Brevet FR2763333A1 — publié le 19981120

1- PROCEDE DE PURIFICATION DE DIMETHYLSULFOXIDE (DMSO) La présente invention concerne un procédé de purification de diméthylsul- foxyde (DMSO) et le DMSO ainsi purifié. Le DMSO disponible actuellement sur le marché est un produit ayant déjà une bonne pureté. Ses spécifications commerciales sont généralement: pureté. > 99,7 % par chromatographie acidité. %. En fait, dans ce procédé connu, la purification semble essentiellement appor- tée par une distillation fractionnée d'une solution aqueuse de DMSO traitée aupara- vant par un échangeur d'anions. On a effectué maintenant des analyses de traces métalliques sur plusieurs échantillons de DMSO commercial, de différentes provenances. Ces analyses sont rapportées dans le tableau 1. Les concentrations en sodium, fer, potassium, calcium, chrome, cuivre, nickel et zinc ont été mesurées par ICP (spectrométrie d'émission atomique-torche à plasma, appareil Perkin Elmer, modèle Optima 3000) et sont exprimées en ppb (1 ppb = 1 partie en poids par milliard = 1 gg par kg). La liste des éléments métalliques figurant dans le tableau 1 n'est pas exhaustive quant aux éléments métalliques présents dans ces échantillons. -2- TABLEAU1 Echantil- Cations métalliques Ion Na Fe K Ca Cr Cu Ni Zn 1 40 13 60 20 2 10 8 10 2 39 60 3 13 13 3 30 40 3 20 12 4 30 40 3 14 13 30 6 70 90 65 55 15 2 25 60 limite de 2 1 3 2 2 2 3 3 détection Pour certaines applications, comme par exemple en électronique ou en pharmacie, les DMSO analysés ci-dessus contiennent trop d'impuretés métalliques. En général, un DMSO contenant moins de 10 ppb de chaque contaminant métalli- que, alcalin et alcalino-terreux, serait nécessaire pour la plupart des utilisations dans les deux domaines techniques précités. Le but de la présente invention est de trouver un procédé de purification du DMSO commercial ayant déjà une bonne pureté, mais cette dernière étant cepen- dant insuffisante pour certaines applications. L'échange d'ions par la mise en oeuvre de résines est une technique très utilisée pour les milieux aqueux et permet notamment l'obtention d'eau déionisée. L'échange d'anions en milieu DMSO liquide à faible teneur en eau a déjà été réalisé par Alan M. Phipps, Anal. Chem. 40(12) pp. 1769-1773, 1968, dans le but de mesu- rer les quantités d'anions fixes sur la résine dans des conditions expérimentales s'approchant de l'équilibre thermodynamique. L'invention a maintenant pour objet un procédé de purification de dimé- thylsulfoxyde pour en diminuer la teneur en cations métalliques, alcalins et alcalino- terreux, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à mettre le DMSO à purifier en contact avec au moins deux résines échangeuses de cations dont l'une au moins est une résine de type sulfonique, l'autre (ou les autres) pouvant être de type chéla- tant. Avantageusement, on traite un DMSO à faible teneur en eau, cette teneur étant de préférence inférieure ou égale à 0,15 % en poids par rapport au poids total. -3- Conformément à la présente invention, tout cation Mn+ (n valant de 1 à 4) est retenu et échangé par des protons H+ ou des cations NH4+ issus des résines employées sous la forme acide ou sous la forme ammonium. Une purification très efficace du DMSO quasi anhydre peut être obtenue par I'emploi conjoint d'une résine de type chélatante possédant par exemple des grou- pements aminophosphonique ou iminodiacétique, efficace pour échanger le fer et les métaux de charge multiple (Mn+, n = 2, 3 et 4) et d'une résine de type sulfonique, efficace pour échanger le sodium et les ions monochargés. De préférence, les résines cationiques utilisées sont à base d'un copolymère o0 polystyrène-divinylbenzène. En effet, ces résines ont un squelette résistant aux atta- ques chimiques et, en particulier, elles ne se dissolvent pas dans le DMSO. La mise en contact du DMSO à purifier avec les résines a lieu à une tempé- rature allant de 18,45 C (point de fusion du DMSO) à 120 C (température limite de stabilité thermique des résines). Cette température est avantageusement comprise 1s entre 19 et 80 C, de préférence entre 20 et 50 C. Le DMSO à purifier peut être mis en contact avec un mélange des différen- tes résines ou successivement avec chacune des différentes résines. L'opération peut être réalisée en discontinu (batch) ou en continu dans les conditions et appareillages bien connus de l'homme du métier. La séparation du DMSO purifié d'avec les résines peut se faire par tout moyen connu approprié, notamment par filtration, percolation ou centrifugation. Pour définir la qualité du DMSO susceptible d'être obtenu purifié par le procédé selon l'invention, le fer et le sodium ont été retenus comme éléments traceurs et indicateurs de la teneur générale en cations métalliques, alcalins et alcalino-terreux. Ce DMSO purifié se caractérise en ce qu'il comporte une teneur en cation Fe inférieure ou égale à 1 ppb et une teneur en cation Na inférieure ou égale à 2 ppb, limites respectives de détection de la méthode d'analyse par spectrométrie d'émis- sion atomique-torche à plasma. