Tổng hợp nano composite tio2c ứng dụng làm vật liệu điện cực cho siêu nhiên tụ điện và khử mặn theo công nghệ điện dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Lê Nguyễn Thảo Trang TỔNG HỢP NANO COMPOSITE TiO2@C ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC CHO SIÊU TỤ ĐIỆN VÀ KHỬ MẶN THEO CÔNG NGHỆ ĐIỆN DUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Lê Nguyễn Thảo Trang TỔNG HỢP NANO COMPOSITE TiO2@C ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC CHO SIÊU TỤ ĐIỆN VÀ KHỬ MẶN THEO CÔNG NGHỆ ĐIỆN DUNG Chun ngành : Hố Vơ Mã số : 8440113 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THỊ THU TRANG TS HUỲNH LÊ THANH NGUYÊN Thành phố Hồ Chí Minh – 2022 LỜI CAM ĐOAN Cam kết kết học viên cao học Lê Nguyễn Thảo Trang, thuộc đề tài nghiên cứu “Tổng hợp nano composite TiO2@C ứng dụng làm vật liệu điện cực cho siêu tụ điện khử mặn theo công nghệ điện dung” Luận văn thực hướng dẫn TS Nguyễn Thị Thu Trang, TS Huỳnh Lê Thanh Nguyên số liệu luận văn trung thực LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Thị Thu Trang TS Huỳnh Lê Thanh Nguyên hướng dẫn tơi tận tình q trình nghiên cứu thực luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn Thầy Cơ Khoa Hố học - Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh, Thầy Cơ khoa Hố học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho tơi nghiên cứu học tập trao đổi hai trường suốt q trình thực hồn thành kế hoạch nghiên cứu Tôi trân trọng cảm ơn anh chị, bạn sinh viên Phùng Lê Bằng, Huỳnh Tuấn Kiệt, Hoàng Minh Nhật, Nguyễn Thị Như Quỳnh, Phạm Ngọc Ngun, Nguyễn Thị Kim Ngân phịng thí nghiệm Hóa lý Ứng dụng – Bộ mơn Hóa Lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh yêu thương, giúp đỡ tơi tận tình, đóng góp cho tơi ý kiến quý báu suốt thời gian học tập nghiên cứu hồn thiện luận văn Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn tất người thân gia đình hỗ trợ, ủng hộ tơi trình học tập thực nghiên cứu Mặc dù cố gắng hoàn thành đề tài nhiên luận văn khơng thể tránh thiếu sót, kính mong nhận góp ý q Thầy Cơ, xin chân thành cảm ơn MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục kí hiệu từ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình ảnh MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Siêu tụ điện hóa 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Cấu tạo siêu tụ điện 1.1.3 Phân loại siêu tụ điện hóa 1.1.4 Một số đặc trưng siêu tụ điện 1.1.5 So sánh siêu tụ điện với thiết bị lưu trữ lượng khác 10 1.2 Công nghệ khử ion điện dung (CDI) 11 1.2.1 Nguyên lý hoạt động 11 1.2.2 Ưu điểm công nghệ CDI 12 1.2.3 Phân loại CDI 13 1.2.4 Các phương pháp vận hành thử nghiệm CDI 16 1.2.5 Các tiêu chí đánh giá hệ CDI 19 1.3 Điện cực siêu tụ điện công nghệ CDI 20 1.3.1 Một số yêu cầu điện cực siêu tụ điện công nghệ CDI 20 1.3.2 Giới thiệu số vật liệu điện cực cho siêu tụ điện công nghệ khử ion điện dung 21 1.4 Một số phương pháp tổng hợp vật liệu composite TiO2 - carbon 29 1.4.1 Phương pháp thuỷ nhiệt (hydrothermal method) 29 1.4.2 Phương pháp dung môi nhiệt (solvothermal method) 30 1.4.3 Phương pháp sol – gel 31 1.5 Vật liệu TiO2 33 1.5.1 Cấu trúc tinh thể TiO2 33 1.5.2 Các đặc điểm phù hợp TiO2 phù hợp làm điện cực tụ điện công nghệ CDI 35 1.6 Nghiên cứu