一種模板劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種模板劑及其制備方法和應(yīng)用，具體地涉及一種在汽車尾氣凈化用 催化劑的載體的制備中使用的模板劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今的霧霾天氣主要來自柴油發(fā)動機(jī)的尾氣中除去不完全的氮氧化物。隨著經(jīng)濟(jì) 的快速發(fā)展，生活質(zhì)量不斷提高，人們的環(huán)保意識越來越強(qiáng)，城市居民對大氣質(zhì)量的要求越 來越高，這就迫切需求開發(fā)研制高活性、高選擇性、低成本的汽車尾氣凈化用催化劑，有效 地控制有害物質(zhì)的排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人類自身健康。
[0003] 早期人們使用二效催化劑通過氧化還原把汽車尾氣中有毒的一氧化碳和燃燒不 完全的碳?xì)浠衔锍?，但是，尾氣中還包含著氮氧化物，它們是形成酸雨和光化學(xué)煙霧的 主要污染物，對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害，因此，必須在它們被排放入大氣之前對其進(jìn)行處 理。將貴金屬鉬-銠-鈀及稀土金屬釩及鎢的氧化物摻雜到二效催化劑中，能有效的將氮 氧化物轉(zhuǎn)化成無毒的氮?dú)猓摯呋瘎┓Q為三效催化劑。但是，貴金屬價格貴，釩的使用會構(gòu) 成對環(huán)境的二次污染。更重要的是，它們適用條件苛刻，只能在非常狹窄的氣/燃比（14. 7 : 1)下操作，容易中毒失效，只能用于處理無鉛汽油燃燒時產(chǎn)生的尾氣。近年來，貧燃汽油發(fā) 動機(jī)以及柴油發(fā)動機(jī)的設(shè)計和應(yīng)用呈不斷上升的趨勢，在貧燃條件下，尾氣中存在大量過 剩氧氣和水蒸氣，這就容易導(dǎo)致三效催化劑對脫硝功能的完全失效。
[0004] 后來發(fā)現(xiàn)一種稱之為沸石的分子篩，在l〇〇〇°C的溫度下水熱處理后，通過XRD、 NMR、BET分析的分析檢測手段確認(rèn)，它的微孔型晶體結(jié)構(gòu)依然保持穩(wěn)定，同時吸附性能也是 穩(wěn)定的，因此這種具有微孔型結(jié)構(gòu)和抗高溫高濕熱能力的沸石可望作為汽車尾氣凈化用催 化劑的載體。但這種沸石的有效的制備方法卻尚未見報道，而且也需要開發(fā)研制更加適用 于作為汽車尾氣凈化用催化劑的載體的、性能更優(yōu)越的沸石。
[0005] 在制備所述分子篩的過程中，使用到一種模板劑，關(guān)于該種模板劑，目前還沒有有 效的制備方法報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在汽車尾氣凈化用催化劑的載 體的制備中使用的模板劑及其制備方法和應(yīng)用。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0008] -種在汽車尾氣凈化用催化劑的載體的制備中使用的模板劑，所述模板劑是下述 式（1)、式（2)、式（3)或式（4)所示化合物的一種：
[0009]
[0010]
[0011] 其中，札相同或不同，彼此獨(dú)立地是C1-C4烷基，優(yōu)選彼此獨(dú)立是甲基、乙基、丙基 或丁基，更優(yōu)選彼此獨(dú)立是甲基或乙基；m是1至5之間的整數(shù)，優(yōu)選m是2 ;R2相同或不同， 彼此獨(dú)立地是C1-C4烷基，優(yōu)選彼此獨(dú)立是甲基、乙基、丙基或丁基，更優(yōu)選彼此獨(dú)立是甲 基或乙基；R3相同或不同，彼此獨(dú)立地是C1-C4烷基，優(yōu)選彼此獨(dú)立是甲基、乙基、丙基或丁 基，更優(yōu)選彼此獨(dú)立是甲基或乙基。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，所述模板劑選自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-乙哌陡卩翁硫酸單乙酯，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-哌啶嗡硫酸單乙酯，1，1-二 甲基-2, 6-二甲基-哌陡B翁氫氧化銨，1，1-二乙基-2, 6-二甲基-哌陡B翁氫氧化銨，1，1-二 甲基-3, 5-二甲基-哌啶嗡氫氧化銨，1，1-二乙基-3, 5-二甲基-哌啶嗡氫氧化銨中的一 種。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，所述汽車尾氣凈化用催化劑的載體為AEI型硅鋁分子篩。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，所述AEI型硅鋁分子篩的硅鋁比的范圍在10-40之間。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，所述AEI型硅鋁分子篩的晶粒大小在0.5-1微米之間，粒徑分布： '〈25微米。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，所述AEI型硅鋁分子篩的比表面積>700m2/g，酸密度介于 1. 0-2.Ommol/g之間。
[0017] 本發(fā)明還提供如下的技術(shù)方案：
[0018] 上述的在汽車尾氣凈化用催化劑的載體的制備中使用的模板劑的制備方法，其包 括以下步驟：
[0019] (a)由式（5)所示化合物與R2X反應(yīng)，得到式⑴所示化合物：
[0020]
