一种用于间接电化学染色的电解体系及电化学染色工艺
阅读：167发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种用于间接电化学染色的电解体系及电化学染色工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及纺织化学技术领域，具体公开一种用于间接电化学 染色 的 电解 体系及电化学染色工艺。所述电解体系的 阴极 电解液的溶质包括可溶性 铁 盐、多羟基配体、可溶性 铝 盐和氢 氧 化钠。本发明在阴极电解液中加入铝盐，其铝离子与铁离子通过多羟基配体形成铁-羟基-铝的双核络合体系，由于铝离子带有的正电荷，提高了该络合体系与阴极的静电吸引 力 ，从而能够得到较高的传导 电流 ，并进一步通过铁盐与铝盐之间的协同作用， 加速 体系的传质速率，显著提高了染液的还原电位和电解液的传导电流，缩短了染料还原的时间，解决了之前络合体系下还原电位低、还原时间长、染色效果欠佳的问题。，下面是一种用于间接电化学染色的电解体系及电化学染色工艺专利的具体信息内容。
1.一种用于间接电化学染色的电解体系，其特征在于：其阴极电解液的溶质包括可溶性铁盐、多羟基配体、可溶性铝盐和氢氧化钠。
2.如权利要求1所述的用于间接电化学染色的电解体系，其特征在于：所述可溶性铁盐的浓度为0.01-0.1mol/L，所述多羟基配体的浓度为0.02-0.5mol/L，所述可溶性铝盐的浓度为0.0025-0.02mol/L，所述氢氧化钠的浓度为0.03-0.5mol/L。
3.如权利要求2所述的用于间接电化学染色的电解体系，其特征在于：所述多羟基配体与所述可溶性铁盐的摩尔比为2-5:1。
4.如权利要求1所述的用于间接电化学染色的电解体系，其特征在于：所述可溶性铝盐为硫酸铝、氯化铝或硝酸铝；和/或
所述可溶性铁盐为硫酸铁、硝酸铁、氯化铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁或氯化亚铁；和/或所述多羟基配体为葡萄糖酸钠、草酸钠、柠檬酸钠、乳酸、三乙醇胺或酒石酸的至少一种。
5.如权利要求1-4任一项所述的用于间接电化学染色的电解体系，其特征在于：其阴极电极为铝电极。
6.如权利要求5所述的用于间接电化学染色的电解体系，其特征在于：其阳极电极为石墨、镍、铜、镁、锌、铝或铁电极。
7.如权利要求5所述的用于间接电化学染色的电解体系，其特征在于：其阳极电解液的电解质为硫酸、氢氧化钠、硫酸钠或焦亚硫酸钠，且所述电解质的浓度为1-2mol/L。
8.一种电化学染色工艺，其特征在于，使用权利要求1-7任一项所述的用于间接电化学染色的电解体系在恒电压、保护气体存在的条件下，通过对还原染料进行电化学还原给织物染色。
9.如权利要求8所述的电化学染色工艺，其特征在于：所述电压为1-15V；和/或所述电化学还原的时间为20-180min；和/或
所述保护气体为氮气或氩气。
10.如权利要求8所述的电化学染色工艺，其特征在于：所述还原染料的浓度为0.005-
0.2mol/L；和/或
所述染色的染色浴比1:5-50。
一种用于间接电化学染色的电解体系及电化学染色工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及纺织化学技术领域，尤其涉及一种用于间接电化学染色的电解体系及电化学染色工艺。
背景技术
[0002] 还原染料不溶于水，对纤维素纤维没有亲和力，染色时，需要在强还原剂和碱性条件下，将染料分子中的羰基还原，形成可溶性的隐色体后才能对纤维进行染色。传统上用于还原染料的还原剂主要是保险粉(连二亚硫酸钠)，这种方法还原剂消耗量大、染色工艺复杂、生产中产生大量的含硫废水，这些废水色泽深、碱性大、难降解物多，对后续的污水处理造成不便。