nước giới CDI vật liệu TiO2 ứng dụng công nghệ CDI 36 1.6.1 Nghiên cứu giới 36 1.6.2 Nghiên cứu nước 38 Chương THỰC NGHIỆM 40 2.1 Hoá chất thiết bị 40 2.1.1 Hoá chất 40 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 40 2.2 Quy trình thực nghiệm 41 2.2.1 Tổng hợp vật liệu nano composite TiO2@CNTs 41 2.2.2 Quy trình phối trộn vật liệu tạo màng điện cực 42 2.3 Một số phương pháp nghiên cứu vật liệu 42 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction) 42 2.3.2 Phương pháp quang phổ Raman (Raman spectroscopy) 43 2.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 43 2.3.4 Phương pháp phân tích nhiệt (TGA – DSC) 44 2.3.5 Phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 44 2.3.6 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ – giải hấp phụ N2 (BET) 45 2.3.7 Phương pháp quét vịng tuần hồn (Cyclic voltammetry) 45 2.3.8 Phương pháp đo phổ tổng trở điện hoá (EIS) 46 2.3.9 Phương pháp đo phóng/sạc cố định (Charge - discharge cycling) 46 2.3.10 Phương pháp dòng-thời gian (CA- chonoamperometry) 47 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 3.1 Hình thái cấu trúc vật liệu 49 3.1.1 Nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction) 49 3.1.2 Quang phổ Raman 51 3.1.3 Đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 (BET) 53 3.1.4 Hiển vi điện tử quét (SEM) 54 3.1.5 Phổ tán xạ lượng EDX 56 3.1.6 Phân tích nhiệt (TGA – DSC) 57 3.2 Tính chất điện hố vật liệu 58 3.2.1 Phổ tổng trở điện hoá (EIS) 58 3.2.2 Quét vịng tuần hồn 59 3.2.3 Đo/phóng sạc cố định 63 3.3 Khảo sát khả hấp phụ muối 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT AB Acetylene Black AC Activated carbon (carbon hoạt tính) BET Brunauer – Emmett – Teller BSE Backscattered electrons, điện tử tán xạ ngược CDC Charge – Discharge (phóng/nạp) CDI Capacitive deionization CE Counter electrode (Điện cực đối) CNTs Carbon nanotubes (Ống nano carbon) CV Cyclic voltammery (Qt vịng tuần hồn) EDLCs Electrode double layer capacitors, tụ điện lớp kép EDX Energy-dispersive X-ray, tán xạ lượng tia X EIS Electrochemical Impedance Spectroscopy (phổ tổng trợ điện hoá) FE-SEM Field emission scanning electron microscopy (Kính hiển vi điện tử quét phân giải cao) HCs Hybrid Supercapacitor LIB Lithium battery (pin Lithium) MWCNTs Multi-walled nano carbontubes (Ống nano carbon đa tường) NMP N-methylpyrrolidine PC Propylene carbonate PVDF Poly (vinylidene flouride) PTFE Polytetrafluoroethylene SC Supercapacitor (siêu tụ điện) SE Secondary electrons (điện tử thứ cấp) SWCNTs Single – walled carbon nanotubes (Ống nano carbon đơn tường) TGA Thermogravimetric analysis (phân tích nhiệt) XRD X-Ray diffraction – XRD, nhiễu xạ tia X DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số đặc tính SWCNTs MWCNTs 25 Bảng 1.2 Một số tính chất đặc trưng pha anatase, rutile, brookite vật liệu TiO2 34 Bảng 2.1 Nguyên liệu hoá chất 40 Bảng 2.2 Thiết bị sử dụng 40 Bảng 2.3 Tỷ lệ khối lượng TiO2 CNTs mẫu tổng hợp 42 Bảng 3.1 Thơng số mạng tinh thể kích thước tinh thể trung bình vật liệu TiO2 TiO2@CNTs 51 Bảng 3.2 Tính chất bề mặt TiO2@CNTs mẫu TiO2@CNTs 54 Bảng 3.3 Kết phân tích EDX thành phần nguyên tố mẫu vật liệu 56 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu tạo siêu tụ điện hóa Hình 1.2 Sơ đồ phân loại tụ điện hoá dựa vật liệu điện cực chế tích điện Hình 1.3 Cơ chế tích trữ điện EDLC Hình 1.4 Cơ chế tích trữ điện tụ điện giả Hình 1.5 Biểu đồ Ragone so sánh giá trị lượng siêu tụ điện với pin nhiên liệu, pin, tụ điện 11 Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động/ điện hấp phụ (A) giải hấp ion/tái sinh điện cực (B) CDI 12 Hình 1.7 Cơ chế khử muối: (a) CDI thông thường, (b) CDI lai (c) CDI Faraday Sự khử muối i-CDI: (d) Tái sinh, (e) Hấp phụ, (f) Biểu diễn giản đồ hai tế bào MCDI 15 Hình 1.8 Sơ đồ hai phương pháp đo cho thí nghiệm CDI 18 Hình 1.9 Carbon nano ống đơn tường (SWCNTs) đa tường (MWCNTs) 25 Hình 1.10 CNTs đơn tường (SWCNTs) CNTs đa tường (MWCNTs) 26 Hình 1.11 Sơ đồ vật liệu carbon-kim loại sử dụng hệ CDI: hợp chất kim loại (oxide kim loại hợp chất IHCs) 28 Hình 1.12 Góc tiếp xúc với nước CNTs; (b) góc tiếp xúc với nước TiO2/CNTs tổng hợp phương pháp dung mơi nhiệt 31 Hình 1.13 Ba dạng thù hình phổ biến TiO2: (a) anatase, (b) brookite, (c) rutile 34 Hình 1.14 Số lượng báo công bố composite Carbon – TMOs cho công nghệ khử mặn CDI 35 Hình 1.15 Số lượng cơng bố sáng chế nghiên cứu ứng dụng công nghệ CDI xử lý nước theo thời gian từ năm 1995 – 2018 37 Hình 1.16 a) Tế bào CDI b) Mơ hình đo dung lượng hấp phụ muối 47 Hình 2.1 Quy trình tổng hợp TiO2@CNTs 41 Hình 2.2 Quy trình chế tạo màng điện cực TiO2@CNTs 42 65 khoảng từ 45 F.g-1 đến 58 F.g-1 Mẫu T1 với hàm lượng CNTs cao đạt đến điện dung 73 F.g-1, nhiên giá trị xuất chu kì nhỏ Khi lên đến chu kì lớn hơn, điện dung mẫu T1 có dấu sụt giảm Ở chu kì 1000, điện dung mẫu T1 đạt giá trị 58 F.g-1, giảm 20% so với điện dung cao mẫu đạt 100 T0 T0.1 T0.5 T1 90 Capacitance (F/g) 80 70 60 50 40 30 20 10 100 500 1000 Cycles Hình 3.16 Độ bền phóng nạp điện cực TiO2 với mật độ dòng điện A/g mẫu T0; T0.1; T0.5; T1 3.3 Khảo sát khả hấp phụ muối Sau tiến hành khảo sát tính chất điện hố vật liệu tổng hợp, nhận thấy mẫu T1 có tính chất cấu trúc điện hoá phù hợp Tiến hành lắp đặt mẫu T1 vào stack CDI để thực khảo sát khả khử mặn vật liệu theo mơ hình mơ tả hình 3.17 Hệ thống khảo sát khả hấp phụ muối điện cực bao gồm tế bào CDI hệ bao gồm cặp điện cực T1/T1 đối xứng (kích thước cm × cm, độ dày 150 μm) ngăn cách miếng đệm 66 polyamide có độ dày 200 μm Dung dịch cấp NaCl (200 ppm 1000 ppm) chảy tuần hồn với tốc độ dịng 10 mL,phút-1 [82] Hình 3.17 Mơ hình hệ thống khảo sát khả hấp phụ muối điện cực Hình 3.18 mơ tả thay đổi nồng độ dung dịch NaCl theo thời gian (60 phút) vùng V, 1,2 V, 1,4 V, 1,6 V Nhìn chung, tất vùng thế, 10 phút đầu nồng độ NaCl 200 pm giảm mạnh xuống 160 ppm (giảm khoảng 20%) cho thấy T1 vật liệu có khả khử mặn tốt Trong khoảng thời gian từ phút thứ 10 đến phút 60, vật liệu T1 giảm dần tốc độ khử mặn, nồng độ NaCl hệ giảm nhẹ Bên cạnh đó, vật liệu hoạt động tốt vùng 1,4V nồng độ cuối dung dịch NaCl giảm 45% so với nồng độ ban đầu, cao gấp 1,6 lần so với T1 hoạt động 1V điều kiện Dung lượng muối hấp phụ SAC hiệu suất sạc mẫu T1 vùng 1V, 1,2V, 1,4V, 1,6V mô tả biểu đồ 3.19 Nhìn chung, dung lượng hấp phụ muối mẫu vật liệu T1 tương đối tốt Điều chứng minh việc thêm kết hợp TiO2 CNTs hoàn toàn phù hợp ứng dụng công nghệ CDI Ở điều kiện khác nhau, hiệu suất sạc T1 lớn 70% tương ứng với dung lượng hấp