靛蓝染料的电催化还原反应研究

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，但此类染料传统的还原剂染色工艺流程复杂，产生大量含硫废水。电化学染色法采用电子代替还原剂，不产生有害副产物，可望成为一种新型的染色方法。
　　 本课题探讨了靛蓝的媒质间接电催化还原工艺及电催化氢化还原工艺。自制了一个体积为200mL的圆形石英电解池，采用不锈钢网置于聚四氟乙烯套管中做阳极，Nafion全氟磺酸膜为隔膜，铜片和镀镍铜片为阴极。
　　 以Fe2（SO4）3/（三乙醇胺）TEA络合物碱性溶液为阴极电解液，研究了媒质间接电催化还原的工艺。实验表明：当阴极铜片的面积为6c㎡，阳极电解液NaOH浓度1mol·L-1，阴极电流密度3mA·cm-2，Fe2（SO4）3浓度0．004mol·L-1，温度50℃，pH值14，TEA浓度0．15mol·L-1，可较好还原浓度为0．02g·L-1的靛蓝。其次，探索了媒质间接电催化还原体系的动力学，分析其主要影响因素，发现NaOH浓度与温度对体系的动力学有较大影响；确定动力学方程为dnleuco-indigo/dt=K'×Sindigo=K×CoH×Sindigo，结合靛蓝反应初速率（dnleuco-indigo/dt）t=0与阿累尼乌斯公式求活化能Ea值为26．1kJ·mol-1。
　　 采用镍、锌氯盐电化学共沉积电镀制备催化氢化电极，探讨了镀液组分的作用；考查了镀液中的镍锌比（P）和电镀电流密度（I）对催化电极的电流效率的影响；备出不同活性的电极。考查了不同条件下制备催化电极的电流效率，用X-射线粉末衍射（XRD），扫描电镜（SEM），BET比表面及孔径分布对催化加氢后的电极进行表征，结合电极对靛蓝的催化氢化效果，分析了影响电催化氢化反应的因素。表明析氢副反应降低电流效率；活化后的电极残留部分锌，与镍协同作用可促进电极的催化活性；催化加氢后，电极表面变脆，金属剥落，降低其催化活性；合金电镀电极为介孔结构，孔径分布狭窄，在3-12nm之间；甲醇溶剂对电极的催化活性有一定的促进作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 还原染料的种类及应用

1.1.2 还原染料染色工艺的发展

1.2 研究靛蓝染料还原反应的意义

1.3 电催化反应及电化学反应器

1.3.1 电极

1.3.2 隔膜

1.3.3 电解质溶液

1.3.4 电极反应的原理

1.3.5 电解池的设计与安装

1.4 靛蓝染料媒质间接电催化还原

1.4.1 靛蓝染料媒质间接电催化还原的基本原理

1.4.2 靛蓝染料媒质间接电催化还原的氧化还原媒介

1.4.3 靛蓝染料媒质间接电催化还原工艺过程

1.5 靛蓝染料电催化氢化

1.5.1 靛蓝染料电催化氢化的基本原理

1.5.2 电催化氢化的电极材料

1.5.3 电催化氢化工艺的发展

1.6 靛蓝染料还原工艺研究面临的问题

1.7 主要研究内容

1.8 解决的关键问题

第二章 实验部分

2.1 主要实验试剂与仪器

2.1.1 主要实验试剂

2.1.2 主要实验仪器

2.2 电催化还原反应器的设计

2.3 还原反应检测方法-吸光光谱法

第三章 媒质间接电催化还原

3.1 引言

3.2 电解液的制备

3.3 还原反应工艺条件的影响

3.3.1 循环伏安法确定还原电位

3.3.2 电流对反应的影响

3.3.3 不同Fe2(SO4)3浓度对反应的影响

3.3.4 不同温度对反应的影响

3.3.5 pH值对反应的影响

3.3.6 不同TEA浓度对反应的影响

3.4 电化学还原反应动力学研究

3.4.1 体系动力学的研究

3.4.2 反应活化能的计算

3.5 本章结论

第四章 靛蓝染料电催化氢化

4.1 引言

4.2 催化电极的制备

4.2.1 电极的镀前处理

4.2.2 镀液的配制

4.2.3 电镀过程及工艺规范的影响

4.2.4 复合共沉积电流总效率(η)

4.3 活化后电镀电极的XRD表征

4.4 活化后电镀电极的SEM表征

4.5 活化后电镀电极的BET表征-比表面及孔结构分析

4.6 电镀电极的催化活性评价

4.6.1 电镀电极电化学性能-循环伏安测试

4.6.2 电镀电极催化氢化性能测试

4.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