一种碳基金属单原子复合材料及其制备方法与应用

摘要

本发明提供了一种碳基金属单原子复合材料及其制备方法与应用，属于生物质材料技术领域，以本发明以废弃物咖啡渣为原料，由于咖啡渣比表面积大、表面富含多种官能团，在浸泡可溶性金属盐后，可溶性金属盐通过共价作用与咖啡渣中的含氮和含硫非金属基团螯合；在厌氧热解过程中，咖啡渣的主体部分会热解为生物质碳成为碳基底，金属盐会生成以N和S配位的单原子形式负载于所述碳基底上；金属以单原子的形式负载在碳基底上，极大的增加了金属原子与周围配位原子(氮、硫)的配位不饱和度和原子利用率，从而提高了碳基金属单原子复合材料的催化活性和循环稳定性能。同时，本发明的制备方法简单、成本低、实现了资源化。

权利要求

1.一种碳基金属单原子复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将咖啡渣和可溶性金属盐混合，进行金属负载，得到复合材料前驱体；所述可溶性金属盐以可溶性金属盐水溶液的形式使用；

将所述复合材料前驱体进行厌氧热解，得到所述碳基金属单原子复合材料；

所述可溶性金属盐为钴、镍、铁、锰和镉的氯化盐或者硝酸盐中的任意一种；

所述复合材料前驱体中金属元素的质量为咖啡渣质量的0.1～0.5％；

所述可溶性金属盐水溶液的浓度为4～10mmol/L；

所述咖啡渣与可溶性金属盐的用量比为1g：0.02～0.1mmol。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述咖啡渣的粒径≤100目。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述厌氧热解的温度为300～900℃，时间为2～6h；所述厌氧热解的保护气体为氮气或氨气，保护气体的流速为20～60mL/min。

4.权利要求1～3任一项所述的制备方法制得的碳基金属单原子复合材料，其特征在于，包括碳基底和金属单原子，所述金属单原子以金属‑氮和/或金属‑硫形式键合在所述碳基底上。

5.根据权利要求4所述的碳基金属单原子复合材料，其特征在于，所述金属单原子的质量为碳基底质量的0.3～2.5％。

6.权利要求4或5所述的碳基金属单原子复合材料在处理有机物污染废水中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

将所述碳基金属单原子复合材料和单过硫酸盐加入到有机物污染废水中，进行降解；

所述有机物污染废水中的有机物为多氯联苯、邻苯二甲酸酯或双酚A；

所述碳基金属单原子复合材料与有机物污染废水的质量比为1：(500～2000)。

说明书

一种碳基金属单原子复合材料及其制备方法与应用

技术领域

[0001] 本发明涉及生物质材料技术领域，尤其涉及一种碳基金属单原子复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

[0002] 现代农业具有集约化、专业化和规模化等特点，产出水平有了巨大的提高；同时，农业废弃物排放总量也随之上升。农业废弃物主要包括作物秸秆、畜禽粪便、果蔬残余等；
不当的处置，比如焚烧秸秆、随意排放畜禽粪便等，会导致严重的环境污染，影响社会发展
和人类健康。同时，农业废弃物富含有机质和多种营养元素，是宝贵的、可再生的生物质资
源。因此，农业废弃物的资源化利用，是治理农业面源污染、节约生物质资源、节能减排、生
态环境保护和可持续发展的重要内容。

[0003] 生物炭是由生物质在缺氧的情况下，经高温缓慢热解产生的一类稳定的、高度芳香化的含碳固体。作为一类新型环境功能材料，生物炭引起了广泛的关注，在环境修复方面
展示出了很大的潜力。单原子材料是指金属原子单个分散于基底上，形成的一种“葡萄干面
包”结构，具有比纳米材料更加显著的边界效应、更低的配位饱和度以及更高原子利用率。
因此，单原子材料的催化能力要远远高于纳米材料。碳基材料具有原料丰富、价格低廉、比
表面积大和导电性高等优点。碳基单原子材料结合了碳基材料和单原子材料的优点，因此
广泛应用于各类催化反应中；在CO氧化、CO2还原(CO2RR)、析氢反应(HER)、氧还原反应(ORR)
以及氮还原反应(NRR)等反应中展现出了超强的催化活性和选择性。

