一种还原染料电化学还原染色电极的制备及应用方法与流程

本发明涉及电化学材料及其应用，具体为一种还原染料电化学还原染色电极的制备及应用方法。

背景技术：

1、传统的纺织品染整加工中需要消耗大量的能源和化学助剂，存在着工艺繁杂、废水排放量较大、污染环境等较严重的问题。于是人们开始尝试利用电化学技术，进行工艺创新和替换，切实解决传统纺织品的染色、后整理和废水脱色工艺中长期存在的问题，旨在为纺织染整技术的生态化开辟新路径；

2、目前电极材料在电化学技术中处于关键位置，其性能的好坏直接决定了电化学技术的处理效果。其中碳纳米管和石墨烯材料是很好的电极材料，碳纳米管和石墨烯是具有六芳香结构的碳纳米材料家族中的重要成员，具有机械强度优良、高载流子迁移率、导热导电性高以及比表面积大等优异的性能。因此，石墨烯与碳纳米管广泛应用于储能、晶体管器件、传感器等领域。

3、目前传统技术将碳纳米管应用在金属表面的方法需要先制备出碳纳米管再转移到金属基体，此转移过程会对碳纳米管造成一定损坏。因此直接在金属表面生长碳纳米管一直是个技术难题。近些年来，虽然在金属表面生长碳纳米管的技术得到了一定的发展和完善，例如公告号cn104036878b的中国授权专利《一种石墨烯和碳纳米管三维结构材料的制备方法》，包括如下步骤：(1)制备石墨烯的生长基底；(2)生长石墨烯；在步骤(1)制备的石墨烯的生长基底之上采用化学气相沉积方法生长石墨烯；任选进行(3)石墨烯的转移和图形化；(4)制备碳纳米管生长催化剂；(5)生长碳纳米管，虽然该制备方法能够得到一种原位生长的石墨烯和碳纳米管三维结构，但依然存在一些问题，如金属与碳纳米管界面接触面积利用率低等，因此不满足现有的需求，对此我们提出了一种还原染料电化学还原染色电极的制备及应用方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种还原染料电化学还原染色电极的制备及应用方法，以解决上述背景技术中提出的传统工艺电流效率低、还原时间长、染料还原率低和染色效果欠佳的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种还原染料电化学还原染色电极的制备，包括如下步骤：

3、步骤一、利用电化学抛光预处理铜箔：

4、步骤二、使用cvd炉中的石英管作为反应室，使用k型热电偶探针对温度进行预先校准：

5、步骤三、将铜箔放入反应室，将石英管抽真空至2.2pa：

6、步骤四、将管式炉升温至1000℃，通入300sccmh2在4.6×104pa压强下将铜箔退火10分钟：

7、步骤五、退火后将反应室内气体总压强提高至4.7×104pa，保持h2流量不变，通入10sccmch4生长碳纳米管15min，待石墨烯生长后将铜箔迅速拖出去并在氢气保护下冷却至室温：

8、步骤六、采用电子束蒸发在生长的石墨烯表面依次沉积1nmfe催化剂在石墨烯顶部，之后再次通过电子束蒸发3nmal2o3缓冲层：

9、步骤七、采用化学气相沉积法在g/fe/al2o3表面生长碳纳米管阵列，生长条件为通入2sccmc2h2和210sccmh2，将基体g/fe/al2o3在3.3×104pa条件下退火30s，同时将钨丝点亮调至30w开始生长碳纳米管，生长过程压强降至665pa：

10、步骤八、制备完成，取出样品。

11、优选的，所述步骤一中铜箔的尺寸规格为2×25cm。

12、还原染料电化学还原染色电极的制备方法在纺织品染色中的应用，包括如下步骤：

13、步骤一、分别对阴极电解液和阳极电解液进行制备；

14、步骤二、将石墨烯/碳纳米管三维电极作为阴极，石墨电极作为阳极固定在电解槽中；

15、步骤三、分别将阴、阳极电解液加入至电解槽中，在保护气体的保护下，以上述还原染料的间接电化学还原络合体系为媒质，进行还原反应，电解还原温度为25～75℃，电解电压为3.50v，电解电流为ma，通电还原1～2小时。

16、优选的，所述步骤一在碱性条件下，将feⅱ盐与葡萄糖酸盐试剂混合，得到靛蓝染料的间接电化学还原络合体系，作为电化学电解染色实验的阴极电解液，其中feⅱ盐的含量为0.05～1mol/l，葡萄糖酸盐的含量为0.075～1mol/l，所述feⅱ的添加量与葡萄糖酸盐的添加量的物质的量之比为1：1～30，溶剂为水。

17、优选的，所述feⅱ盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁中的任意一个，所述葡萄糖酸盐为葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙、葡萄糖酸锌中的任意一个。

