專利名稱：電化學(xué)還原染料方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種染料的還原方法，更具體地說，涉及一種采用一個過濾網(wǎng)及多陰極模式設(shè)計的電解池進行還原染料的方法。
背景技術(shù)：
在漂染工業(yè)中，通過對染料進行還原來提高染料的使用率是較為普遍的成熟技術(shù)，例如靛藍(lán)染料，因其具有獨特的色澤及耐光性，而被廣泛用于牛仔布的染色。但是又因其本身不溶于水，因此需事先進行還原，然后再進行染色過程，即通過還原劑將靛藍(lán)還原成水溶性狀態(tài)，然后再經(jīng)過多次漂染并通過空氣氧化定色的步驟才能完成。在傳統(tǒng)工藝中，靛藍(lán)染料的還原大多使用大量的化學(xué)還原劑，例如保險粉(亞硫酸氫鈉)等。然而使用化學(xué)還原劑不僅存在生產(chǎn)成本高，而且對廢水處理的費用也極高等問題。
為此目前出現(xiàn)了電解還原靛藍(lán)染料的方法，即通過電能代替還原劑把染料還原成水溶態(tài)，然后按照傳統(tǒng)的步驟進行染色，如此可大大減少還原劑的用量及廢水的排放，使總體生產(chǎn)成本降低。
但是目前利用的電解還原染料方法大多僅適用于實驗室，其中包括有美國專利第US 3,953,307號中公開的直接加電保護減少還原劑受氧的消耗過程；Electrochimica Acta 47(2002)1989中公開的直接電化學(xué)還原過程；及在美國專利第US 5,244,549號中公開的通過中間體作為電子傳遞的過程。其中直接加電保護方法未能徹底解決代替添加的還原劑過程，而直接電化學(xué)還原過程，由于受到不溶還原染料對電極的接觸效率影響，還原效率不夠理想，不能真正應(yīng)用于生產(chǎn)中。而利用中間體，例如Fe(II)/(III)的絡(luò)合物或一些氧化還原有機物，例如煙華石(蒽醌-1，5-二磺酸)作為電子傳遞的介質(zhì)，可大大提高還原效率。中間體的選用一般要求是一種在堿性介質(zhì)的可逆氧化還原的水溶性物質(zhì)，并且還原電位在-500mV以上。該過程是中間體在還原態(tài)時，可把染料還原而本身變?yōu)檠趸瘧B(tài)的中間體再通過電解池的陰極再生回還原態(tài)，進行下一個循環(huán)。利用中間體雖然能夠有效地把染料還原，并且盡管該過程有較高的效率，可以應(yīng)用于生產(chǎn)中，但是在實際生產(chǎn)中要求有巨大的電解面積，對于一條生產(chǎn)線大約5000L到10000L的染缸需要高達(dá)200到500平方米的電解面積，且一般常規(guī)的兩電極電解池需要用巨大的空間去安裝。這樣大面積的電解池，也容易帶來死體積問題，在制造過程中會有一定難度。
為此，本發(fā)明是針對生產(chǎn)的需要而設(shè)計出一種具有占地空間小、電極面積大、死體積小的過濾式和多層過濾陰極流動電解池，利用該電解池的還原方法不僅可達(dá)到降低化學(xué)藥品的用量，而且可使洗出液回用，達(dá)到基本無污染的還原染料染色過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要目的在于提供一種不僅可達(dá)到降低化學(xué)藥品的用量；而且可使洗出液回用的電化學(xué)還原方法。
本發(fā)明的次要目的在于提供一種基本無廢水排放的還原染料染色方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明中的電化學(xué)還原染料方法是使可還原物質(zhì)流過過濾網(wǎng)式或多陰極模式設(shè)計的電解池，并在堿性條件下借助于中間體的電子傳遞來完成電化學(xué)還原。
所述電解池包括有多個陰極和一個陽極，在所述陰極與陽極之間由一離子交換膜隔離，在所述離子交換膜與陰極、陽極之間分別形成陰極區(qū)和陽極區(qū)，并在陰極區(qū)填充有可使作為可逆氧化還原的水溶性物質(zhì)還原的過濾導(dǎo)電材料，同時陰極區(qū)設(shè)置有供還原染料流入與流出的入口與出口。