[0004] 然而，现有的碳基单原子材料中的碳基底多是利用石墨烯、碳纳米管等材料，成本高昂，极大的限制了碳基单原子材料的工业化应用；且催化活性有待进一步提高。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳基金属单原子复合材料及其制备方法与应用。本发明的制备方法以咖啡渣为原料成本低，且采用本发明的制备方法得到的碳基金
属单原子复合材料催化活性高。

[0006] 为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

[0007] 本发明提供了一种碳基金属单原子复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0008] 将咖啡渣和可溶性金属盐混合，进行金属负载，得到复合材料前驱体；所述可溶性金属盐以可溶性金属盐水溶液的形式使用；

[0009] 将所述复合材料前驱体进行厌氧热解，得到所述碳基金属单原子复合材料。

[0010] 优选地，所述可溶性金属盐为钴、镍、铁、锰和镉的氯化盐或者硝酸盐中的任意一种。

[0011] 优选地，所述可溶性金属盐水溶液的浓度为4～10mmol/L。

[0012] 优选地，所述咖啡渣的粒径≤100目。

[0013] 优选地，所述咖啡渣与可溶性金属盐的用量比为1g：0.02～0.1mmol。

[0014] 优选地，以干基计，所述复合材料前驱体中金属元素的质量为咖啡渣质量的0.1～0.5％。

[0015] 优选地，所述厌氧热解的温度为300～900℃，时间为2～6h；所述厌氧热解的保护气体为氮气或氨气，保护气体的流速为20～60mL/min。

[0016] 本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的碳基金属单原子复合材料，包括碳基底和金属单原子，所述金属单原子以金属‑氮和/或金属‑硫形式键合在所述碳基
底上。

[0017] 优选地，所述金属单原子的质量为碳基底质量的0.3～2.5％。

[0018] 本发明还提供了上述技术方案所述的碳基金属单原子复合材料在处理有机物污染废水中的应用，包括以下步骤：

[0019] 将所述碳基金属单原子复合材料和单过硫酸盐加入到有机物污染废水中，进行降解；所述有机物污染废水中的有机物为多氯联苯、邻苯二甲酸酯或双酚A；

[0020] 所述碳基金属单原子复合材料与有机物污染废水的质量比为1：(500～2000)。

[0021] 本发明提供了一种碳基金属单原子复合材料的制备方法，包括以下步骤：将咖啡渣和可溶性金属盐混合，进行金属负载，得到复合材料前驱体；所述可溶性金属盐以可溶性
金属盐水溶液的形式使用；将所述复合材料前驱体进行厌氧热解，得到所述碳基金属单原
子复合材料。

[0022] 本发明以废弃物咖啡渣为原料，由于咖啡渣比表面积大、表面富含多种官能团，在浸泡可溶性金属盐后，金属盐通过共价作用与咖啡渣中的含氮和含硫非金属基团螯合；在
厌氧热解过程中，咖啡渣的主体部分会热解为生物质碳成为碳基底，金属盐会生成以N和S
配位的单原子形式负载于所述碳基底上；金属以单原子形式负载在碳基底上，极大地增加
了金属原子与周围配位原子(氮、硫)的配位不饱和度和原子利用率，从而提高了碳基金属
单原子复合材料的催化活性和循环稳定性能。同时，本发明的制备方法以咖啡渣为原料，既
可降低单原子材料的制造成本，又有利于单原子材料的工业化生产和大规模应用，还能充
分利用废弃物，实现废弃物的资源化利用。另外，本发明的制备方法简单、原料廉价易得、环
境友好、制备过程无污染排放、不需要大量能源消耗、具有很高的实际应用价值。

[0023] 本发明提供了上述技术方案所述制备方法制得的碳基金属单原子复合材料，所述碳基金属单原子复合材料中，金属以单原子形式负载于碳基底上；其中氮、硫配位的金属单
原子为活性位点，可以高效氧化降解污水中的有机物。

[0024] 本发明提供了上述技术方案所述碳基金属单原子复合材料在处理有机物污染废水中的应用，所述碳基金属单原子复合材料具有高效的单过硫酸盐活化能力，可作为环境
修复材料应用于有机物污染废水的修复中，处理方法简单易行，单过硫酸盐利用率高，无二
次污染，为单原子材料在环境领域的广泛应用奠定了基础。

