虽然还原染料传统的化学染色工艺比较成熟、操作相对简单,但是该技术在应用过程中需要消耗大量的化学药品,这样就会产生大量的工业废水,不仅给染整行业带来极大的经济负担,也对社会造成了巨大的环境压力。而电化学法则以清洁的电子代替化学还原剂,从而极大地降低了化学品的用量,减少了废液的排放和环境的污染,降低了生产成本。因此,电化学法在未来的染色工业中具有良好的应用前景。本论文主要采用循环伏安法和恒电流电解法研究了靛蓝的间接和直接电化学行为,对其在碳毡电极上的还原机理进行了初步的分析和讨论。同时,还利用超声循环伏安法和超声辅助电解实验研究了超声对靛蓝还原的作用机理,初步探讨了超声起促进作用的原因。此外,又利用SEM和BET分别对碳毡表面结构和比表面积进行了研究和测定,并结合电解效果分析讨论了碳毡能提高电流效率的原因。通过以上内容的研究,可获得如下结论:(一)以Fe-TEA络合物为媒介,碳毡为阴极材料,不锈钢网为阳极材料,采用H型电解槽研究了不同实验参数对靛蓝间接电还原的电流效率的影响,得到最佳的工艺条件为:靛蓝的初始浓度0.07mol·L-1,电流密度为1A·dm-2,反应温度为50℃,碳毡的厚度为10mm。实验表明靛蓝在该体系下可完全被还原成隐色体,电流效率最高可达78.45%。在本实验所采用的条件下,对电解效果影响最大的因素是电流密度。此外,我们还将上述最佳工艺参数应用于初步放大电解,实验中采用板框式电解槽,在流速为160L·h-1时得到的电流效率为57.24%。(二)靛蓝的直接电还原在热力学上是可行的,主要的阻力在动力学传质上。以碳毡为阴极,不锈钢网为阳极,采用H型电解槽进行直接电还原实验,初步对影响靛蓝还原效果的实验参数(如电流密度、pH和反应温度等)进行了探索,结果表明电流密度是影响电流效率的主要因素。在最佳实验条件下,得到的最高电流效率为52.32%。将直接和间接电解实验相结合,通过验证实验,证明了直接电还原的自由基机理是间接电解实验中期阶段电流效率显著升高的主要原因。(三)采用循环伏安法研究了靛蓝在不同电极(玻碳和碳毡)上的电催化性能。结果表明:与玻碳相比,碳毡电极上的峰电流密度显著增强,其伏安响应是玻碳的20-30倍。采用扫描电镜观察碳毡表面,发现它是由许多碳纤维构成,纤维之间形成了大量的微孔,这些微孔的孔径比扩散层的厚度要大。又利用BET法测得碳毡的比表面积为7289cm2·g-1。总之,这种表面孔隙结构不仅可以为电化学反应提供更多的活性位点,增强碳毡在电解过程中的催化性能,还能提高靛蓝在电化学还原过程中的电流密度。(四)采用不同的电极材料(不锈钢网、泡沫铜和碳毡),在相同实验条件下分别对靛蓝进行超声和不加超声的电解实验,结果表明超声能显著提高电流效率。利用超声探针技术研究超声对还原作用的影响机理中发现,Fe3+的还原峰非常显著,实现了电子在Fe2+与靛蓝颗粒之间的快速传递,即加快了靛蓝的还原过程,这说明超声条件下靛蓝还原速率明显提高的原因是超声对Fe3+的还原过程的促进。此外,采用激光粒度仪对超声和不超声处理的靛蓝颗粒进行粒度分析,实验发现超声后的靛蓝粒径分布更均匀且颗粒更小,证明超声可以将靛蓝大颗粒粉碎,使其粒径均匀分布在1～l0μm之间。