18、优选的，所述络合体系的ph值为9～14，由氢氧化钠或氢氧化钾提供碱性条件。

19、优选的，所述步骤一中阳极电解液配方由氢氧化钠溶液、亚硫酸钠溶液、焦亚硫酸钠液组成，且阳极电解液溶液的含量为0.1～2mol/l。

20、优选的，所述步骤三中保护气体为氮气、氩气中的任意一个。

21、优选的，所述步骤三中还原染料的初始浓度为0.02～2mol/l。

22、优选的，所述步骤三中碱性条件的ph值为9～14。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、1、本发明针对直接在金属表面生长碳纳米管的技术难题，采用导电性能好、电阻率低且机械强度优良的石墨烯作为金属材料与碳纳米管之间的界面层，解决了金属表面碳纳米管接触面积利用率低的同时，还形成了石墨烯/碳纳米管的三维结构，表现出更为出色的电化学性能。用石墨烯/碳纳米管材料制备三维电极并应用到还原染料电化学还原染色工艺中，表现出优异的电化学性能和染色性能。

25、2、本发明采用化学气相沉积制备g/gnts杂化结构，首先利用化学气相沉积法以甲烷为碳源，在铜箔上生长多层石墨烯；接着在石墨烯的表面利用电子束蒸发沉积fe催化剂和al2o3缓冲层；最后采用化学气相沉积以乙炔为碳源，生长碳纳米管，并将其制备成三维电极材料，应用到还原染料电化学还原染色工艺中，表现出优异的电化学性能和染色性能，染色工艺还原时间缩短，电流效率高，染色各项牢度好，染色效果显著，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种还原染料电化学还原染色电极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种还原染料电化学还原染色电极的制备方法，其特征在于：所述步骤一中铜箔的尺寸规格为2×25cm。

3.根据权利要求1所述的还原染料电化学还原染色电极的制备方法在纺织品染色中的应用，其特征在于：包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的还原染料电化学还原染色电极的制备方法在纺织品染色中的应用，其特征在于：所述步骤一在碱性条件下，将feⅱ盐与葡萄糖酸盐试剂混合，得到靛蓝染料的间接电化学还原络合体系，作为电化学电解染色实验的阴极电解液，其中feⅱ盐的含量为0.05～1mol/l，葡萄糖酸盐的含量为0.075～1mol/l，所述feⅱ的添加量与葡萄糖酸盐的添加量的物质的量之比为1：1～30，溶剂为水。

5.根据权利要求4所述的还原染料电化学还原染色电极的制备方法在纺织品染色中的应用，其特征在于：所述feⅱ盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁中的任意一个，所述葡萄糖酸盐为葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙、葡萄糖酸锌中的任意一个。

6.根据权利要求4所述的还原染料电化学还原染色电极的制备方法在纺织品染色中的应用，其特征在于：所述络合体系的ph值为9～14，由氢氧化钠或氢氧化钾提供碱性条件。

7.根据权利要求3所述的还原染料电化学还原染色电极的制备方法在纺织品染色中的应用，其特征在于：所述步骤一中阳极电解液配方由氢氧化钠溶液、亚硫酸钠溶液、焦亚硫酸钠液组成，且阳极电解液溶液的含量为0.1～2mol/l。

8.根据权利要求3所述的还原染料电化学还原染色电极的制备方法在纺织品染色中的应用，其特征在于：所述步骤三中保护气体为氮气、氩气中的任意一个。

9.根据权利要求3所述的还原染料电化学还原染色电极的制备方法在纺织品染色中的应用，其特征在于：所述步骤三中还原染料的初始浓度为0.02～2mol/l。

10.根据权利要求3所述的还原染料电化学还原染色电极的制备方法在纺织品染色中的应用，其特征在于：所述步骤三中碱性条件的ph值为9～14。

技术总结
本发明公开了一种还原染料电化学还原染色电极的制备及应用方法，包括如下步骤：步骤一、利用电化学抛光预处理铜箔：步骤二、使用CVD炉中的石英管作为反应室，对温度进行预先校准：步骤三、将铜箔放入反应室抽真空：步骤四、将管式炉升温并在设定压力下对铜箔退火10分钟：步骤五、退火后提升气体压强，通入10sccmCH<subgt;4</subgt;生长碳纳米管，生长后将铜箔移去冷却：步骤六、在生长的石墨烯表面依次沉积1nmFe催化剂在石墨烯顶部，之后通过电子束蒸发缓冲层：步骤七、在G/Fe/Al2O3表面生长碳纳米管阵列，将基体G/Fe/Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;退火，同时将钨丝点亮调至30W开始生长碳纳米管：步骤八、制备完成，取出样品，解决了传统工艺电流效率低、还原时间长、染料还原率低和染色效果欠佳的问题。

技术研发人员：季东晓,汪康康,覃小红,黄景明,黄敏,黄友洪,杨骏
受保护的技术使用者：浙江鑫兰纺织有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15