附图说明

[0025] 图1为实施例1制备的碳基钴单原子复合材料的XRD图；

[0026] 图2为实施例1制备的碳基钴单原子复合材料的HAADF‑STEM图；

[0027] 图3为实施例1制备的碳基钴单原子复合材料的钴K边X射线吸收谱图、准径向分布函数图和配位结构拟合结果；

[0028] 图4为实施例1制备的碳基钴单原子复合材料和标准硫化钴、半胱氨酸的硫K边X射线吸收谱图；

[0029] 图5为实施例1制备的碳基钴单原子复合材料活化单过硫酸盐降解多氯联苯效果图；

[0030] 图6为应用例1中实验组电子顺磁共振图；

[0031] 图7为应用例1中实验组降解产物的气相色谱图；

[0032] 图8为实施例1制备的碳基钴单原子复合材料活化单过硫酸盐降解2,4,4‑三氯联苯循环稳定性曲线图；

[0033] 图9为实施例1制备的碳基钴单原子复合材料活化单过硫酸盐降解邻苯二甲酸二乙酯效果图；

[0034] 图10为实施例1制备的碳基钴单原子复合材料活化单过硫酸盐降解双酚A效果图；

[0035] 图11为对比例3所得复合材料的HR‑TEM图。

具体实施方式

[0036] 本发明提供了一种碳基金属单原子复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0037] 将咖啡渣和可溶性金属盐混合，进行金属负载，得到复合材料前驱体；所述可溶性金属盐以可溶性金属盐水溶液的形式使用；

[0038] 将所述复合材料前驱体进行厌氧热解，得到所述碳基金属单原子复合材料。

[0039] 在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。

[0040] 本发明将咖啡渣和可溶性金属盐混合，进行金属负载，得到复合材料前驱体。

[0041] 在本发明中，所述咖啡渣的粒径优选≤100目；本发明对所述咖啡渣的来源不做具体限定，具体优选为家用咖啡机滤渣或商业咖啡厅咖啡渣废弃物。在本发明中，所述咖啡渣
与可溶性金属盐混合前，优选进行预处理；所述预处理优选包括以下步骤：将咖啡渣原料依
次清洗、过滤、烘干和研磨；所述清洗用试剂优选为水，所述咖啡渣原料与水的体积比优选
为1：(10～100)，进一步优选为1：50，所述清洗的方式优选为振荡，所述振荡的时间优选为
1h；本发明对所述过滤的方式不做具体限定，只要能够使液体与固体分离即可；所述烘干的
温度优选为60～80℃，时间优选为6～24h，所述烘干优选在鼓风干燥箱中进行；本发明对所
述研磨的参数不做具体限定，只要能够使研磨后的物料能够通过100目筛即可。

[0042] 在本发明中，所述咖啡渣与可溶性金属盐的用量比优选为1g：0.02～0.1mmol，进一步优选为1g：0.03～0.08mmol，更优选为1g：0.04～0.06mmol；所述可溶性金属盐优选为
钴、镍、铁、锰和镉的氯化盐或者硝酸盐中的任意一种；所述可溶性金属盐以可溶性金属盐
水溶液的形式使用；所述可溶性金属盐水溶液的浓度优选为2～5mmol/L。

[0043] 在本发明中，所述金属负载的温度优选为室温，即既不需要额外加热也不需要额外降温，时间优选为4～24h；所述金属负载优选在振荡的条件下进行，所述振荡的速率优选
为100～300rpm，进一步优选为200rpm。

[0044] 金属负载结束后，本发明优选包括将反应料液固液分离，所得固体进行干燥。在本发明中，所述固液分离的方式优选为抽滤；所述干燥的温度优选为80℃，时间优选为12h；所
述干燥优选在鼓风干燥箱中进行。

[0045] 在本发明中，以干基计，所述复合材料前驱体中，金属元素的质量优选为咖啡渣质量的0.1～0.5％，进一步优选为0.2～0.3％。

[0046] 在本发明中，金属元素在复合材料前驱体中含量过高会导致部分金属元素聚集成纳米颗粒，影响原子利用率；金属元素含量过低虽然不影响单原子材料的形成，但是过低的
负载量会降低复合材料的催化活性。

[0047] 得到复合材料前驱体后，本发明将所述复合材料前驱体进行厌氧热解，得到所述碳基金属单原子复合材料。

[0048] 在本发明中，所述厌氧热解的温度优选为300～900℃，升温至所述厌氧热解的温度的速率优选为1～10℃/min，进一步优选为1～5℃/min，更优选为1～3℃/min；当所述水
溶性金属盐为钴或锰时，所述厌氧热解的温度优选为400～600℃；当所述水溶性金属盐为
镍、铁或镉时，所述厌氧热解的温度优选为600～800℃；所述厌氧热解的时间优选为2～6h，
进一步优选为3～5h，更优选为3.5～4.5h。在本发明中，所述厌氧热解的保护气体优选为氮
气或氨气，保护气体的流速优选为20～60mL/min，进一步优选为30～50mL/min，更优选为35
～45mL/min。在本发明中，所述厌氧热解优选在管式炉中进行。

