分子筛模板剂高纯度金刚烷基三甲基氢氧化铵水溶液的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种分子筛模板剂高纯度金刚烷基三甲基氢氧化铵水溶液的制备方法，该方法以碳酸二甲酯和二甲基金刚烷胺为原料，高效、低成本、工业化合成金刚烷基三甲基碳酸单甲酯盐，以合成的金刚烷基三甲基碳酸单甲酯盐水溶液为原料，通过二腔一膜的电解槽电解，连续、绿色、工业化制备高纯度金刚烷基三甲基氢氧化铵。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分子筛模板剂高纯度金刚烷基三甲基氢氧化铵水溶液的制备方法。
技术介绍
从20世纪50年代中期开始，沸石分子筛的制备与应用快速发展，从低硅铝到中硅铝以至到高硅铝的全面开发，大大推动了分子筛的应用与产业的发展。其中模板剂在合成中的应用，为分子筛的合成工作带来了质的飞跃。模板作用是指模板剂在分子筛生成过程中起着结构模板作用，导致特殊结构的生成。一些分子筛目前只发现极为有限的模板剂，甚至只在唯一与之相匹配的模板剂作用下才能成功合成。金刚烷基三甲基氢氧化铵作为模板剂主要应用于煤经由甲醇制乙烯和丙烯等低碳烯烃、柴油车尾气NOx脱除催化剂和C02吸附分离用的SSZ-13分子筛；苯与丙烯烷基化、甲烷无氧芳构化、催化裂化、烯烃芳构化及甲苯歧化催化剂的MCM-22介孔分子筛等分子筛的制备。目前，金刚烷基三甲基氢氧化铵主要由金刚烷胺通过甲醛、甲酸进行甲基化，生成二甲基金刚烷胺，二甲基金刚烷胺与卤代甲烷季铵化生成金刚烷基三甲基卤化铵盐，金刚烷基三甲基卤化铵盐通过强碱性阴离子交换树脂进行离子交换或与氢氧化钾等无机碱在醇类有机溶剂中进行阴离子的置换制备金刚烷基三甲基氢氧化铵。申请号为CN201010214011.1的专利公开了一种有机溶剂中盐酸金刚烷胺和无机碱金属碱、甲酸、甲醛反应制备二甲基金刚烷胺，与卤代甲烷季铵化制备金刚烷基三甲基卤化铵盐，金刚烷基三甲基卤化铵盐水溶液通过阴离子交换树脂进行离子交换制备金刚烷基三甲基氢氧化铵。其金刚烷基三甲基卤化铵盐的收率较低85%~93%，金刚烷基三甲基氢氧化铵中卤素离子与和阴离子交换树脂再生时碱金属离子残留含量较高。申请号为CN201010249217.8的专利公开了一种制备二甲基金刚烷胺，与卤代甲烷季铵化制备金刚烷基三甲基卤化铵盐，金刚烷基三甲基卤化铵盐水溶液通过阴离子交换树脂进行离子交换制备金刚烷基三甲基氢氧化铵。申请号为CN201310380498.4的专利公开了金刚烷基三甲基卤化铵盐在醇类溶剂中与氢氧化钾进行阴离子置换制备金刚烷基三甲基氢氧化铵的方法，但此方法制备的金刚烷基三甲基氢氧化铵中含大量的卤素离子与碱金属离子残留，并有醇类溶剂的残留。申请号为CN201080011535.9的专利公开了二甲基金刚烷胺与硫酸二甲酯制备硫酸1-金刚烷基三甲基铵，与负载有OH离子的离子交换树脂进行阴离子交换制备金刚烷基三甲基氢氧化铵。但存在使用剧毒的原料硫酸二甲酯的安全问题，产品中有硫酸根离子和阴离子交换树脂再生时碱金属离子残留。