一种模板剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种模板剂及其制备方法和应用，具体地涉及一种在汽车尾气净化用 催化剂的载体的制备中使用的模板剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 当今的雾霾天气主要来自柴油发动机的尾气中除去不完全的氮氧化物。随着经济 的快速发展，生活质量不断提高，人们的环保意识越来越强，城市居民对大气质量的要求越 来越高，这就迫切需求开发研制高活性、高选择性、低成本的汽车尾气净化用催化剂，有效 地控制有害物质的排放，保护生态环境和人类自身健康。
[0003] 早期人们使用二效催化剂通过氧化还原把汽车尾气中有毒的一氧化碳和燃烧不 完全的碳氢化合物除去，但是，尾气中还包含着氮氧化物，它们是形成酸雨和光化学烟雾的 主要污染物，对生态环境造成严重的危害，因此，必须在它们被排放入大气之前对其进行处 理。将贵金属钼-铑-钯及稀土金属钒及钨的氧化物掺杂到二效催化剂中，能有效的将氮 氧化物转化成无毒的氮气，该催化剂称为三效催化剂。但是，贵金属价格贵，钒的使用会构 成对环境的二次污染。更重要的是，它们适用条件苛刻，只能在非常狭窄的气/燃比（14. 7 : 1)下操作，容易中毒失效，只能用于处理无铅汽油燃烧时产生的尾气。近年来，贫燃汽油发 动机以及柴油发动机的设计和应用呈不断上升的趋势，在贫燃条件下，尾气中存在大量过 剩氧气和水蒸气，这就容易导致三效催化剂对脱硝功能的完全失效。
[0004] 后来发现一种称之为沸石的分子筛，在l〇〇〇°C的温度下水热处理后，通过XRD、 NMR、BET分析的分析检测手段确认，它的微孔型晶体结构依然保持稳定，同时吸附性能也是 稳定的，因此这种具有微孔型结构和抗高温高湿热能力的沸石可望作为汽车尾气净化用催 化剂的载体。但这种沸石的有效的制备方法却尚未见报道，而且也需要开发研制更加适用 于作为汽车尾气净化用催化剂的载体的、性能更优越的沸石。
[0005] 在制备所述分子筛的过程中，使用到一种模板剂，关于该种模板剂，目前还没有有 效的制备方法报道。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在汽车尾气净化用催化剂的载 体的制备中使用的模板剂及其制备方法和应用。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
[0008] -种在汽车尾气净化用催化剂的载体的制备中使用的模板剂，所述模板剂是下述 式（1)、式（2)、式（3)或式（4)所示化合物的一种：
[0009]
[0010]
[0011] 其中，札相同或不同，彼此独立地是C1-C4烷基，优选彼此独立是甲基、乙基、丙基 或丁基，更优选彼此独立是甲基或乙基；m是1至5之间的整数，优选m是2 ;R2相同或不同， 彼此独立地是C1-C4烷基，优选彼此独立是甲基、乙基、丙基或丁基，更优选彼此独立是甲 基或乙基；R3相同或不同，彼此独立地是C1-C4烷基，优选彼此独立是甲基、乙基、丙基或丁 基，更优选彼此独立是甲基或乙基。
[0012] 根据本发明，所述模板剂选自1-甲基-2, 6-二甲基-哌啶，1-乙基-2, 6-二甲 基-哌啶，1-甲基-3, 5-二甲基-哌啶，1-乙基-3, 5-二甲基-哌啶，1，1-二甲基-2, 6-二 甲基-哌陡卩翁碳酸甲酯，1，1-二乙基-2, 6-二甲基-乙哌陡卩翁硫酸单乙酯，1，1-二甲 基-3, 5-二甲基-哌啶嗡碳酸甲酯，1，1-二乙基-3, 5-二甲基-哌啶嗡硫酸单乙酯，1，1-二 甲基-2, 6-二甲基-哌陡B翁氢氧化铵，1，1-二乙基-2, 6-二甲基-哌陡B翁氢氧化铵，1，1-二 甲基-3, 5-二甲基-哌啶嗡氢氧化铵，1，1-二乙基-3, 5-二甲基-哌啶嗡氢氧化铵中的一 种。
[0013] 根据本发明，所述汽车尾气净化用催化剂的载体为AEI型硅铝分子筛。
[0014] 根据本发明，所述AEI型硅铝分子筛的硅铝比的范围在10-40之间。
[0015] 根据本发明，所述AEI型硅铝分子筛的晶粒大小在0.5-1微米之间，粒径分布： '〈25微米。
[0016] 根据本发明，所述AEI型硅铝分子筛的比表面积>700m2/g，酸密度介于 1. 0-2.Ommol/g之间。