[0049] 在本发明中，由于咖啡渣本身比表面积很大，表面富含多种官能团，且可溶性金属盐水溶液浓度较低，导致可溶性金属盐在浸泡过的咖啡渣表面分散程度较高，同时，可溶性
金属盐通过共价作用与咖啡渣中的含氮和含硫非金属基团螯合；在厌氧热解过程中，咖啡
渣的主体部分会热解为生物质碳成为碳基底，金属会生成以N和S配位的单原子形式负载于
所述碳基底上，形成碳基金属单原子复合材料。碳基金属单原子复合材料中的金属以单原
子形式负载，极大的增加了金属原子与周围配位原子(氮、硫)的配位不饱和度和原子利用
率，从而提高了碳基金属单原子复合材料的催化活性和循环稳定性能。

[0050] 本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的碳基金属单原子复合材料，所述碳基金属单原子复合材料包括碳基底和金属单原子，所述金属单原子以金属‑氮和/或
金属‑硫形式键合在所述碳基底上。在本发明中，所述金属单原子的质量优选为碳基底质量
的0.3～2.5％。

[0051] 本发明还提供了上述技术方案所述的碳基金属单原子复合材料在处理有机物污染废水中的应用，包括以下步骤：

[0052] 将所述碳基金属单原子复合材料和单过硫酸盐加入到有机物污染废水中，进行降解。

[0053] 在本发明中，所述有机物污染废水中有机物优选为多氯联苯(PCB)、邻苯二甲酸酯或双酚A(BPA)；在本发明的实施例中，所述多氯联苯具体为2,4,4‑三氯联苯(PCB28)；所述
邻苯二甲酸酯具体为邻苯二甲酸二乙酯(DEP)；所述单过硫酸盐优选为单过硫酸钠。

[0054] 在本发明中，所述碳基金属单原子复合材料与有机物污染物废水的质量比优选为1：(500～2000)；所述单过硫酸盐与有机污染废水的用量比优选为0.5～2mmol：1L；本发明
对所述有机物污染废水中有机物的浓度不做具体限定，根据实际需要处理的废水即可。

[0055] 在本发明中，所述降解优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速优选为100～300rpm，进一步优选为200rpm；所述降解的时间优选为0.1～4h。

[0056] 在本发明中，所述碳基金属单原子复合材料中，与氮和硫结合的金属单原子可作为活性位点，活化单过硫酸盐产生硫酸根自由基、羟基自由基活性物质，能够用于降解环境
中的有机污染物。

[0057] 下面结合实施例对本发明提供的碳基金属单原子复合材料及其制备方法与应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

[0058] 实施例1

[0059] 本实施例中咖啡渣原料来源为家用咖啡机滤渣；将获得的咖啡渣原料使用50倍体积的水清洗后抽滤，将滤渣于80℃条件下在鼓风干燥箱中干燥8h。使用小型粉碎机将干燥
后的咖啡渣粉碎，直至粉碎所得生物质颗粒能过100目筛，筛下物为咖啡渣；

[0060] 将咖啡渣浸渍于浓度为3.6mmol/L的硝酸钴水溶液中，咖啡渣与硝酸钴水溶液的质量比为1：15，室温下振荡24h，振荡速度为200rpm；将混合体系抽滤，滤渣置于80℃条件下
在鼓风干燥箱中干燥12h，得到复合材料前驱体备用。

[0061] 根据《土壤和沉积物金属元素总量的消解微波消解法(HJ832‑2017)》和《水质钴的测定火焰原子吸收分光光度法(HJ957‑2018)》对复合材料前驱体中的钴含量进行测定，结
果显示，钴含量为2.20mg/g。

[0062] 称取复合材料前驱体3g置于陶瓷坩埚中，将陶瓷坩埚置于管式炉中段，在通氮气保护条件下(氮气的流速为30mL/min)，自室温以升温速率2℃/min升温至500℃，进行厌氧
热解4h。待厌氧热解结束，将所得产物降至室温后，停止通入氮气，所得黑色粉末(约1.0g)，
即为碳基钴单原子复合材料。

