电化学还原染色工艺及其机理的研究

论文摘要

目前国内外对还原染料特别是靛蓝染料的需求越来越大,尤其是靛蓝染料可以用来染深受广大消费者青睐的牛仔布,但是此类染料都不溶于水,需要用还原剂使这些染料形成可溶和可染色的隐色体。一般最主要的还原剂至今仍是连二亚硫酸钠,所需要的还原剂用量大,染色工艺流程复杂,并且产生大量的含硫废水。这些废水色泽深,碱性大,难降解物多,若治理不当会造成严重的环境污染。电化学染色法便是这样一种取代法,这种方法的主要原理是用电子代替还原剂,因而不会产生有害的副产物,是一种无废水污染的染色方法。本课题设计了一个体积为300mL的长方体石英电解池,选择Cu为工作电极（阴极）,网状涂层钛作为辅助电极（阳极）,Ag/AgCl电极作为参比电极,硫酸溶液为阳极电解液,NaOH、TEA和Fe2（SO4）3·6H2O溶液为阴极电解液,采用Nafion膜为隔膜材料,加入电压对靛蓝进行电化学还原并染色。首先,确定电化学还原染色的工艺,实验表明:当阴极铜片的面积为20cm2,阳极电解液硫酸浓度35g/L,阴极电解液NaOH浓度9g/L,TEA浓度30g/L,Fe2（SO4）3·6H2O浓度5g/L,温度35℃,时间70min,外加电压5 V,靛蓝染料浓度0.2g/L,浴比100:1时,可以达到较好的染色效果。其次,分析了影响电化学还原染色效果的主要因素,结果表明:外加电压增加,K/S值迅速增加,U超过5V时,K/S值减小;Fe2（SO4）3·6H2O浓度增加,K/S值显著增加,Fe2（SO4）3·6H2O浓度超过5g/L时,K/S值减小;TEA浓度增加,K/S值增大,TEA浓度超过30g╱L时,K/S值减小;NaOH浓度增加,染色K/S值增大,NaOH浓度超过9g╱L时,K/S值减小;阴极面积增加,K/S值增加,阴极面积超过20cm2时,K/S值减小;还原染色温度升高,K/S值明显增加,温度超过35℃时,K/S值又逐渐减小;还原染色时间延长,染色K/S值增大,时间超过70min以后,K/S值又逐渐减小。最后,讨论了染色pH值和染色电位对染色效果影响,实验得出,影响染色电位的主要电解质是NaOH溶液,当NaOH溶液浓度小于9g╱L时,随着NaOH溶液浓度的增加还原电位几乎保持不变。当NaOH溶液浓度大于9g/L时,随着NaOH浓度的增加还原电位也相应的增加;影响染色pH值的主要电解质也是NaOH溶液浓度,当NaOH溶液为9g/L时,pH值为11.5,染色效果较好。并且比较了电化学上染速率曲线和传统上染速率曲线,电化学染色和传统染色的匀染性,染色色牢度,结果表明,电化学还原染色上染百分率开始较传统的低,但最终的上染百分率较传统的高;电化学染色匀染性较传统的好,两者具有同样好的色牢度,这说明电化学还原染色效果优于传统的染色效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 靛蓝染色概述
• 1.2 还原染料电化学还原染色现状
• 1.3 本文研究的目的和主要内容
• 2 理论基础
• 2.1 电化学概述
• 2.2 电化学体系的基本单元
• 2.2.1 电极
• 2.2.2 隔膜
• 2.2.3 电解质溶液
• 2.2.4 电极反应的原理
• 2.2.5 电池和电解作用
• 2.2.6 电极电位的产生
• 2.2.7 电解池的设计与安装
• 2.3 还原染料及其染色概述
• 2.4 靛蓝染料概述
• 2.4.1 靛蓝染料的结构
• 2.4.3 靛蓝染料应用现状
• 2.5 靛蓝染料的染色过程和隐色体电位
• 2.5.1 靛蓝染料的染色过程
• 2.5.2 靛蓝染料的隐色体电位
• 2.5.3 靛蓝染料的还原速率
• 2.5.4 靛蓝染料的隐色体颜色
• 2.5.5 靛蓝染料的还原方法
• 2.5.6 靛蓝染料隐色体上染的特点
• 2.5.7 靛蓝染料的还原电位
• 3 实验部分
• 3.1 主要实验材料、化学试剂及仪器设备
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 化学试剂
• 3.1.3 仪器设备
• 3.2 实验方法及工艺
• 3.2.1 棉织物前处理
• 3.2.2 靛蓝染料电化学还原染色工艺
• 3.2.3 阴极电解液溶液（染液）组分正交实验
• 3.2.4 电化学还原染色工艺条件正交实验
• 3.2.5 靛蓝染料的传统染色工艺
• 3.2.6 外加电压U实验
• 3.2.7 NaOH浓度实验
• 2（SO₄）₃·6H₂O浓度实验'>3.2.8 Fe₂（SO₄）₃·6H₂O浓度实验
• 3.2.9 TEA浓度实验
• 3.2.10 还原染色温度T实验
• 3.2.11 还原染色时间t实验
• 3.2.12 阴极面积S实验
• 3.3 实验测试方法
• 3.3.1 染液还原电位的测定
• 3.3.2 织物K/S值的测定
• 3.3.3 织物上染料上染速率的测定
• 3.3.4 织物上染料匀染性的测定
• 3.3.5 织物皂洗牢度的测定
• 3.3.6 织物摩擦牢度的测定
• 4 实验结果与讨论
• 4.1 电化学还原染色装置设计
• 4.1.1 电解池的选择
• 4.1.2 电极的选择
• 4.1.3 阳极电解液的选择
• 4.1.4 隔膜的选择
• 4.2 靛蓝染料的电化学还原及染色
• 4.2.1 靛蓝染料电化学还原
• 4.2.2 靛蓝电化学还原染色的工艺条件
• 4.3 影响电化学还原及染色的因素
• 4.3.1 外加电压的大小对染色效果的影响
• 2（SO₄）₃·6H₂O浓度对染色效果的影响'>4.3.2 Fe₂（SO₄）₃·6H₂O浓度对染色效果的影响
• 4.3.3 TEA浓度对染色效果的影响
• 4.3.4 染液pH值对染色效果的影响
• 4.3.5 阴极面积S对染色效果的影响
• 4.3.6 还原染色时间t对染色效果的影响
• 4.3.7 还原染色温度T对染色效果的影响
• 4.4 靛蓝染料电化学还原染色性能与效果
• 4.4.1 靛蓝的染色速率
• 4.4.2 靛蓝的氧化还原电位
• 4.4.3 靛蓝的染色色深值
• 4.4.4 靛蓝染色的匀染性
• 4.4.5 靛蓝的染色色牢度
• 5 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