要：采用共沉淀法制备 CO32–为层间阴离子的Zn–M–Cr–CO3–HTLCS(类水滑石)三元类水滑石样品，Zn2+、M2+、Cr3+摩尔比为 1.5︰1.5︰1.0，M=Mg、Mn、Co、Ni、Cu。用 X 射线衍射、红外光谱、热重–差热分析和紫外–可见漫反射光谱等分析技术对三元类水滑石的结构和性质进行表征。结果表明：不同二价金属阳离子取代的 5 种三元类水滑石都具有水滑石的典型层状结构。取代二价金属阳离子半径越小，晶胞参数 a 值也越小，三元水滑石热稳定性越好。考察了光照时间和催化剂种类、用量等因素对三元类水滑石光催化降解罗丹明 B(RhB)溶液的影响，讨论了光催化降解 RhB 的反应机理。结果表明： Zn–Ni–Cr–CO3–HTLCS 的光催化性能最好，其用量为 0.1g/50 mL 条件下，光照 120 min，RhB 的降解率达到 90.72%，循环使用 4 次后，对 RhB 的降解率保持在 90%左右，且催化剂晶体结构不变。
前言
水滑石类化合物是一类具有层状微孔结构的金属复合氢氧化物。典型的水滑石类化合物(HTLCS)其分子式是 Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O，其中的 Mg2+、 Al3+ 可部分或全部被其他 2 价和 3 价金属阳离子取代，从 而合成多种二元、三元类水滑石化合物[1]。水滑石的结构和性能会随着层板上金属元素的种类和数量的改变而发生改变[2]。近年来，国内外学者合成多种三元类水滑石。倪哲明等[3]研究了 Cu–Co–Al 类水滑石 的合成、表征及吸附 NOx 性能。谢鲜梅等[4]研究了NiMgAl 三元类水滑石的制备条件。也有学者将过渡金属和稀土元素引入水滑石合成三元类水滑石。谢鲜梅等[5]研究了 Zn–Al–Ce 三元类水滑石的制备条件。沈根利等[6]采用共沉淀水热法合成了 MgAlCe 三元复合层状氢氧化物。详细探讨了 x(Al)/x(Ce)、水热温度及 pH 值对合成产物物相的影响，并指出可作为阻燃剂使用。丘秀珍等[7]对 Ce–Zr–Al 三元类水滑石材料吸附去除微囊藻毒素 (MC)的潜在应用进行了探索。
通过将具有潜在光催化活性的金属元素引入水滑石层板中，可构建具有催化功能的水滑石。刘媛等[8]通过共沉淀法制备了 ZnMgAl 三元类水滑石， 研究了其对双氧水氧化环己酮合成 ε-己内酯的催化性能。Gao 等[9]报道了类水滑石衍生 CuZnAl 复合氧 化物催化剂氧化去除汽油中的有机硫化合物。 SÁNCHEZ-CANTÚ 等 [10]研究了锌掺入量对 MgZnAl 类水滑石催化蓖麻油与甲醇的酯交换反应的影响。三元类水滑石降解有机污染物也是研究热点。袁冰等[11]报道了采用共沉淀法制备了一系列 Zn–Ni–Al 三元类水滑石，然后焙烧制得衍生物 Zn–Ni–Al 复合氧化物，该复合氧化物在 300 W 紫外光照 100 min 内对罗丹明的降解率可达到 91%。杨杰等[12]通过共沉淀法制备 ZnAlCe 三元类水滑石并 在紫外光照射下催化降解亚甲基蓝。HOSNI 等[13]研究了 Mg–Al–Ti 水滑石的合成、结构和光催化活性，可见光照射亚甲基蓝，指出光催化活性随着铝/钛阳离子比的增加而增加。目前，关于二价金属阳离子种类对三元类水滑石结构和光催化性能影响的报道较少。
为了比较不同 2 价金属阳离子取代而成的 Zn–M–Cr–CO3–HTLCS三元类水滑石的结构和光催化性能，采用共沉淀法制备 CO32–为层间阴离子的Zn–M–Cr–CO3–HTLCS 三元类水滑石样品，其中 Zn2+、M2+、Cr3+摩尔比为 1.5︰1.5︰1.0，M=Mg、 Mn、Co、Ni、Cu。并用 XRD、FT–IR、TG–DTA 和UV–Vis DRS 等分析技术对三元类水滑石的结构和性质进行表征。研究三元类水滑石光催化降解染料废水中的罗丹明 B(RhB)，考察了光照时间和催化剂种类、用量等因素对光催化降解 RhB 溶液的影响，讨论了光催化降解 RhB 的反应机理。
结论
1)不同阳离子取代的 5 种三元类水滑石都具有水滑石的典型层状结构，取代金属阳离子半径越大，晶胞参数 a 值也越大，层板原子排列密度越小。 TG–DTA 分析表明取代二价阳离子的离子半径越小， 三元水滑石热稳定性越好。Zn–Ni–Cr–CO3–HTLCS在可见光区域的吸收范围最宽。
2) Zn–Ni–Cr–CO3–HTLCS 的光催化效果较好、且具有较好的光催化稳定性，其他 4 种三元类水滑石的催化效果相近。Zn–Ni–Cr–CO3–HTLCS用量为 0.1 g/50 mL 时，光照120 min，RhB 的降解率达到 90.72%。h+、·OH 和·O2–是光催化过程的主要活性氧化物种，其中三者的活性大小顺序为 h+、·OH、·O2–。
文中部分插图
