[논문]인디고 염료의 전기화학적 특성 연구

이송주; 장홍기; 허북구; 박동원

인디고 염료의 전기화학적 특성 연구
Studies on the Electrochemical Properties of Indigo Dye 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.17 no.4 = no.83, 2005년, pp.1 - 6

이송주 (광주보건대학 식품생명과학과) , 장홍기 ((주) 세노코) , 허북구 ((주) 세노코) , 박동원 (전남대학교 화학과)

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We studied the degree of variety of indigo for the electrochemical redox reaction in addition of reducing agent and the electrokinetic parameters. The electrokinetic parameters such asthe number of electron and the exchange rate constant were obtained by cyclic voltammetry. With increasing scan rate, the reduction currents of indigo were increased and the reduction potentials were shifted to the negative direction. As the results, the reduction processes of the indigo were proceeding to totally irreversible and diffusion controlled reaction. Also, exchange rate constant ($k^0$) and diffusion coefficient ($D_0$) of indigo were decreased by increasing concentration of reducing agent. We found that the less concentration, the more easily diffused and electron transferred and the product was more stable.

주제어

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 수용성의 환원제를 사용하지 않아도 되고 별도의 환원 매개체를 필요로 하 지 않으며 황화나 배트 염료에 적용이 될 수 있는 친환경적인 수용성 인디고를 만들기 위한 전기화 학적 환원 방법을 이용하여 인디고의 반응과정과 반응속도에 대한 전기화학적 특성을 알아보았다.
그중에서도 전기화학적인 환원 방법은 친환경적인 환원법 중 가장 주목받는 방법이다. 따라서 본 연구에서는 실험실 스케일의 전루전압 방법과 전기분해 실험을 통해 Indigo를 전기화학적으로 산화/환원시킴으로써 얻어지는 생성물을 분석하고, 반응의 속도에 대한 고찰 및 수용성 인디고의 생산 가능성을 확인하고자 하였다. Indigo의 전극 표면에서의 전기화학적 환원에 대한 메커니즘은 Fig.
7(b)에 나타냈다. 또한 환원제의 첨가량에 따른 변화를 비교하고자 하였다. 두 가지 농도의 경우에 대해, #에 따른 전류 , , 가 직선으로 주어지는 것으로 보아 두 반응 모두 확산 지배적으로 진행됨을 알 수 있으며, 환원제의 양이 많은 경우에 직선에서 더 많이 벗어남을 볼 수 있다.

제안 방법

1.0 M NaOH를 포함한 indigo 용액에서 환원제의 첨가에 따른 환원 반응에 대한 메커니즘과 반응 속도 인자들을 알아보기 위해 순환 전압-전류 곡선을 주사속도의 변화에 따라 측정하였으며, 이들 결과를 Fig. 5에 나타냈다. 또한, 환원제의 양에 따른 변화를 알아보기 위해 환원제의 농도를 1/8 배 희석 시킨 경우의 순환 전압-전류 곡선을 Fig.
친환경적인 전기화학적 환원법을 이용해 인디고의 전기화학적 산화/환원으로부터 속도론적 인자를 예측하고, 환원제의 첨가에 따른 변화 정도를 조사하였다. Indigo의 전기화학적 산화/환원 반응은 비가역적이고, 확산 지배적으로 진행됨을 알 수 있었고, 주사속도에 따른 결과로부터 확산계수 Do는 2.

대상 데이터

1에 나타냈다. 기준전극으로는 Ag-win, 보조 전극으로는 Pt-wte>, 작업 전극으로는 BAS 제품인 유리질' 탄소eometric area: 0.071)을 사용하였다. 작업 전극은 매번 사용하기 전에 0.
본 실험에 사용된 NaOH, Indigo, NazSzQ 시약들은 모두 특급시약(Aldrich 및 Fluka)으로 더 이상 정제하지 않고 사용하였으며 모든 용액은 3차 증류수를 사용하여 제조하였다.
본 실험에 사용된 인디고는 전남 나주시 영산강 변에서 재배한 쪽(Persicaiia tinctoria)에서 얻은 것은 사용하였는데, 인디고는 2004년 6월에 수확한 쪽을 15L의 용기에 생 쪽과 물(pH 7.1)의 비율을 3:10으로 되게 하여 뚜껑을 덮은 다음 26℃에서 4일간 두었다가 쪽을 건져낸 다음 pH 12가 되도록 소석회를 넣으면서 저어둔 후 4시간 정도 방치하였다가 상등액을 버리고 침전된 인디고를 수거하여 건조 후 분말화한 것을 이용하였다.

