剂的使用成本。因此，亟需发展合成高浓度的氢氧化-1,1,2,6-四甲基哌啶或1,1,3,5-四甲基哌啶水溶液的合成方法；相应的，对于这种大规模生产高浓度有机模板剂水溶液的工艺也有待开发。

最近，一种无溶剂合成沸石分子筛的路线被成功发展。目前，这种技术已经可以成功合成ZSM-5、Beta、SSZ-13等沸石分子筛。这不仅大大提升了合成效率，还减少了废水的排放，具有很好的工业应用前景。但是，由于模板剂浓度的限制，固相法合成SSZ-39沸石还受到限制。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种季铵盐模板剂的制备方法，所制备的季铵盐模板剂可实现高浓度水溶液的配制，具有安全性好、反应压力低、收率高、选择性好等优点，适于工业化用于固相合成SSZ-39沸石。

具体地，本申请是通过以下方案实现的：

一种季铵盐模板剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)合成二烷基哌啶：以二烷基吡啶为原料，将二烷基吡啶溶于乙醇，加入负载铑催化剂，搅拌混合均匀后转入高压釜，通氢气置换空气后，继续通氢气，升温加热搅拌反应后，冷却至室温，泄压开釜，将粗产品过滤，滤液经常压蒸馏、精馏，相应馏分得二烷基哌啶，二烷基吡啶与乙醇质量比为1:(2～6)，催化剂用量占二烷基吡啶质量的(1～3.0)％；

(2)叔胺化：氮气保护下，催化剂、甲酸、多聚甲醛与步骤(1)合成的二烷基哌啶于溶剂中进行甲基化反应，加入无机碱，分层，减压蒸馏得到中间体N-烷基化二烷基哌啶；

(3)季铵盐化：将步骤(2)得到的中间体N-烷基化二烷基哌啶与卤化烷在有机溶剂中季铵化成盐，得到中间体卤化-N,N-二烷基化二烷基哌啶季铵盐；