[0003] 电化学染色方法是将电子代替传统的还原剂，使染料得以还原，因而不会产生有害的副产物，是一种无废水排放的染色方法。间接电化学染色是以具有电化学活性的三价铁离子为媒介，以用于稳定铁离子的三乙醇胺为配体，在阴极区Fe(Ⅲ)-TEA在电极表面得到电子被还原成Fe(Ⅱ)-TEA；然后，Fe(Ⅱ)-TEA把电子转移给还原染料使其还原成隐色体，与此同时Fe(Ⅱ)-TEA自身被氧化成Fe(Ⅲ)-TEA；最后，生成的Fe(Ⅲ)-TEA又在阴极上得到电子，这种染色方法虽然比直接电化学法的还原效率有很大提高，但仍存在着还原时间长、传导电流低、染色效果欠佳等问题。产生这些问题的原因除了阴极电解液体系，阳极电解液的组成等因素外，电极材料也是重要的因素。
发明内容
[0004] 针对现有间接电化学染色体系下，染料还原所需时间较长，传导电流低，染色效果欠佳的问题，本发明提供一种用于间接电化学染色的电解体系。
[0005] 以及，一种电化学染色工艺。
[0006] 为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
[0008] 相对于现有技术，本发明提供的用于间接电化学染色的电解体系具有以下优势：
[0009] 本发明在阴极电解液中加入铝盐，其铝离子与铁离子通过多羟基配体形成铁-羟基-铝的双核络合体系，由于铝离子带有的正电荷，提高了该络合体系与阴极的静电吸引力，从而能够得到较高的传导电流，并进一步通过铁盐与铝盐之间的协同作用，加速体系的传质速率，显著提高了染液的还原电位和电解液的传导电流，缩短了染料还原的时间，解决了之前络合体系下还原电位低、还原时间长、染色效果欠佳的问题。
[0010] 优选地，所述可溶性铁盐的浓度为0.01-0.1mol/L，所述多羟基配体的浓度为0.02-0.5mol/L，所述可溶性铝盐的浓度为0.0025-0.02mol/L，所述氢氧化钠的浓度为
0.03-0.5mol/L。
0.03-0.5mol/L。
[0011] 优选的，所述多羟基配体与所述可溶性铁盐的摩尔比为2-5:1。
[0012] 优选的铁离子、铝离子、多羟基配体的浓度及浓度比，可使染色的K/S值较高；当三种物质的浓度过低时，会使形成的铁-羟基-铝的双核络合体系的浓度过低，导致电解过程中具有氧化还原能力的铁离子量较少，因而被还原的染料量较少，故染色的K/S值较低；若三者浓度的过高，会降低染料的溶解度，而导致还原染料难以被氧化还原，降低染色的K/S值。
[0013] 优选的，所述可溶性铝盐为硫酸铝、氯化铝或硝酸铝。
[0014] 优选的，所述可溶性铁盐为硫酸铁、硝酸铁、氯化铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁或氯化亚铁。
[0016] 优选的，其阴极电极为铝电极。
[0017] 本发明以铝电极为阴极电极，在上述阴极电解液中，铝与氢氧化钠发生反应，得到铝离子，其铝离子可与电解液中的铁离子形成铁-羟基-铝的双核络合体系，提高染液的还原电位和电解液的传导电流；由于铝失去最外层电子，其表面会形成活性位点，该活性位点能吸附阴极电解液体系中形成的氢气，同时该活性位点能够激活还原染料分子中高度共轭的羰基，从而促进氢气对羰基的还原，提高体系染料还原率，提高染色的K/S值。
[0019] 优选地，其阳极电解液的电解质为硫酸、氢氧化钠、硫酸钠或焦亚硫酸钠，且所述电解质的浓度为1-2mol/L。
[0021] 本发明所提供的电化学染色工艺可实现无废水排放，还可以较现有技术明显提高传导电流效率、缩短染料还原的时间，且染色效果优异。
[0022] 优选的，所述电压为1-15V。
[0023] 优选的，所述电化学还原的时间为20-180min。
[0024] 优选的电解电压和电化学还原时间，可使铁离子、铝离子、羟基形成稳定的双核络合体系，降低染料还原的时间，提高K/S值。
[0025] 优选的，所述保护气体为氮气或氩气。
[0026] 优选的，所述还原染料的浓度为0.005-0.2mol/L。
[0027] 优选的，所述染色的染色浴比1:5-50。