所述陰極與陽極呈平行直立設(shè)置，且所述陰極位于所述陽極的外側(cè)。
所述陰極與陽極呈上下放置，在每兩相鄰陰極之間設(shè)置有分隔陰極用的多孔膠板。
所述過濾導(dǎo)電材料為金屬絲、金屬網(wǎng)、金屬球或可導(dǎo)電的碳纖維。
所述陽極與離子交換膜之間填充有催化性導(dǎo)電材料，可對廢水進行處理，使廢水中的COD(化學(xué)耗氧量)含量降低。
本發(fā)明中的電化學(xué)還原方法是利用電解法且在堿性條件下還原還原染料，例如靛藍(lán)、硫化染料等，并在還原過程中采用一個過濾網(wǎng)和多陰極模式設(shè)計的電解池，使在有限的空間廠房下能安裝一個高效率的電解池，同時利用陰極的導(dǎo)電材料產(chǎn)生的中間體(可逆氧化還原的水溶性物質(zhì))的幫助，即在電極上進行還原反應(yīng)，從而能夠有效地把還原染料還原成水溶態(tài)，而中間體又可在電極上還原，回復(fù)到原來的還原態(tài)，再進行下一次的還原過程，如此重復(fù)循環(huán)，可以進行基本無污染的染色與氧化處理過程。
附圖簡要說明下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明中的具體實施例作進一步詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明中一個直立式過濾流動電解池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中一個圓桶式多層過濾電極流動電解池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中一個帶有廢水處理的直立式過濾流動電解池結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明中一個整個生產(chǎn)無廢水排放的還原染料染色過程示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明中的電化學(xué)還原染料方法是使可還原染料(如靛藍(lán)染料)流過過濾網(wǎng)式和多陰極模式設(shè)計的電解池，并在堿性條件下利用中間體來完成電化學(xué)還原。下面將利用過濾網(wǎng)和多陰極模式設(shè)計的電解池來還原染料并利用該染料進行染色的多個實施例進行說明。
實施例一在一染缸中連接一電解池，如圖1所示，該電解池呈直立狀態(tài)，包括過濾網(wǎng)式陰極，設(shè)置在電解池的兩邊，形成兩個并聯(lián)獨立的區(qū)域1和一個固定設(shè)置的陽極2，該兩陰極1與陽極2分別與電源的負(fù)極與正極連接，并在陰極1和陽極2之間設(shè)有一離子交換膜3，利用該離子交換膜3對兩個陰極1及陽極2進行分離，并分別形成兩個陰極區(qū)4及一陽極區(qū)5，在兩陰極區(qū)4內(nèi)填充有可產(chǎn)生作為可逆氧化還原的水溶性物質(zhì)的過濾導(dǎo)電材料6，例如金屬絲、金屬網(wǎng)、金屬球或可導(dǎo)電的碳物質(zhì)，在兩陰極區(qū)4上、下兩端分別設(shè)置有入口8與出口7，通過設(shè)在染缸內(nèi)的泵(圖中未示)推動被溶液由入口8流入電解池的陰極區(qū)4，并由出口7流出，使被還原溶液在流經(jīng)封閉式的陰極區(qū)4時，利用陰極區(qū)4中導(dǎo)電材料6產(chǎn)生的中間體，而對染料進行還原，即還原成可溶態(tài)染料，并流入染缸中，該染缸中液體的基本組成是靛藍(lán)染料2-5克/升、氫氧化鈉2-10克/升、TEA(三乙醇胺)2-4毫升/升、亞硫酸鐵0.2-2克/升，溫度為20℃-50℃，其中電解過程中電解的電流密度為0.02-0.5安培/平方分米，被還原的染料濃度可通過一紫外光光譜儀進行測定。
此時將棉布放入染缸中漂染15秒至1分鐘后，再在空氣中氧化30秒到1.5分鐘，并通過壓干機壓干，該棉布通過漂染氧化的過程可反復(fù)進行3-7次，最后通過水洗烘干。該經(jīng)漂染后的布料的色度可通過一色度分析儀測定。陰極產(chǎn)生的中間體為一種可逆的氧化還原物質(zhì)；即在還原電位500mV-800mV之間可還原成還原態(tài)，重復(fù)進行下一次的染料還原過程。
在該實施例中，可在陽極區(qū)5內(nèi)設(shè)置電解液，并且電解液可設(shè)計成固定式或流動式，由于固定式或流動式電解液的設(shè)置對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是可以實現(xiàn)的，故在此不再詳細(xì)說明。
實施例二該實施例中與實施例中相同的部件由相同的圖號示出，并對具有相同圖號示出的部件的結(jié)構(gòu)、功能原理不再另行詳細(xì)說明。
在一染缸中連接一個電解池；如圖2所示，該電解池呈圓桶狀，上層設(shè)置有一固定式陽極2，下層為多層平行設(shè)置的陰極1，在上層陽極2與下層的陰極1之間由一離子交換膜3分隔，上層陽極2與每一電源的正極連接，每一陰極1分別與每一電源的負(fù)極連接，即每一陰極對應(yīng)有一電源，實現(xiàn)獨立供電，防止下層陰極因遠(yuǎn)離電源而受電阻差的影響。在每兩相鄰陰極之間設(shè)置有多孔的膠板9，以分隔成多個上下層疊且平行的陰極區(qū)4，在每一陰極區(qū)4內(nèi)填充有可產(chǎn)生作為可逆氧化還原的水溶性物質(zhì)的過濾導(dǎo)電材料6，例如金屬絲、金屬網(wǎng)、金屬球或可導(dǎo)電的碳物質(zhì)等。
在陰極區(qū)4上、下分別設(shè)置有入口8與出口7，利用設(shè)置染缸中的泵推動需被還原溶液從電解池的入口8流入陰極區(qū)4，并由出口7流出，使被還原溶液流經(jīng)封閉式的陰極區(qū)4時，利用陰極區(qū)4中的導(dǎo)電材料6產(chǎn)生的中間體，而對被還原溶液進行還原，即還原成可再次進行染色的水溶液，并流入染缸中，回流到染缸中的溶液的基本組成是靛藍(lán)染料2-5克/升、氫氧化鈉2-10克/升、煙華石0.2-2克/升，溫度為20℃-50℃，電解電流密度0.02-0.5安培/平方分米，被還原的染料濃度通過一紫外光光譜儀進行測定。
此時將棉布放入染缸中漂染15秒至1分鐘后，再在空氣中氧化30秒到1.5分鐘，并通過壓干機壓干，該棉布通過漂染氧化的過程可反復(fù)進行3-7次，最后通過水洗烘干。該經(jīng)漂染后的布料的色度可通過一色度分析儀測定。
此時將棉布放入染缸中漂染15秒至1分鐘后，再在空氣中氧化30秒到1.5分鐘，并通過壓干機壓干，該棉布通過漂染氧化的過程可反復(fù)進行3-7次，最后通過水洗烘干。該經(jīng)漂染后的布料的色度可通過一色度分析儀測定。
在該實施例中，也可在陽極區(qū)5內(nèi)設(shè)置電解液，并且電解液可設(shè)計成固定式或流動式，至于固定式或流動式電解液的設(shè)置對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是可以實現(xiàn)的，故在此不再詳細(xì)說明。
實施例三該實施例中與實施例中相同的部件由相同的圖號示出，并對具有相同圖號示出的部件的結(jié)構(gòu)、功能原理不再另行詳細(xì)說明。
