Xinlai Wei
1 Laboratorul cheie CAS de chimie a materiei moi, Centrul colaborativ de inovare a chimiei pentru materiale energetice, Școala de chimie și știința materialelor, Universitatea de știință și tehnologie din China, Hefei 230026, China; nc.ude.ctsu.liam@ialnix (X.W.); nc.ude.ctsu.liam@naynaeco (H.Y.)
2 Centrul colaborativ de inovare pentru prevenirea poluării mediului și reabilitarea ecologică din Anhui, Școala de biologie, inginerie alimentară și de mediu, Universitatea Hefei, Hefei 230601, China; nc.ude.uufh@ekuw
Yaoming Wang
1 Laboratorul cheie CAS de chimie a materiei moi, Centrul colaborativ de inovare a chimiei pentru materiale energetice, Școala de chimie și știința materialelor, Universitatea de știință și tehnologie din China, Hefei 230026, China; nc.ude.ctsu.liam@ialnix (X.W.); nc.ude.ctsu.liam@naynaeco (H.Y.)
Haiyang Yan
1 Laboratorul cheie CAS de chimie a materiei moi, Centrul colaborativ de inovare a chimiei pentru materiale energetice, Școala de chimie și știința materialelor, Universitatea de știință și tehnologie din China, Hefei 230026, China; nc.ude.ctsu.liam@ialnix (X.W.); nc.ude.ctsu.liam@naynaeco (H.Y.)
Ke Wu
2 Centrul colaborativ de inovare pentru prevenirea poluării mediului și reabilitarea ecologică din Anhui, Școala de biologie, inginerie alimentară și de mediu, Universitatea Hefei, Hefei 230601, China; nc.ude.uufh@ekuw
Tongwen Xu
1 Laboratorul cheie CAS de chimie a materiei moi, Centrul colaborativ de inovare a chimiei pentru materiale energetice, Școala de chimie și știința materialelor, Universitatea de știință și tehnologie din China, Hefei 230026, China; nc.ude.ctsu.liam@ialnix (X.W.); nc.ude.ctsu.liam@naynaeco (H.Y.)
Abstract
Metilsulfonilmetanul (MSM) este una dintre principalele surse de sulf pentru corpurile vii, dar este greu de obținut ca compus pur. Electrodializa convențională (CED) este o tehnologie matură care poate fi utilizată pentru separarea și purificarea produselor biochimice. În acest studiu, purificarea MSM din amestecurile care conțin sare a fost realizată de CED. Au fost investigate efectele condițiilor de funcționare, cum ar fi căderea tensiunii de funcționare, concentrația MSM de alimentare și concentrația de sare electrolit asupra performanțelor de separare. Rezultatele au arătat că eficiența actuală a atins 74,0%, iar consumul de energie ar putea fi de 12,3 Wh · L −1. În ceea ce privește rata de recuperare și rata de desalinizare, cea mai mare rată de recuperare ar putea fi de 97,4%, iar rata de desalinizare a fost de 98,5%. Pe baza calculului consumului de energie al procesului, costul total al întregului proces a fost estimat la doar 2,34 $ · t -1. Astfel, CED este extrem de eficient și rentabil pentru separarea și purificarea MSM.
1. Introducere
Metilsulfonilmetanul (MSM), formula moleculară (CH3) 2SO2, este un compus organosulfuric important cu proprietăți antioxidante și antiinflamatorii [1]. Este, de asemenea, cunoscut sub mai multe alte nume, inclusiv metilsulfona, dimetilsulfona și DMSO2 [2,3]. MSM este utilizat pe scară largă în sinteza organică, ca substanță chimică agricolă și ca solvent la temperaturi ridicate atât pentru substanțe anorganice, cât și pentru substanțe organice [2,4]. Este o sursă principală de sulf care este utilizată pentru sinteza metioninei, cisteinei, a țesuturilor care conțin sulf, a proteinelor și a peptidei din corpul uman și animalele [5]. Prin urmare, MSM este, de asemenea, utilizat în mod obișnuit ca supliment alimentar care poate îmbunătăți diferite boli metabolice [6].