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la partie expérimentale suivante décrivant un exemple de réalisation de la présente invention. Partie expérimentale I. Méthode d'analyse: Pour analyser les traces de métaux dans le DMSO, on a utilisé l'ICP (spectrométrie d'émission atomique-torche à plasma): I'échantillon est introduit dans une torche plasma, les différents éléments présents sont excités et émettent des photons dont l'énergie est caractéristique de l'élément puisqu'elle est définie par la -4- structure électronique de l'élément considéré. On a utilisé en routine un appareil Perkin Elmer (modèle Optima 3000 DV). Il. Méthodologie: Principe: les traces métalliques sont sous forme Mn+. Par passage du DMSO sur deux résines échangeuses de cations, elles- mêmes sous forme H+, on substitue les ions Mn+ en solution par n.H+. III. Essai: Principe: par souci de simplifier les analyses, le sodium et le fer ont été choisis comme traceurs représentatifs de l'ensemble des impuretés métalliques 0o contenues dans le DMSO. Le sodium est caractéristique de la pollution atmosphérique et accidentelle (poussières, environnement) et le fer est caractéristique de la pollution pouvant provenir du process (unité en acier inox). Du DMSO dopé à 1000 ppb de fer et 1000 ppb de sodium est mis en contact successivement avec deux résines échangeuses de cations, sous forme H+ (2 g de chaque résine pour 100 g de DMSO) à 25 C. Après un premier échange cationique avec une résine de type chélatant, le DMSO est séparé du solide par filtration sur un fritté en polyéthylène de porosité 70 pm, puis il est mis en contact avec une résine de type sulfonique. Des échantillons de DMSO sont prélevés au cours du temps durant chacune des étapes pour suivre les évolutions de concentrations en fer et sodium. Comme résine de type sulfonique, on a utilisé la résine Amberlyst 35 commercialisée par Rohm & Haas, et comme résine chélatante, la résine amino- phosphonique S 940 de la Société Purolite. Ces résines ont au préalable été traitées pour obtenir la forme H+ de la manière suivante: au travers de 90 ml de résine, on fait passer 540 ml d'HCI 5 % à un débit constant et tel que l'opération dure 30 à minutes. Après avoir été rincée à l'eau déionisée jusqu'à neutralité de l'eau sortante, la résine est séchée par mise en suspension dans du méthanol et évapora- tion sous vide à l'évaporateur rotatif (90 C, 2000 Pa) jusqu'à observation d'un poids constant. Le tableau 2 rassemble les teneurs en fer et sodium en fonction du temps pour le premier et le second échange. -5- TABLEAU-2 Temps (min.) Fe (ppb) Na (ppb) 0 1390 1330 Résine 30 64 1120 Purolite S940 60 -6- REVENDICATIONS 1. Procédé de purification de diméthylsulfoxyde (DMSO) pour en diminuer la teneur en cations métalliques, alcalins et alcalino-terreux, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à mettre le DMSO à purifier en contact avec au moins deux résines échangeuses de cations dont l'une au moins est une résine de type sulfoni- que, l'autre (ou les autres) pouvant être de type chélatant, ces résines étant employées sous la forme acide ou ammonium. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on traite un DMSO à faible teneur en eau, cette teneur étant de préférence inférieure ou égale à 0,15 % en poids par rapport au poids total. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque résine est à base d'un copolymère polystyrène-divinylbenzène. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la mise en contact du DMSO à purifier avec les résines échangeuses a lieu à une température de 19 à 80 C. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la température est comprise entre 20 et 50 C. 6. DMSO susceptible d'être obtenu suivant le procédé de l'une des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une teneur en cation Fe inférieure ou égale à 1 ppb et une teneur en cation Na inférieure ou égale à 2 ppb, limites respec- tives de détection de la méthode d'analyse par spectrométrie d'émission atomique- torche à plasma.