在一染缸中連接一電解池，如圖3所示，該電解池呈直立狀態(tài)，其中電解池被分割成一個流動的陽極區(qū)5和一個流動的陰極區(qū)4，在陰極區(qū)4和陽極區(qū)5間有一離子交換膜3進行分隔，設(shè)在陽極區(qū)5與陰極區(qū)4內(nèi)部的陽極2與陰極1分別與電源的正負(fù)極連接，在陰極區(qū)4內(nèi)填充有可產(chǎn)生作為可逆氧化還原的水溶性物質(zhì)的過濾導(dǎo)電材料，例如金屬絲、金屬內(nèi)、金屬球或可導(dǎo)電的碳物質(zhì)等，在陽極區(qū)內(nèi)填充有催化過濾導(dǎo)電材料，例如NiCO2O4-Ni金屬網(wǎng)。在陰極區(qū)4的上下端設(shè)有一出口7和一入口8，染缸中被還原染料溶液的在一泵的推動下由入口8流入陰極區(qū)4，并由出口7流出，使被還原溶液流經(jīng)封閉式的陰極區(qū)4時，利用陰極區(qū)4中的導(dǎo)電材料產(chǎn)生的中間體，而對被還原溶液進行還原，即還原成可再次進行染色的水溶液。染缸中流出的廢水由入口9流入，經(jīng)出口10流出，對廢水進行處理，使廢水中的COD含量降低。從入口8流入出口7流出的染缸溶液的基本組成是靛藍(lán)染料50-450克/升、氫氧化鈉10-50克/升、TEA 5-50毫升/升、亞硫酸鐵2-20克/升，溫度為20℃-50℃，電解電流密度為0.05-1.5安培/平方分米，被還原的染料濃度通過紫外光光譜儀進行測定。
當(dāng)溶液在氮氣保護下經(jīng)稀釋100倍后，進行漂染，即將棉布放入染缸中漂染15秒-1分鐘；并在空氣中氧化30秒到1.5分鐘，再通過壓干機壓干，每次染色可通過漂染氧化過程反復(fù)3-7次，最后通過水洗烘干，該漂染后的布料的色度可通過色度分析儀測定。
實施例四在一染缸中連接一電解池，如圖1所示，該電解池采用實施例一的電解池，由該電解池電解后回流到染缸中溶液的基本組成是靛藍(lán)染料50-450克/升、氫氧化鈉10-50克/升、煙華石5-15克/升，溫度為20℃-50℃，電解電流密度為0.05-1.5安培/平方分米，被還原的染料濃度通過一可見光光譜儀進行測定。
該溶液在氮氣保護下經(jīng)稀釋100倍后進行漂染，即將棉布通過在染缸中漂染15秒-1分鐘，并在空氣中氧化30秒到1.5分鐘，再通過壓干機壓干，每次染布通過漂染氧化過程反復(fù)3-7次，最后通過水洗烘干，該漂染后的布料的色度通過一色度分析儀測定。
實施例五在一染缸中連接一電解池，如圖2所示，該電解池采用實施例二的電解池，由該電解池電解后回流到染缸中溶液的基本組成是硫化黑染料5-100克/升、氫氧化鈉10-50克/升、TEA 5-50毫升/升、亞硫酸鐵2-15克/升，溫度為20℃-90℃，電解電流密度為0.02-0.5安培/平方分米，該被還原后染料濃度通過一可見光光譜儀進行測定。
接著將棉布置入染缸中漂染15秒-1分鐘，并在空氣中氧化30秒到1.5分鐘，再通過壓干機壓干，每次染布通過漂染氧化過程反復(fù)3-7次，最后通過水洗烘干，該漂染的布料的色度通過一色度分析儀測定。
實施例六在一染缸中連接一電解池，如圖3所示，該電解池采用實施例三中的電解池，由該電解池電解后回流到染缸中溶液的基本組成是硫化黑染料5-100克/升、氫氧化鈉10-50克/升、煙華石0.5-5克/升，溫度為20℃-90℃，電解電流密度為0.02-0.5安培/平方分米，該被還原的染料濃度通過一紫外光光譜儀進行測定。
此時將棉布置入染缸中漂染15秒-1分鐘，并在空氣中氧化30秒到1.5分鐘，再通過壓干機壓干，每次染布通過漂染、氧化過程反復(fù)3-7次，最后通過水洗、烘干。該漂染的布料的色度通過一色度分析儀測定。
實施例七在一染缸中連接一電解池，如圖2所示，該電解池采用實施例二中的電解池，由該電解池電解后回流到染缸中溶液的基本組成是靛藍(lán)染料2-5克/升、氫氧化鈉2-10克/升、TEA 2-4毫升/升、亞硫酸鐵0.2-2克/升，溫度為20℃-50℃，電解電流密度為0.02-0.5安培/平方分米，該被還原的染料濃度通過一紫外光光譜儀進行測定。
此時將棉布置入染缸中漂染15秒-1分鐘并在空氣中氧化30秒到1.5分鐘，再通過壓干機壓干，每次染布通過漂染、氧化過程反復(fù)3-7次，最后通過水洗、烘干。漂染的布料色度可通過一色度分析儀測定。
本實施例中的電解池也可采用圖3中所示的電解池，使廢水流入陽極區(qū)，同時進行電解處理，使廢水中的COD含量降低10到100倍。
