本发明涉及无机材料领域，具体涉及三叉刚性季铵盐模板一步导向合成多级孔beta分子筛的方法。
背景技术：
：：众所周知沸石分子筛因其自身高度有序的孔道结构，较高的比表面积，良好的水热稳定性及酸催化活性等优点而在催化、吸附、医药及石油化工等领域备受瞩目。截止2017年，国际分子筛协会上公布的沸石分子筛种类就高达235种，其中有20种均已实现工业应用。但通常微孔分子筛的内部孔道连通性不够强，扩散路径长，很容易造成积碳现象的发生，使得大部分酸性位失活或无法利用，极大程度的限制了分子筛的催化效果。因此提高分子筛自身传质性能，缩短扩散路径，提高对大分子反应物的选择性和酸性位点的利用率对充分发挥分子筛催化效果百利而无一害。而解决这一问题的途径就是合成具有多重联通孔道结构的多级孔沸石分子筛。基于微孔分子筛在扩散传质方面的缺陷，制备具有多重孔道结构的多级孔分子筛势在必行，其合成思路主要为两种：自下而上及自上而下，也就是所谓的模板法和后处理法。otomor等人[otomor,yokoit,kondojn,etal.dealuminatedbetazeoliteaseffectivebifunctionalcatalystfordirecttransformationofglucoseto5-hydroxymethylfurfural[j].appliedcatalysisageneral,2014,470(2):318-326.]就利用后处理法在高温区间内煅烧条件下（500℃-600℃/500℃-750℃）脱铝制备了具有次级孔道结构的多级孔beta分子筛。kresgect等人[kresgect,leonowiczme,rothwj,etal.orderedmesoporousmolecularsievessynthesizedbyaliquid-crystaltemplatemechanism[j].nature,1992,359(6397):710-712.]在1992年采用模板法成功合成了一系列m41s（包括mcm-41、mcm-48、mcm-50）介孔分子筛。ryoor等人[choim,nak,kimj,etal.cheminformabstract:stablesingle-unit-cellnanosheetsofzeolitemfiasactiveandlong-livedcatalysts[j].nature,2009,461(7261):246.]还自行设计了双季铵盐表面活性剂c22-6-6（c22h45-n+(ch3)2-c6h12-n+(ch3)2-c6h13）并成功利用一个模板分子导向得到具有双重孔道体系的中微双孔mfi片层分子筛。而合成多级孔分子筛的目的就是实现其实际的应用价值，即调控其孔道结构、质构特性、酸强度大小及分布达到工业应用的标准。车顺爱课题组[xud,may,jingz,etal.π-πinteractionofaromaticgroupsinamphiphilicmoleculesdirectingforsingle-crystallinemesostructuredzeolitenanosheets.[j].naturecommunications,2014,5:4262.]就这一问题对双功能模板本身进行了调整，探究了碳链长度、铵基头数量以及苯环的存在对制得的分子筛催化性能的影响，并最终成功制备了性能可调的多级孔mfi分子筛催化剂。但是在模板移除过程中分子筛的结构很容易发生塌陷，破坏原有骨架结构使得催化性能大大降低。因此在提高多级孔分子筛性能可调目的的同时保证多级孔网络结构的稳定也显得尤为重要。虽然车顺爱等人[singhbk,xud,hanl,etal.synthesisofsingle-crystallinemesoporouszsm-5withthree-dimensionalporesviatheself-assemblyofadesignedtriplybranchedcationicsurfactant[j].chemistryofmaterials,2014.]设计合成了一种具有三条支链的刚性季铵模板，并成功诱导前驱体形成层间自柱撑结构，降低了模板移除过程的坍塌现象的发生，但是其三叉模板制备过程十分复杂。