Необычные полимеры помогут найти применение «ненужной» сере.

Может ли полезное ископаемое превратиться в бесполезное? Несмотря на то, что на первый взгляд, такая мысль кажется абсурдной, примеров таких «чудес» существует множество. Недавно мы были свидетелями отрицательных фьючерсных цен на нефть. А тот, кто любит ходить летом по грибы и по ягоды, наверняка знает, что горы принесённых из леса подберёзовиков и земляники сулят одни проблемы. С грибами, ягодами или нефтью в этом плане проще – когда их слишком много, то их сбор и добычу можно волевым усилием ограничить. Но не со всеми полезными ископаемыми этот метод работает. И одно из них – сера.

Обычно твёрдую серу перевозят и хранят в открытом виде. Фото: Allan Harris/Flickr.com

Самородная сера известна человечеству испокон веков. И месторождения чистой серы долгое время были основным источником этого ценного элемента для промышленности. Однако со временем основным «месторождением» серы стали нефте- и газоперерабатывающие заводы. Дело в том, что в природной нефти и газе содержится некоторое количество сернистых соединений – различных веществ, в молекулах которых есть атомы серы. Нефть и газ из разных месторождений отличаются по содержанию серы – в каких-то её совсем мало, а в других, наоборот, очень много.

Просто так оставить серу в нефти или газе нельзя. Если из неочищенной от серы нефти сделать бензин или дизельное топливо, то все выхлопные газы, полученные от сжигания этого топлива, будут содержать большое количество ядовитого газа – оксида серы. Он мало того что вреден сам по себе, так ещё и способствует образованию кислотных дождей. Аналогична ситуация и с природным газом. Кроме того, если мы переработаем нефть и газ в нефтехимическое сырьё, то высокое содержание в нём серы будет выводить из строя сложные каталитические системы химических заводов, поскольку сера – это яд, который отравляет катализаторы. Поэтому от лишней серы избавляются на самых ранних этапах переработки углеводородного сырья – ещё на нефтеперерабатывающих и газоперерабатывающих заводах. В результате очистки углеводородов от сернистых соединений образуются огромные объёмы серы, с которой не всегда понятно, что делать.

Большая часть серы идёт на производство серной кислоты и минеральных удобрений, но всё равно «ненужной» серы остаётся слишком много. Стоит она дёшево, хранят её обычно на открытом воздухе в виде самых настоящих серных гор высотой в несколько десятков метров. И это создаёт проблемы: во-первых, ветер разносит пылинки серы, а во-вторых, под действием кислорода воздуха и различных микроорганизмов сера постепенно окисляется вплоть до серной кислоты. Во всём этом нет ничего хорошего ни для окружающей среды, ни для людей и животных, проживающих вблизи таких мест. Поэтому над проблемой, что же полезного можно сделать из серы, не первый год бьются множество химиков. И больших успехов в этом удалось добиться группе исследователей из Ливерпульского университета.

Ещё в прошлом году они опубликовали в Nature Communications статью, в которой описали метод «обратной вулканизации» – синтеза необычного полимера на основе серы. Суть «обычной» вулканизации заключается в том, что длинные подвижные полимерные молекулы, например, натурального каучука сшиваются между собой короткими «мостиками», например, из той же серы, делая материал более прочным. Этот метод – основа для производства резины. При вулканизации сера выступает в роли своеобразной молекулярной скрепки.

Однако у серы есть уникальная особенность – она сама может образовывать довольно длинные цепочки. И здесь появляется возможность сделать всё наоборот – использовать серу не как скрепки для полимеров, а как сам полимер. Правда, такие серные цепочки в чистом виде оказываются недолговечными и довольно быстро разваливаются на фрагменты. Вот тут и пригодится «обратная вулканизация», цель которой состоит в том, чтобы сшить небольшими молекулами длинные и хрупкие полимерные молекулы серы.

Благодаря обратной вулканизации можно превратить большие объёмы «бесполезной» серы во вполне полезный полимерный материал. Недавно исследователи из Ливерпульского университета и Университета Флиндерса представили новые результаты – им удалось существенно улучшить характеристики «серного полимера», разработав технологию его производство в виде двух отдельных стадий (они позволяет получать полимер с требуемыми характеристиками), а кроме того, показать, что такие полимерные материалы можно ремонтировать после повреждений и даже перерабатывать во вторсырьё.

Если подобная технология получит развитие, то мы сможем не только решить проблему переизбытка серы, получаемой из нефти и газа, но и создавать совершенно новые и дешёвые полимерные материалы.