一种双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物及其制备方法和应用，所述化合物结构式为m＝2-9任意整数，n＝1-19任意整数，X-为Cl-、Br-或I-。制备方法包括：将N-甲基二乙醇胺和脂肪酸100-200℃反应1-24h，加入二氯甲烷溶解，洗涤，干燥，柱层析，得双酯基脂肪链中间体，然后与卤烷基三甲氧基硅烷80-150℃反应1-24h，冷却，洗涤，即得。本发明专利技术得的有机硅烷季铵盐类化合物应用于制备含介孔ZSM-5沸石分子筛。本发明专利技术的季铵盐类化合物在应用中显著地提高了含介孔ZSM-5沸石分子筛的孔容和比表面积，改善了内部扩散限制；且采用特定模板剂稳定骨架，使得制得分子筛适用于大分子反应。

Double ester fatty chain organic silane quaternary ammonium compound and preparation method and application thereof

The invention relates to a double ester based aliphatic chain organic silane quaternary ammonium compound and a preparation method and application thereof. The compound structure type is m = 2-9 arbitrary integer, n = 1-19 arbitrary integer, X- is Cl-, Br- or I-. The preparation method comprises the following steps: two ethanol and N- methyl fatty acid 100-200 C 1-24h reaction, adding dichloromethane dissolving, washing, drying, column chromatography, double chain fatty ester intermediates, and halogen alkyl trimethoxysilane 80-150 C 1-24h reaction, cooling, washing, i.e.. The invention relates to an organic silane quaternary ammonium compound which is used for preparing mesoporous ZSM-5 zeolite molecular sieve. Quaternary ammonium compounds of the invention in the application significantly improved with mesoporous ZSM-5 zeolite molecular sieve pore volume and surface area, improve the internal diffusion limitations; and the use of specific template stable skeleton, the prepared molecular sieve is suitable for large molecule reaction.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于季铵盐类化合物及其制备领域，特别涉及一种双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物及其制备方法和应用。
技术介绍
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
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(Davis.OrderedPorousMaterialsForEmergingApplications[J].Nature,2002,417(40):813-821)。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(徐如人,庞文琴.沸石分子筛与多孔材料化学[M].北京:科学出版社.2004.)。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物及其制备方法和应用，该双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物作为模板剂制备的含介孔ZSM-5沸石分子筛因具有其独特的性质与优势，在催化、吸附、分离、生物、医药等领域拥有广泛的应用前景。本专利技术的一种双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物，结构式为：其中，m＝2-9任意整数，n＝1-19任意整数，X-为Cl-、Br-或I-。本专利技术的一种双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物的制备方法，包括：(1)将N-甲基二乙醇胺和脂肪酸按摩尔比为1：1.0-5.0混合，加入溶剂，搅拌混合均匀，升温至100-200℃，反应1-24h，冷却，蒸干溶剂，然后加入二氯甲烷溶解，洗涤，干燥，蒸干二氯甲烷，柱层析，得到双酯基脂肪链中间体；(2)将步骤(1)中的双酯基脂肪链中间体与卤烷基三甲氧基硅烷按摩尔比为1:1.0-5.0混合，加热至80-150℃，反应1-24h，冷却至室温，洗涤，得到双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物。所述步骤(1)中脂肪酸为其中n＝1-19任意整数。所述步骤(1)中溶剂为苯，甲苯或二甲苯；溶剂的加入的量使反应物完全溶解即可。所述步骤(1)中洗涤为用碱和水溶液反复洗涤至无泡沫产生。所述步骤(2)中卤烷基三甲氧基硅烷为其中X为Cl、Br或I，m＝2-9任意整数。所述步骤(2)中洗涤所用溶剂为正己烷、乙醚、石油醚和乙酸乙酯中的一种或以上几种混合溶剂，洗涤次数为2-5次。本专利技术的双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物的应用，所述双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物作为有机硅烷模板剂应用于制备含介孔ZSM-5分子筛。所述含介孔ZSM-5分子筛的制备方法包括：将硅源、铝源和水混合搅拌，搅拌温度为20-50℃，得到A液；持续搅拌下加入微孔模板剂，再持续搅拌1-8h，得到B液；然后向B液中加入双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物作为有机硅烷模板剂，搅拌混合得到混合体系；将所得的混合体系进行恒温机械搅拌，搅拌温度为20-90℃，搅拌转速为100-500r/min，搅拌时间为1-5h，搅拌结束后得到白色溶胶；白色溶胶转入含聚四氟乙烯衬管的密闭高压反应釜中，在80-190℃下晶化6-96h，晶化结束后将反应釜冷却至室温，抽滤得到沉淀，用去离子水洗涤沉淀至中性；80-150℃下干燥1-20h，400-700℃下煅烧2-10h以除去模板剂，得到含介孔的ZSM-5分子筛。所述混合体系中各组分的摩尔比为：铝源：硅源：有机硅烷模板剂：微孔模板剂：水＝1：1-100：1-15：5-80：800-20000。所述硅源为硅酸酯类、硅酸钠晶体、水玻璃和硅溶胶中的至少一种；铝源为偏铝酸钠、硫酸铝、硝酸铝、三氯化铝和异丙醇铝中的至少一种；微孔模板剂为四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵和四丙基氢氧化铵中的至少一种。本专利技术的双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物参与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，通过改变双酯基脂肪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。本专利技术以系列脂肪酸为原料，与N-甲基二乙醇胺反应得叔胺中间体，叔胺中间体与卤烷基三甲氧基硅烷季铵化反应得目标产物系列双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物。本专利技术以双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物为模板剂制备含介孔ZSM-5沸石分子筛，其多级孔道包括微孔、介孔，甚至大孔。这种多级孔道沸石分子筛具有较大的孔容和比表面积，孔径分布均一，其多级孔道能适用于不同大小的分子催化、吸附与分离。而且还可通过改变双酯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。本专利技术的季铵盐类化合物在应用中显著地提高了含介孔ZSM-5沸石分子筛的孔容和比表面积，改善了内部扩散限制；且采用特定模板剂稳定骨架，使得制得分子筛适用于大分子反应。有益效果(1)本专利技术的双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物为模板剂制备的含介孔ZSM-5沸石分子筛能显著提高沸石分子筛的孔容和比表面积，通过改变双酯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；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物，其特征在于：结构式为：其中，m＝2‑9任意整数，n＝1‑19任意整数，X‑为Cl‑、Br‑或I‑。