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供三叉刚性季铵模板一步导向合成多级孔beta分子筛的方法，该分子筛的性能优于普通beta分子筛。本发明使用一种具有三条支链的刚性季铵模板，在naoh碱性环境下以naalo2作铝源，以正硅酸乙酯（teos）作硅源，水热晶化合成多级孔beta分子筛，最后高温空气环境下焙烧去除模板剂得到目标分子筛。本发明采用的三叉刚性季铵盐不仅能够导向形成微孔结构，其本身较长的疏水长碳链还能限制沸石前驱体生长，促使介孔结构形成，并且第三支链的引入还能同时诱导前驱体结构自柱撑，降低煅烧造成的结构过度塌陷的可能，最终获得具备常规沸石分子筛水热稳定性好、酸催化活性高等优点的多级孔beta分子筛，提高对大分子参与的反应的催化效果，摆脱单一微孔结构的扩散传质限制，提高beta分子筛在各个大分子催化反应中的应用价值。为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。三叉刚性季铵盐模板一步导向合成多级孔beta分子筛的方法，包括以下步骤：（1）将三叉刚性季铵盐模板和水混合均匀，得到a液；将偏铝酸钠、氢氧化钠和水混合，得到b液；正硅酸乙酯为c液；（2）在匀速搅拌的条件下，将a液加入到b液中得到d液，继续搅拌；（3）仍在匀速搅拌的条件下，将c液加入d液中得到凝胶，继续搅拌；（4）将步骤（3）所得产物置于水热反应釜内进行水热晶化，反应结束后用水洗涤、过滤，再真空干燥；（5）将步骤（4）干燥后的产物置于马弗炉内高温焙烧，即得到多级孔beta分子筛。优选的，步骤（2）中，所述匀速搅拌的温度为50℃~70℃。优选的，步骤（2）中，所述搅拌的时间为1h~3h。优选的，步骤（3）中，所述匀速搅拌的温度为50℃~70℃。优选的，步骤（3）中，所述搅拌的时间为5h~9h。优选的，步骤（4）中，所述水热晶化反应的温度为135℃~150℃，时间为96h~168h。优选的，步骤（4）中，所述真空干燥的温度为100℃，干燥时间为10~12h。优选的，步骤（5）中，所述焙烧的温度为540℃~560℃，焙烧的时间为5h~8h，焙烧气氛为空气。优选的，所述氢氧化钠、正硅酸乙酯、偏铝酸钠、三叉刚性季铵模板和水的摩尔比为（21~24）：（98~103）：（2.2~2.8）：5：（7000~7200）。进一步优选的，所述氢氧化钠、正硅酸乙酯、偏铝酸钠、三叉刚性季铵模板和水的摩尔比为22.2：100：2.5：5：7106。优选的，所述多级孔beta沸石分子筛中si与al的摩尔比为20：1。优选的，步骤（1）中所述三叉刚性季铵盐模板参考文献[xud,may,jingz,etal.π-πinteractionofaromaticgroupsinamphiphilicmoleculesdirectingforsingle-crystallinemesostructuredzeolitenanosheets.[j].naturecommunications,2014,5:4262.]的模板合成方法，其详细步骤如下：（1）将10mmol的1-溴正二十二烷和80~120mmol的n,n,n′,n′-四甲基-1,6-己二胺溶解于100ml体积比为1:1的乙腈和甲苯混合液中，于70℃的n2环境下加热回流10~15h，冷却到室温后，用乙醚多次洗涤，置于50℃真空干燥10h，得到中间产物c22h45–n+(ch3)2–c6h12–n(ch3)2(br-)，记为c22-6-0；（2）将9~18mmolc22-6-0和3mmol的1,3,5-三(溴甲基)苯溶解于70ml氯仿中，在61℃、n2环境下加热回流10~15h，冷却至室温后，用乙醚洗涤过滤，50℃下真空干燥10h，最终得到三叉刚性季铵模板tcph-22-6。