具体实施方式
[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029] 实施例1
[0030] 本实施例提供一种电化学染色工艺，包括以下步骤：
[0031] 步骤a、在0.2mol/L氢氧化钠水溶液中，依次加至0.02mol/L硫酸亚铁、0.04mol/L葡萄糖酸钠、0.005mol/L硫酸铝、0.0095mol/L靛蓝进行充分搅拌得到阴极电解液；阳极电解液为2mol/L氢氧化钠水溶液；以铝电极为阴极，以石墨电极为阳极；
[0032] 步骤b、分别将阴、阳极电解液加入至电解槽中，在电解电压为15V、氮气保护的条件下对靛蓝进行电化学还原60min，还原结束后在25℃下将还原电位计放入染液中，待数值稳定后，读取还原电位数值；
[0033] 步骤c、将步骤b得到的还原后的染液，投入预先用蒸馏水润湿的纯白半漂粗纹斜布染色1min，染色浴比为1:20，染色完成后，透风氧化，再经皂煮和水洗完成染色后处理，并测试最终所得织物的得色深度K/S值。
[0034] 实施例2
[0035] 本实施例提供一种电化学染色工艺，包括以下步骤：
[0036] 步骤a、在0.15mol/L氢氧化钠水溶液中，依次加至0.01mol/L硫酸铁、0.04mol/L草酸钠、0.0025mol/L硫酸铝、0.005mol/L靛蓝进行充分搅拌得到阴极电解液；阳极电解液为1mol/L硫酸水溶液；以铝电极为阴极，以铜电极为阳极；
[0037] 步骤b、分别将阴、阳极电解液加入至电解槽中，在电解电压为10V、氮气保护的条件下对靛蓝进行电化学还原100min，还原结束后在25℃下将还原电位计放入染液中，待数值稳定后，读取还原电位数值；
[0038] 步骤c、将步骤b得到的还原后的染液，投入预先用蒸馏水润湿的纯白半漂粗纹斜布染色1min，染色浴比为1:40，染色完成后，透风氧化，再经皂煮和水洗完成染色后处理，并测试最终所得织物的得色深度K/S值。
[0039] 实施例3
[0040] 本实施例提供一种电化学染色工艺，包括以下步骤：
[0041] 步骤a、在0.3mol/L氢氧化钠水溶液中，依次加至0.01mol/L氯化亚铁、0.03mol/L柠檬酸钠、0.0075mol/L氯化铝、0.0095mol/L靛蓝进行充分搅拌得到阴极电解液；阳极电解液为2mol/L焦亚硫酸钠水溶液；以铝电极为阴极，以铝电极为阳极；
[0042] 步骤b、分别将阴、阳极电解液加入至电解槽中，在电解电压为8V、氮气保护的条件下对靛蓝进行电化学还原130min，还原结束后在25℃下将还原电位计放入染液中，待数值稳定后，读取还原电位数值；
[0043] 步骤c、将步骤b得到的还原后的染液，投入预先用蒸馏水润湿的纯白半漂粗纹斜布染色1min，染色浴比为1:25，染色完成后，透风氧化，再经皂煮和水洗完成染色后处理，并测试最终所得织物的得色深度K/S值。
[0044] 实施例4
[0045] 本实施例提供一种电化学染色工艺，包括以下步骤：
[0046] 步骤a、在0.5mol/L氢氧化钠水溶液中，依次加至0.05mol/L氯化铁、0.1mol/L三乙醇胺、0.2mol/L葡萄糖酸钠、0.01mol/L硝酸铝、0.2mol/L靛蓝进行充分搅拌得到阴极电解液；阳极电解液为2mol/L硫酸钠水溶液；以铝电极为阴极，以镍电极为阳极；
[0047] 步骤b、分别将阴、阳极电解液加入至电解槽中，在电解电压为15V、氮气保护的条件下对靛蓝进行电化学还原120min，还原结束后在25℃下将还原电位计放入染液中，待数值稳定后，读取还原电位数值；
[0048] 步骤c、将步骤b得到的还原后的染液，投入预先用蒸馏水润湿的纯白半漂粗纹斜布染色1min，染色浴比为1:5，染色完成后，透风氧化，再经皂煮和水洗完成染色后处理，并测试最终所得织物的得色深度K/S值。
[0049] 实施例5
[0050] 本实施例提供一种电化学染色工艺，包括以下步骤：