【技术特征摘要】
1.一种双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物，其特征在于：结构式为：
其中，m＝2-9任意整数，n＝1-19任意
整数，X-为Cl-、Br-或I-。
2.一种双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物的制备方法，包括：
(1)将N-甲基二乙醇胺和脂肪酸按摩尔比为1：1.0-5.0混合，加入溶剂，搅拌，升温至
100-200℃，反应1-24h，冷却，蒸干溶剂，然后加入二氯甲烷溶解，洗涤，干燥，柱层析，
得到双酯基脂肪链中间体；
(2)将步骤(1)中的双酯基脂肪链中间体与卤烷基三甲氧基硅烷按摩尔比为1:1.0-5.0混
合，加热至80-150℃，反应1-24h，冷却，洗涤，得到双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合
物。
3.根据权利要求2所述的一种双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物的制备方法，其特征
在于，所述步骤(1)中脂肪酸为其中n＝1-19任意整数。
4.根据权利要求2所述的一种双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物的制备方法，其特征
在于，所述步骤(1)中洗涤为用碱和水溶液反复洗涤。
5.根据权利要求2所述的一种双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物的制备方法，其特征
在于，所述步骤(2)中卤烷基三甲氧基硅烷为其中X为Cl、Br或I，m＝2-9
任意整数。
6.根据权利要求2所述的一种双酯基脂肪链有机硅烷季铵盐类化合物的制备方法，其特征
在于，所述步骤(2)中洗涤所用溶剂为正己烷、乙醚、石油醚和乙酸乙酯中的至少一种，洗
涤次数为2-5次。
7.一种如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘栋良，王一江，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31