Незвичайні полімери допоможуть знайти застосування «непотрібної» сірки.
Чи корисна копалина може перетворитися на даремне? Незважаючи на те, що на перший погляд, така думка здається абсурдною, прикладів таких «чудес» існує безліч. Нещодавно ми були свідками негативних ф'ючерсних цін на нафту. А той, хто любить ходити влітку по гриби і по ягоди, напевно знає, що гори принесених з лісу підберезовиків і земляники обіцяють одні проблеми. З грибами, ягодами або нафтою в цьому плані простіше - коли їх занадто багато, то їх збір і видобуток можна вольовим зусиллям обмежити. Але не з усіма корисними копалинами цей метод працює. І одне з них - сірка.
Самородна сірка відома людству споконвіку. І родовища чистої сірки довгий час були основним джерелом цього цінного елемента для промисловості. Однак з часом основним «родовищем» сірки стали нафто- і газопереробні заводи. Справа в тому, що в природній нафті і газі міститься деяка кількість сірчистих сполук - різних речовин, в молекулах яких є атоми сірки. Нафта і газ з різних родовищ відрізняються за вмістом сірки - в якихось її зовсім мало, а в інших, навпаки, дуже багато.
Просто так залишити сірку в нафті або газі не можна. Якщо з неочищеної від сірки нафти зробити бензин або дизельне паливо, то всі вихлопні гази, отримані від спалювання цього палива, будуть містити велику кількість отруйного газу - оксиду сірки. Він мало того що шкідливий сам по собі, так ще й сприяє утворенню кислотних дощів. Аналогічна ситуація і з природним газом. Крім того, якщо ми переробимо нафту і газ в нафтохімічну сировину, то високий вміст в ньому сірки буде виводити з ладу складні каталітичні системи хімічних заводів, оскільки сірка - це отрута, яку отруює каталізатори. Тому від зайвої сірки позбавляються на найбільш ранніх етапах переробки вуглеводневої сировини - ще на нафтопереробних і газопереробних заводах. У результаті очищення вуглеводнів від сірчистих сполук утворюються величезні обсяги сірки, з якої не завжди зрозуміло, що робити.
Велика частина сірки йде на виробництво сірчаної кислоти і мінеральних добрив, але все одно «непотрібної» сірки залишається занадто багато. Коштує вона дешево, зберігають її зазвичай на відкритому повітрі у вигляді справжніх сірчаних гір висотою в кілька десятків метрів. І це створює проблеми: по-перше, вітер розносить пилинки сірки, а по-друге, під дією кисню повітря і різних мікроорганізмів сірки поступово окисляється аж до сірчаної кислоти. У всьому цьому немає нічого хорошого ні для навколишнього середовища, ні для людей і тварин, які проживають поблизу таких місць. Тому над проблемою, що ж корисного можна зробити з сірки, не перший рік б'ються безліч хіміків. І великих успіхів у цьому вдалося досягти групі дослідників з Ліверпульського університету.
Ще минулого року вони опублікували в Nature Communications статтю, в якій описали метод «зворотної вулканізації» - синтезу незвичайного полімеру на основі сірки. Суть «звичайної» вулканізації полягає в тому, що довгі рухливі полімерні молекули, наприклад, натурального каучука зшиваються між собою короткими «містками», наприклад, з тієї ж сірки, роблячи матеріал більш міцним. Цей метод - основа для виробництва гуми. При вулканізації сірка виступає в ролі своєрідної молекулярної скріпки.
Однак у сірки є унікальна особливість - вона сама може утворювати досить довгі ланцюжки. І тут з'являється можливість зробити все навпаки - використовувати сірку не як скріпки для полімерів, а як сам полімер. Правда, такі сірчані ланцюжки в чистому вигляді виявляються недовговічними і досить швидко розвалюються на фрагменти. Ось тут і стане в нагоді «зворотна вулканізація», мета якої полягає в тому, щоб пошити невеликими молекулами довгі і крихкі полімерні молекули сірки.
Завдяки зворотній вулканізації можна перетворити великі обсяги «марної» сірки на цілком корисний полімерний матеріал. Нещодавно дослідники з Ліверпульського університету та Університету Фліндерса представили нові результати - їм вдалося істотно поліпшити характеристики «сірчаного полімеру», розробивши технологію його виробництво у вигляді двох окремих стадій (вони дозволяє отримувати полімер з необхідними характеристиками), а крім того, показати, що такі полімерні матеріали можна ремонтувати після пошкоджень і навіть переробляти у вторсировину.
Якщо подібна технологія отримає розвиток, то ми зможемо не тільки вирішити проблему надлишку сірки, одержуваної з нафти і газу, але і створювати абсолютно нові і дешеві полімерні матеріали.