一種模板劑及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種模板劑及其制備方法和應用，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用。
【背景技術】
[0002] 當今的霧霾天氣主要來自柴油發動機的尾氣中除去不完全的氮氧化物。隨著經濟 的快速發展，生活質量不斷提高，人們的環保意識越來越強，城市居民對大氣質量的要求越 來越高，這就迫切需求開發研制高活性、高選擇性、低成本的汽車尾氣凈化用催化劑，有效 地控制有害物質的排放，保護生態環境和人類自身健康。
[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 完全的碳氫化合物除去，但是，尾氣中還包含著氮氧化物，它們是形成酸雨和光化學煙霧的 主要污染物，對生態環境造成嚴重的危害，因此，必須在它們被排放入大氣之前對其進行處 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 氧化物轉化成無毒的氮氣，該催化劑稱為三效催化劑。但是，貴金屬價格貴，釩的使用會構 成對環境的二次污染。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生的尾氣。近年來，貧燃汽油發 動機以及柴油發動機的設計和應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，這就容易導致三效催化劑對脫硝功能的完全失效。
[0004] 后來發現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，它的微孔型晶體結構依然保持穩定，同時吸附性能也是 穩定的，因此這種具有微孔型結構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，關于該種模板劑，目前還沒有有 效的制備方法報道。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，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用。
[0007] 為了實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：
[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，彼此獨立地是C1-C4烷基，優選彼此獨立是甲基、乙基、丙基 或丁基，更優選彼此獨立是甲基或乙基；m是1至5之間的整數，優選m是2 ;R2相同或不同， 彼此獨立地是C1-C4烷基，優選彼此獨立是甲基、乙基、丙基或丁基，更優選彼此獨立是甲 基或乙基；R3相同或不同，彼此獨立地是C1-C4烷基，優選彼此獨立是甲基、乙基、丙基或丁 基，更優選彼此獨立是甲基或乙基。
[0012] 根據本發明，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] 根據本發明，所述汽車尾氣凈化用催化劑的載體為AEI型硅鋁分子篩。
[0014] 根據本發明，所述AEI型硅鋁分子篩的硅鋁比的范圍在10-40之間。
[0015] 根據本發明，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] 根據本發明，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] 本發明還提供如下的技術方案：
[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，得到式⑴所示化合物：
[0020]
[0021] 其中，所述&相同或不同，彼此獨立地是C1-C4烷基，優選彼此獨立是甲基、乙基、 丙基或丁基，更優選彼此獨立是甲基或乙基；m是1至5之間的整數，優選m是2 ;R2相同或 不同，彼此獨立地是C1-C4烷基，優選彼此獨立是甲基、乙基、丙基或丁基，更優選彼此獨立 是甲基或乙基；X為氟、氯、溴或碘，優選為溴；
[0022] (b)式⑴所示化合物與硫酸二烷基酯反應制備式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，彼此獨立地是C1-C4烷基，優選彼此獨立是甲基、乙基、丙基或丁基，更優選彼此獨立是 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制得式（4)所示化合物。
[0024] 根據本發明，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物，在R2X的溶液中，加入氫氧化鉀的溶液，常溫 下反應產生KX沉淀，過濾，生產式（1)所示化合物的粗產品，濃縮蒸干后得到產品。
[0026] 根據本發明，優選地，R2X的溶液為乙醇溶液。優選地，氫氧化鉀的溶液為乙醇溶 液。
[0027] 根據本發明，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，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，冷卻后，式 (3) 所示化合物從溶液中沉淀出來，過濾得到白色產品。
[0031] 根據本發明，優選地，所述溶劑為甲苯。優選地，所述反應的溫度為90-130°C(優 選ll〇°C)。優選地，所述反應的時間為5-6小時。
[0032] 根據本發明，所述步驟（b)的收率大于80%。
[0033] 根據本發明，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，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] 根據本發明，優選地，所述溶劑為乙醇。優選地，所述堿為氫氧化鉀或氫氧化鈉。
[0036] 根據本發明，通過滴定堿的方法測試步驟（c)的產品的含量大于20%。
[0037] 本發明還提供如下的技術方案：
[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] 根據本發明，所述載體為AEI型硅鋁分子篩。
[0040] 根據本發明，所述ΑΕΙ型硅鋁分子篩的硅鋁比的范圍在10-40之間。
[0041] 根據本發明，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] 根據本發明，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] 本發明的有益效果是：
[0044] 本發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，特別適合實現汽車尾氣凈化用催化劑 的性能需求。
[0045] 通過本發明的方法，可以有效的制備所述模板劑，反應的總收率高達80%，而且所 述方法簡單、成本低、適于工業化生產。
【附圖說明】
[0046] 圖1是實施例1的產品的XRD結構圖。
[0047] 圖2是實施例1的產品的電鏡結構圖。
【具體實施方式】
[0048] 如上所述，本發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用。所述載體優選是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度的催化劑，使用本發明的模板劑，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），特別適合實現催化劑的性能需 求。
[0049] 本發明的新型