phụ muối đạt 10 mg.g-1 Ở 1V, T1 hoạt động điểm thế, SAC đạt tối đa 12mg.g-1 với hiệu suất sạc 71% Kết SAC biểu đồ trùng khớp với kết biểu đồ nồng độ NaCl/ thời gian T1 hoạt động tốt 1,4V, dung lượng hấp phụ cực đại mà T1 thực lến đến 17,5 mg.g-1, lớn tất thí nghiệm khác Bên cạnh đó, hiệu suất sạc T1 1,4V lớn, điểm thí nghiệm mà T1 có 67 hiệu suất sạc 90% Khi đến 1,6V, SAC hiệu suất sạc T1 lại không tăng theo dự đoán mà lại giảm xuống đột ngột, điều có thẻ điểm xảy trình điện phân nước, gây cản trợ trình khử mặn vật liệu điện cực 200 1.0 V 1.2 V 1.4 V 1.6 V Concentration (ppm) 180 160 140 120 100 10 20 30 40 50 60 Time (min) Hình 3.18 Nồng độ dung dịch nước cấp NaCl 200pm thay đổi theo thời gian 25 100 20 80 15 60 10 40 20 Charge efficiency (%) SAC (mg/g) thực khử mặn với điện cực T1 1V, 1,2V, 1,4V, 1,6V 1.0 1.2 1.4 1.6 Potential Applied (V) Hình 3.19 Dung lượng muối hấp phụ (SAC) hiệu suất sạc (Charge efficiency) T1 hoạt động V, 1,2 V, 1,4 V và, 1,6 V Biểu đồ CDI Ragone mô tả hình 3.20 Biểu đồ mơ tả mối quan hệ dung lượng hấp phụ muối SAC tốc độ hấp phụ muối trung bình 68 ASAR, thường vẽ để đánh giá hiệu suất khử muối tổng thể điện cực CDI Như kết hình, T1 hoạt động 1,4V có SAC cao ASAR nhanh nhất, biểu việc đường cong SAC/ASAR 1V cao góc phải giản đồ Ở thời điểm ban đầu 1,4V, tốc độ hấp phụ muối T1 lên đến khoảng mg.g-1.phút-1 Tốc độ hấp phụ muối T1 vùng xếp theo thứ tự giảm dần sau 1,4 V, 1,6 V, 1,2 V, V ASAR (mg/g.min) 10 1.0 V 1.2 V 1.4 V 1.6 V 0.1 SAC 10 Hình 3.20 Giản đồ CDI Ragone điện cực T1 200 ppm NaCl V, 1,2 V, 1,4 V và, 1,6 V 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong luận văn này, tiến hành tổng hợp thành công mẫu vật liệu TiO2 TiO2@CNTs với tỉ lệ 0,1%, 0,5%, 1,0% phương pháp solgel: + Vật liệu thu tương đối tinh khiết, kết tinh tốt, độ tinh thể hóa cao + Trong vùng - V, với tốc độ 5, 10, 20, 40, 60, 80, 100 mV.s-1, hình dạng đường cong CV gần hình chữ nhật, khơng thấy xuất đỉnh oxy hố khử cho thấy có xuất lớp điện dung kép (double layer capacitance) + Điện dung cao thu từ vật liệu TiO2@1%CNTs tốc độ 5mV.s-1 dung dịch Na2SO4 1M (218,6 F.g-1), cao gấp – lần so với giá trị điện dung số nghiên cứu vật liệu TiO2/ carbon [66], [70], [83] công bố + Khả phóng sạc điện cực mẫu CNTs hàm lượng nhỏ tương đối ổn định theo tăng lên chu kỳ, trì khoảng 45 F.g-1 đến 58 F.g-1 Điện dung đạt cao q trình phóng sạc 73 F.g-1 chu kì 100 vật liệu T1 + Ở 1,4V, dung lượng hấp phụ cực đại mà T1 đạt 17,5 mg.g-1 với hiệu suất sạc cao 90%, cao giá trị công bố nghiên cứu [70], [84] + Khi thêm CNTs vào vật liệu TiO2, tính chất điện hố vật liệu cải thiện, tăng khả hấp phụ ion, phù hợp sử dụng làm điện cực công nghệ CDI Kiến nghị Từ kết luận văn này, để hoàn thiện phương pháp điều chế khảo sát nhiều điều kiện tổng hợp tính chất điện hóa vật liệu, chúng tơi kiến nghị hướng nghiên cứu phát triển đề tài theo nội dung sau: - Nghiên cứu tổng hợp vật liệu TiO2@C với tỉ lệ loại carbon phương pháp khác so sánh cấu trúc, hình thái tính chất điện hóa mẫu ứng với điều kiện khác - Khảo sát tính chất điện hóa vật liệu hệ điện giải khác - Phát triển thiết bị siêu tụ điện hố hồn chỉnh sở vật liệu TiO2@CNTs 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] B nông nghiệp phát triển nông Thôn, “Báo