節(jié)能環(huán)保技術(shù)在還原染料中的應(yīng)用

龐靖(廣州檢驗檢測認(rèn)證集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引言

還原染料在染色中，主要借助還原劑在堿液中將染料變成可溶性的銀色體鈉鹽，然后再經(jīng)過水洗以及氧化處理，使得染料隱色體恢復(fù)原來的色淀狀態(tài)，從而更好地吸附在纖維上。還原劑主要起提供電子的作用，從而產(chǎn)生還原點位，使得染料分子上的羰基發(fā)生還原反應(yīng)，還原成為醇基，再變成隱色體。目前印染行業(yè)中常用的還原劑是保險粉，也就是連二亞硫酸鈉，其還原能力強(qiáng)、染色效果鮮艷，但是化學(xué)穩(wěn)定性比較差，在空氣中容易發(fā)生氧化反應(yīng)，生成各種化學(xué)物質(zhì)，從而對環(huán)境以及人類造成不良的影響，因此印染企業(yè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對新型節(jié)能環(huán)保還原工藝的研究和應(yīng)用。

1 還原染料的特點

1.1 染色重現(xiàn)性良好

還原燃料是當(dāng)代常用的染料之一，其優(yōu)勢較多。首先，還原染料的染色重現(xiàn)性比較好，一般情況下，色澤主要是以中間色為主，而且中間色也是單一的組成，因此染色的重現(xiàn)性比較好。比如，要表現(xiàn)出綠色活性的顏色，一般是選用黃色活性和翠藍(lán)色活性的染料進(jìn)行相互混合。為了保證不同顏色混合后的活性，在進(jìn)行染色時必須做好控制措施。而且還原染料所具有的同一個色系的品種很多，比如綠色品種，所具有的單一結(jié)構(gòu)品種也有好幾種，能夠滿足不同客戶的顏色需求，所以和活性染料相比，還原染料的染色重現(xiàn)性要優(yōu)異很多。

1.2 耐光牢度高

還原染料還具有很強(qiáng)的耐光度，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對于棉織物的耐光度要求越來越高，特別是淺色系的棉織物。所以加強(qiáng)對還原染料的使用，有利于提高當(dāng)前棉織物的染色效果，所以還原染料在各種淺色衣物中的應(yīng)用也十分廣泛，比如運動服、工作服、窗簾等。

1.3 耐氯牢度高

還原染料的耐氯牢度一般都可以達(dá)到4 級以上，所以其耐氯牢度是非常高的。此外，洗滌牢度也是很高的。還原染料還可以應(yīng)用對于耐洗滌性要求高的或者需要用氯進(jìn)行消毒的場合，比如醫(yī)院、旅館等，對于還原染料染色的衣物應(yīng)用程度非常高，比較常見的有醫(yī)院床單、衣服、旅館床單等。

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1.4 對紅外線有很好的吸收

因為還原染料對于紅外線的吸收能力是比較好的，所以在一些特殊的場合或者部門也有著重要的應(yīng)用，比如軍服的生產(chǎn)等。

2 還原染料中的節(jié)能環(huán)保技術(shù)

2.1 關(guān)于靛藍(lán)的預(yù)還原

關(guān)于還原染料和絮凝的回收，也是影響染料節(jié)能環(huán)保性的重要措施，在進(jìn)行紡織物染色中，需要使用各種化學(xué)物質(zhì)，比如染料以及其他化學(xué)物，在染色中，廢水中會存在部分還沒有被利用的化學(xué)物質(zhì)，從而提高了廢水的污染程度，因此處理好廢水的化學(xué)物質(zhì)，也是提高染色環(huán)保性的重要措施。之所以會在廢水中存在一定量的化學(xué)物質(zhì)，主要是因為在染色中，由于染料的不完全消耗所產(chǎn)生的，要處理這些沒有消耗的化學(xué)物質(zhì)，1kg 的處理無要消耗的水量大約在50～300L 之間，造成嚴(yán)重的水資源浪費。根據(jù)相關(guān)學(xué)者的研究，使用低成本的凝聚物可以對染色廢水進(jìn)行處理，凝聚物主要是聚丙烯酰胺以及其他含有陽離子的基團(tuán)共聚物，使用這些凝聚物處理廢水時，可以將廢水中的各種染料進(jìn)行分離，其中所使用到的原理是架橋和電荷之間的吸引作用。根據(jù)相關(guān)實驗表明，在具有還原染料的染棉廢水當(dāng)中，加入陽離子聚合電解質(zhì)，可以從廢水中分離出90%以上的染料。影響分離效果主要是電解質(zhì)的活性以及硫酸染料的酸堿值。隨著廢水酸堿值的降低，其分離效果會增加。如果在廢水中加入明礬進(jìn)行二次的處理，廢水中的染料分離率可以高達(dá)到99%。在廢水中分離出來的染料還可以進(jìn)行二次利用，比如應(yīng)用在棉纖維的常規(guī)染色中，大大地提高還原染料染色的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。

