CN103392018B - 用于提取和分离镧系元素和锕系元素的方法和用于提取和分离镧系元素和锕系元素的装置 - Google Patents

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Abstract

问题：为了提供用于有效且廉价地提取包括在城市矿物中的稀有金属的材料和方法。解决方法：一种用于提取镧系元素和锕系元素的方法，所述方法包括：吸附过程，其中将含有选自镧系元素和锕系元素中的目标金属的金属溶解溶液接触多孔结构，所述多孔结构携带有吸附目标金属离子的金属吸附剂化合物，由此使得所述溶液中的目标金属离子被所述金属吸附剂化合物吸附；和目标金属分离过程，其中将多孔结构接触反提取溶液，由此将被所述金属吸附剂化合物吸附的目标金属离子转运至反提取溶液中。

Description

用于提取和分离镧系元素和锕系元素的方法和用于提取和分离镧系元素和锕系元素的装置
技术领域
本发明涉及用于从溶解了包括镧系元素和锕系元素的各种金属的金属溶解溶液中提取和分离由镧系元素和锕系元素组成的目标金属的方法和装置。特别地，本发明涉及选择性吸附镧系元素和锕系元素的固相和使用该固相的固相提取方法。
背景技术
对于用于移动电话、个人电脑等中的金属、尤其是稀有金属来说，其全球需求快速增长。然而，这些金属的价格波动剧烈，不仅仅是因为有限的储藏和制造量，而且还因为具有这些储藏的国家的不平衡分布和资源国家对生产量执行的政治控制。确保稀有金属的稳定供应变得非常重要。同时，在丢弃的移动电话、个人电脑等中使用的稀有金属的含量也快速增加。从这些废品中回收稀有金属变得非常有必要。(上述的包括稀有金属和贵金属的废品有时候称为城市矿物)。然而，由于含有稀有金属的矿物和城市矿物还含有许多其他金属，所以用于回收所需金属(目标金属)的方法十分复杂。过去没有合适的回收方法可用，使得回收成本高，并且回收尝试没有产生经济效益。
在稀有金属中，目前大部分关注聚焦于镧系元素，也称为稀土元素，其呈现出特殊的特性，如磁性和光发射，使得这些元素成为高科技必不可少的。“镧系元素”是一种总称，其表示从原子序数57的镧至原子序数71的镥的15种元素中的任一种。镧系元素的特殊特性源自电子轨道的外壳与其他电子重叠和4f电子轨道的内壳充满电子。因为外壳的电子轨道与其他电子重叠，任何两种镧系元素的化学性质非常相似，使得将两种镧系元素彼此分开极为困难。含有镧系元素的天然矿物也常常含有多种不同的镧系元素以及锕系元素。在元素周期表上，锕系元素属于与镧系元素相同的3族的元素。由于锕系元素的内壳相似地充满电子，任何两种锕系元素的化学特性彼此相似，并且锕系元素的化学特性与镧系元素的那些也相似。这使得当镧系元素和锕系元素共同存在时，难以将镧系元素与锕系元素分离。此外，由于锕系元素包括放射性物质，所以将镧系元素从锕系元素中分离出来进行使用，是绝对必要的，这是使镧系元素提取进一步复杂化的另一个因素。“锕系元素”是一种总称，其指的是从原子序数89的锕至原子序数103的铹的15种元素中的任一种。
目前，将多阶段的提取方法用于分离和回收镧系元素和锕系元素，其中在提取过程中使用化学特性略有差异的溶剂，所述提取过程涉及重复几十个至超过100个处理步骤来逐渐提高分离率。然而，这样的多步骤提取方法使用大量溶剂和解吸剂，产生大量的废液，并需要高的加工成本和环境成本。
在元素分析领域中，与镧系元素和锕系元素提取方法无关的领域，正在进行各种研究来观察介孔氧化硅(mesoporous silica)在金属离子检测中的用途。例如，专利文献1和2描述了使用混合传感器来显现介孔氧化硅携带的着色剂分子(如，氨基卟啉、双硫腙和卟啉砜)。使Pb离子、Cd离子、汞离子、Cr离子等吸附至着色剂分子，并且将光谱学光谱中的变化用于检测离子浓度。
PTL1：专利2007-327886
PTL2：专利2007-327887
PTL3：专利3829188
发明内容
如之前所述，现在商业上用于分离和回收镧系元素和锕系元素的多步骤提取方法使用大量溶剂和解吸剂，产生大量废液并且导致加工成本和环境成本很高。
为了解决这些问题进行了许多研究和研发。一个实例是形成镧系元素和锕系元素的金属复合物的技术。使用金属复合物，在形成有机分子的元素和金属元素之间形成多个配位键，由此形成稳定的结构。然而，就离子半径而言，由于镧系元素和锕系元素的内壳4f电子影响所形成的金属复合物的配位键，因此所形成的金属复合物可能具有多种不同特性并且对如溶液的pH这样的因素的影响是敏感的。然而，迄今为止尚未发现有效的分离和提取方法。
此外，即使发现了用于形成镧系元素和锕系元素的金属复合物并分离镧系元素和锕系元素的方法，所形成的并分散在整个溶液中的复合物的分离将产生大量废液，就如同溶剂提取方法那样。因此，这形成了对选择性形成的金属复合物作为固相进行分离的技术的需求。如果溶液具有高浓度的目标元素(例如，从百分之几到百分之几十)，可以利用复合物的电化学特性来形成可过滤的聚集物和沉淀物。然而，由于镧系元素和锕系元素需要从浓度低于百分之几的非常稀的状态分离，因此难以将溶液中形成的金属复合物转化成固相。
因此，本发明的目的是提供一种用于容易且有效地从含有多种溶解金属的金属溶解溶液中分离和提取目标金属(尤其是镧系元素和锕系元素)的方法和装置。本发明的再一个目的是提供一种降低废液含量、加工成本和环境成本的分离和提取的方法和装置。
本发明之一是用于提取镧系元素和锕系元素的方法。该方法包括：吸附过程，将包括选自镧系元素和锕系元素的目标金属的金属溶解溶液与携带有吸附所述目标金属离子的金属吸附剂化合物的多孔结构接触，使得溶液中的目标金属离子吸附至金属吸附剂化合物；和分离过程，将多孔结构与反提取溶液接触，使得将吸附至金属吸附剂化合物的目标金属离子转运至反提取溶液中。
在此，术语“金属吸附剂化合物”指的是可以吸附目标金属离子(如镧系元素和锕系元素)的化合物。使用本发明的提取方法，通过承载体携带金属吸附剂化合物。从携带的金属吸附剂化合物和目标金属离子形成金属复合物，由此捕获目标金属。从溶液中取出捕获的目标金属和承载体，由此从金属溶解溶液中分离出目标金属。将携带已经捕获目标金属的金属吸附剂化合物的承载体置于引起目标金属离子与复合物分离的溶液环境中，由此将高浓度的分离离子分离至反提取溶液中。然后可以通过随后的化学过程，以氧化物、氢氧化物等的形式分离出目标金属。
使用本发明的提取方法，可以使用的承载体的实例是具有高度有序结构的纳米结构，如纳米棒(nanorod)、纳米管，和高度有序介孔性结构(HOM)，如介孔氧化硅。除了镧系元素和锕系元素以外的稀有金属和贵金属，尝试使用纤维素、琼脂糖、氯乙烯、壳聚糖、Nafion等作为用于复合物形成分子的承载体。然而，这些聚合物受到它们可以携带的复合物形成分子的密度的限制，并且由于聚合物复杂的空间结构还具有空间阻碍。迄今为止发现的聚合物的分离效率非常低，并且使用这些聚合物提取稀的镧系元素和锕系元素是困难的。与此相反，纳米结构可以携带具有高密度的金属吸附剂化合物。此外，纳米结构可以稳定地携带吸附了镧系元素和锕系元素的金属吸附剂化合物。再进一步，由于涉及离子的可逆过程不受金属吸附剂化合物携带的影响，因此携带金属吸附剂化合物的纳米结构可以重复利用。
使用本发明，在具有大的表面积和高度有序结构的纳米结构中存在的孔的表面和内壁上携带金属吸附剂化合物，确保目标金属离子容易且快速地吸附至金属吸附剂化合物的反应基团上。这意味着与单独使用金属吸附剂化合物相比，不仅吸附反应快速而且以更高的效率吸附至金属吸附剂化合物，所有这些表明吸附金属的数量增加。此外，由于金属以有序且密集的方式吸附至金属吸附剂化合物上，可以容易且快速地分离吸附的金属(离子)。这意味着吸附的金属(离子)非常高的分离效率。再进一步，可以通过调节例如金属溶解溶液的pH值，使金属吸附剂化合物选择性地吸附更多量的特定金属，使得有效地回收特定的金属。例如，本发明的一个实施方案使用携带芳香族偶氮化合物的介孔氧化硅，能够从锕系元素中分离出镧系元素，这在以前由于它们具有相似的化学特性是难以实现的。因为锕系元素作为放射性元素与镧系元素共同存在于稀土矿物中，这妨碍了稀土金属和稀土化合物的有效使用，本发明可以用于选择性地分离和取出锕系元素，使得可以有效使用稀土元素。
介孔氧化硅、纳米管和纳米棒，这些是纳米结构的实例，对于它们坚固的骨架是已知的，即使携带金属吸附剂化合物或吸附的金属离子时，也几乎没有任何变化。吸附的金属也可以完全取出，由此将纳米结构恢复成初始状态(其中金属吸附剂化合物没有携带任何吸附金属的状态)并且使得可以重复利用携带金属吸附剂化合物的纳米结构，并由此降低金属回收的成本。例如，本发明的一个实施方案使用携带芳香族偶氮化合物的介孔氧化硅。该实施方案可以吸附、分离和回收作为目标金属的镧系元素和锕系元素。芳香族偶氮化合物在本发明中作为固体吸附材料使用，不仅具有与现有技术相比更快的镧系元素的离子吸附和更高的吸附能力，而且由于介孔氧化硅携带芳香族偶氮化合物的稳定方式，将降解保持在最低，并且芳香族偶氮化合物可以重复用于提取和反提取。由于这个原因，镧系元素的回收成本远远低于现有技术的。
