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电化学还原

化学化工术语

电化学还原染色技术反应条件温和，氧化电位可控，还原剂可再生，消耗化学品和少，废水排放少。现已成为研究中最具可能的新型还原技术。

定义
电化学还原染色技术反应条件温和，氧化电位可控，还原剂可再生，消耗化学品和少，废水排放少。
应用
电化学染色技术氧化还原电位可控、还原剂可再生、绿色环保，正成为还原染料染色方法中最具有吸引力的新方法。间接电还原方法和电催化氢化方法是最有可能工业化的方法。电化学还原的效率仍较低，电化学还原理论的基本规律有待深入研究，尤其需要研究新型的电极材料、电催化林料，设计有效的电极及电解池结构以解决染料的传质问题和还原速率问题。
直接电化学还原
染浴中悬浮的染料颗粒与电极表面直接接触被还原。
电子从阴表面转移到聚集在阴极附近的染料颗粒表面，将其还原。反应过程如下：
效果为：1）由于电子是在两种固体间直接转移，实验中电流的效率低于20%，还原速度很慢。2）体系中形成的染料隐色体不稳定，影响染色织物的色泽。
用靛蓝作电子载体进行靛染料的电化还原。
先用少量的保险粉对部分燃料进行还原，生成染料隐色体，然后在电化学的作用下，悬浮在溶液中的染料颗粒与染料隐色体作用，生成一种介于染料本身和染料隐色体的离子自由基。在离子自由基的作用下，电化学还原自发进行，反应过程如下：
效果为：1）离子自由基的还原相对容易，反应产物在实验条件下比较稳定。电化学还原过程自发进行。电流效率最高可以达到80%。2）离子自由基向阴极扩散速率很慢，且其浓度比较低，限制了电化学还原反应的速率。存在生成氢气的副反应。
间接电化学还原
间接电化学还原的缺点在于还原速率慢，电流效率低。采用靛蓝作为离子载体，可以提高电流效率和还原效率，但只能用于靛蓝染料。染料不是在电极表面被直接还原，而是采用一种媒介作为电子载体，使氧化还原反应分别发生在阴极表面和染料颗粒表面。
该氧化还原体系是可逆的，氧化态的媒介在阴极表面获得电子，先被还原为还原态；还原态媒介在还原染料颗粒表面将染料还原为染料隐色体，自身被氧化为氧化态，因此，整个体系可逆，可逆的氧化还原体系使还原剂的还原性能可再生。
以Fe II-TEA媒介为例，原理如下:
第一步还原反应是铁离子络合物在阴极表面获得一个电子，被还原为亚铁离子络合物；被还原的亚铁离子络合物从阴极表面扩散到染料离子表面，在粒子表面发生电荷转移，形成单阴离子染料，这是形成被完全还原的双阴离子染料的中间步骤。
有两种途径可形成被完全还原的双阴离子染料，每还原一个染料需要两个电子，二个单阴离子染料可生成一个完全被还原的双阴离子染料，并重新生成一分子氧化态染料。
媒介体系为：1）有机氧化还原体系：蒽醌型：蒽醌单磺酸，蒽醌双磺酸，羟基蒽醌及其各种取代基。2）无机氧化还原体系：羟基乙二胺三乙酸，N-二羟乙基甘氨酸，二乙醇胺和三乙醇胺等作为铁络合物配位体。
效果：1）有机氧化还原体系：转化率较低，还原剂的再生能力差；2）无机氧化还原体系：碱性下，都能与亚铁离子形成稳定的络合物。
电催化氢化
优点为绿色的氢化反应：不需要高压氢气等还原剂；反应条件温和；氢气过程易于控制。
在碱性介质中，水在阴极被还原生成活性氢原子，此活性氢原子在阴极表面催化靛蓝分子的羰基加氧，在氢氧化钠碱性介质中生成靛蓝隐色体钠盐。副反应主要是析氢反应，降低了电解效率。
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