cáo tổng hợp tình hình hạn hán, xâm nhập mặn khu vực miền Nam 2019 - 2020,” 2020 [2] Sở khoa học cơng nghệ thành phố Hồ Chí Minh, H Q Đỗ, and A T Nguyễn, “Báo cáo phân tích xu hướng công nghệ: Xu hướng ứng dụng công nghệ lọc nước siêu hấp thu (CDI) xử lý nước đa ô nhiễm, nhiễm mặn cho nước uống, sinh hoạt sản xuất,” Hồ Chí Minh, 2019 [3] M A Ahmed and S Tewari, “Capacitive deionization: Processes, materials and state of the technology,” J Electroanal Chem., vol 813, pp 178–192, Mar 2018, doi: 10.1016/j.jelechem.2018.02.024 [4] M Winter and R J Brodd, “What are batteries, fuel cells, and supercapacitors?,” Chem Rev., vol 104, no 10, pp 4245–4269, 2004, doi: 10.1021/cr020730k [5] Z Song, J Hou, H Hofmann, J Li, and M Ouyang, “Sliding-mode and Lyapunov function-based control for battery/supercapacitor hybrid energy storage system used in electric vehicles,” Energy, vol 122, pp 601–612, 2017, doi: 10.1016/j.energy.2017.01.098 [6] A K Samantara and S Ratha, Materials Development for Active/Passive Components of a Supercapacitor: Background, Present Status and Future Perspective 2017 [7] A M Johnson and J Newman, “Desalting by Means of Porous Carbon Electrodes,” J Electrochem Soc., vol 118, no 3, p 510, 1971, doi: 10.1149/1.2408094 [8] L Zhou, C Li, X Liu, Y Zhu, Y Wu, and T van Ree, “Metal oxides in supercapacitors,” in Metal Oxides in Energy Technologies, Elsevier, 2018, pp 169–203 [9] C Lei, P Wilson, and C Lekakou, “Effect of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) in carbon-based composite electrodes for electrochemical supercapacitors,” J Power Sources, vol 196, no 18, pp 7823–7827, Sep 2011, doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.03.070 71 [10] B E Conway and W G Pell, “Double-layer and pseudocapacitance types of electrochemical capacitors and their applications to the development of hybrid devices,” J Solid State Electrochem., vol 7, no 9, pp 637–644, Sep 2003, doi: 10.1007/s10008-003-0395-7 [11] G Yu, X Xie, L Pan, Z Bao, and Y Cui, “Hybrid nanostructured materials for high-performance electrochemical capacitors,” Nano Energy, vol 2, no 2, pp 213–234, Mar 2013, doi: 10.1016/j.nanoen.2012.10.006 [12] S Kulandaivalu and Y Sulaiman, “Recent Advances in Layer-by-Layer Assembled Conducting Polymer Based Composites for Supercapacitors,” Energies, vol 12, no 11, p 2107, Jun 2019, doi: 10.3390/en12112107 [13] D Cericola and R Kötz, “Hybridization of rechargeable batteries and electrochemical capacitors: Principles and limits,” Electrochim Acta, vol 72, pp 1–17, Jun 2012, doi: 10.1016/j.electacta.2012.03.151 [14] C Zhong, Y Deng, W Hu, J Qiao, L Zhang, and J Zhang, “A review of electrolyte materials and compositions for electrochemical supercapacitors,” Chem Soc Rev., vol 44, no 21, pp 7484–7539, 2015, doi: 10.1039/C5CS00303B [15] George Washington Murphy and U S O of S W University of Oklahoma, Electrochemical Demineralization of Water with Carbon Electrodes U.S Department of the Interior, 1965, 2009 [16] G W Murphy, “Electrosorb Process for Desalting Water,” U S Off Saline Water, Res Dev Progr Rep 516, no 516, 1970 [17] S Evans and W S Hamilton, “The Mechanism of Demineralization at Carbon Electrodes,” J Electrochem Soc., vol 113, no 12, p 