附图说明
图1表示根据本发明的提取方法的流程图。
图2表示HOM表面的状态。
图3表示通过芳香族偶氮化合物和镧系元素(Ln)之间的配位键怎样形成金属复合物的结构式的图示。
图4表示作为吸附／分离／回收材料携带有芳香族偶氮化合物的复合物形成分子的高度有序介孔氧化硅(HOM)的概念图。
图5表示测量的颜色反应和UV-可见光光谱，其使用镧系离子元素浓度作为测量参数用DTAR-修饰的HOM获得。
图6表示HOM的透射电子显微镜(TEM)照片。
图7表示使用pH作为测量参数、用DTAR-修饰的HOM获得的UV-可见光光谱。
图8表示测量的颜色反应和UV-可见光光谱，其使用镧系离子元素浓度作为测量参数用PAR-修饰的HOM获得。
图9表示使用pH作为测量参数、用PAR-修饰的HOM获得的UV-可见光光谱。
图10表示使用镧系离子元素浓度作为测量参数、用DSNPD-修饰的HOM获得的测量的荧光信号。
图11表示测量的颜色反应和UV-可见光光谱，其使用镧系离子元素浓度作为测量参数用PAN-修饰的HOM获得。
图12表示使用pH作为测量参数、用PAN-修饰的HOM获得的UV-可见光光谱。
图13表示纳米管的透射电子显微镜(TEM)照片。
图14表示对于每种元素、用PAN-修饰的HOM获得的测量的颜色反应和UV-可见光光谱。
图15表示使用加入每种元素的掩蔽剂、用PAN-修饰的HOM获得的测量的颜色反应和UV-可见光光谱。
图16表示将掩蔽剂加入含有多种元素的金属溶解溶液中时，用PAN-修饰的HOM获得的测量的颜色反应和UV-可见光光谱。
具体实施方式
接着描述本发明的实施方案。图1表示流程图的一个实例，表示本发明的提取和分离方法的概图。图2表示HOM的表面状态的示意图。首先解释综合流程，接着更详细地描述每个步骤。如本说明书中所用的，术语“目标金属”指的是将要从金属溶解溶液中分离出来的金属，并且包括其离子。目标金属不限于仅仅一种类型的元素，如果同时或依次地需要多种元素，可以使用一种类型的HOM-MC，从溶液中分离出多种目标金属。
使用本发明的提取和分离方法，制备了纳米结构(例如，高度有序介孔性结构(HOM))(S1：图2中的左下图)。用金属吸附剂化合物(MC)修饰纳米结构(HOM)，以获得携带金属吸附剂化合物的纳米结构(HOM-MC)(S2：图2中的上图)。制备了含有溶解的目标金属(Mt)和其他各种金属(Mo)的金属溶解溶液。按照吸附过程，将携带金属吸附剂化合物的纳米结构(HOM-MC)与金属溶解溶液接触。这种接触形成目标金属(Mt)离子吸附至HOM-MC的状态(HOM-MC-Mt)(S4：图2中的右下图)。如以下进一步详细所述，通过在制备金属溶解溶液的步骤(S3)过程或吸附过程(S4)中调节金属溶解溶液的pH值、溶液浓度、溶液温度等，可以有效地、优先地和选择性地吸附目标金属(Mt)离子。然而，存在其中吸附目标金属以外的其他金属(Mo)的情况(HOM-MC-Mt-Mo)。如果发生了这种情况，希望随后从纳米结构(HOM-MC-Mt-Mo)中分离出目标金属(Mt)以外的其他金属(Mo)以形成其中基本上只有目标金属吸附至金属吸附剂化合物的状态(HOM-MC-Mt)。按照目标金属分离过程，从携带有吸附了目标金属的金属吸附剂化合物的纳米结构(HOM-MC-Mt)中分离出目标金属(Mt)(S5)。已经分离出目标金属的纳米结构(HOM-MC)重新用于吸附过程中(S6：图2的上图)，并且获得分离的目标金属(Mt)(S7)。
本发明中的纳米结构是具有纤细结构(通常大小为1微米或更小)的颗粒。纳米结构可以是具有细孔的多孔结构、具有细杆状的纳米棒结构等。多孔结构包括介孔性结构和纳米管结构，并且优选是高度有序的。通常，术语“介孔性结构”是指在称为介孔区域的区域中发现的基本上均匀和有序排列的具有2至50nm直径的孔(介孔)。然而，在本说明书中，术语“介孔性结构”包括小于介孔的微孔(小于2nm的孔)和大于介孔的大孔(大于50nm的孔)。对于根据本发明的多孔结构，特别希望是高度有序介孔性(highly-ordered mesoporous)(“HOM”)结构。根据制造方法、孔网络的空间对称性和其他因素，多孔结构可以具有多种特性。作为能够以介孔性结构使用的材料，希望材料是无机化合物。氧化硅的使用特别有利，但也可以使用金属氧化物，如氧化钛、氧化铝、氧化锌和氧化镍。也可以使用氧化硅和金属氧化物的混合物以及多种金属氧化物的混合物。将具有介孔性结构的氧化硅称为介孔氧化硅。根据本发明，多孔氧化硅包括具有直径不大于2nm和直径不小于50m的孔的那些。纳米管结构也可以用作多孔结构。用于纳米管结构的材料理想地是无机化合物，但也可以使用碳和金属氧化物，如氧化钛、氧化铝、氧化锌和氧化镍。还可以使用碳和金属氧化物的混合物，以及多种金属氧化物的混合物。纳米管结构的BET比表面积越高，越好。优选BET比面积为50m2／g以上，更优选100m2／g以上，甚至更优选150m2／g以上。
纳米棒结构也可以用作纳米结构。纳米棒结构是基本上均匀和有序排列的并且具有几nm至几十nm直径的并且优选由无机化合物制得的杆状或针状结构。用于制备纳米棒的材料是主要成分为选自Au、Ag、Cu、Pt、Al、Ni、Mo、W、Ti、Si等中的至少一种元素的金属，或是金属氧化物，如氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化钨、氧化锆等。纳米棒结构也可以是薄膜，其特征在于该薄膜为具有直立在表面上的垂直纳米棒结构的矩阵的、金属或金属氧化物的层。纳米棒结构的BET比表面积越高，越好。优选BET比面积为100m2／g以上，更优选200m2／g以上，甚至更优选800m2／g以上。
本发明使用的多孔结构可以是薄膜或整料(monolith)的形式。术语“整料的形式”是指除了常见的薄膜以外的所有形式，包括如颗粒、细粒或块体的形式。术语“高度有序”是指表面和内壁表面上介孔性结构的有序3-维排列，具有立方晶体和六方晶体体系中那样的高对称度。晶体结构的实例包括作为立方晶体结构的Ia3d、Pm3n和Fm3m，以及作为六方晶体结构的P6m。这些结构存在于大的区域上意味着可以携带大量金属吸附剂化合物，并且还提高金属吸附量。希望介孔性结构的晶体结构得到优化，使得与携带的金属吸附剂化合物相匹配。然而，具有最佳晶体结构以外的结构的介孔性结构的共同存在将降低效率，但不会阻止本发明的分离和提取方法的实施。HOM的BET比表面积越高，越好。然而，优选BET比面积为500m2／g以上，更优选640m2／g以上，甚至更优选800m2／g以上。
HOM可以以多种方式来合成(例如，专利文献3)。例如，使用表面活性剂作为模版的溶胶-凝胶方法，将表面活性剂以高于临界胶束浓度的浓度溶解于溶液中时，根据表面活性剂的类型，形成了特定大小和结构的胶束颗粒。将溶液静置一定时间时，胶束颗粒呈现出组合结构并形成胶体晶体。为了合成多孔氧化硅，将可以作为硅来源的有机硅化合物等加入溶液中。加入少量酸或碱作为催化剂时，在胶体颗粒之间的空间中进行了溶胶-凝胶反应，形成了硅胶骨架。在结束时在高温下进行煅烧时，用作模板的表面活性剂分解并消除，留下纯的介孔氧化硅。此外，优选，将有机硅化合物与表面活性剂混合，以形成溶致液晶相(lyotropicliquid crystal phase)，向其中加入酸水溶液，以快速引起有机硅化合物的水解反应，以形成介孔氧化硅和表面活性剂的整合产物。之后除去表面活性剂，以获得HOM。
可以使用的有机硅化合物的实例包括硅醇盐，如TEOS(四乙氧基硅烷)、TMOS(四甲氧基硅烷)、四甲基正硅酸盐(C4H12O4Si)和四乙基正硅酸盐(C8H20O4Si)。在HOM的合成中，由于甲醇比乙醇更易于从产生的产物中去除，因此就生产性而言，TMOS比TEOS更优选。替代使用有机硅化合物用于HOM的形成，也可以使用无机硅化合物，如水硅钠石(kanemite)(NaHSi2O5·3H2O)、硅酸二钠晶体(Na2Si2O5)、马水钠氧化硅(makatite)(NaHSi4O9·5H2O)、Ilerite(NaHSi8O17·XH2O)、麦羟硅钠石(magadiite)(Na2HSi14O29·XH2O)、水羟硅钠石(Kenyaite)(Na2HSi20O41·XH2O)、水玻璃(硅酸钠)、玻璃和无定形硅酸钠。也可以混合使用这些化合物中的两种或更多种。
