CN110590620A - 一种电渗析纯化二甲基砜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电渗析纯化二甲基砜的方法，构建电渗析系统，所述电渗析系统包括电源和依次排列的阴极板、电渗析模组、阳极板；所述电渗析膜组为依次排列的阴离子交换膜‑（阳离子交换膜‑阴离子交换膜）_N，其中N为1‑30的整数；所述阴极板与临近的阴离子交换膜之间形成阴极室，所述阳极板与临近的阴离子交换膜之间形成阳极室；将所述电源的阴极电性连接至阴极板，将所述电源的阳极电性连接至阳极板；向阴极室和阳极室循环供应电极溶液，向淡化室中循环供应含有电解质杂质的二甲基砜溶液，向浓缩室中循环供应电解质溶液；该方法绿色环保，节能高效，能够制备高纯度二甲基砜产品，具有重要的意义。

Description

一种电渗析纯化二甲基砜的方法

技术领域

本发明涉及一种化合物提纯领域，具体涉及一种电渗析纯化二甲基砜的方法。

背景技术

二甲基砜（Dimethyl sulfone,DMSO₂，MSM)是一种有机硫化物，别名甲基磺酰甲烷。在工业中用作有机及无机物质高温溶剂、农药及其他药品、食品添加剂、纤维染色添加剂等。它被称为“自然美化碳物质”，是人体胶原蛋白合成的重要组成成分。由于二甲基砜是新发现的营养物质，并且同时又扮演人体内部不不可或缺的硫元素依附体的角色，对人体的健康存在着相当大的作用，是人类生存和健康保障的必备药品，是人体胶原蛋白合成的必要物质。二甲基砜产品的需求量量也在随之增长。

目前，工业化生产二甲基砜主要采用硝酸氧化二甲基亚砜法，处于成本的考虑，常采用二甲基亚砜粗品作为原材料，而二甲基亚砜粗品中的主要杂质为硝酸钠，这就导致制备的二甲基砜成品中含有一定浓度的硝酸钠，这对二甲基砜的用途造成了极大的限制，尤其是正在食品和制药领域的应用。

现有技术中存在常采用结晶或是减压蒸馏的方式对二甲基砜进行提纯。CN101195595B公开了一种二甲基砜和硝酸钠的分离技术，采用蒸馏的方法分离出二甲基砜，对母液进行蒸发结晶获得硝酸钠产品。该工艺中加入了多种化学产品，且分离过程非常耗能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二甲基砜的提纯方法，通过电渗析的手段将二甲基砜中盐类杂质脱除，通过绿色环保的电渗析工艺可以避免传统纯化工艺中存在能耗高，产生的化学废弃物多的弊端，经检索，目前还尚未有与本申请技术方案类似的的文献报道，因此，本申请公开的电渗析纯化二甲基砜的方法具有重要的意义。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电渗析纯化二甲基砜的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）构建电渗析系统

所述电渗析系统包括电源和依次排列的阴极板、电渗析模组、阳极板；所述电渗析膜组为依次排列的阴离子交换膜-（阳离子交换膜-阴离子交换膜）_N，所述电渗析膜组中的交换膜之间自所述阴极板向所述阳极板方向依次形成（浓缩室-淡化室）_N，其中N为1-30的整数；所述阴极板与临近的阴离子交换膜之间形成阴极室，所述阳极板与临近的阴离子交换膜之间形成阳极室；将所述电源的阴极电性连接至阴极板，将所述电源的阳极电性连接至阳极板；向阴极室和阳极室循环供应电极溶液，向淡化室中循环供应含有电解质杂质的二甲基砜溶液，向浓缩室中循环供应电解质溶液；