金刚烷基三甲基卤化铵盐为原料与氧化银在水中生成卤化银沉淀制备金刚烷基三甲基氢氧化铵。缺陷是：使用贵金属原料成本太高，会有少量银离子残余。金刚烷基三甲基卤化铵盐为原料与氢氧化钾在甲醇或乙醇等溶剂中进行离子置换反应生产卤化钾沉淀制备。缺陷是：产品中存在易燃易爆有机溶剂，产品收率较低约85%，产品品质差，产品中卤离子和碱金属离子含量达到约2000PPM，用于制备分子筛，会降低分子筛的催化活性。金刚烷基三甲基卤化铵盐水溶液为原料与强碱性离子交换树脂进行离子交换制备金刚烷基三甲基氢氧化铵。缺陷是树脂再生频繁，产生大量含氢氧化钠和卤离子的废水，产品品质较差，由于离子交换率达不到100%和再生氢氧化钠的残余，产品中含卤离子和碱金属离子。
技术实现思路
本专利技术是采用如下方案来实现的：分子筛模板剂高纯度金刚烷基三甲基氢氧化铵水溶液的制备方法，其特征包括以下步骤：（1）二甲基金刚烷胺溶于甲醇，与碳酸二甲酯，在一定温度和压力下密闭反应12小时，冷却至0~5摄氏度，离心分离，固体烘干为金刚烷基三甲基铵甲基碳酸盐，溶剂回收套用，收率达到98%以上；（2）步骤（1）中得到的金刚烷基三甲基铵甲基碳酸盐溶于纯水，进入二腔一膜电解槽的阳极室，在电势的作用下，金刚烷基三甲基铵根离子选择性通过阳离子膜移向阴极室，在阴极板上水分子发生电解，水分子得到电子生成氢气，同时释放出氢氧根，氢氧根与金刚烷基三甲基铵根离子结合得到产物金刚烷基三甲基氢氧化铵，阳极室水在阳极板上发生电解，水分子得到电子生成氧气和H+，H+与碳酸根生成水和二氧化碳，连续运行摩尔收率接近100%；（3）步骤（2）的阴极室内的液体达到25%浓度后连续部分取出为产品高纯度金刚烷基三甲基氢氧化铵水溶液，阳极室连续补加金刚烷基三甲基铵甲基碳酸盐水溶液。本专利技术的优点是：（1）在一定温度与压力下实现了金刚烷基三甲基铵甲基碳酸盐的合成，避免使用有毒的卤代甲烷特别是破坏臭氧层物质溴甲烷的使用同，避免使用剧毒的硫酸二甲酯作为季铵化试剂，使用低毒的碳酸二甲酯的绿色合成工艺路线制备金刚烷基三甲基胺单甲酯盐。实现了金刚烷基三甲基季铵盐的绿色、高收率、低成本、工业化生产。（2）使用二腔一膜电解槽，利用阳离子膜对阳离子的选择透过性，使季铵阳离子选择性通过阳离子膜进入阴极室，与阴极室内电解水产生氢氧根结合生成金刚烷基三甲基氢氧化铵，无金属离子残留。（3）使用金刚烷基三甲基铵甲基碳酸盐水溶液作为原料，避免使用卤化季铵盐在阳极室生产卤素，导致阳离子膜的劣化，阳离子膜寿命从30~60天，提高到300天以上，降低生产成本，产品中无卤素离子残留。附图说明图1为二室一膜电解槽的电解过程图。具体实施方式分子筛模板剂高纯度金刚烷基三甲基氢氧化铵水溶液的制备方法，包括以下步骤：（1）称取179g（1.0mol）金刚烷基二甲基胺溶于320g（10mol）甲醇，与180g（2.0mol）碳酸二甲酯加入到1L高压反应釜中，用氮气吹扫赶走釜内空气后，密闭、搅拌、加热，在反应温度140℃、压力0.1MPa下，持续反应12小时，冷却至0~5℃，离心分离，溶剂回收套用，固体80℃烘干4小时，得金刚烷基三甲基铵甲基