作为模板可以使用多种表面活性剂，如阳离子、阴离子、两极或非离子表面活性剂。可以用作模板的阳离子表面活性剂的实例包括伯胺盐、仲胺盐、叔胺盐和季铵盐。可以用作模板的阴离子表面活性剂的实例包括羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐和磷酸酯盐。这样的实例包括肥皂、脂肪醇硫酸酯盐、脂肪烷基醚硫酸酯盐、磺化油、硫酸化脂肪酸酯、硫酸化烯烃、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、石蜡磺酸盐和脂肪醇磷酸酯盐。可以用作模板的两极表面活性剂的实例包括十二烷基氨基丙酸钠、硬脂酰二甲基甜菜碱和十二烷基二羟乙基甜菜碱。可以用作模板的非离子表面活性剂的实例包括醚类型，如聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯仲醇醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯甾醇醚、聚氧乙烯羊毛脂酸衍生物、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚、聚丙二醇和聚乙二醇，以及含氮类型，如聚氧乙烯烷基胺。也可以混合使用这些化合物中的两种或更多种。
因为可以通过改变表面活性剂的类型来控制HOM的结构(孔的大小和形状、晶体结构等)，所以优选使用能够形成具有高度有序晶体结构、高BET比表面积和高孔密度的HOM的表面活性剂。这样的表面活性剂的实例包括Brij(注册商标)型(CxEOy)、Triton(注册商标)型(聚氧乙烯-p-异辛基苯酚)、Tween(注册商标)型非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂，如烷基三甲基溴化铵或烷基三甲基氯化铵(CnTMA-Br或-Cl，n=12、14、16和18)，以及三嵌段共聚物表面活性剂，如Pluronic(注册商标)型(EOmPOnEOm：聚(环氧乙烷)-聚(环氧丙烷)-聚(环氧乙烷))。Brij型(CxEOy)具有变成疏水基团的烷基(Cx：CxH2x+1或CxH2x-1)和变成亲水基团的聚(环氧乙烷)基团(EOy：-(CH2-CH2O)y-)。具体实例包括聚氧乙烯(10)鲸蜡醚(Brij(注册商标)56：C16H33(OCH2CH2)10OH，M.av=683)、聚氧乙烯(10)十二烷基醚(C12EO10，C12H25(OCH2CH2)10OH，M.av=626)、聚氧乙烯(9)十二烷基醚(C12EO9，C12H25(OCH2CH2)9OH，M.av=582)、聚氧乙烯(10)硬脂酰醚(Brij(注册商标)78：C18H35(OCH2CH2)20OH，M.av=1152)、聚氧乙烯(10)油烯基醚(Brij(注册商标)97，C18H35(OCH2CH2)10OH，M.av=709)、聚氧乙烯(20)油烯基醚(Brij(注册商标)98，C18H35(OCH2CH2)20OH，M.av=1150)、聚氧乙烯(23)十二烷基醚(Brij(注册商标)35，C12H25(OCH2CH2)23OH，M.av=1198)和聚氧乙烯(20)鲸蜡基醚(Brij(注册商标)58，C16H33(OCH2CH2)20OH，M.av=1124)等。Triton类型或Tween类型的非离子表面活性剂的实例包括聚氧乙烯(10)异辛基苯基醚(Triton(注册商标)X-100(4-(C8H17)C6H4(OCH2CH2)10OH，M.av=625)、聚氧乙烯(8)异辛基苯基醚(Triton(注册商标)X-114(4-(C8H17)C6H4(OCH2CH2)8OH，M.av=427)和山梨聚糖聚氧乙烯(20)异辛基苯基醚单硬酯酸酯(Tween(注册商标)60，M.av=1312)。可以使用的阳离子表面活性剂的实例包括n-十二烷基三甲基溴化铵或n-十二烷基三甲基氯化铵((CH3(CH2)11N(CH3)3Br／Cl)、n-十四烷基三甲基溴化铵或n-十四烷基三甲基氯化铵((CH3(CH2)13N(CH3)3Br／Cl)、n-十六烷基三甲基溴化铵或n-十六烷基三甲基氯化铵((CH3(CH2)15N(CH3)3Br／Cl)和n-硬脂酰三甲基氯化铵或n-硬脂酰三甲基溴化铵((CH3(CH2)17N(CH3)3)Br／Cl)。三嵌段共聚物表面活性剂的实例包括Pluronic(注册商标)P123：HO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20H：EO20PO70EO20，Pluronic(注册商标)F68(HO(CH2CH2O)80(CH2CH(CH3)O)27(CH2CH2O)80：EO80PO27EO80)、Pluronic(注册商标)L121(HO(CH2CH2O)5(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)5：EO5PO70EO5)和Pluronic(注册面标)F108：HO(CH2CH2O)141(CH2CH(CH3)O)44(CH2CH2O)141H：EO141PO44EO141。使用重量比Brij56：TMOS=0.5的混合物获得了立方晶体结构Pm3n(HOM-9)。使用重量比P123：TMOS=0.75的混合物获得了立方晶体结构Ia3d(HOM-5)。使用重量比F108：TMOS=0.7的混合物获得了具有立方晶体结构Im3m的笼子样氧化硅结构(HOM-1)。即使携带承载体是只使用氧化硅的介孔氧化硅，也可以使用能够携带所需复合物形成分子的其他承载体，如使用其他氧化物形成相似介孔性结构的金属化合物介孔性粉末。(与HOM一样，也包括这些)。
在图1所示的第二个阶段(S2)中，通过纳米结构(如，HOM)携带金属吸附剂化合物(“MC”)，以获得带有吸附的金属吸附剂化合物的纳米结构(“HOM-MC”)。图2的上图表示HOM-MC的示意图。在该阶段，尚未有金属吸附至金属吸附剂化合物上。金属吸附剂化合物是选择性吸附特定金属离子的化合物。与本发明一起使用的金属吸附剂化合物的实例包括金属复合物、无机金属化合物和有机金属化合物。还包括如纤维素和蛋白质这样的金属吸附剂化合物。金属复合物的实例包括无机和有机金属复合物、金属羰基化合物、金属簇和有机金属化合物。还包括螯合化合物。基本上，这些是吸附金属(离子)的化合物，可以通过纳米结构来支持(也称为修饰或功能化)，并且之后可以分离目标金属。如果通过化学方法可以分离目标金属以外的金属离子，也是优选的。
希望金属吸附剂化合物能够选择性地且择优地吸附大量待回收的目标金属。如果目标金属是镧系元素或锕系元素，优选金属吸附剂化合物(该化合物的目标金属是镧系元素或锕系元素)是对镧系元素和锕系元素具有选择性信号作用的有机化合物(着色剂沉淀剂)。这样的有机着色剂沉淀剂的实例包括偶氮染料、羰基染料、酞菁染料、烯丙基碳鎓染料、硫磺染料、甲烷染料、硝基染料或β-二酮树脂。因为具有选择性光谱特性的有机化合物是与镧系元素和锕系元素的目标金属呈现出颜色反应的有机化合物，所以如图5所示的其中浓度变化的颜色反应测试和以下进一步的讨论可以用来容易地选择金属吸附剂化合物。
图3图示了怎样通过配位键与镧系元素(Ln)形成金属复合物。根据分子类型和环境控制(如，溶液的pH)的组合，芳香族偶氮化合物选择性地吸附至一些镧系元素和锕系元素上，形成金属复合物，如图3中所示。为了解释，通过在HOM上携带芳香族偶氮化合物，获得了用于吸附和分离镧系元素和锕系元素的具有高选择性和良好吸附的固体吸附材料。偶氮化合物是有机化合物(R-N=N-R’)，其中两个有机基团(R、R’)与偶氮基团(-N=N-)键合，如图3所示。芳香族偶氮化合物是R或R’中的至少一个是芳香族基团的偶氮化合物(环状不饱和有机化合物)。胺化合物是具有胺的有机化合物(氨中的一个、两个或三个氢原子被有机基团(R、R’或R”)替代)。芳香族胺化合物是至少一个有机基团(R、R’或R”)是芳香族基团(环状不饱和有机化合物)的胺化合物。
图4表示作为吸附／分离／回收材料的携带芳香族偶氮化合物的复合物形成分子的高度有序介孔氧化硅(HOM)的结构的概念视图。如图4所示，HOM是具有高度有序排列的孔(介孔)的二氧化硅，所述孔的直径大约为几nm至几十nm。在这些孔的内壁上携带芳香族偶氮分子，其以有序的方式排列。作为代表性实例，图4显示了蜂巢结构，但也可以使用其他结构。所携带的芳香族偶氮化合物具有位于HOM一例的固定部分和位于溶液一侧的活性部分。对镧系元素和锕系元素的目标金属具有选择性吸附的官能团位于活性部分上。携带芳香族偶氮化合物的方法可以通过物理吸附、化学吸附等。至于固定部分，除了直接固定方法之外，还可以使用引起化学吸附的中间物质(如，表面活性剂)来避免影响吸附反应。如果将纳米棒用作纳米结构，那么金属吸附剂化合物主要携带在棒状纳米棒一侧的表面上。
