[发明专利]镧基二维金属有机骨架Ln-TDA纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种镧基二维金属有机骨架Ln‑TDA纳米片及其制备方法和应用，属于水处理材料技术领域。本发明将2,2'‑硫代二羧酸和镧系金属盐溶解到碱金属氢氧化物水溶液中，得到反应液；将所述反应液在超声条件下进行微波反应，得到镧基二维金属有机骨架Ln‑TDA纳米片。本发明以2,2'‑硫代二羧酸为有机配体，以镧系金属为金属源，在微波加热合成层状结构MOFs的条件下，超声振动能有效破坏层间力，可实现一步法获得单层或少层二维纳米片，操作简单高效，避免了通过有机溶剂超声剥离层状块状材料获得纳米片的后处理等繁琐步骤。

技术领域

本发明涉及水处理材料技术领域，尤其涉及镧基二维金属有机骨架Ln-TDA纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

富营养化是指水体中氮磷含量过高引起的水质恶化。水体中磷的富集浓度过高会导致环境污染、水生生物种类减少，甚至严重威胁和影响人类健康，自然水体中总磷的富集浓度高于0.02mgP/L将会导致水体富营养化，因此有效控制水体中磷浓度成为富营养化治理的关键。吸附法操作简单、成本低、能耗低，是去除低浓度磷酸盐的首选方法。

镧基(Ln)金属吸附剂具有优异的磷酸盐选择性和吸附能力。然而目前报道的镧基金属吸附剂多为三维的块体结构，存在金属活性位点隐蔽、吸附传质阻力大等缺陷，不利于磷酸盐的高效选择性快速去除。二维金属有机骨架(2DMOFs)作为一种新兴的2D材料，近些年被广泛的关注。众所周知，与3DMOFs的三维块状结构相比，2DMOFs纳米片具有比表面积大、传质阻力小和高暴露活性位点等优势，在吸附过程中能明显减小扩散障碍提高吸附速率，同时高暴露吸附活性位点能提高吸附容量。

目前，镧基二维金属有机骨架纳米片主要是通过水热法获得块状金属有机骨架材料以后，采用机械剥离、液相剥离和电化学剥离等为代表的“自上而下”的合成方法获得。Wang的研究组(Huai-Song Wang,J.L.,Jin-Yi Li,Kang Wang,Ya Ding,Xing-Hua Xia(2017).Lanthanide-based metal-organic framework nanosheets with uniquefluorescence quenching properties for two-color intracellular adenosineimaging in living cells.NPG Asia Materials 9:1-9.)采用水热法，以2,2'-硫代二羧酸(TDA)作有机配体，选择不同的镧系金属硝酸盐(La(NO₃)₃、Nd(NO₃)₃、Eu(NO₃)₃、Tb(NO₃)₃、Er(NO₃)₃)，140℃反应24小时获得块状Ln-MOFs，然后在乙醇中超声剥离获得二维金属有机骨架纳米片，随着超声时间的延长，纳米片的厚度逐渐变薄；为了进一步减小纳米片的厚度，采用Li-插层法，超声辅助进一步剥离块状Ln-MOFs，可以获得更薄的二维纳米片。此种方法虽然最终获得了金属有机骨架纳米片，但是步骤繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镧基二维金属有机骨架Ln-TDA纳米片及其制备方法和应用，本发明可以一步得到镧基二维金属有机骨架纳米片，操作简单高效，同时避免使用大量有毒有害的有机溶剂，环保、绿色。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种镧基二维金属有机骨架Ln-TDA纳米片的制备方法，包括以下步骤：

将2,2'-硫代二羧酸和镧系金属盐溶解到碱金属氢氧化物水溶液中，得到反应液；

将所述反应液在超声条件下进行微波反应，得到镧基二维金属有机骨架Ln-TDA纳米片。

优选的，所述镧系金属盐包括镧系金属硝酸盐。