[0021] 其中，所述&相同或不同，彼此獨(dú)立地是C1-C4烷基，優(yōu)選彼此獨(dú)立是甲基、乙基、 丙基或丁基，更優(yōu)選彼此獨(dú)立是甲基或乙基；m是1至5之間的整數(shù)，優(yōu)選m是2 ;R2相同或 不同，彼此獨(dú)立地是C1-C4烷基，優(yōu)選彼此獨(dú)立是甲基、乙基、丙基或丁基，更優(yōu)選彼此獨(dú)立 是甲基或乙基；X為氟、氯、溴或碘，優(yōu)選為溴；
[0022] (b)式⑴所示化合物與硫酸二烷基酯反應(yīng)制備式⑵所示化合物，或者，式（1) 所示化合物與碳酸二烷基酯反應(yīng)制備式（3)所示化合物，其中，所述烷基即R3，其相同或不 同，彼此獨(dú)立地是C1-C4烷基，優(yōu)選彼此獨(dú)立是甲基、乙基、丙基或丁基，更優(yōu)選彼此獨(dú)立是 甲基或乙基；
[0023] (c)式（2)所示化合物或式（3)所示化合物與堿反應(yīng)制得式（4)所示化合物。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明，上述步驟（a)具體包括如下步驟：
[0025] 以式（5)所示化合物為起始反應(yīng)物，在R2X的溶液中，加入氫氧化鉀的溶液，常溫 下反應(yīng)產(chǎn)生KX沉淀，過濾，生產(chǎn)式（1)所示化合物的粗產(chǎn)品，濃縮蒸干后得到產(chǎn)品。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，R2X的溶液為乙醇溶液。優(yōu)選地，氫氧化鉀的溶液為乙醇溶 液。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，上述步驟（b)具體包括以下步驟：
[0028] 將式（1)所示化合物與硫酸二烷基酯在裝有溶劑的回流裝置中反應(yīng)，冷卻后，式 (2) 所示化合物從溶液中沉淀出來，過濾得到白色產(chǎn)品。
[0029] 或者，上述步驟（b)具體包括以下步驟：
[0030]將式（1)所示化合物與碳酸二烷基酯在裝有溶劑的回流裝置中反應(yīng)，冷卻后，式 (3) 所示化合物從溶液中沉淀出來，過濾得到白色產(chǎn)品。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述溶劑為甲苯。優(yōu)選地，所述反應(yīng)的溫度為90-130°C(優(yōu) 選ll〇°C)。優(yōu)選地，所述反應(yīng)的時間為5-6小時。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明，所述步驟（b)的收率大于80%。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明，上述步驟（c)具體包括以下步驟：
[0034] 將式（2)所示化合物或式（3)所示化合物與堿在溶劑中反應(yīng)，室溫下析出硫酸單 烷酯鹽或碳酸單烷酯鹽，過濾掉該鹽后，蒸去部分溶劑并加水進(jìn)一步蒸餾殘余的溶劑，得到 式（4)所示化合物的水溶液。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述溶劑為乙醇。優(yōu)選地，所述堿為氫氧化鉀或氫氧化鈉。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明，通過滴定堿的方法測試步驟（c)的產(chǎn)品的含量大于20%。
[0037] 本發(fā)明還提供如下的技術(shù)方案：
[0038] 上述模板劑的用途，其用于制備汽車尾氣凈化用催化劑的載體。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明，所述載體為AEI型硅鋁分子篩。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明，所述ΑΕΙ型硅鋁分子篩的硅鋁比的范圍在10-40之間。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明，所述ΑΕΙ型硅鋁分子篩的晶粒大小在0. 5-1微米之間，粒徑分布： '〈25微米。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明，所述ΑΕΙ型硅鋁分子篩的比表面積>700m2/g，酸密度介于 1. 0-2.Ommol/g之間。
[0043] 本發(fā)明的有益效果是：
[0044] 本發(fā)明的模板劑特別適合于制備所述的AEI型硅鋁分子篩，所述分子篩是一系列 不同硅鋁比的分子篩，其晶粒大小可控且分布均勻，特別適合實(shí)現(xiàn)汽車尾氣凈化用催化劑 的性能需求。
[0045] 通過本發(fā)明的方法，可以有效的制備所述模板劑，反應(yīng)的總收率高達(dá)80%，而且所 述方法簡單、成本低、適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0046] 圖1是實(shí)施例1的產(chǎn)品的XRD結(jié)構(gòu)圖。
[0047] 圖2是實(shí)施例1的產(chǎn)品的電鏡結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 如上所述，本發(fā)明公開了一種在汽車尾氣凈化用催化劑的載體的制備中使用的模 板劑及其制備方法和應(yīng)用。所述載體優(yōu)選是AEI型硅鋁分子篩，其硅鋁比的范圍在10-40 之間。由于不同類型的尾氣需要不同的酸性強(qiáng)度的催化劑，使用本發(fā)明的模板劑，我們制備 出一系列不同硅鋁比的分子篩，其晶粒大小可控且分布均勻（具體而言，所述AEI型硅鋁分 子篩的晶粒大小在0. 5-1微米之間，粒徑分布：d9(]〈25微米），特別適合實(shí)現(xiàn)催化劑的性能需 求。
[0049] 本發(fā)明的新型