含氮芳香族化合物的复合物形成分子选自对镧系元素和锕系元素的目标金属具有选择性光谱特性的物质。对镧系和锕系具有选择性光谱特性的含氮芳香族化合物的复合物形成分子的实例，在偶氮化合物中包括，用于镝(Dy(III))和铀(U(IV))的3-(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-(二乙基氨基)苯酚(3，5-diBr-PADAP)，用于钇(Y(III))、铈(Ce(III))和镧(La(III))的(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-(二乙基氨基)苯酚(5-Br-PADAP)，用于铀(U(IV))的3-(2-吡啶偶氮)，用于钍(Th(IV))和铕(Eu(III))的4-(2-吡啶偶氮)间苯二酚(PAR)，用于钐(Sm(III))、镧(La(III))和铈(Ce(III))的1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(PAN)以及用于镝(Dy(III))、钬(Ho(III))、钍(Th(IV))和镝(Dy(III))的4-(2-吡啶偶氮)间苯二酚。此外，可以使用的其他偶氮芳香族基团包括4-(2-噻唑偶氮)6-十二烷基间苯二酚(DTAR)、4-(2-吡啶偶氮)N,N-二甲基苯胺(PADA)、5-甲基-4-(2-噻唑偶氮)间苯二酚(5-Me-TAR)和2-(4-二乙基氨基-2-羟基苯基偶氮)-5-溴吡啶(DAH)。胺的实例包括2-氨基苯酚、2-氨基硫代苯酚和2-氨基苯并噻唑，用于镧(La(III))、铕(Eu(III))、镱(Yb(III))、铈(Ce(III))、镨(Pr(III))、钕(Nd(III))、钆(Gd(III))、镝(Dy(III))、钬(Ho(III))和铒(Er(III))。此外，与镧系金属和锕系金属相互作用并且引起荧光淬灭反应的化合物的实例包括N2,N6-二乙胺嘌呤(DEAP)、N,N’二(3-羧基水杨醛)3，4二氨基苯甲酸(N,N′bis(3-carboxysalicylidine)3，4diaminobenzoic acid)(CSBA)、N,N’二(水杨醛)2-巯基嘧啶-4-醇-5，6-二胺(CMPA)、N,N’-二亚水杨基-4-羧基-苯二胺(SCPD)和N,N’-二亚水杨基-4-硝基-苯二胺(DSNPD)。此外，其他含氮芳香族化合物包括用于镱(Yb(III))的N,N,N,N-四丁基丙二酰胺(TBMA)以及用于铕(Eu(III))和钐(Sm(III))的2-亚硝基-1-萘酚。(然而，由于2-亚硝基-1-萘酚优选吸附至Co(II)，为了使用2-亚硝基-1-萘酚吸附钐(Sm(III))，必须从金属溶解溶液中消除Co(II)后进行吸附步骤)。
关于可以用作由HOM携带的金属吸附剂化合物的物质，除了由传统的选择光谱学已知的物质之外，之前文献中未描述的金属吸附剂化合物，尤其是芳香族偶氮物质和芳香族胺物质，也可以携带在HOM上进行使用。在这种情况下，针对目标镧系元素和锕系元素的低浓度区域，可以检查具有浓度依赖性的UV-vis光谱特性，如图5所示。为了解释，制备了作为金属吸附剂化合物候选物的着色剂，并且使用元素浓度作为参数测定用于镧系元素和锕系元素的UV-vis光谱，如图5所示。如果着色剂的UV-vis光谱呈现出对任一种镧系元素或锕系元素的浓度依赖性，选择着色剂作为金属吸附剂化合物，其中目标金属是对其存在浓度依赖性的镧系元素或锕系元素。此外，优选使用含有目标金属离子的溶液的pH作为参数来测定所选定的着色剂的UV-vis光谱学并选择用于提取过程的条件。然后，使用着色剂作为金属吸附剂化合物来修饰纳米结构，并且使其接触金属溶解溶液，以提取目标金属离子。
如果目标金属是镧系元素或锕系元素以外的金属元素，可以将选择性结合各种金属的螯合化合物用作金属吸附剂化合物。例如，乙二胺四乙酸(EDTA：C10H16N2O8)选择性地吸附至Ca2+、Cu2+、Fe3+等。其他实例包括双硫腙(Cu、Zn、Ag、Hg、Pb)、铜铁灵(Ti、Fe、Cu)、喹哪啶酸(Cu、Zn、Cd)、α-亚硝基-β-萘酚(Co、Pd)和二甲基乙二醛肟(Ni、Pd)。螯合树脂(其是螯合化合物的聚合物)的实例包括羧酸-型树脂(Cu、Ni、Zn)、聚胺-型树脂(Hg、Cd、Cu)、聚亚胺-型树脂(Hg)、硫醇-型树脂(Ag、Hg、Au)、羟基-型树脂(Mo、V)和aso-型树脂(Cu、La、Zr、Pd)。壳聚糖((C6H11NO4)n)也呈现出金属吸附选择性(Fe、In、Ni、Cd、Zn)。(括号内确定了选择性吸附的金属)。通过调节其中溶解了各种金属的金属溶解溶液的pH值、温度、浓度等，可以使得特定的金属被金属吸附剂化合物选择性地吸附。此外，由于螯合化合物能够选择性地吸附极少量(例如，ppb级)的金属，因此即使金属溶解溶液中所含的目标金属的含量少，也可以有效且选择性地吸附目标金属。
多种方法可用于修饰(也称为复合物形成)HOM以在HOM上携带金属吸附剂化合物。例如，如果待通过HOM携带的金属吸附剂化合物是中性的，使用试剂浸渍方法(例如，REACTIVE & FUNCTIONALPOLYMERS，49，189(2001))。如果金属吸附剂化合物是阴离子的，使用阳离子交换方法，而如果金属吸附剂化合物是阳离子的，使用阴离子交换方法。这些杂交方法不是在特定条件下进行的特定操作，而是公知的技术方法。因此，通过参考固体吸附领域中的一般讨论和文献就可以获得这些技术方法的详细内容。
上述方法的实例包括如下方法：用阳离子有机试剂(例如，阳离子甲硅烷化试剂)处理介孔氧化硅表面，然后将阳离子官能团加入介孔氧化硅中，然后使阳离子介孔氧化硅接触阴离子金属吸附剂化合物的水溶液或醇溶液，以引起金属吸附剂化合物吸附在介孔氧化硅内。另一种方法为：使介孔氧化硅接触金属吸附剂化合物的有机溶剂，通过过滤或蒸馏只除去有机溶剂，以引起金属吸附剂化合物物理吸附在介孔氧化硅内。另一种方法涉及用具有硫醇基团的甲硅烷化剂处理介孔氧化硅的表面，然后氧化表面上产生的硫醇基团，以将阴离子官能团添加至介孔氧化硅，然后将阴离子介孔氧化硅接触阳离子金属吸附剂化合物的溶液，以引起金属吸附剂化合物吸附在介孔氧化硅内。另一种方法涉及预先用金属吸附剂化合物填充孔和表面，然后用阳离子有机试剂的有机溶剂处理，以引起金属吸附剂化合物固定在孔内和表面上。另一种方法涉及预先将金属吸附剂化合物和阳离子有机试剂混合，然后使试剂复合物的有机溶剂接触氧化硅，并且通过过滤、蒸馏等只除去有机溶剂，由此使金属吸附剂化合物被携带在氧化硅内。
此外，晶体结构的有序性越高，孔密度越高，并且HOM的BET比表面积越大，在HOM的孔的表面和内壁上有序携带的金属吸附剂化合物的量越高。优选，通过下述HOM来吸附金属吸附化合物，所述HOM上大范围地形成了立方晶体结构(如，Pm3n、Fm3m和Ia3d)和六方晶体结构(如，P6m)。
当然可以使用单独的金属吸附剂化合物来吸附目标金属。然而，出于如金属吸附剂化合物聚集这样的原因，不能有效地使用能够吸附金属的官能团。为了解释，即使目标金属被吸附至存在于聚集(因此例如是颗粒形式)的金属吸附剂化合物的表面上的官能团，也难以使目标金属吸附至存在于颗粒形式的金属吸附剂化合物内部的官能团上。此外，即使目标金属成功地吸附至金属吸附剂化合物(存在于为颗粒形式的化合物内)的官能团，也难以取出被吸附的金属。
与此相反，由于介孔氧化硅具有多孔结构，所述多孔结构由于孔和非常有序的方向，因而具有非常高的表面积，因此金属吸附剂化合物以高度有序的排列结合介孔氧化硅的表面和孔的内壁。这解释为通过金属吸附剂化合物获得非常高的金属吸附率。另外说明，大部分的金属吸附剂化合物可用来吸附金属。因为金属溶解溶液或过滤溶液(反提取溶液)容易且快速地渗透至介孔氧化硅的表面和孔中，所以溶液快速且容易地接触由HOM携带的金属吸附剂化合物。这意味着当HOM-MC接触金属溶解溶液时，吸附快速发生。为了分离(过滤)被吸附的金属，与过滤溶液接触将快速分离(过滤)吸附的金属，很大程度上提高了生产性。
