奈米分子筛与本土植物染,让蓝染复活

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1、中華民國第四十六屆中小學科學展覽會作品說明書高中組化學科第三名040213奈米分子篩與本土植物染,讓藍染復活學校名稱：國立臺南第一高級中學作者：指導老師：高二鄧允中鄧明聖高二周鈺翔關鍵詞：建藍、靛白隱色鹽、分子篩作品名稱：奈米分子篩與本土植物染―讓藍染復活作品摘要：本實驗提供一個使傳統藍染工藝復活的契機，希望從減少時間成本、珍惜染料資源、減少操作複雜度、根絕水污染及減少臭味等方面提供改善方案。從結果可看出得知鉑黑分子篩可無窮重複使用，在反應過程中無其他副產物出現，並且可在常溫中進行，相對於化學還原法尚會生成硼酸鹽類，

2、雖然硼酸鹽污染性低，但硼氫化鈉反應性高，在水中除還原染料外，尚會自行分解，故從環保、安全及經濟方向思考，鉑黑分子篩確實是讓藍染工藝復活的不二選擇。本實驗發現分子篩催化還原法，其反應以速率定律式來看為零級，如此可使控制及管理更為方便，可在反應之初，就可正確預估何時必須加入反應物劑。未來希望尋找更多具同樣性質的還原劑，及不同植物染料，使其不僅符合經濟效益，更可結合傳統與現代，使傳統具有新的生命。壹、研究動機：台灣傳統的製藍採用發酵水解法生成靛藍，靛藍為非溶性的建染性染料，必須經過建化過程使之還原成為隱色性染液，才能染色，

3、此種過程稱為「建藍」。傳統發酵建藍法是利用生物繁殖發酵原理進行，通常製藍及建藍由於採用天然微生物發酵法，非常耗費時間，其中發酵用的場地「青嚳」，臭氣沖天，空氣及水污染嚴重；又由於染布過程靛白隱色鹽純度不高，含大量非水溶性的靛藍，故染布時染料吸附性差需加熱或重複數次洗染，造成染料浪費及水污染嚴重，故效率及污染問題為藍染工藝是否能復活的關鍵。為了減少藍染的複雜步驟、減少工作時間及符合現今環境的要求，本實驗希望提供有效率的還原、吸附的方法，並探討其化學理論基礎，以新的奈米科技達到省時、無污染及重複催化的方法，以賦予傳統工藝

4、技術新的面貌及傳承的可能。貳、研究目的：1、傳統還原成酚及化學還原法的速率之比較。2、分子篩燒結鉑黑及單純鉑黑催化還原法的速率之比較。3、靛藍及靛白隱色鹽吸附效果及褪色之比較。參、研究原理：1、早期「製藍」是採用發酵水解法（沉澱法）：大菁生葉→浸泡→藍→水解→酚→酮→縮合→靛藍→酒糟→氫化→還原→酚→石灰(提供鹹性)→靛白隱色鹽→靛藍(經靜置後讓靛藍沉澱與水分離，再倒除上層液體，即得沉澱之藍泥)2、「建藍」：傳統發酵建藍法是利用生物繁殖發酵原理進行，由於傳統建藍是隨染色1量逐漸消耗鹼性與營養劑，為保持穩定的建化品質需

5、適時補充上述助劑靛藍→靛白隱色酸→靛白隱色鹽→靛藍其分解過程的生物化學是相當的復雜，主要反應步驟可用下列方程式綜合表示：(C6H10O5)n+n.H2O→n.C6H10O6→2n.CH3CH(OH)COOH→n.CH3CH2CH2COOH+2n.CO2+n.H2↑3、染布與氧化：浸泡→晾曬（讓空氣進到布裡面，這個動作叫做『氧化』，和空氣充分結合氧化之後就變成藍色了）→漂洗（把在布上多餘的染料洗掉）→曬乾。4、分子篩：多孔性的矽鋁酸鹽，分為低、中、高及全矽，具特定規則的晶體結構、分布均勻的孔洞，因此具多孔性具催化及吸附

6、效能。肆、研究器材：可見紫外光譜儀(日立U-2001)、高溫爐伍、研究步驟：[實驗一]靛藍及靛白隱色鹽的光譜分析及校正曲線製作1、以100克靛藍加1克葡萄糖、2克麥芽糖、12克酒（18﹪）、500克水，並用飽和石灰水調整pH值為12至13之間，維持溫度在20至30℃之間，每天攪拌，至顏色暗綠色。紀錄下總體積。（共2544mL）2、以100克靛藍加水至和步驟1相同為止。3、以100克靛藍加水400克，滴入1MNaBH4持續攪拌至顏色黃綠色，並顏色不變為止，加水至和步驟1相同為止。（NaBH4對雙鍵烯類沒有影響）紀錄滴入

7、1MNaBH4下總體積。4、下裝置圖把硝酸鐵溶液打入靛藍隱色鹽中使未反應的NaBH4完全作用成氫氣，紀錄2氫氣體積、溫度及氣壓，利用理想氣體方程式，計算氫氣莫耳數，759.1731n=××=0.0029576010000.0821×301.4藍靛的莫耳數=加入的NaBH4的莫耳數－(1/4)×氫氣莫耳數0.2×101=−×0.00295=0.000048則藍靛的濃度=0.000048/0.01=0.0048(M)25444水柱測壓力是否平衡硝酸鐵溶液收集的氫氣靛藍隱色鹽白溶5、取步驟1至3之溶液，稀釋10倍，進行波長

8、分析。找出特徵波長且ABS最高者，設定該波長，以進行校正曲線的分析製作。（空白校正管需取步驟1至3之溶液，但不加靛藍者）由步驟1至3之溶液光譜可證實化學法及發酵法所得產物是否相同。6、取步驟4之溶液0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mL加2MNaBH4（NaOH濃度2M）稀釋成10mL製作藍白絕對濃度校正曲線。7、取[實驗一]步驟3