[0051] 步骤a、在0.03mol/L氢氧化钠水溶液中，依次加至0.1mol/L硝酸亚铁、0.2mol/L草酸钠、0.3mol/L葡萄糖酸钠、0.015mol/L硝酸铝、0.1mol/L靛蓝进行充分搅拌得到阴极电解液；阳极电解液为2mol/L氢氧化钠水溶液；以铝电极为阴极，以镁电极为阳极；
[0052] 步骤b、分别将阴、阳极电解液加入至电解槽中，在电解电压为15V、氮气保护的条件下对靛蓝进行电化学还原80min，还原结束后在25℃下将还原电位计放入染液中，待数值稳定后，读取还原电位数值；
[0053] 步骤c、将步骤b得到的还原后的染液，投入预先用蒸馏水润湿的纯白半漂粗纹斜布染色1min，染色浴比为1:50，染色完成后，透风氧化，再经皂煮和水洗完成染色后处理，并测试最终所得织物的得色深度K/S值。
[0054] 实施例6
[0055] 本实施例提供一种电化学染色工艺，包括以下步骤：
[0056] 步骤a、在0.25mol/L氢氧化钠水溶液中，依次加至0.02mol/L硝酸铁、0.1mol/L柠檬酸钠、0.02mol/L氯化铝、0.005mol/L靛蓝进行充分搅拌得到阴极电解液；阳极电解液为2mol/L硫酸钠水溶液；以铝电极为阴极，以石墨电极为阳极；
[0057] 步骤b、分别将阴、阳极电解液加入至电解槽中，在电解电压为15V、氮气保护的条件下对靛蓝进行电化学还原60min，还原结束后在25℃下将还原电位计放入染液中，待数值稳定后，读取还原电位数值；
[0058] 步骤c、将步骤b得到的还原后的染液，投入预先用蒸馏水润湿的纯白半漂粗纹斜布染色1min，染色浴比为1:20，染色完成后，透风氧化，再经皂煮和水洗完成染色后处理，并测试最终所得织物的得色深度K/S值。
[0059] 为了更好的说明本发明的技术方案，下面还通过对比例和本发明的实施例做进一步的对比。
[0060] 对比例1
[0061] 本实施例提供一种电化学染色工艺，包括以下步骤：
[0062] 步骤a、在0.25mol/L氢氧化钠水溶液中，依次加至0.02mol/L硝酸铁、0.1mol/L柠檬酸钠、0.02mol/L氯化铝、0.005mol/L靛蓝进行充分搅拌得到阴极电解液；阳极电解液为2mol/L硫酸钠水溶液；以镍电极为阴极，以石墨电极为阳极；
[0063] 步骤b、分别将阴、阳极电解液加入至电解槽中，在电解电压为15V、氮气保护的条件下对靛蓝进行电化学还原60min，还原结束后在25℃下将还原电位计放入染液中，待数值稳定后，读取还原电位数值；
[0064] 步骤c、将步骤b得到的还原后的染液，投入预先用蒸馏水润湿的纯白半漂粗纹斜布染色1min，染色浴比为1:20，染色完成后，透风氧化，再经皂煮和水洗完成染色后处理，并测试最终所得织物的得色深度K/S值。
[0065] 对比例2
[0066] 本实施例提供一种电化学染色工艺，包括以下步骤：
[0067] 步骤a、在0.2mol/L氢氧化钠水溶液中，依次加至0.02mol/L硫酸亚铁、0.04mol/L葡萄糖酸钠、0.005mol/L硫酸铝、0.0095mol/L靛蓝进行充分搅拌得到阴极电解液；阳极电解液为2mol/L氢氧化钠水溶液；以石墨电极为阴极，以石墨电极为阳极；
[0068] 步骤b、分别将阴、阳极电解液加入至电解槽中，在电解电压为15V、氮气保护的条件下对靛蓝进行电化学还原60min，还原结束后在25℃下将还原电位计放入染液中，待数值稳定后，读取还原电位数值；
[0069] 步骤c、将步骤b得到的还原后的染液，投入预先用蒸馏水润湿的纯白半漂粗纹斜布染色1min，染色浴比为1:20，染色完成后，透风氧化，再经皂煮和水洗完成染色后处理，并测试最终所得织物的得色深度K/S值。
[0070] 对比例3
[0071] 本实施例提供一种电化学染色工艺，包括以下步骤：
[0072] 步骤a、在0.2mol/L氢氧化钠水溶液中，依次加至0.02mol/L硫酸亚铁、0.04mol/L葡萄糖酸钠、0.0095mol/L靛蓝进行充分搅拌得到阴极电解液；阳极电解液为2mol/L氢氧化钠水溶液；以铝电极为阴极，以石墨电极为阳极；