例如，单独使用螯合树脂时，螯合树脂表面上的原子将不会全部有效携带螯合剂(官能团)。而是将存在不连续的螯合反应终点。只使用螯合树脂吸附金属离子时，不可能控制发生吸附的螯合树脂的位置。此外，即使预期金属将吸附至(也称为提取)与金属溶解溶液接触的螯合官能团，也认为在金属溶解溶液不容易渗透的螯合树脂内几乎没有发生金属的吸附。这意味着非常差的金属吸附效率。此外，在吸附至螯合树脂的金属(离子)的释放过滤(分离)(也称为反提取)过程中，难以提取被吸附在螯合树脂内部的金属。如果重复再利用相同的螯合树脂，则螯合树脂中残余物质等的作用效果将逐渐恶化金属提取／反提取效率，并且重复再利用将在很大程度上退化螯合树脂的性能。相对于此，携带螯合树脂的HOM将利用大的HOM比表面积和有序排列的原子来形成螯合官能团，并且在HOM的表面上具有大的有效反应面积。另外说明，HOM上的螯合反应终点将基本上具有相同的特性。此外，大量的螯合反应终点将存在于HOM的表面上和孔的内壁上，这是之前单独使用螯合树脂的方法所不能实现的。因为螯合官能团选择性地捕获金属离子和螯合的离子，金属吸附效率变得极高。此外，通过反提取提取出捕获的金属离子和含有离子的螯合物。此外，如果单独使用螯合树脂，由于树脂自身不充足的物理和／或化学强度，再利用导致螯合树脂显著的降解。然而，通过HOM携带螯合树脂时，因为作为骨架的HOM具有充足的物理和／或化学强度，所以由再利用引起的降解最小。
在图1的阶段3(S3)中，预先制备了含有各种溶解的来自矿物的金属的溶液(金属溶解溶液)，例如，以以下方式来制备。将获自移动电话、个人电脑等的含有稀有金属(如Co、In和Nb)的材料浸没在硝酸溶液中，以溶解许多也包括在城市矿物中的金属，如Fe、Cu、Co等。然后从溶液中除去固体，以获得金属溶解溶液。制备了还含有镧系元素和锕系元素的金属溶解溶液，其中预先通过一些化学方法(如，用酸等溶解)将为目标金属的这些元素离子化。基本上，如果该溶液含有不是目标金属的镧系元素或锕系元素的离子，或含有其他金属离子，将不是问题。即使存在一些金属离子择优或同时与目标金属一起被金属吸附剂化合物吸附并因此阻碍目标金属的选择和分离这样的例外情况，除非那些例外金属离子(“干扰离子”)也是镧系元素或锕系元素，否则这不是问题，只要使用公知的传统化学方法如沉淀和分离、预先从金属溶解溶液中去除干扰离子即可。另外说明，可以将除去干扰离子的步骤添加至用于制备金属溶解溶液的阶段(S4)。再进一步，不仅可以通过溶解城市矿物也可以通过溶解含有镧系元素或锕系元素的天然矿物来制备金属溶解溶液。
此外，优选制备金属溶解溶液，使得形成可以更容易呈现金属吸附剂化合物的选择和分离特性的环境。一种这样的优选方式是预处理金属溶解溶液，以调节其pH或另外对其进行作为预处理的化学处理，使得目标金属以外的金属沉淀，由此降低金属溶解溶液中存在的目标金属以外的金属的量。此外，在金属吸附剂化合物中，存在对干扰离子和目标金属离子的选择性和吸附率根据pH值、溶液浓度、溶液温度等而改变的物质，通过调节金属溶解溶液的pH值、溶液浓度、溶液温度等可以使目标金属有效地吸附至金属吸附剂化合物。最有效的是调节pH。由于在高pH溶液中，通过以氢氧化物的形式沉淀可能失去目标金属离子，可以将复合物形成分子加入草酸等溶液中，以防止目标金属在高pH环境中沉淀。在该调节阶段过程中，优选添加促进形成金属复合物的能力的添加剂分子(pH调节剂、沉淀防止剂等)，以促进目标金属分离反应。然而，这个调节环境的步骤不是绝对必要的。只需要按照所用元素、纯度和其他条件的需要，将调节进行至需要的程度。为了用一种对含有干扰离子的金属溶解溶液进行提取／反提取方法获得高纯度元素，需要不时严格地调节金属溶解溶液环境。然而，如果一些含量的杂质的共同存在是可忍受的或如果干扰离子或杂质可以通过一些方法容易地去除，则可以进行吸附过程，而不需要任何严格的环境调节，只要将环境调节至目标金属吸附至金属吸附剂化合物需要的程度。如果干扰离子可以容易地从作为目标金属的镧系元素或锕系元素中分离出来，则可以更有效地从金属溶解溶液中分离出干扰离子，或从通过反提取获得的反提取溶液中分离出干扰离子，而不需要进行严格的环境调节。或者，也可以使用携带一些其他金属吸附剂化合物的多孔结构或使用多级提取方法，对含有干扰离子的反提取溶液进行提取处理。即使使用多级提取方法，因为起始材料是反提取溶液，其目标金属浓度已经被HOM-MC提高，因此时间以及引起的成本和所产生的废液量将大大降低。
在制备金属溶解溶液后，在图1中的吸附步骤(S4)，将以高密度携带金属吸附剂化合物(MC)的HOM(即，HOM-MC)例如浸入金属溶解溶液中，使得HOM-MC接触金属溶解溶液。该接触使得金属离子被HOM-MC吸附。因为通过将金属吸附剂化合物浸入具有特定条件的金属溶解溶液中，金属吸附剂化合物在特定条件(pH值、温度、浓度等)下选择性地或择优地吸附目标金属，所以获得了只吸附目标金属(Mt)的HOM(即，HOM-MC-MT)。例如，通过将HOM-MC接触(包括浸入)其pH值已经调节至目标金属离子最佳吸附的金属溶解溶液，通过HOM-MC选择性地吸附大量目标金属。然而，轻微的条件波动可以导致HOM同时吸附目标金属(Mt)和除目标金属以外的金属(Mo)，形成HOM-MC-Mt-Mo。因为该阶段涉及通过HOM-MC吸附目标金属(离子)，可以将该阶段称为目标金属(离子)吸附步骤。
在吸附过程中，将吸附／分离／回收材料(携带偶氮复合物形成分子的HOM-MC)与经过调节的金属溶解溶液接触，使得引起作为目标元素的镧系元素或锕系元素被金属吸附剂化合物的官能团(偶氮芳香族基团等)吸附。接触方法的实例包括用颗粒形式的吸附／分离／收集材料进行浸没、通过柱、混合和搅拌，以及通过膜。在连续或间歇性地接触来获得有效且高效的接触的同时，还可以通过监控由选择性信号作用引起的颜色反应或测量UV-vis光谱，从而检查接触的有效性。
图5表示使用镧系离子元素浓度(具体为Dy3+)作为参数对携带DTAR(4-(2-噻唑偶氮)-6-十二烷基间苯二酚)的HOM测量的UV-Vis光谱。在图5中所示的光谱中，其中波长为350nm至650nm之间，底部曲线是用于不含Dy3+(0ppb)溶液的光谱。上部曲线是用于含有2000ppb(2ppm)Dy3+溶液的光谱。可以看出随着溶液中Dy3+浓度的增加，吸附增加，证实了溶液中染料量的增加。使用携带未呈现颜色反应的有机化合物的HOM的相似实验获得的UV-vis光谱揭示了没有浓度依赖性，表明吸光度的变化(染料浓度的变化)与吸附的Dy3+的含量相关。如图5所示，通过吸附目标金属，通式测量光谱学特性，可以知道HOM-MC吸附目标金属的程度和大致的浓度。
图7表示通过将NaOH和0.2M(摩尔)C6H11NHCH2SO3H加入含有单独溶解的作为镧系元素的2ppm Dy的溶液中以改变溶液的pH从而获得的DTAR-修饰的HOM-MC的吸光度(相对值)。由于图5显示了吸光度与Dy吸附能力相关，图7的UV-vis光谱证实了当使用DTAR作为金属吸附剂化合物且Dy作为目标金属时，11.0的pH是优选的。
如果在吸附过程(S4)中也吸附了干扰离子(Mo)，优选非目标金属分离过程，将HOM-MC-Mt-Mo浸入到过滤(分离)除目标金属以外的金属(Mo)的溶液中，以获得基本上只吸附目标金属并且已经除去目标金属以外的金属(Mo)的HOM-MC-Mt。或者，可以调节如pH值、温度或溶液浓度这样的条件，以获得已经消除目标金属以外的金属(Mo)的HOM-MC-Mt。如果吸附过程(S4)中吸附的除目标金属以外的金属的含量非常有限或如果干扰离子没有影响目标金属的使用或如果方法可用于就在目标金属分离过程(S5)中过滤目标金属(Mt)，则不需要提供非目标金属分离过程。
例如，如果利用多种不同的溶液条件，其中吸附的元素根据条件而不同，那么可以重复多次吸附-分离过程，同时改变金属溶解溶液或反提取溶液的条件，以获得所需的元素。例如，可以将HOM-MC浸入具有第一个条件(用于吸附多种元素的条件)的金属溶解溶液中，以将Mt和Mo吸附至HOM-MC。然后，将Mt和Mo分离至第一个反提取溶液中后，将反提取调节至第二个条件(其中只吸附单种元素的条件)，并且将HOM-MC浸入，以引起HOM-MC吸附Mt。然后通过将Mt分离至第二个反提取溶液中，将Mo从金属溶解溶液分离至第一个反提取溶液中，而将Mt分离至第二个反提取溶液中。或者，将HOM-MC浸入具有第二个条件(只吸附单种元素的条件)的金属溶解溶液并将金属溶解溶液中存在的所有Mt分离至第一个反提取溶液中后，将金属溶解溶液设定为第一个条件(用于吸附多种元素的条件)并且将HOM-MC浸入其中。由于已经全部分离金属溶解溶液中的Mt，只吸附Mo，使得Mo分离至第二个反提取溶液中。在此，即使为了易于解释，区分了Mt和Mo，在实际操作中，Mo变成了第二种目标金属。
使用目标金属分离步骤(S5)，将具有吸附的目标金属(Mt)的HOM-MC-Mt或HOM-MC-Mt-Mo浸入能够溶解目标金属的溶液中，以将目标金属(Mt)溶解于溶液中。或者，如果可以调节如pH值、温度和溶液浓度这样的条件，则使得只过滤(分离)目标金属，将具有吸附的目标金属(Mt)的HOM(HOM-MC-Mt或HOM-MC-Mt-Mo)浸入具有只将目标金属溶解于溶液中的条件的溶液中。或者，将具有吸附的目标金属的HOM(HOM-MC-Mt或HOM-MC-Mt-Mo)浸入只过滤(分离)目标金属的溶液中，以溶解目标金属(Mt)。如果考虑作为目标金属提取的目标金属吸附至HOM-MC并且形成HOM-MC-Mt的过程，因为该过程从HOM-MC-Mt或HOM-MC-Mt-Mo过滤(分离)Mt，所以该过程可以称为反提取过程或目标金属(离子)分离过程。将含有溶解的目标金属的溶液称为反提取溶液。如果只可以过滤(分离)目标金属，通过从金属溶解溶液开始的提取／反提取过程，可以将金属溶解溶液中的目标金属分离至反提取溶液中，并浓缩。从图7，因为将pH降至低于4将降低DTAR-修饰的HOM-MC的Dy吸附能力，简单地通过将pH降至低于4来进行反提取。