2.2 減少纖維染色用亞硫酸鹽的用量

Innova 染色技術(shù)需要在真空的條件下進(jìn)行，在使用還原染料時，只需要使用少量的還原劑，就可以快速地進(jìn)行還原反應(yīng)，在染色過程中，也可借助連續(xù)皂來控制氧化過程。而且，Innova染色技術(shù)對環(huán)境的影響比較小，因為所使用的化學(xué)物質(zhì)比較少，產(chǎn)生的廢液少，所以比較適用于大容量的染色，在降低生產(chǎn)成本的同時又起到節(jié)能減排的效果。為了提高染色效果，相關(guān)公司也對該還原染料進(jìn)行深入研究和改善，特別是減少了還原染料的超微機(jī)型還原染料的粒徑，比如還原染料的粒徑可以控制在0.2～0.5μm，并且具有較好的分散性，在軋染液的儲存中也具有較高的穩(wěn)定性。

2.3 還原染料電化學(xué)間接還原染色工藝的應(yīng)用

在纖維染色市場中，還原染料的市場占有額是比較大，大約可以占到30%的市場份額。在進(jìn)行還原染料染色中，使用電化學(xué)間接還原染色工藝，具有很強(qiáng)的節(jié)能環(huán)保性，因為能夠?qū)Σ荒茉倮玫倪€原劑進(jìn)行再次使用。因為在進(jìn)行染色時，間接的電解中，通過可溶性的可逆氧化還原系統(tǒng)，可以將陰極中的還原能力轉(zhuǎn)移到溶液當(dāng)中，此時，染料就會在陰極區(qū)出現(xiàn)被還原的現(xiàn)象，隨著可逆氧化還原系統(tǒng)的繼續(xù)存在，染料繼續(xù)在陰極中不斷地再生，在再生中實現(xiàn)了對還原劑的更新。和傳統(tǒng)的還原劑染色工藝相比，間接電化學(xué)染色具有更強(qiáng)的環(huán)境保護(hù)作用，經(jīng)濟(jì)效益更大，主要體現(xiàn)在四個方面：第一，電化學(xué)間接還原染色工藝，在染液中的還原條件是非常穩(wěn)定的；第二，該工藝能夠再次呈現(xiàn)出染色的效果，和常規(guī)的染色方式具有相似的效果；第三，該工藝所使用的化學(xué)物質(zhì)量非常有限，所以在廢水處理上也比較簡單；第四，該工藝所使用的染液是可以進(jìn)行循環(huán)利用的，在染色中，為了避免化學(xué)副產(chǎn)物的形成，減少對化學(xué)還原劑的使用，BASF 公司也研究出新的電化學(xué)還原方法，為提高還原染料的節(jié)能環(huán)保性奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

2.4 絮凝以及染料的回收

還原染料的應(yīng)用廣泛，不僅是因為其具有良好的染色效果，還因為其綠色化的發(fā)展方向，節(jié)能環(huán)保效果好。比如，還原染料所使用的原料無害無毒，生產(chǎn)過程也是無公害的，使用的生產(chǎn)技術(shù)也是當(dāng)前的節(jié)能環(huán)保新技術(shù)，對環(huán)境具有很好的保護(hù)作用。目前，還原染料所使用的節(jié)能環(huán)保技術(shù)是關(guān)于靛藍(lán)的預(yù)還原。因為在進(jìn)行靛藍(lán)染色中，需要使用大量的還原劑，所以導(dǎo)致生產(chǎn)中會出現(xiàn)較高濃度的亞硫酸鹽和硫酸鹽廢水，對環(huán)境會造成較大的影響。因為亞硫酸鹽會對細(xì)菌造成毒害，而硫酸鹽如果在沒有空氣的情況下會對混凝土造成破壞，所以該生產(chǎn)過程會大大地影響靛藍(lán)的還原，從而影響紡織物的染色。隨著相關(guān)學(xué)者的深入研究，發(fā)現(xiàn)使用Indigo Solution BASF 20%，其中包含了20%的靛藍(lán)、5%的氫氧化鈉，能夠?qū)Φ逅{(lán)進(jìn)行預(yù)先還原的作用，而且不會對環(huán)境造成破壞。Indigo Solution BASF 20%需要在氮氣的保護(hù)下進(jìn)行儲存，使用Indigo Solution BASF 20%溶液，可以使得在染色過程中，減少溶液中亞硫酸鹽和硫酸鹽的濃度，至少將濃度減少50%，而且洗滌的用水也可以通過過濾后進(jìn)行重復(fù)使用。所以加強(qiáng)對靛藍(lán)的預(yù)還原，不僅可以保護(hù)環(huán)境，還可以加強(qiáng)廢水利用，減少生產(chǎn)費用。