本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：（1）本发明使用的三叉刚性季铵盐模板在常规双功能模板诱导分子筛晶化获得微孔及介孔的同时还能用第三支链诱导沸石前驱体自柱撑，进而得到多级孔beta分子筛；（2）本发明大大优化了三叉模板制备工艺，相比车顺爱课题组提出的制备工艺更简洁，耗时更短；（3）本发明以偏铝酸钠、正硅酸乙酯、水及氢氧化钠为原料，廉价易得，水热合成法工艺简单、成功率高；（4）本发明制备的多级孔beta分子筛能够有效降低扩散传质限制，提高结构稳定性，在大分子催化反应中能发挥较为良好的催化效果。附图说明图1为本发明实施例2制备的多级孔beta分子筛与普通beta分子筛的x射线衍射图。图2为本发明实施例2制备的多级孔beta分子筛的扫描电镜图。图3为本发明实施例2制备的多级孔beta分子筛的投射电镜图。图4为本发明实施例2制备的多级孔beta分子筛与普通beta分子筛的氮气吸脱附等温线图。图5为本发明实施例2制备的多级孔beta分子筛的bjh孔径分布曲线图。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明要求保护的范围并不局限于此。本发明所使用的模板是在车顺爱的带有苯环的双季铵盐模板[xud,may,jingz,etal.π-πinteractionofaromaticgroupsinamphiphilicmoleculesdirectingforsingle-crystallinemesostructuredzeolitenanosheets.[j].naturecommunications,2014,5:4262.]合成法基础上对其三叉刚性季铵模板[singhbk,xud,hanl,etal.synthesisofsingle-crystallinemesoporouszsm-5withthree-dimensionalporesviatheself-assemblyofadesignedtriplybranchedcationicsurfactant[j].chemistryofmaterials,2014.]的合成进行优化。实施例1三叉刚性季铵盐模板的合成方法，包括以下步骤：（1）将10mmol的1-溴二十二烷和120mmol的n,n,n′,n′-四甲基-1,6-己二胺溶解于100ml体积比为1:1的乙腈和甲苯混合液中，于70℃的n2环境下加热回流10h，冷却到室温后，用乙醚多次洗涤，置于50℃真空干燥10h，得到中间产物c22h45–n+(ch3)2–c6h12–n(ch3)2(br-)，记为c22-6-0；（2）将9mmolc22-6-0和3mmol的1,3,5-三(溴甲基)苯溶解于70ml氯仿中，在61℃、n2环境下加热回流10h，冷却至室温后，用乙醚洗涤过滤，50℃下真空干燥10h，最终得到三叉刚性季铵模板tcph-22-6。三叉刚性季铵模板一步导向合成多级孔beta分子筛的方法，包括以下步骤：（1）将1g三叉刚性季铵盐模板和8g去离子水混合均匀制得a液；将0.048g偏铝酸钠、0.148g氢氧化钠和4.68g水混合均匀制得b液；2.05g正硅酸乙酯为c液；（2）在55℃、200rpm搅拌条件下，将a液加入到b液中得到d液，持续搅拌3h；（3）继续在55℃、200rpm搅拌条件下，将c液滴加至d液中，得到凝胶，持续搅拌9h；（4）将步骤（3）的产物置于水热反应釜内，于135℃下水热晶化144h，晶化反应结束后用去离子水过滤洗涤，100℃下干燥10h；（5）将步骤（4）的产物置于马弗炉内在空气氛围下550℃焙烧5h去除模板剂，得到多级孔beta分子筛，其中si与al的摩尔比为22：1。实施例2三叉刚性季铵盐模板的合成方法，包括以下步骤：（1）将10mmol的1-溴正二十二烷和100mmol的n,n,n′,n′-四甲基-1,6-己二胺溶解于100ml体积比为1:1的乙腈和甲苯混合液中，于70℃的n2环境下加热回流12h，冷却到室温后，用乙醚多次洗涤，置于50℃真空干燥10h，得到中间产物c22h45–n+(ch3)2–c6h12–n(ch3)2(br-)，记为c22-6-0；（2）将15mmolc22-6-0和3mmol的1,3,5-三(溴甲基)苯溶解于70ml氯仿中，在61℃、n2环境下加热回流12h，冷却至室温后，用乙醚洗涤过滤，50℃下真空干燥10h，最终得到三叉刚性季铵模板tcph-22-6。