即使在目标金属分离过程(S5)中使用镧系元素和锕系元素，在接触金属溶解溶液后，从金属溶解溶液中除去吸附／分离／回收材料(携带金属吸附剂化合物的HOM)。可以通过监控颜色反应变化或通过测量光谱学光谱来监控吸附过程的进展。还可以通过将金属溶解溶液通过包含吸附／分离／回收材料的柱或膜来进行目标金属分离过程(S5)。如果优选洗涤取出的吸附／分离／回收材料作为用于消除非目标金属的步骤，然后将吸附／分离／回收材料接触反提取溶液。就如同上述接触处理溶液一样，可以以各种方式来进行与反提取溶液的接触。还可以通过监控颜色反应的变化或通过测量光谱学光谱来监控反提取的进展。可以通过将形成官能团的复合物中所用的化学气氛改变成分解化学气氛来进行反提取。例如，即使pH的调节是最有代表性的方法，但可以通过在NO3 -离子、SO4 2-离子等存在下进行反应来促进反应。
由于分离目标金属的HOM-MC是固体，所以可以通过过滤(S6)来除去HOM-MC。在清洗和除去各种溶液后，随后HOM-MC可以再用于提取过程。通过重复该过程，可以将目标金属元素从处理溶液中选择性地提取至反提取溶液中。此外，由于提取至反提取溶液中的金属离子只是作为目标金属离子的镧系和锕系离子，所以可以使用常规方法，如化学势能方法(酸或碱处理)、电泳等(S7)，通过固化、沉淀和过滤，作为氧化物和氢氧化物来回收这些离子。这样，使用根据本发明的提取方法，可以从天然矿物和城市矿物回收作为目标金属的镧系元素和锕系元素。
如上所述，从含有溶解的从天然矿物或城市矿物获得的目标金属的金属溶解溶液，使用携带金属吸附剂化合物的高阶HOM，通过至少吸附过程(S4)和目标金属分离过程(S5)，回收了目标金属。
实施方案1
本实施方案是使用用偶氮试剂修饰的HOM来回收镧系元素之一的实施例。所用的偶氮试剂是DTAR(4-(2-噻唑偶氮)6-十二烷基间苯二酚)。作为比较实施例1和2，还尝试了使用含氮非颜色反应光谱学试剂(N，N’二(亚水杨基)十二烷-1，12--二-胺(BSDD)和2-羟基-3-((2-巯基苯基亚氨基)甲基)苯甲酸(HMPB))的相似吸附／分离／回收方法。“非颜色反应光谱学试剂”是指与镧系元素或锕系元素相互作用时没有呈现颜色反应的有机指示剂染料试剂。
通过以0.7(TOMS)比1(表面活性剂F108)比例将TMOS(四甲氧基硅烷)和表面活性剂F108混合来获得HOM，F108提供了模板结构。然后将溶液加热至50℃至60℃，并搅拌1至2分钟。此后，加入盐酸和催化剂。然后将溶液在减压下加热10分钟。图6表示所获得的HOM的TEM(透射电子显微镜)照片。基于这些照片和XRD(粉末X-射线衍射测量)的结果，证实了HOM具有Im3m立方晶体结构。相关的BET比表面积是585m2／g，介孔性孔的直径为16nm，而HOM密度为0.6cm3／g。
如下合成了DTAR。将15g(0.15mol)2-氨基噻唑均匀地溶解于100ml的0.4M H2SO4中，并用冰冷却1小时，同时不断搅拌。当获得均匀的混合物时，将100ml冰冷的10.8g(0.16mol)硝酸钠溶液逐滴加入，并在0至2℃下搅拌2小时。然后，将41.8g(0.15mol)4-十二烷基间苯二酚(获得等摩尔比例的量)溶解于50ml C2H5OH：(0.5％)NaOH=3：1混合物溶液中。将其加入已经在1℃至3℃下重氮化的溶液中。使用10％醋酸钠将溶液的pH调节至5.5时，促进了耦合反应。将混合物在冷藏下存储时，获得所需产物，为带有微红色的无定形暗橙色沉淀物。通过使用热水和冷水的一系列洗涤纯化后，在70％乙醇中重结晶，获得DTAR(4-(2-噻唑偶氮)6-十二烷基间苯二酚)。
用作为金属吸附剂化合物的DTAR(4-(2-噻唑偶氮)6-十二烷基间苯二酚)修饰HOM。将HOM浸入DTAR的乙醇溶液中，然后在真空下加热，以产生DTAR修饰的HOM(HOM-MC)。上述图5表示HOM-MC的UV-vis光谱。图5表示在实验中仅将不同浓度(0ppb、0.5ppb、1ppb、5ppb、10ppb、50ppb、100ppb、500ppb、1000ppb(1ppm)和2000ppb(2ppm))的Dy3+离子加入pH11.0的溶液中以测量光吸光度的波长依赖性时，颜色反应的照片(图的上部分)和用DTAR-修饰的HOM-MC获得的UV-vis光谱。图5表示接近585nm光波长的峰，具有显著的浓度依赖性，证实了通过HOM-MC捕获了镧系元素(Dy)复合物。另一方面，使用了非颜色反应光谱学试剂的比较实施例1和2即使在其他pH范围中也没有显示出这样的UV-vis光谱，证实了HOM的DTAR修饰的功效。图7表示DTAR-修饰的HOM-MC的Dy吸附能力，其是基于通过加入NaOH和0.2M(摩尔)C6H11NHCH2SO3H改变具有2ppm溶解Dy作为唯一镧系元素的溶液的pH(在室温下)进行测定的。C6H11NHCH2SO3H是防止镧系离子沉淀的复合物离子。图7表示如果使用DTAR-修饰的HOM-MC来分离Dy，则优选8以上的pH条件，其原因在于能得到50％以上的产量，为了获得80％以上的产量，更优选10至12的pH范围，作为Dy提取条件最优选pH大约为11。
实施方案2
图8表示在实验中仅将不同浓度(0ppb、0.5ppb、1ppb、5ppb、10ppb、50ppb、100ppb、500ppb、1000ppb(1ppm)和2000ppb(2ppm))的Yb3+离子加入7.0pH的溶液中测量光吸光度的波长依赖性时，颜色反应的照片(图的上部分)和用作为金属吸附剂化合物的4-(2-吡啶偶氮)间苯二酚(PAR)-修饰的HOM氧化硅获得的UV-vis光谱。图8显示了接近400nm光波长的峰，具有显著的浓度依赖性，证实了通过HOM-MC捕获了镧系元素(Yb)复合物。图9表示PAR-修饰的HOM-MC的Yb吸附能力，其是基于通过加入NaOH和0.2M(摩尔)3-吗啉代丙烷磺酸(MOPS)改变具有2ppm溶解Yb作为唯一镧系元素的溶液的pH(在室温下)而测定的。3-吗啉代丙烷磺酸(MOPS)是防止镧系离子沉淀的复合物离子。图9表示如果使用PAR-修饰的HOM-MC来分离Yb，则优选10以下的pH条件，其原因在于能够得到50％以上的产量，为了得到80％以上的产量，更优选5.4至9.4的pH范围，作为Yb提取条件是最优选pH大约为7。
实施方案3
图10表示向用呈现出淬灭反应的N.N’二亚水杨基-4-硝基-苯二胺(DSNPD)修饰的HOM氧化硅中添加镧系元素离子(Dy3+)的作用。该图显示了对于20ml具有pH7的25℃的含有添加的镧系元素离子的溶液，来自DSNPD-修饰的HOM-MC的荧光信号测量的结果。通过加入NaOH和0.2M(摩尔)3-吗啉代丙烷磺酸(MOPS)将溶液调节至pH7。图10显示了随着加入的镧系元素(Dy3+)量增加，荧光信号强度降低，证实了镧系元素复合物被DSNPD-修饰的HOM-MC捕获了。
实施方案4
本实施方案是使用偶氮试剂修饰的HOM用于选择性回收特定镧系元素的实施例。偶氮试剂是1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(PAN)。作为HOM，使用与实施方案1所用的相似的介孔氧化硅。
