Сера — важный химический элемент, широко используемый в промышленности. Однако ее отходы, образующиеся при нефтепереработке и производстве природного газа, негативно влияют на окружающую среду. Один из перспективных способов утилизации — превращение элементной серы в полимерные формы, которые могут применяться в строительстве, производстве шин и других материалах.
В новом исследовании ученые из Российского химико-технологического университета имени Д. И. Менделеева изучили стабильность серосодержащих эмульсий на основе алкилоламидов и оксиалкилированных спиртов, а также влияние микроволнового нагрева на их свойства.
Проблема отходов серы и пути ее решения
Сера относится к 4-му классу опасности, и ее накопление в окружающей среде требует эффективных методов переработки. Полимерная сера обладает ценными свойствами:
- повышает износостойкость и прочность материалов,
- улучшает термостойкость изделий,
- применяется в производстве серобетона и сероасфальтобетона.
Однако для получения полимерной серы необходимо создать устойчивые дисперсные системы, где частицы серы равномерно распределены в жидкой среде.
Роль поверхностно-активных веществ (ПАВ)
Для стабилизации серосодержащих эмульсий использовались неионогенные ПАВ:
- Кокамид ДЭА — улучшает пенообразование и устойчивость эмульсий.
- Синтанол ДС-10 — применяется в моющих средствах и обезжиривателях.
- Синтанол АЛМ-10 — эффективный эмульгатор.
Эти вещества образуют защитный слой вокруг частиц серы, предотвращая их слипание.
Методы исследования
Приготовление эмульсий
- Сера растворялась в бензоле, затем смешивалась с водным раствором ПАВ.
- Система обрабатывалась ультразвуком и перемешивалась для достижения однородности.
Фотонная корреляционная спектроскопия (ФКС)
Метод позволил определить размер частиц и устойчивость эмульсий.
- Синтанол ДС-10 (4 ККМ) показал высокую стабильность в течение 2 часов.
- Кокамид ДЭА (3 ККМ) также продемонстрировал устойчивость.
Микроволновый нагрев
Исследовалось влияние температуры и времени нагрева:
- При 433 К эмульсии на основе Синтанола ДС-10 не изменялись.
- При 443 К в системах с Синтанолом АЛМ-10 наблюдалось потемнение, что может указывать на олигомеризацию серы.
- Нагрев выше 453 К приводил к разрушению образцов из-за резкого роста давления.
- Наиболее стабильные эмульсии получены на основе Синтанола ДС-10 (4 ККМ) и Кокамида ДЭА (3 ККМ).
- Микроволновый нагрев может использоваться для инициирования полимеризации серы, но требует точного контроля температуры.
- Перспективы применения включают создание новых материалов с улучшенными свойствами, что соответствует принципам «зеленой химии» и устойчивого развития.
Это исследование открывает новые возможности для переработки серосодержащих отходов и их использования в промышленности, снижая экологическую нагрузку.