三叉刚性季铵模板一步导向合成多级孔beta分子筛的方法，包括以下步骤：（1）将1g三叉刚性季铵盐模板和8g去离子水混合均匀制得a液；将0.05g偏铝酸钠、0.155g氢氧化钠和4.854g水混合均匀制得b液；2.08g正硅酸乙酯为c液；（2）在60℃、200rpm搅拌条件下，将a液加入到b液中得到d液，持续搅拌2h；（3）继续在60℃、200rpm搅拌条件下，将c液滴加至d液中，得到凝胶，持续搅拌8h；（4）将步骤（3）的产物置于水热反应釜内，于140℃下水热晶化120h，晶化反应结束后用去离子水过滤洗涤，100℃下干燥10h；（5）将步骤（4）的产物置于马弗炉内在空气氛围下550℃焙烧6h去除模板剂，得到多级孔beta分子筛，其中si与al的摩尔比为20：1。实施例3三叉刚性季铵盐模板的合成方法，包括以下步骤：（1）将10mmol的1-溴正二十二烷和80mmol的n,n,n′,n′-四甲基-1,6-己二胺溶解于100ml体积比为1:1的乙腈和甲苯混合液中，于70℃的n2环境下加热回流15h，冷却到室温后，用乙醚多次洗涤，置于50℃真空干燥10h，得到中间产物c22h45–n+(ch3)2–c6h12–n(ch3)2(br-)，记为c22-6-0；（2）将18mmolc22-6-0和3mmol的1,3,5-三(溴甲基)苯溶解于70ml氯仿中，在61℃、n2环境下加热回流15h，冷却至室温后，用乙醚洗涤过滤，50℃下真空干燥10h，最终得到三叉刚性季铵模板tcph-22-6。三叉刚性季铵模板一步导向合成多级孔beta分子筛的方法，包括以下步骤：（1）将1g三叉刚性季铵盐模板和8g去离子水混合均匀制得a液；将0.056g偏铝酸钠、0.161g氢氧化钠和5.01g水混合均匀制得b液；2.12g正硅酸乙酯为c液；（2）在65℃、200rpm搅拌条件下，将a液加入到b液中得到d液，持续搅拌1h；（3）继续在65℃、200rpm搅拌条件下，将c液滴加至d液中，得到凝胶，持续搅拌5h；（4）将步骤（3）的产物置于水热反应釜内，于150℃下水热晶化96h，晶化反应结束后用去离子水过滤洗涤，100℃下干燥10h；（5）将步骤（4）的产物置于马弗炉内在空气氛围下600℃焙烧5h去除模板剂，得到多级孔beta分子筛，其中si与al的摩尔比为18：1。以下对实施例2制备的多级孔beta分子筛进行分析，其中实施例1、实施例2及实施例3样品都具有相似的形貌及性能，因此不多加赘述。图1为德国bruker公司d8advance型x射线衍射仪对实施例2中的多级孔beta分子筛进行xrd表征的所得结果。从广角xrd衍射图中可以发现，实施例2样品与普通beta分子筛对比具备beta分子筛的特征衍射峰，且强度较高，说明所得样品具有beta型分子筛的微孔结构。实施例1及实施例3所得样品同样具有beta分子筛的典型特征峰，均属于beta型分子筛。图2为日本日立高新技术公司的su8220型冷场发射扫描电子显微镜对实施例2中的多级孔beta分子筛进行sem表征的所得结果。由图可知，实施例2样品主体呈不规则薄片堆积状，厚度约30nm。实施例1及实施例3所得样品同上。图3为日本电子公司jeol的jem-2100hr型透射电子显微镜对实施例2中的多级孔beta分子筛进行tem表征的所得结果。由图可知，实施例2样品为不规则薄片堆积而成，具有非常明显的介孔结构。实施例1及实施例3所得样品同上。图4为美国麦克公司的asap2010型n2吸附分析仪对实施例2中的多级孔beta分子筛进行氮气吸脱附表征的所得结果。由图可知，实施例2样品具备ⅳ型吸附等温线，当相对压力较低时（0＜p/p0＜0.1），n2吸附量急速上升；当相对压力达到0.4~0.5时由于毛细管凝聚现象出现迟滞环，说明实施例2样品中存在介孔结构；当相对压力继续增加（p/p0＞0.8），由于分子筛片层堆积形成的大孔吸附导致吸附量进一步上升。实施例1及实施例3所得样品也同上。图5为根据脱附dft模型计算得到的孔径分布曲线，说明本发明实施例2的多级孔beta分子筛存在大量介孔结构，且孔径分布范围较广。实施例1及实施例3所得样品同上。当前第1页12当前第1页12