该HOM通过作为金属吸附剂化合物的1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(PAN)来修饰。将HOM浸入PAN乙醇溶液中，然后在真空下加热，以产生PAN-修饰的HOM(HOM-MC)。关于该实施方案，因为使用了Im3m立方晶体结构的HOM，可以实现高密度PAN修饰。图11表示HOM-MC的UV-vis光谱。图11表示仅将不同浓度(0ppb、0.5ppb、1ppb、5ppb、10ppb、50ppb、100ppb、500ppb、1ppm和2ppm)的Dy3+离子加入11.5pH的溶液中时，用PAN-修饰的HOM-MC测量的光吸收的波长依赖性。在585nm的光波长下看到了明显的浓度依赖性峰，证实了HOM-MC捕获了镧系元素复合物。图12表示PAN-修饰的HOM-MC的Dy吸附能力，其是通过加入NaOH和0.2M(摩尔)C6H11NHCH2SO3H改变具有2ppm溶解Dy作为唯一镧系元素的溶液的pH而测定的。C6H11NHCH2SO3H是防止镧系离子沉淀的复合物离子。图12表示如果使用PAN-修饰的HOM-MC来分离Dy，则优选7以上的pH条件，其原因在于能够得到50％以上的产量，为了得到80％以上的产量，更优选9至12的pH范围，作为Dy提取条件最优选pH大约为11。使用pH11以外的pH条件可能导致除了Dy以外还吸附Yb(III)或Th(IV)。在这种情况下，如果存在多个导致吸附不同元素的条件，则可以重复多次吸附-分离过程、同时改变金属溶解溶液或反提取溶液的条件由此获得所需的元素。例如，将PAN-修饰的HOM-MC浸入具有第一个条件(其吸附多种元素)的金属溶解溶液中并引起HOM-MC吸附Dy(III)和Yb(III)后，将Dy(III)和Yb(III)分离至第一个反提取溶液中。然后将反提取溶液设定成第二个条件(其只吸附一种元素)，将PAN-修饰的HOM-MC浸入其中，使得HOM-MC吸附Dy(III)。然后将Dy(III)分离至第二个反提取溶液中。通过如此进行，将Yb(III)从金属溶解溶液分离至第一个反提取溶液中，而将Dy(III)分离至第二个反提取溶液中。或者，可以将PAN-修饰的HOM-MC浸入第二个条件(其只吸收一种元素)的金属溶解溶液中，使得金属溶解溶液中的全部Dy(III)分离至第一个反提取溶液中。然后将金属溶解溶液设定在第一个条件(其吸附多种元素)，并且将PAN-修饰的HOM-MC浸入其中。当进行这时，由于金属溶解溶液中的所有Dy离子已经被分离出来，只吸附了Yb离子，所以可以将Yb(III)分离至第二个反提取溶液中。
以下显示了使用PAN-修饰的HOM-MC对镧系元素的提取／反提取操作的结果。制备了五种类型的溶液用于提取，其特征在于与Dy3+混合的不同离子，Dy3+以1mg／1(1ppm)的浓度存在。溶液(A)含有4ppm的Fe3+和4ppm的Pd2+作为混合离子。溶液(B)含有各自10ppm的三种类型的镧系离子，Nd3+、Yb3+和Eu3+。溶液(C)含有各自15ppm的三种其他类型的镧系离子，Tb3+、Eu3+和Sm3+。溶液(D)含有各自15ppm的另外三种类型的其他镧系离子，Ce3+、Ho3+和La3+。溶液(E)含有各自5ppm的溶液(B)至(D)中所用的9种类型的镧系元素。
将0.3M的硫代硫酸盐和酒石酸的螯合剂加入这些溶液中，以稳定离子直至高pH范围。然后，使用NaOH将pH调节至11。将已经用6mgPAN修饰的HOM浸入这些溶液中并证实存在充分的颜色反应后，从溶液中取出HOM，并且测量了残余溶液中存在的相应离子的浓度。洗涤取出的修饰的HOM后，使用0.2M硝酸进行反提取，并且通过ICP元素分析测量了硝酸中的各种离子的浓度。以下表1给出了从混合离子系统吸附／分离／回收的结果。在各种溶液(A)至(E)中，Dy3+的初始溶液浓度为1ppm，处理过的溶液中为0ppm(低于可检测的极限)，而在反提取溶液中为0.8ppm。这些结果表明，与共同存在的离子无关，Dy3+离子选择性地吸附／分离／回收至硝酸的反提取溶液中。产量极高，大约为80％。
[表1]
如前所述，通过将酸性水溶液加入氧化硅来源和表面活性剂的混合物中而获得的HOM，具有大的表面积和高度有序结构。由于高度有序结构，组成HOM内壁的原子可以用作末端的密集排列，用于通过复合物形成分子来修饰(和携带复合物形成分子)。此外，由于不存在如使用聚合物看到的由酸性水溶液形成的位阻影响，所以除了高密度外，还获得了高响应速度。此外，由于均匀且稳定的携带结构，抑制了携带金属吸附剂化合物的结构的降解。通过在HOM上携带高密度的金属吸附剂化合物，形成了具有高的每单位体积形成复合物能力并且因此具有每单位体积高离子吸附能力的吸附材料。因为使用HOM作为携带体提高了离子吸附能力，所以可以使用复合物形成分子从而获得每单位体积的高离子吸附能力，该复合物形成分子由于离子吸附能力不是非常高所以之前未与基于聚合物的携带体结合使用。此外，如以下实施方案5和6进一步描述的，纳米管和纳米棒也可以用作纳米结构。
实施方案5
本发明给出了可以用作纳米结构的氧化钛纳米管结构的合成的实施例。将8g TiOSO4、10g乙醇和5g1M H2SO4的水溶液混合，以形成乳化液。快速加入溶解于5g乙醇中的4g Pluronic(注册商标)F108三嵌段共聚物表面活性剂。阳离子质量比为TiSO4：F108：H2O／H2SO4=1：0.5：0.6。通过连接到旋转蒸发器的真空泵，在40℃至45℃的温度下除去乙醇。在5分钟内形成了凝胶样固体。通过随后在450℃下的8小时煅烧来除去有机物质。以这种方式获得的二氧化钛的纳米管结构具有108m2／g的BET比表面积，9.3nm的管直径和0.58cm3／g的纳米管密度。图13表示TiO2纳米管结构的透射电子显微镜(TEM)图像。图13证实了具有均一直径的纳米管结构的合成。
实施方案6
该实施方案给出了由可以用作纳米结构的氧化铝制得的纳米棒结构的合成的实例。使用以下程序可以容易地合成由氧化铝制得的纳米棒结构。首先，将8g Al(NO3)3前体溶解于20ml水中后，将溶解于10ml水中的4g表面活性剂(鲸蜡基三甲基溴化铵)(CTAB)在搅拌器中混合1小时。该步骤之后边搅拌边逐滴加入高浓度的氨溶液，持续搅拌30分钟，直至pH变成10。将反应混合物转移至具有特氟龙处理过的内表面的由不锈钢制得的高压灭菌器中。将高压灭菌器密封，并且将烤炉的内部保持在150℃，持续24小时。高压灭菌后，通过自然散热将温度降至室温。通过离心分离混合物。将沉淀物充分洗涤三次，每次使用稀释的水和乙醇，然后在500℃下煅烧数小时。阳离子质量比为Al(NO3)3：CTAB：H2O=1：0.5：3.75。氧化铝的纳米棒结构具有212m2／g的BET比表面积，纳米棒具有8.3nm的直径(短轴直径)，并且纳米棒密度为0.69cm3／g。
实施方案7
关于本实施方案，使用掩蔽剂来选择性地提取目标金属。掩蔽剂是用来防止除目标金属以外的金属与金属吸附剂化合物反应使得只有目标金属可以从多种元素中选择性地提取出来的干扰物质。
具体地，本实施方案是使用上述PAN-修饰的HOM(HOM-MC)和掩蔽剂(柠檬酸钠)从磁性物质中选择性回收一种作为目标金属的镧系元素(Dy(III))的实施例，所述磁性物质包括多种镧系元素和其他元素，即，Dy(III)、Nd(III)、Fe(III)、Al(III)、Cu(II)和B(III)。
首先，作为可以用作实验样本的磁性物质，制备了含有6种不同离子(Dy3+、Nd3+、Fe3+、Al3+、Cu2+和B3+)混合物的金属溶解溶液。为了获得金属溶解溶液，将合适量的氢氧化钠(NaOH)加入1升0.2M氯化钾(KCl)中，并调节pH至12.5。由此制得并收集的4ml溶液含有1ppm的Dy3+、75ppm的Nd3+、50ppm的Fe3+、5ppb的Al3+、5ppb的Cu2+和5ppm的B3+作为混合离子。将4ml的0.7M柠檬酸钠溶液作为掩蔽剂加入金属溶解溶液中，并且加入所需量的水来形成20ml溶液。为了提取目标金属，在该步骤后接着将20mg PAN-修饰的HOM加入该的溶液中，然后将其搅拌30分钟。接着，在过滤溶液后，用水洗涤含有吸附的目标金属(Dy(III))的吸附／分离／回收的材料(HOM-MC-Mt)，以除去非目标金属。滤过液中几乎不存在目标金属(Dy(III))。接着，将吸附／分离／回收材料放入烧杯中，向其中加入10ml作为反提取溶液的0.05M硝酸，并搅拌10分钟来提取目标金属。将反提取溶液过滤，并用水洗涤吸附／分离／回收材料。目标金属(即，Dy(III))存在于反提取溶液滤液中，并且也有一定量存在于吸附／分离／回收材料中，即，PAN-修饰的HOM。如果未使用掩蔽剂，则不需要将0.7M柠檬酸钠溶液加入金属溶解溶液中。
如果未使用掩蔽剂，则PAN-修饰的HOM可以吸附除了目标金属(如Dy(III))以外的其他非目标金属(如，Nd(III)和Fe(III))。为了比较，将1ppm的Dy3+、75ppm的Nd3+、50ppm的Fe3+、5ppb的Al3+、5ppb的Cu2+或5ppm的B3+加入4ml pH12.5的溶液中，并且加入所需量的水，以形成每种金属溶解溶液的20ml溶液。向每种金属溶解溶液中，加入PAN-修饰的HOM，并搅拌30min。将每种金属溶解的溶液过滤，并除去PAN-修饰的HOM。通过紫外线-可见光-近红外(UV-VIS-NIR)分光光度计分析了含有吸附的相应金属的PAN-修饰的HOM。注意到PAN-修饰的HOM和各种金属离子之间的相互作用。图14表示在pH12.5下PAN-修饰的HOM和Dy(III)、Nd(III)和Fe(III)中的每一种之间的颜色反应和已经吸附不同的相应金属的PAN-修饰的HOM的UV-Vis光谱。图14中所示的颜色反应显示出PAN-修饰的HOM与Nd(III)和Fe(III)之间的强烈反应。