碳酸盐264g，收率约98.14%，上述化学方应的化学反应式为：（2）金刚烷基三甲基铵甲基碳酸盐溶于纯水，进入二腔一膜电解槽的阳极室，二腔一膜电解槽，阳极板为钛基板涂析氧涂层，阴极板为镍，阳离子膜为杜邦阳离子膜，50%金刚烷基三甲基铵甲基碳酸盐水溶液置于阳极循环槽中，用泵在阳极室与阳极循环槽中循环，阴极循环槽中加入纯水，用泵在阴极室与阴极循环槽中循环，接通两极之间的电流，在单元槽电压6V下，连续电解制备金刚烷基三甲基氢氧化铵，上述化学方应的化学反应式为：二腔一膜电解槽的电解过程是：在电势的作用下，金刚烷基三甲基铵根离子选择性通过阳离子膜移向阴极室，在阴极板上水分子发生电解，水分子得到电子生成氢气，同时释放出氢氧根，氢氧根与金刚烷基三甲基铵根离子结合得到产物金刚烷基三甲基氢氧化铵，阳极室水在阳极板上发生电解，水分子得到电子生成氧气和H+，H+与碳酸根生成水和二氧化碳，连续运行摩尔收率接近100%；（3）当阴极室内的液体达到25%浓度后连续部分取出为产品高纯度金刚烷基三甲基氢氧化铵水溶液，阳极室连续补加金刚烷基三甲基铵甲基碳酸盐水溶液。通过上述方法制备的金刚烷基三甲基氢氧化铵，主含量25%，无色透明液体，色号低于20黑曾，钾、钠、钙、镁、铁离子低于10ppm，卤素离子低于1ppm，有机溶剂残留低于100PPM。本文档来自技高网...

【技术保护点】
分子筛模板剂高纯度金刚烷基三甲基氢氧化铵水溶液的制备方法，其特征包括以下步骤：（1）二甲基金刚烷胺溶于甲醇，与碳酸二甲酯，在一定温度和压力下密闭反应12小时，冷却至0~5摄氏度，离心分离，固体烘干为金刚烷基三甲基铵甲基碳酸盐，溶剂回收套用，收率达到98%以上；（2）步骤（1）中得到的金刚烷基三甲基铵甲基碳酸盐溶于纯水，进入二腔一膜电解槽的阳极室，在电势的作用下，金刚烷基三甲基铵根离子选择性通过阳离子膜移向阴极室，在阴极板上水分子发生电解，水分子得到电子生成氢气，同时释放出氢氧根，氢氧根与金刚烷基三甲基铵根离子结合得到产物金刚烷基三甲基氢氧化铵，阳极室水在阳极板上发生电解，水分子得到电子生成氧气和H+，H+与碳酸根生成水和二氧化碳，连续运行摩尔收率接近100%；（3）步骤（2）的阴极室内的液体达到25%浓度后连续部分取出为产品高纯度金刚烷基三甲基氢氧化铵水溶液，阳极室连续补加金刚烷基三甲基铵甲基碳酸盐水溶液。

【技术特征摘要】
1.分子筛模板剂高纯度金刚烷基三甲基氢氧化铵水溶液的制备方法，其特征包括以下步骤：（1）二甲基金刚烷胺溶于甲醇，与碳酸二甲酯，在一定温度和压力下密闭反应12小时，冷却至0~5摄氏度，离心分离，固体烘干为金刚烷基三甲基铵甲基碳酸盐，溶剂回收套用，收率达到98%以上；（2）步骤（1）中得到的金刚烷基三甲基铵甲基碳酸盐溶于纯水，进入二腔一膜电解槽的阳极室，在电势的作用下，金刚烷基三甲基铵根离子选择性通过阳离子膜移...

【专利技术属性】
技术研发人员：项飞勇，吴尖平，王新伟，
申请(专利权)人：肯特催化材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33