[0017] 本发明还提供如下的技术方案：
[0018] 上述的在汽车尾气净化用催化剂的载体的制备中使用的模板剂的制备方法，其包 括以下步骤：
[0019] (a)由式（5)所示化合物与R2X反应，得到式⑴所示化合物：
[0020]
[0021] 其中，所述&相同或不同，彼此独立地是C1-C4烷基，优选彼此独立是甲基、乙基、 丙基或丁基，更优选彼此独立是甲基或乙基；m是1至5之间的整数，优选m是2 ;R2相同或 不同，彼此独立地是C1-C4烷基，优选彼此独立是甲基、乙基、丙基或丁基，更优选彼此独立 是甲基或乙基；X为氟、氯、溴或碘，优选为溴；
[0022] (b)式⑴所示化合物与硫酸二烷基酯反应制备式⑵所示化合物，或者，式（1) 所示化合物与碳酸二烷基酯反应制备式（3)所示化合物，其中，所述烷基即R3，其相同或不 同，彼此独立地是C1-C4烷基，优选彼此独立是甲基、乙基、丙基或丁基，更优选彼此独立是 甲基或乙基；
[0023] (c)式（2)所示化合物或式（3)所示化合物与碱反应制得式（4)所示化合物。
[0024] 根据本发明，上述步骤（a)具体包括如下步骤：
[0025] 以式（5)所示化合物为起始反应物，在R2X的溶液中，加入氢氧化钾的溶液，常温 下反应产生KX沉淀，过滤，生产式（1)所示化合物的粗产品，浓缩蒸干后得到产品。
[0026] 根据本发明，优选地，R2X的溶液为乙醇溶液。优选地，氢氧化钾的溶液为乙醇溶 液。
[0027] 根据本发明，上述步骤（b)具体包括以下步骤：
[0028] 将式（1)所示化合物与硫酸二烷基酯在装有溶剂的回流装置中反应，冷却后，式 (2) 所示化合物从溶液中沉淀出来，过滤得到白色产品。
[0029] 或者，上述步骤（b)具体包括以下步骤：
[0030]将式（1)所示化合物与碳酸二烷基酯在装有溶剂的回流装置中反应，冷却后，式 (3) 所示化合物从溶液中沉淀出来，过滤得到白色产品。
[0031] 根据本发明，优选地，所述溶剂为甲苯。优选地，所述反应的温度为90-130°C(优 选ll〇°C)。优选地，所述反应的时间为5-6小时。
[0032] 根据本发明，所述步骤（b)的收率大于80%。
[0033] 根据本发明，上述步骤（c)具体包括以下步骤：
[0034] 将式（2)所示化合物或式（3)所示化合物与碱在溶剂中反应，室温下析出硫酸单 烷酯盐或碳酸单烷酯盐，过滤掉该盐后，蒸去部分溶剂并加水进一步蒸馏残余的溶剂，得到 式（4)所示化合物的水溶液。
[0035] 根据本发明，优选地，所述溶剂为乙醇。优选地，所述碱为氢氧化钾或氢氧化钠。
[0036] 根据本发明，通过滴定碱的方法测试步骤（c)的产品的含量大于20%。
[0037] 本发明还提供如下的技术方案：
[0038] 上述模板剂的用途，其用于制备汽车尾气净化用催化剂的载体。
[0039] 根据本发明，所述载体为AEI型硅铝分子筛。
[0040] 根据本发明，所述ΑΕΙ型硅铝分子筛的硅铝比的范围在10-40之间。
[0041] 根据本发明，所述ΑΕΙ型硅铝分子筛的晶粒大小在0. 5-1微米之间，粒径分布： '〈25微米。
[0042] 根据本发明，所述ΑΕΙ型硅铝分子筛的比表面积>700m2/g，酸密度介于 1. 0-2.Ommol/g之间。
[0043] 本发明的有益效果是：
[0044] 本发明的模板剂特别适合于制备所述的AEI型硅铝分子筛，所述分子筛是一系列 不同硅铝比的分子筛，其晶粒大小可控且分布均匀，特别适合实现汽车尾气净化用催化剂 的性能需求。
[0045] 通过本发明的方法，可以有效的制备所述模板剂，反应的总收率高达80%，而且所 述方法简单、成本低、适于工业化生产。
【附图说明】
[0046] 图1是实施例1的产品的XRD结构图。
[0047] 图2是实施例1的产品的电镜结构图。
【具体实施方式】
[0048] 如上所述，本发明公开了一种在汽车尾气净化用催化剂的载体的制备中使用的模 板剂及其制备方法和应用。所述载体优选是AEI型硅铝分子筛，其硅铝比的范围在10-40 之间。由于不同类型的尾气需要不同的酸性强度的催化剂，使用本发明的模板剂，我们制备 出一系列不同硅铝比的分子筛，其晶粒大小可控且分布均匀（具体而言，所述AEI型硅铝分 子筛的晶粒大小在0. 5-1微米之间，粒径分布：d9(]〈25微米），特别适合实现催化剂的性能需 求。
[0049] 本发明的新型