[0073] 步骤b、分别将阴、阳极电解液加入至电解槽中，在电解电压为15V、氮气保护的条件下对靛蓝进行电化学还原60min，还原结束后在25℃下将还原电位计放入染液中，待数值稳定后，读取还原电位数值；
[0074] 步骤c、将步骤b得到的还原后的染液，投入预先用蒸馏水润湿的纯白半漂粗纹斜布染色1min，染色浴比为1:20，染色完成后，透风氧化，再经皂煮和水洗完成染色后处理，并测试最终所得织物的得色深度K/S值。
[0075] 对比例4
[0076] 本实施例提供一种电化学染色工艺，包括以下步骤：
[0077] 步骤a、在水中依次加至0.02mol/L硫酸亚铁、0.04mol/L葡萄糖酸钠、0.005mol/L硫酸铝、0.0095mol/L靛蓝进行充分搅拌得到阴极电解液；阳极电解液为2mol/L氢氧化钠水溶液；以铝电极为阴极，以石墨电极为阳极；
[0078] 步骤b、分别将阴、阳极电解液加入至电解槽中，在电解电压为15V、氮气保护的条件下对靛蓝进行电化学还原60min，还原结束后在25℃下将还原电位计放入染液中，待数值稳定后，读取还原电位数值；
[0079] 步骤c、将步骤b得到的还原后的染液，投入预先用蒸馏水润湿的纯白半漂粗纹斜布染色1min，染色浴比为1:20，染色完成后，透风氧化，再经皂煮和水洗完成染色后处理，并测试最终所得织物的得色深度K/S值。
[0080] 将实施例1-6以及对比例1-4测试的数据列表如下：
[0081] 表1测试结果
[0082] 染色织物K/S 还原电位/-mV 电解电流/mA
实施例1 32.78 953 295
实施例2 30.34 913 225
实施例3 32.34 907 241
实施例4 31.15 925 276
实施例5 30.97 908 239
实施例6 32.08 916 251
对比例1 15.78 713 175
对比例2 17.22 785 188
实施例3 10.59 645 167
对比例4 4.23 572 196
实施例1 32.78 953 295
实施例2 30.34 913 225
实施例3 32.34 907 241
实施例4 31.15 925 276
实施例5 30.97 908 239
实施例6 32.08 916 251
对比例1 15.78 713 175
对比例2 17.22 785 188
实施例3 10.59 645 167
对比例4 4.23 572 196
[0083] 上述还原电位的测量方法：参照行业标准SL94-1994氧化还原电位的测定方法，利用氧化还原电位计，在常温下将还原电位计放入染液中，待数值稳定后，读取还原电位数值。还原电位的绝对值越大，表明体系对染料的还原能力越强。
[0084] 上述电解电流的测量方法：利用RXN-1503型直流稳压电源，通电待数值稳定后，读取电流数值及电压数值。在相同的电压条件下，电流值越高，表明体系的电流的传导效率越好。
[0085] 上述织物的染色深度的测量方法：采用Color-i5电脑测色配色仪测试，10°视野，D65光源，将染后试样折叠3层(不透光)，测试K/S值，每块织物测定3个不同位置，取平均值。K/S值越高表明染色织物的颜色越深，染色效果越好。
[0086] 由表1可以看出，采用含有铝盐、铁盐的阴极电解液和以铝电极为阴极电解体系中，电解液(染液)的传导电流和还原电位明显优于铁盐-铝电极体系或铝盐-铁盐-非铝电极体系，还原时间缩短，染色深度增加。与传统染色工艺相比，同样缩短了还原时间，染色效果略好，本发明提供的间接电化学染色阴极电解体系和电化学染色工艺除了适用于靛蓝染料，同样适用于其他还原染料，且均能明显缩短还原时间，显著提高染液的还原电位和电解液的传导电流。
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