[发明专利]一种双氨基甲酸酯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

本发明属于表面活性剂及其制备和应用领域，特别涉及一种双氨基甲酸酯脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物及其制备和应用。

背景技术

沸石是一类具有均匀孔隙结构的结晶性材料，多为结晶铝硅酸盐，其孔径范围为0.3-1.5nm。沸石分子筛具有较大的比表面积、酸性、较高的水热稳定性，并且微孔丰富均一，因而在吸附、催化和分离等方面发挥了巨大的作用。但是，随着石油资源在世界范围的日益衰枯和原油中重油成分的逐渐增大，传统的微孔分子筛催化材料由于孔径较小，重油分子不能进入孔道，从而限制了催化反应的进行。

介孔材料一般指具有孔径大小在2-50nm内的孔道结构的多孔材料。几十年来，介孔材料在催化领域已有广泛的应用，如已在石油加工过程和精细化学品的转化等，特别是在有大分子参加的催化反应中显示出特别优异的性能。但是，由于介孔分子筛的孔壁处于无定形态，因此介孔分子筛的水热稳定性和酸性与微孔沸石相比相对较低，这大大限制了这些分子筛在石油加工工业的应用。尽管可以通过优化合成条件和后处理来改善其水热稳定性，但是改善后的稳定性也不能比拟传统的微孔沸石分子筛，而且后处理过程会大大增加有序介孔材料的合成成本，这使得有序介孔材料在实际应用中受到很大限制。

为了克服沸石的传质和扩散限制以及有序介孔材料水热稳定性及催化能力的缺陷，科学家们试图把这些微孔、介孔分子筛的优点都集中在一起合成多级孔沸石材料。Ryoo等首先采用硅烷化的表面活性剂合成出多级孔MFI型沸石（Ryoo et.al,Nat.Mater.2006,5,718-723）、LTA型沸石（Ryoo et.al,Chem.Mater.2009,21,5664-5673）和磷铝沸石（Ryoo et.al,Chem.Commun.2006,42,4380-4382）。Schwieger等采用硅烷化的表面活性剂合成出片状多级孔X型沸石（Schwieger et.al，Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,1962-1965）。奚红霞等采用硅烷化的表面活性剂合成出多级孔Y型沸石（Xi et.al,Rsc Adv.2013,3,15075-15084）。利用硅烷化的表面活性剂合成多级孔沸石仍然是多孔材料研究的一个热点。但采用单链的硅烷化表面活性剂所合成的多级孔沸石孔容和比表面积较小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双氨基甲酸酯脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物及其制备和应用，该发明显著地提高了多级孔沸石分子筛的孔容和比表面积，通过改变氨基甲酸酯脂肪链烷基碳的原子个数可以有效地调节多级孔的孔容，而且还可以通过改变阳离子表面活性剂与沸石分子筛合成母液中的二氧化硅的摩尔比例来控制多级孔道沸石分子筛的形貌。

本发明的一种双氨基甲酸酯脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物，化合物结构式为：

其中X^-为Cl^-、Br^-、I^-，n=1-19,m=1-9。

本发明的一种双氨基甲酸酯脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物的制备方法，包括：

（1）将三光气BTC和脂肪胺混合，加入溶剂，搅拌混匀，然后滴加饱和碳酸钠溶液反应，分离，提纯，得到脂肪链异氰酸酯；

（2）将3-二甲胺基-1,2-丙二醇、三乙胺、甲苯和上述脂肪链异氰酸酯混合，升温至60-90℃，反应8-10h，柱层析后得到氨基甲酸酯中间体；

（3）将上述氨基甲酸酯中间体和卤烷基三甲氧基硅烷混合，加入或不加入甲苯，加热到90-130℃，反应12-24h，冷却至室温，洗涤，得到双氨基甲酸酯脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物。

所述步骤（1）中溶剂为二氯甲烷。

所述步骤（1）中的脂肪胺为其中n为1-19。所述步骤（3）中卤烷基三甲氧基硅烷为其中X^-为Cl^-、Br^-、I^-，m=1-9。

双氨基甲酸酯脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物的制备方法的方程式为：

本发明的一种双氨基甲酸酯脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物的应用，将双氨基甲酸酯脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物加入到沸石分子筛合成的母液中，搅拌，然后进行水热晶化，晶化温度为70-180℃，晶化时间为1.5-8天，然后进行抽滤、水洗、干燥、焙烧，得到多级孔道沸石分子筛。