（2）在反应过程中，电压维持在5-30V，所述二甲基砜溶液中二甲基砜的质量浓度为5-30%，所述浓缩室中电解质溶液的质量浓度为不大于12%；

（3）接通电源，电渗析系统开始工作，分别记录时间、电流、电压数据。

进一步地，所述电压维持在20V。

进一步地，所述二甲基砜溶液中二甲基砜的质量浓度为10%。

进一步地，所述浓缩室中电解质溶液的质量浓度不大于3%。

进一步地，所述浓缩室中电解质选自硝酸钾、硝酸钠、硫酸钾和硫酸钠中至少一种。

进一步地，所述浓缩室中电解质为硝酸钠。

进一步地，导入阴极室和阳极室的电解质选自硫酸铵、硫酸钠、硝酸钠、硫酸钾或硝酸钾溶液，电解质的浓度为不小于0.1mol/L。当通入浓缩室的电解质溶液和通入电极室的电极溶液中所含电解质均为硝酸钠时，此时，在浓缩室中产生的副产物则也是硝酸钠，即在得到高附加值的高纯度二甲基砜的同时，也获得了高纯度的硝酸钠副产物。

进一步地，导入阴极室和阳极室的电极溶液中的电解质为硝酸钠。

本发明的有益效果在于：

（1）探索了电渗析工艺纯化二甲基砜的工艺路线，可以克服传统二甲基砜纯化工艺普遍纯在的能耗高，且由于需要使用其他的化学品带来的污染废弃物。而本发明所述的工艺所产生的副产物本身纯度也很高，可以作为优质副产物增加工艺的附加值。

（2）通过单因素控制确定了以木糖为原料采用电渗透工艺纯化二甲基砜的工艺参数。

（3）传统工艺生产的二甲基砜产品的纯度不高，难以满足市场对高纯度二甲基砜的应用需求，通过电渗析方法可获得高纯度二甲基砜产品。

附图说明

图1为电渗析纯化二甲基砜的原理示意图。

图2为不同电压下淡化室中电导率变化示意图。

图3为不同电压下电渗析体系的电流变化示意图。

图4为不同电压下脱盐率与恢复率的变化示意图。

图5为不同二甲基砜浓度下淡化室电导率变化示意图。

图6为不同二甲基砜浓度下功耗示意图。

图7为不同二甲基砜浓度下脱盐率和恢复率的变化示意图。

图8为不同初始浓缩室浓度下淡化室电导率变化示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如附图1所示，构建电渗析系统，在反应容器中依次排列阴极板、电渗析模组、阳极板；所述电渗析膜组为依次排列的阴离子交换膜-（阳离子交换膜-阴离子交换膜）_N，所述电渗析膜组中的交换膜之间自所述阴极板向所述阳极板方向依次形成（浓缩室-淡化室）_N，其中N为1-30的整数；所述阴极板与临近的阴离子交换膜之间形成阴极室，所述阳极板与临近的阴离子交换膜之间形成阳极室；将所述电源的阴极电性连接至阴极板，将所述电源的阳极电性连接至阳极板；向阴极室和阳极室循环供应电极溶液，向淡化室中循环供应含有电解质杂质的二甲基砜溶液，向浓缩室中循环供应电解质溶液。

接通电源后，浓缩室为一定浓度的硝酸钠溶液，也可以是其他电解质溶液，而淡化室为二甲基砜和硝酸钠的混合溶液。在反应过程中电导仪随时监测淡化室内的电导率并记录，记录下稳压稳流电源显示的电压，脱盐率=（所测浓度-初始始浓度）×100%。

实施例1

将二甲基砜和硝酸钠按照质量比为4：1配置混合物，然后将该混合物与水混合配置成二甲基砜质量浓度为20%的二甲基砜粗品溶液，将该二甲基砜粗品溶液的浓度分别通入淡化室中，控制浓缩室中硝酸钠的质量浓度为6%。