使用掩蔽剂(0.7M柠檬酸钠)防止非目标金属(即Fe(III)和Nd(III))吸附，被认为是一种从含有多种类型的金属离子的混合物的金属溶液中只选择性地提取Dy(III)的方式。这种掩蔽剂的使用只允许Dy(III)被选择性地且有效地提取。
如图14所示，由于Nd(III)和Fe(III)与PAN-修饰的HOM强烈地相互作用，使用PAN-修饰的HOM难以只提取Dy(III)。然而，在0.7M柠檬酸钠溶液的存在下，降低了PAN-修饰的HOM和Nd(III)或Fe(III)之间的相互作用。
图15表示添加了0.7M的柠檬酸钠作为掩蔽剂，在pH12.5下，PAN-修饰的HOM和Dy(III)、Nd(III)和Fe(III)中的每一种之间的颜色反应，和已经吸附了不同的相应金属的PAN-修饰的HOM的UV-vis光谱。图15表示在将PAN修饰的HOM加入只添加了Nd(III)或Fe(III)的金属溶液中的情况和空白PAN-修饰的HOM的情况中，颜色变化量基本上相似。此外，根据图15中所示的UV-vis光谱的结果，在具有吸附的目标金属(即，Dy(III))的PAN-修饰的HOM的情况中，不管是否使用掩蔽剂，几乎没有引起UV-vis光谱变化。此外，根据图14和图15，在含有目标Dy(III)金属的金属溶解溶液的情况中，不管是否使用掩蔽剂，颜色反应基本上相似。这样的定量分析显示了掩蔽剂的使用对于从含有多种金属离子的金属溶解溶液中有效且选择性地(90％以上的提取率)提取出目标金属(即，Dy(III))是有效的。如下定义提取率：回收浓度(CR)／初始浓度(CO)×100(％)。
根据图16中所示的颜色反应，在含有6种类型的金属离子的向其中加入了PAN-修饰的HOM的金属溶解溶液和只含有Dy3+的向其中加入了PAN-修饰的HOM的溶液之间，颜色变化基本上是相似的。此外，根据图16中所示的UV-vis光谱，在从含有6种类型的金属离子的金属溶解溶液中取出的PAN-修饰的HOM和从只含有Dy3+的溶液中取出的PAN-修饰的HOM之间，UV-vis光谱学是相似的。这意味着即使从共同存在有75ppm的Nd(III)、50ppm的Fe(III)、5ppb的Al(III)、5ppb的Cu(II)和5ppm的B(III)的环境中提取，PAN-修饰的HOM也可以选择性地(90％以上的提取率)只提取作为目标金属的Dy(III)。
因为迄今为止已经用作光谱学分析中的金属吸附剂化合物的金属复合物形成分子的系列对金属离子具有上佳的选择性，通过在纳米结构上携带这样的复合物形成分子和形成适于在溶液中形成复合物的环境来实现具有上佳离子吸附能力的吸附材料。此外，因为携带如HOM这样的物体，纳米管结构和纳米棒结构是稳定的，可以通过改变溶液环境同时将复合物形成分子保持在承载体上来进行反提取。特别地，通过使用具有纳米结构的固体吸附材料和通过控制溶液环境(如，pH)至适于目标镧系元素和锕系元素，从而以高选择性水平来进行镧系元素和锕系元素的吸附，所述纳米结构携带有对目标镧系元素金属和锕系元素金属具有选择性光谱学特性的含氮芳香族化合物，如偶氮物和胺。此外，通过结合反提取环境，可以吸附、分离和回收吸附的镧系和锕系元素。此外，如通过用于镧系和锕系元素离子吸附的含氮芳香族化合物(如，偶氮物和胺)最初用于光谱学测量的事实所证明的，即使从含有ppb水平浓度的目标元素的稀释溶液中吸附，它们通过复合物的选择性形成也具有吸附离子的能力。出于该原因，即使在稀释状态，也可以使用它们，如土壤(通常几ppm)或海水(通常几ppb)遇到的状态。
如上所述，使用本发明，从有机硅化合物和表面活性剂制造的高度有序介孔氧化硅用作携带金属吸附剂化合物的纳米结构，所述金属吸附剂化合物如选择性地将目标金属(离子)吸附至介孔氧化硅的螯合化合物。将携带金属吸附剂化合物的介孔氧化硅与含有溶解目标金属(离子)的溶液接触，使得目标金属(离子)选择性地吸附至介孔氧化硅上携带的金属吸附剂化合物。接着进行携带有吸附了目标金属(离子)的金属吸附剂化合物的介孔氧化硅的化学处理，使得从介孔氧化硅上携带的金属吸附剂化合物中过滤出(分离)目标金属(离子)并回收目标金属。携带从其过滤(分离)出目标金属(离子)的金属吸附剂化合物的介孔氧化硅可以重复再利用。
即使本发明提供了用于有效且廉价的提取城市矿物中包括的稀有金属的方法，从之前的解释显然可以看出，本发明可以用于不仅从城市矿物，也可以从含有各种金属的常规矿物提取、吸附和反提取各种金属，或用于从含有溶解金属的溶液提取、吸附和反提取金属。此外，应当清楚，通过在纳米结构上携带这样的金属吸附剂化合物作为对上述以外的其他金属(包括稀有金属和非稀有金属)具有选择性吸附的螯合化合物，本发明也可以用于提取、吸附和反提取这样的目标金属。不必说，在说明书中的一部分中提供的但未在说明书中别处具体描述的任何描述在整个说明书中同等使用，除非在其应用中形成了矛盾。
产业上的可利用性
本发明可以用于其中必须从包括各种金属的物质或材料中回收或除去金属的工业领域中。

Claims (15)

1.一种用于提取镧系元素和锕系元素的方法，其包括：
吸附过程，将含有选自镧系元素和锕系元素的目标金属的金属溶解溶液接触纳米结构，所述纳米结构携带有吸附所述目标金属的金属吸附剂化合物，由此使所述溶液中的所述目标金属被所述金属吸附剂化合物吸附；和
目标金属分离过程，将携带有在所述吸附过程中吸附了所述目标金属的金属吸附剂化合物的所述纳米结构接触反提取溶液，由此将被所述金属吸附剂化合物吸附的所述目标金属离子转运至所述反提取溶液中，
其中，所述金属吸附剂化合物是选自3,5-diBr-PADAP、5-Br-PADAP、3-(2-吡啶偶氮)、DTAR、PAR、DSNPD和PAN中的一种或多种化合物。
2.如权利要求1所述的用于提取镧系元素和锕系元素的方法，其中，在所述吸附过程中，所述目标金属被所述金属吸附剂化合物吸附，同时监控颜色反应和/或光谱学特性。
3.如权利要求1所述的用于提取镧系元素和锕系元素的方法 ，其中，在所述目标金属分离过程中，将目标金属从所述金属吸附剂化合物转运至所述反提取溶液中，同时监控颜色反应和/或光谱学特性。
4.如权利要求1至3中任一项所述的用于提取镧系元素和锕系元素的方法，其中，通过制备所述金属溶解溶液的化学环境，在所述吸附过程中所述金属吸附剂化合物只吸附目标金属，由此对目标金属呈现出选择性分离特性。
5.如权利要求1至3中任一项所述的用于提取镧系元素和锕系元素的方法 ，其中，通过制备所述反提取溶液使其具有预定条件，由此在所述目标金属分离过程中所述金属吸附剂化合物吸附的目标金属离子转运至反提取溶液。
6.如权利要求1所述的用于提取镧系元素和锕系元素的方法 ，其中，在所述目标金属分离过程中被所述金属吸附剂化合物吸附的目标金属离子从纳米结构转运至反提取溶液中，所述纳米结构在所述吸附过程中再次接触所述溶液。
7.如权利要求1所述的用于提取镧系元素和锕系元素的方法 ，其中，所述纳米结构包括多孔结构 和纳米棒结构。
8.如权利要求7所述的用于提取镧系元素和锕系元素的方法 ，其中，所述多孔结构包括高度有序介孔性结构。
9.如权利要求8所述的用于提取镧系元素和锕系元素的方法 ，其中，所述介孔性结构包括介孔氧化硅。
10.一种纳米结构，携带有能够吸附溶液中存在的选自镧系元素和锕系元素中的目标金属的金属吸附剂化合物，
，其中，所述金属吸附剂化合物是选自3,5-diBr-PADAP、5-Br-PADAP、3-(2-吡啶偶氮)、DTAR、PAR、DSNPD和PAN中的一种或多种化合物。
11.如权利要求10所述的纳米结构，其中，所述纳米结构包括多孔结构和纳米棒结构。
12.如权利要求11所述的纳米结构，其中，所述多孔结构包括高度有序介孔性结构。
13.如权利要求12所述的纳米结构，其中，所述介孔性结构包括介孔氧化硅。
14.一种用于提取特定目标金属的方法，所述特定目标金属选自存在于含有多种镧系元素和其他元素的金属溶解溶液中的多种镧系元素，
用于提取镧系元素的方法包括：
掩蔽步骤，将掩蔽剂加入所述金属溶解溶液中，以防止提取所述目标金属以外的其他元素；
吸附过程，将所述金属溶解溶液与携带有吸附所述目标金属的金属吸附剂化合物的纳米结构接触，使得所述溶液中只有所述目标金属被所述金属吸附剂化合物选择性地吸附；和
目标金属分离过程，将携带有在所述吸附过程中吸附了所述目标金属的金属吸附剂化合物的纳米结构接触反提取溶液，由此被所述金属吸附剂化合物吸附的所述目标金属被转运至所述反提取溶液中
，其中，所述金属吸附剂化合物是PAN化合物。
15.如权利要求14所述的用于提取特定目标金属的方法 ，其中，所述掩蔽剂是柠檬酸钠。
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