如圖4所示，是一個整個生產(chǎn)基本無廢水排放的還原染料染色過程，在該生產(chǎn)過程中使多個并列設(shè)置的染缸11中染布后的液體、經(jīng)水洗缸12水洗后的液體再經(jīng)過濾器13過濾后一并回流至一電解池14中，通過電解池處理再將液體輸回染缸中，實現(xiàn)回收利用并降低生產(chǎn)成本的目的，同時經(jīng)電解后只有很少部分廢水排出，從而達(dá)到基本無污染排放的目的。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)還原染料方法，其特征是使可還原物質(zhì)流過過濾網(wǎng)式或多陰極模式設(shè)計的電解池，并在堿性條件下借助于中間體的電子傳遞作用來完成電化學(xué)還原。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的電化學(xué)還原染料方法，其特征在于所述電解池包括有多個陰極和一個陽極，在所述陰極與陽極之間由一離子交換膜隔離，在所述離子交換膜與陰極、陽極之間分別形成陰極區(qū)和陽極區(qū)，并在陰極區(qū)填充有使作為可逆氧化還原的水溶性物質(zhì)還原的過濾導(dǎo)電材料，同時陰極區(qū)設(shè)置有供還原染料流入與流出的入口與出口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的電化學(xué)還原染料方法，其特征在于所述陰極與陽極呈平行直立設(shè)置，且所述陰極位于所述陽極的外側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的電化學(xué)還原染料方法，其特征在于所述陰極與陽極呈上下平行放置，在每兩相鄰陰極之間設(shè)置有分隔陰極用的多孔膠板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的電化學(xué)還原染料方法，其特征在于所述陰極分別獨立與連接的負(fù)極連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的電化學(xué)還原染料方法，其特征在于所述過濾導(dǎo)電材料為金屬絲、金屬網(wǎng)、金屬球或可導(dǎo)電的碳物質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的電化學(xué)還原染料方法，其特征在于所述陽極與離子交換膜之間填充有催化性的導(dǎo)電材料，可對廢水進行處理，使廢水中的COD含量降低。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的電化學(xué)還原染料方法，其特征在于所述催化性導(dǎo)電材料為NiCO2O4-Ni金屬網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電化學(xué)還原染料方法，其是使可還原物質(zhì)流過過濾網(wǎng)式或多陰極模式設(shè)計的電解池，并在堿性條件下借助于中間體的電子傳遞來完成電化學(xué)還原。其中，電解池包括有多個陰極和一個陽極，在所述陰極與陽極之間由一離子交換膜隔離，在所述離子交換膜與陰極、陽極之間分別形成陰極區(qū)和陽極區(qū)，并在陰極區(qū)填充有使可逆氧化還原的水溶性物質(zhì)還原的過濾導(dǎo)電材料，同時陰極區(qū)設(shè)置有供還原染料流入與流出的入口與出口。該電化學(xué)還原方法能夠有效地把還原染料還原成可溶態(tài)染料，然后進行染色與氧化處理過程。
文檔編號D06P1/22GK1644790SQ20041005634
公開日2005年7月27日 申請日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月20日
發(fā)明者楊利堅, 陳永昌, 莫崧鷹 申請人:香港生產(chǎn)力促進局