在上述反应条件下，如附图2所示，将电压分别控制在5V、10V、20V和30V，由附图2可以很明显的看出，随着时间的推移淡化室的电导率都是在减小，而更更明显的是在这种情况之下电压越大电导率变化的速率越大。在其他因素一致的情况下，初始的电导率相差不大，但根I=U/R可知由于电阻相同，那么电压大的电流也会相较于电压小的电流要大一些，导致电渗析速率要快一些，所以电压大的电导率见效的速度要快于电压小的。所以在反应中电导率在操作电压为20V和30V，10 分钟的时候就降至1ms/cm，而5V 的在40 分钟的时候降下来的，10V也差不多在接近40分钟的时候电导率降下来。并且，由于在我们本次反应中初始的淡化室浓度是一致的，所以针对于反应中的淡化室浓度，20V电压时已是最佳电压。原因在于根据上述公式，R一定时，U增大，I也随之增大。当U很大时，I就会变成定值，在我们本次实验中，20V和30V的差距不不太明显，而出于节约成本和节能等因素的考虑下我们实验中20V为最佳。

附图3是在不同电压下电流的变化图，在上图可以明显的看出，电流随着时间而降低，并且最终将无限趋近于零，这是因为当反应进行到后期时淡化室里离子浓度已经很小了，导电的已经是反应容器中的纯水开始电解的氢离子。附图3中可以看到，在初始时5V、10V电流先升高然后在降低，原因是由于刚开始时，电压不变而且淡化室中离子浓度一定，刚开始打开电源需要缓冲时间，所以电流相对较小，同时淡化室的离子也在向浓缩室转移所以电流在增大，在第5分钟的时候达到最大电流，此后在淡化室中的离子大部分转移到浓缩室，导致淡化室中可导电的物质不不多，以至于电阻变大电流变小。电压为20V、30V时，在刚开始的时候电流在5.5A，但由于电压大，驱动力十分充足，所以离子的转移速度也是相当快，电流降低的幅度很大，20V、30V电压在15分钟时到达最低电流，而5V和10V则是在40分钟的时候到达的，20V、30V的电流降低速率明显高于5V与10V的。经综合考虑，20V 和30V的效果差距不不大时，选取20V 电压在经济上应是最合理理的。

附图4是不同电压情况下脱盐率和恢复率，5V时20min的脱盐率不足80%，30min 的脱盐率在89%，恢复速率在87%；10V时20min 的脱盐率83%，30min 的脱盐率92%，恢复速率为86%；20V时，20min的脱盐率在95%，30min的脱盐率在98%，恢复速率在86%；30V时，20min 的脱盐率在95%，30min 的脱盐率也在98%，恢复率也在86%。可见，电压越大脱盐率越高，时间越久，脱盐率也越高，而且电压越大，到达峰点脱盐率的时间也会越短，无论无论是哪个电压，恢复速率都是差不多，理论上应找电压最大的，但是由于电压在20V和30V时，电渗析的效果基本差不多，因此，20V 是最优电压值。

实施例2

参见实施例1的作业，所不同在于，在本组反应过程中，控制反应的电压为20V，依次调节反应容器中淡化室中二甲基砜的质量浓度分别为5%、10%、20%和30%。如附图5所示，可看出随着时间的推移，电导率在减小，在刚开始的时候二甲基砜浓度越大电导率越大。在初始时所测淡化室二甲基砜浓度越大淡化室整体盐浓度就越大，离子浓度越大，电导率也会越大，随着淡化室离子通过离子交换膜进入浓缩室,淡化室里的盐离子浓度就会降低，从而达到纯化二甲基砜的目的，在反应可以发现，MSM浓度越低的越先到达纯化率最佳，但是在40分钟的时候都到达这个状态，也就是，MSM浓度越大，纯化所需要的时间也会越久。

经过测算，如附图6所示，可以看到MSM浓度越大所需的功耗越大。在前述内容中知晓MSM 浓度越大刚开始的电导率越大，电流就越大，根据P=UI可得电压一定时电流越大电功率越大，相同时间相同面积的功率消耗的也是最大的。

