[发明专利]一种双酰胺链有机硅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领域，特别涉及一种双酰胺链有机硅季铵盐类化合物及其制备和应用。

背景技术

沸石分子筛作为催化剂广泛应用于石油化工和精细化工，因其独特的吸附分离功能还大量应用于离子交换、吸附分离、环境保护等工程技术领域。然而传统的沸石分子筛多为微孔(孔径小于2nm),这样的孔径难以催化大分子的化学反应，于是微孔沸石分子筛在大分子催化领域应用受到限制。尤其在当今全球石油资源愈来愈少，石油中重油含量越来越多，石油化工行业迫切需要更大孔径的催化剂进行催化。还有很多新兴的生物医药、精细化工等领域进行大分子的化学反应也需要新型大孔径催化剂的运用。在此背景下，开发介孔分子筛乃至大孔分子筛的显得尤为重要与实用。按照国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)分类：孔径小于2nm的称为微孔材料，孔径在2至50nm的称为介孔材料，孔径大于50nm的称为大孔材料。

制备介孔分子筛常常需要用到模板剂，要开发新型介孔分子筛就要开发新型模板剂，表面活性剂作为常用的软模板剂，仍然还是当前新型模板剂的研究重点与热点。在制备介孔材料的过程中，表面活性剂的种类和性质对介孔相的形成有很大影响，甚至能够改变反应体系的合成途径。阳离子表面活性剂是表面活性剂中重要的一类，其亲水基团带正电。而低分子量的长链烷基季铵盐又是最常用的阳离子表面活性剂。但是用长链烷基季铵盐型阳离子表面活性剂作为模板剂合成出的介孔分子筛结构较单一，且孔壁较薄，其合成的分子筛水热稳定性较差，于是这些问题就是开发新型季铵盐类阳离子表面活性剂所要解决的问题。

以新型有机硅季铵盐类表面活性剂为模板剂合成多级孔道沸石分子筛，其孔道范围包括微孔和介孔，甚至大孔。这类含有多级孔道的沸石分子筛因具有其独特的性质与优势，在催化、吸附、分离等领域拥有广泛的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双酰胺链有机硅季铵盐类化合物及其制备和应用，本发明制备的多级孔道沸石分子筛能显著提高沸石分子筛的孔容和比表面积，通过改变双酰胺基链的碳原子数目能有效的调节分子筛多级孔道的孔径与孔容，还可以通过季铵盐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来调控多级孔道沸石分子筛的形貌。

本发明的一种双酰胺链有机硅季铵盐类化合物，其特征在于：所述化合物的化学结构式为：

其中，X^-为Cl^-、Br^-或I^-，m为1-18中的任一整数，n为1-5中的任一整数。

本发明的一种双酰胺链有机硅季铵盐类化合物的制备方法，包括：

(1)将N,N-双(3-氨丙基)甲胺、脂肪酸按摩尔比为1：2.0-3.0混合，然后加入溶剂，升温至125-175℃反应8-18h，蒸干溶剂，重结晶，得到叔胺中间体；

(2)将上述叔胺中间体与卤烷基三甲氧基硅烷按摩尔比为1:1.0-2.0混合，升温至90-140℃，反应24-96h，洗涤，即得双酰胺链有机硅季铵盐。

所述步骤(1)中脂肪酸为其中m为1-18中的任一整数。

所述步骤(1)中溶剂为正己烷、乙醚或石油醚；重结晶用溶剂为正己烷。

所述步骤(2)中卤烷基三甲氧基硅烷为其中X为Cl、Br或I，n为1～5中的任一整数。

所述步骤(2)中洗涤所用溶剂为正己烷、乙醚或石油醚，洗涤次数为2-5次。

本发明的一种双酰胺链有机硅季铵盐类化合物的应用，将双酰胺链有机硅季铵盐加入到沸石分子筛合成的母液中，搅拌，然后水热晶化，抽滤、水洗、干燥、焙烧，得到多级孔道沸石分子筛，其中多级孔道沸石分子筛属于MFI型结构硅铝沸石。

所述沸石分子筛合成的母液为硅源、铝源、微孔模板剂和水的混合物，其中硅源、铝源、微孔模板剂和水的摩尔比为1：0.02-0.5：0.1-0.8：200-1800；双酰胺链有机硅季铵盐类化合物与沸石分子筛合成母液中的硅源或铝源的摩尔比为0.015-0.550。

所述硅源为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丁酯、四甲基铵硅酸钠、四乙基铵硅酸钠、四丁基铵硅酸钠中的一种或几种；铝源为铝酸钠、偏铝酸钠、异丙醇铝、薄水铝石中的一种或几种；微孔模板剂为四丙基溴化铵、四丙基氢氧化铵、四乙基溴化铵、四乙基氢氧化铵中的一种或几种。

所述晶化温度为100-180℃，晶化时间为1-6天；干燥温度为80-120℃，干燥时间为2-6h；焙烧温度为500-700℃，焙烧时间为4-8h。