[0063] 结构表征与性能测试

[0064] 1)对实施例1制备的碳基钴单原子复合材料进行XRD表征，结果如图1所示，由图1可知：XRD曲线中没有明显的尖锐峰出现，在25°附近平缓的峰为石墨碳的特征峰，说明碳基
钴单原子复合材料的主体为石墨碳，钴并没有形成氧化物等晶体结构。

[0065] 2)采用高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF‑STEM)对实施例1制备的碳基钴单原子复合材料进行表征，结果如图2所示；由图2可知：钴在碳基底中以单原子形式存在。

[0066] 3)基于同步辐射的硬X射线吸收谱对实施例1制备的碳基钴单原子复合材料进行表征，结果如图3所示，其中，a图为X射线吸收近边精细结构，b图为a图中数据经傅里叶变换
后得到的准径向分布函数，c图为钴原子局域结构配位信息拟合结果，由图3可以看出，钴在
碳材料中以单原子形式存在，主要配位的原子为氮和硫。

[0067] 4)基于同步辐射的中能X射线吸收谱对实施例1制备的碳基钴单原子复合材料进行表征，结果如图4所示，由图4可知，碳材料中S主要是与Co和C结合，进一步证实了单原子
材料中Co与S的结合。

[0068] 5)向实施例1制备的碳基钴单原子复合材料加入100倍质量的浓度为1mol/L的硫酸，振荡4h后测定上清液中钴的溶出，溶出率为0.42％，证明钴主要是以稳定的单原子形式
存在，几乎没有钴单质或氧化物的纳米颗粒。

[0069] 应用例1

[0070] 实验组：向离心管中加入浓度为2ppm的2,4,4‑三氯联苯(PCB28)溶液9.6mL，加入磷酸缓冲液使体系pH保持在6，然后向其中加入实施例1制备的碳基钴单原子复合材料10mg
和浓度为50mmol/L的单过硫酸钠溶液0.4mL(即碳基钴单原子材料与有机废水的质量比为
1：1000)；将离心管置于摇床，在25℃下保持200rpm的振荡速度。分别于10min，20min，
30min，60min和120min时取样检测PCB28的浓度。

[0071] 设置对照组一：与实验组区别为不加入单过硫酸钠。

[0072] 设置对照组二：与实验组区别为不加入碳基钴单原子复合材料；

[0073] 1)将实验组与对照组在反应后PCB28的浓度数据进行比较，结果如图5所示，由图5可知，在反应10min后，实验组中PCB28已经被降解70％以上，大约60min后达到平衡，最终降
解率为90％，而对照组一和二中PCB的浓度并没有明显的变化，证明单纯的单过硫酸盐和碳
基钴单原子复合材料并不能降解PCB28。

[0074] 2)将实验组体系进行电子顺磁共振(EPR)检测，捕获剂为TEMP，结果如图6所示，图1
中三个几乎等高的峰为单线态氧(O2)的特征峰，证明单过硫酸盐在实施例1制备的碳基钴
单原子材料活化下产生了大量的硫酸根自由基，进而氧化PCB28的降解。

[0075] 3)利用气相色谱(GC‑MS)分析实验组体系中的PCB28降解产物，结果如图7所示，以氧化开一个苯环的苯系物和和开两个苯环的草酸为主，证明PCB28的矿化率很高，且不产生
高毒性的降解产物。

[0076] 4)将实施例1中实验组反应后的溶液静置沉淀后吸去上清，再次加入9.6mL浓度为2ppm的PCB28溶液和浓度为50mmol/L的单过硫酸钠溶液0.4mL，按照上述实验条件再次进行
反应，验证实施例1制备的碳基钴单原子复合材料的循环稳定性，重复三次，结果如图8所
示。由图8可知，在三次使用后，实施例1制备的碳基钴单原子复合材料对PCB28的降解率依
然在80％以上，体现了良好的循环稳定性。

[0077] 由实施例1和应用例1可知，本发明所述制备方法成功制备出了碳基钴单原子复合材料，且该复合材料具有很好的活化单过硫酸盐降解有机污染物的能力，在60min内即可活
化单过硫酸盐降解PCB28，降解率达到90％以上，同时该复合材料还具有优异的循环稳定
性，在重复使用3次后仍然有80％以上的降解率。