성능/효과

친환경적인 전기화학적 환원법을 이용해 인디고의 전기화학적 산화/환원으로부터 속도론적 인자를 예측하고, 환원제의 첨가에 따른 변화 정도를 조사하였다. Indigo의 전기화학적 산화/환원 반응은 비가역적이고, 확산 지배적으로 진행됨을 알 수 있었고, 주사속도에 따른 결과로부터 확산계수 Do는 2.61Xl(y6이고, 속도상수는 1.97X10-3으로 주어짐을 예측하였다. 또한 환원제의 첨가량에 따라서도 속도상수 값이 달라짐을 볼 수 있었다.
또한 환원제의 첨가량에 따라서도 속도상수 값이 달라짐을 볼 수 있었다. 결 과적으로, 전기화학적 반응 속도는 확산 전이에 의해 제한되며 퍼텐셜의 값이 (-)값으로 이동할수록 전류밀도가 증가하였고 이는 전자전달의 용이성을 가져와 큰 평형상수를 가짐으로 인해 인디고의 라 디칼 음이온은 쉽게 환원이 되고 생성되는 반응물은 안정적임을 보여주었다. 따라서 환원제 없이 전 기화 학적 환원만을 이용하여 염색이 가능하며, 이는 환경적으로 큰 이점을 가질 수 있음을 보여주었다.
결 과적으로, 전기화학적 반응 속도는 확산 전이에 의해 제한되며 퍼텐셜의 값이 (-)값으로 이동할수록 전류밀도가 증가하였고 이는 전자전달의 용이성을 가져와 큰 평형상수를 가짐으로 인해 인디고의 라 디칼 음이온은 쉽게 환원이 되고 생성되는 반응물은 안정적임을 보여주었다. 따라서 환원제 없이 전 기화 학적 환원만을 이용하여 염색이 가능하며, 이는 환경적으로 큰 이점을 가질 수 있음을 보여주었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 반응의 주요 인자인 온도, pH, 환원제의 농도에 따른 연구와 선택 전 극에 따른 환원 반응의 메커니즘에 대해 더 자세한 연구를 통해 실제 염색공정에 적용할 수 있을 것이다.
97X10-3으로 주어짐을 예측하였다. 또한 환원제의 첨가량에 따라서도 속도상수 값이 달라짐을 볼 수 있었다. 결 과적으로, 전기화학적 반응 속도는 확산 전이에 의해 제한되며 퍼텐셜의 값이 (-)값으로 이동할수록 전류밀도가 증가하였고 이는 전자전달의 용이성을 가져와 큰 평형상수를 가짐으로 인해 인디고의 라 디칼 음이온은 쉽게 환원이 되고 생성되는 반응물은 안정적임을 보여주었다.
이와 같은 전기화학적 실험 결과로부터 모든 실험은 비가역적이며 확산 지배적 과정으로 진행됨을 확인할 수 있었고, 산화/환원 과정에서의 전자 전달은 평형상수가 클수록 쉬우며 더 안정한 생성 물을 형성한다고 할 수 있다.

후속연구

따라서 환원제 없이 전 기화 학적 환원만을 이용하여 염색이 가능하며, 이는 환경적으로 큰 이점을 가질 수 있음을 보여주었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 반응의 주요 인자인 온도, pH, 환원제의 농도에 따른 연구와 선택 전 극에 따른 환원 반응의 메커니즘에 대해 더 자세한 연구를 통해 실제 염색공정에 적용할 수 있을 것이다.

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A. J. Bard and L. R. Faulkner, 'Electrochemical Methods', John Wiley & Sons, New York, 1980

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