În prezent, cea mai comună metodă pentru prepararea MSM se realizează prin oxidarea dimetil sulfurii sau DMSO utilizând metode de oxidare chimică și electrochimice [7]. Metodele de oxidare chimică includ metoda acidului azotic, metoda peroxidului de hidrogen, metoda ozonului și așa mai departe. Metodele de oxidare electrochimică includ metoda de oxidare a electrodului PbO2 și metoda de oxidare a electrodului de grafit [1]. Indiferent de metoda de preparare aplicată, produsul brut MSM coexistă de obicei cu o anumită cantitate de sare de azotat de sodiu. Puritatea produsului este importantă pentru domeniul de aplicare. MSM cu puritate ridicată are o valoare adăugată ridicată pentru uz farmaceutic, dar un produs cu puritate redusă poate fi utilizat doar ca hrană pentru animale. Este o sarcină solicitantă pentru întreprinzători să pregătească MSM cu sare mică.
În general, separarea și purificarea convențională a procedurilor MSM includ decolorarea prin cărbune activ, demineralizarea prin schimb de ioni și apoi cristalizarea prin uscare în vid. Chiar dacă aceste proceduri de purificare pot obține MSM pur, aceste căi de preparare convenționale au multe dezavantaje. În primul rând, aceste căi convenționale de preparare conțin proceduri complexe, inclusiv decolorare, schimb de ioni, recristalizare, evaporare, uscare etc. În al doilea rând, procedura de desalinizare prin schimb de ioni și recristalizare are un consum ridicat de solvent și substanțe chimice, rezultând o cantitate mare de apă uzată salină. Este bine cunoscut faptul că regenerarea rășinii schimbătoare de ioni are un consum ridicat de acizi și baze, ceea ce duce la eliminarea apelor uzate saline. În al treilea rând, metodele convenționale de purificare au un consum ridicat de energie și costuri de operare ridicate. Prin urmare, este necesar să se exploreze o tehnologie de desalinizare ecologică, rentabilă și cu eficiență ridicată pentru a obține un produs MSM de înaltă puritate cu sare redusă.
2. Materiale și metode
2.1. Materiale
Membrana schimbătoare de anioni (AEM; CJ-MA-2) și membrana schimbătoare de cationi (CEM; CJ-MC-2) au fost furnizate de Hefei Chemjoy Polymer Materials Co. Ltd. (Hefei, China). Materia primă MSM a fost furnizată de Hengjie Chemical co. Ltd. (Chongqing, China). Conținutul de sare în materia primă uscată MSM a fost de 3,14% în greutate (calculat pe baza calității solide a NaNO3). Tabelul 1 prezintă principalele proprietăți ale membranei schimbătoare de anioni și ale membranei schimbătoare de cationi utilizate în experimente.
tabelul 1
Principalele proprietăți ale membranelor utilizate în experimentele a [17].
| Grosime (mm) | 0,200 | 0,115 |
| Capacitate de schimb ionic (mmol/g) | 1,50 | 1,25 |
| Captarea apei (%) | 35 b | 32 b |
| Rezistivitate (Ω · cm 2) | 2,0–3,5 c | 2,0–3,5 c |
| Număr transfer (%) | 98 d | 99 d |
| Grup functional | –SO3 - | –N (CH3) 3 + |
a Datele au fost colectate din broșura produsului furnizată de producători. b Contraionii membranelor schimbătoare de cationi și anioni pentru determinarea absorbției apei au fost ioni Na + și respectiv ioni Cl -. c Rezistivitatea a fost testată cu 0,5 mol/L soluție de NaCI la temperatura camerei. d Numărul de transport a fost determinat cu 0,1 și 0,2 mol/L soluție KCl la temperatura camerei.