附图7是不同二甲基砜浓度下脱盐率和恢复率，如图所示，二甲基砜浓度为5%的20min 脱盐率为96%左右，30min 的脱盐率为98%左右，恢复率在97%左右；浓度为10%的20min 脱盐率为96%左右，30min 的脱盐率为99%左右，恢复率在90%左右；浓度为20%的20min 的脱盐率在90%左右，30min 的脱盐率为97%左右，恢复率在87%左右；浓度为30%的20min 脱盐率为95%左右，30min脱盐率在98%左右，恢复率为86%左右。可以看到，针对于电渗析技术分离清洁纯化二甲基砜这项研究，二甲基砜浓度越低脱盐率会越高。在这组变量反应中，数据表明，如果需要分离清洁纯化的二甲基砜浓度越大，耗时越久还且所耗功率也会更更大，并且脱盐率会很低，纯化率不高。经过以上综合分析，在反应容器中二甲基砜的质量的最佳反应浓度为10%。

实施例3

参见实施例1的作业，所不同的是，在本组反应过程中，控制反应的电压为20V，依次调节浓缩室中电解质硝酸钠的质量浓度为3%、6%、9%和12%。由附图8可知，开始时，各盐浓度下的电导率下降速率基本一致，但是五分钟之后，浓缩室中硝酸钠的质量浓度为3%的电解体系的电导率变化最快且最后的数值最小，这是由于浓差渗透扩散作用，当浓缩室盐浓度过高时，在电渗析过程中很快达到饱和状态，导致脱盐效率下降。因此，在反应体系中要注意维持浓缩室中盐浓度不宜过大。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整 体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明 的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电渗析纯化二甲基砜的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）构建电渗析系统

所述电渗析系统包括电源和依次排列的阴极板、电渗析模组、阳极板；所述电渗析膜组为依次排列的阴离子交换膜-（阳离子交换膜-阴离子交换膜）_N，所述电渗析膜组中的交换膜之间自所述阴极板向所述阳极板方向依次形成（浓缩室-淡化室）_N，其中N为1-30的整数；所述阴极板与临近的阴离子交换膜之间形成阴极室，所述阳极板与临近的阴离子交换膜之间形成阳极室；将所述电源的阴极电性连接至阴极板，将所述电源的阳极电性连接至阳极板；向阴极室和阳极室循环供应电极溶液，向淡化室中循环供应含有电解质杂质的二甲基砜溶液，向浓缩室中循环供应电解质溶液溶液；

（2）在反应过程中，电压维持在5-30V，所述二甲基砜溶液中二甲基砜的质量浓度为5-30%，所述浓缩室中电解质溶液的质量浓度为不大于12%；

（3）接通电源，电渗析系统开始工作，分别记录时间、电流、电压数据。

2.根据权利要求1所述的一种电渗析纯化二甲基砜的方法，其特征在于：所述电压维持在20V。

3.根据权利要求1所述的一种电渗析纯化二甲基砜的方法，其特征在于：所述二甲基砜溶液中二甲基砜的质量浓度为10%。

4.根据权利要求1所述的一种电渗析纯化二甲基砜的方法，其特征在于：所述浓缩室中电解质溶液的质量浓度不大于3%。

5.根据权利要求1所述的一种电渗析纯化二甲基砜的方法，其特征在于：所述浓缩室中电解质选自硝酸钾、硝酸钠、硫酸钾和硫酸钠中至少一种。

6.根据权利要求5所述的一种电渗析纯化二甲基砜的方法，其特征在于：所述浓缩室中电解质为硝酸钠。

7.根据权利要求1所述的一种电渗析纯化二甲基砜的方法，其特征在于：导入阴极室和阳极室的电极溶液中所含的电解质选自硫酸铵、硫酸钠、硝酸钠、硫酸钾或硝酸钾溶液，电解质的浓度为不小于0.1mol/L。

8.根据权利要求7所述的一种电渗析纯化二甲基砜的方法，其特征在于：导入阴极室和阳极室的电极溶液中的电解质为硝酸钠。