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3 還原染料的節(jié)能環(huán)保發(fā)展方向

3.1 Innova染色技術(shù)中的新型還原染料

在進(jìn)行還原染色中，主要存在的問題是亞硫酸鹽和硫酸鹽濃度高的情況，所以工作人員可以通過減少對纖維染色中亞硫酸鹽用量的措施來提高還原染料染色的環(huán)保型。還原染料在纖維素連續(xù)蒸汽軋染中，如果使用降低亞硫酸鹽的技術(shù)，可以有效地控制好溶液中亞硫酸鹽的濃度，但是在控制亞硫酸鹽濃度時，必須要保證該化合物的濃度保持在足夠安全的范圍之內(nèi)。一般情況，在進(jìn)行連續(xù)染色的情況，所給定的纖維素體，是存在著一定臨界濃度亞硫酸氫鹽的。如何獲得亞硫酸氫鹽的臨界濃度，工作人員可以通過相關(guān)的實驗來獲取數(shù)據(jù)，當(dāng)獲得臨界濃度熟讀的時候，在使用還原染料染色過程中，就要加強(qiáng)對亞硫酸氫鹽濃度的控制。當(dāng)溶液中亞硫酸氫鹽濃度高于臨界濃度的時候，染色的深度不會再發(fā)生變化，當(dāng)濃度小于臨界濃度的時候，因為存在不完全還原的情況，所以染色的深度會變淺。

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3.2 電化學(xué)還原染色技術(shù)新型還原染料

電化學(xué)還原染色技術(shù)可以分成兩種類型進(jìn)行研究，分別是直接電化學(xué)還原染色和間接電化學(xué)還原染色。直接電化學(xué)還原染色主要是使用傳統(tǒng)的還原劑來進(jìn)行還原，然后再借助電極來發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行還原染色，因此在靛藍(lán)的染色中比較常用。間接電化學(xué)還原染色，不是直接在電極上進(jìn)行還原染色，而是通過在電極上發(fā)生電化學(xué)海員反映，使得原來的染料恢復(fù)到原來狀態(tài)，實現(xiàn)對染料的重復(fù)使用。在電化學(xué)還原染色技術(shù)中，常用的化學(xué)物質(zhì)是一種可再生的物質(zhì)，是Fe2+/Fe3+氧化還原系統(tǒng)，因為該物質(zhì)在堿性的介質(zhì)中擁有很高的負(fù)電性，有利于提高電子的轉(zhuǎn)移速度。

3.3 高耐氯要求染色中的新型還原染料

部分場所對于紡織物的耐氯程度要求比較高，特別是醫(yī)院、旅館等，所以加強(qiáng)對高耐氯還原染料的使用也十分廣泛。和活性染料相比，還原染料的耐氯牢度要高很多，但是在部分色譜要求上，和市場的要求還存在著一定的差距，比如藍(lán)色還原染料的耐氯牢度比較差，還原藍(lán)RSN 的耐氯牢度僅僅只有2 級，因此加強(qiáng)對新型藍(lán)色還原染料的研究十分重要。

4 結(jié)語

總體來說，為了保證紡織物的染色效果，減少染色問題的發(fā)生，大部分企業(yè)都會采用最為保守和成熟的工藝，依舊采用還原劑來進(jìn)行還原染色。但是還原劑染色對于環(huán)境的影響比較大，而且生產(chǎn)成本也比較大，所以加強(qiáng)對還原染色新技術(shù)的研究是當(dāng)前還原染料染色的發(fā)展方向，比如電化學(xué)技術(shù)，所排放的廢水比較少，生產(chǎn)成本低等，相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對還原染色新技術(shù)的研究。