[0078] 应用例2

[0079] 与应用例1相同的实验方式，区别在于有机物污染物为30ppm的DEP。

[0080] 降解率如图9所示，可知实验组中DEP在30min的降解率就达到95％以上，60min就已经完全降解。

[0081] 应用例3

[0082] 与应用例1相同的实验方式，区别在于有机物污染物为30ppm的BPA。

[0083] 降解率如图10所示，可知实验组中BPA在5min的降解率就达到95％以上，20min内就已经完全降解。

[0084] 实施例2

[0085] 本实施例中的咖啡渣来自商业咖啡馆瑞幸的废弃物。与实施例1相同的制备方式，区别在于可溶性金属盐为铁盐，厌氧热解的温度为700℃。制备的碳基铁单原子材料中铁的
含量为2.92mg/g。

[0086] 性能测试

[0087] 向实施例2制备的碳基铁单原子复合材料加入100倍质量的浓度为1mol/L的硫酸，振荡4h后测定上清液中铁的溶出，溶出率小于0.1％，证明铁主要是以稳定的单原子形式存
在，几乎没有铁单质或氧化物的纳米颗粒。

[0088] 实施例3

[0089] 本实施例中的咖啡渣来自商业咖啡馆瑞幸的废弃物。与实施例1相同的制备方式，区别在于可溶性金属盐为锰盐，厌氧热解的温度为500℃。制备的碳基锰单原子复合材料中
锰的含量为1.83mg/g。

[0090] 性能测试

[0091] 向实施例3制备的碳基锰单原子复合材料加入100倍质量的浓度为1mol/L的硫酸，振荡4h后测定上清液中锰的溶出，溶出率为小于0.1％，证明锰主要是以稳定的单原子形式
存在，几乎没有锰单质或氧化物的纳米颗粒。

[0092] 实施例4

[0093] 本实施例中的咖啡渣来自商业咖啡馆瑞幸的废弃物。与实施例1相同的制备方式，区别在于可溶性金属盐为镍盐，厌氧热解的温度为700℃。制备的碳基镍单原子复合材料中
镍的含量为1.92mg/g。

[0094] 性能测试

[0095] 向实施例4制备的碳基镍单原子复合材料加入100倍质量的浓度为1mol/L的硫酸，振荡4h后测定上清液中镍的溶出，溶出率为0.89％，证明镍主要是以稳定的单原子形式存
在，几乎没有镍单质或氧化物的纳米颗粒。

[0096] 实施例5

[0097] 本实施例中的咖啡渣来自商业咖啡馆瑞幸的废弃物。与实施例1相同的制备方式，区别在于可溶性金属盐为镉盐，厌氧热解的温度为700℃。制备的碳基镉单原子复合材料中
镉的含量为0.67mg/g。

[0098] 性能测试

[0099] 向实施例5制备的碳基镉单原子复合材料加入100倍质量的浓度为1mol/L的硫酸，振荡4h后测定上清液中镉的溶出，溶出率小于0.1％，证明镉主要是以稳定的单原子形式存
在，几乎没有镉单质或氧化物的纳米颗粒。

[0100] 对比例1

[0101] 与实施例1的区别在于，将咖啡渣替换为水稻秸秆。

[0102] 对比例2

[0103] 与实施例1的区别在于，咖啡渣未用硝酸钴水溶液浸泡。

[0104] 对比例3

[0105] 与实施例1的区别在于，所述硝酸钴的浓度为15mmol/L。

[0106] 图11为对比例3所得复合材料的HR‑TEM图，通过对比图2和图11可以看出：钴发生了明显的团聚，在碳基底上主要纳米颗粒的形式存在。

[0107] 对比例4

[0108] 与实施例1的区别在于，所述厌氧热解的温度为1000℃。

[0109] 采用应用例1中的方法，测试实施例2～5及对比例1～2或4所得碳基金属单原子复合材料的催化性能，结果如表1所示。

[0110] 表1实施例1及对比例1～4所得复合材料的催化性能结果

[0111]

[0112] 从表1可以看出：不同来源的生物质在厌氧热解后产生的生物质炭与金属结合时配位基团不同，导致复合材料的催化活性差异。

[0113] 由以上实施例可知，本发明以常见的废弃物咖啡渣作为原料，通过浸泡可溶性金属盐后一步厌氧热解即可制备得到碳基金属单原子复合材料，该复合材料具有高效的活化
单过硫酸盐的能力，可作为环境修复材料应用于有机废水的修复中，降解效率高，可重复性
好。

[0114] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应
视为本发明的保护范围。