1314, 1966, doi: 10.1149/1.2423813 [18] S Sen Gupta, M R Islam, and T Pradeep, “Capacitive Deionization (CDI): An Alternative Cost-Efficient Desalination Technique,” in Advances in Water Purification Techniques, Elsevier, 2019, pp 165–202 [19] C Tan, C He, J Fletcher, and T D Waite, “Energy recovery in pilot scale membrane CDI treatment of brackish waters,” Water Res., vol 168, p 115146, Jan 2020, doi: 10.1016/j.watres.2019.115146 72 [20] T T Nguyễn et al., “Xử lý nước lợ vùng xâm nhập mặn công nghệ khử điện dung,” Khoa học - Công nghệ Đổi sáng tạo, vol 12, pp 35–37, 2020 [21] R Zhao, S Porada, P M Biesheuvel, and A van der Wal, “Energy consumption in membrane capacitive deionization for different water recoveries and flow rates, and comparison with reverse osmosis,” Desalination, vol 330, pp 35–41, Dec 2013, doi: 10.1016/j.desal.2013.08.017 [22] M E Suss, S Porada, X Sun, P M Biesheuvel, J Yoon, and V Presser, “Water desalination via capacitive deionization: What is it and what can we expect from it?,” Energy Environ Sci., vol 8, no 8, pp 2296–2319, 2015, doi: 10.1039/c5ee00519a [23] Y Oren, “Capacitive deionization (CDI) for desalination and water treatment past, present and future (a review),” Desalination, vol 228, no 1–3, pp 10–29, 2008, doi: 10.1016/j.desal.2007.08.005 [24] B Jia and W Zhang, “Preparation and Application of Electrodes in Capacitive Deionization (CDI): a State-of-Art Review,” Nanoscale Res Lett., vol 11, no 1, pp 1–25, 2016, doi: 10.1186/s11671-016-1284-1 [25] K Tang, T Z X Hong, L You, and K Zhou, “Carbon–metal compound composite electrodes for capacitive deionization: synthesis, development and applications,” J Mater Chem A, vol 7, no 47, pp 26693–26743, 2019, doi: 10.1039/C9TA08663C [26] Y Cheng et al., “A review of modification of carbon electrode material in capacitive deionization,” RSC Adv., vol 9, no 42, pp 24401–24419, 2019, doi: 10.1039/C9RA04426D [27] W Tang et al., “Various cell architectures of capacitive deionization: Recent advances and future trends,” Water Res., vol 150, pp 225–251, 2019, doi: 10.1016/j.watres.2018.11.064 [28] B Han, G Cheng, Y Wang, and X Wang, “Structure and functionality design of novel carbon and faradaic electrode materials for high-performance capacitive deionization,” Chem Eng 10.1016/j.cej.2018.11.236 J., vol 360, pp 364–384, 2019, doi: 73 [29] S Ntakirutimana, W Tan, M A Anderson, and Y Wang, “Editors’ Choice— Review—Activated Carbon Electrode Design: Engineering Tradeoff with Respect to Capacitive Deionization Performance,” J Electrochem Soc., vol 167, no 14, p 143501, Nov 2020, doi: 10.1149/1945-7111/abbfd7 [30] J Lee, S Kim, C Kim, and J Yoon, “Hybrid capacitive deionization to enhance the desalination performance of capacitive techniques,” Energy Environ Sci., vol 7, no 11, pp 3683–3689, 2014, doi: 10.1039/C4EE02378A [31] S Wang et al., “Ion removal performance and enhanced cyclic stability of SnO2/CNT composite electrode in hybrid capacitive deionization,” Mater Today Commun., vol 23, p 100904, Jun 2020, doi: 10.1016/j.mtcomm.2020.100904 [32] S Porada, R Zhao, A Van Der Wal, V Presser, and P M Biesheuvel, “Review on the science and technology of water desalination by capacitive deionization,” Prog Mater Sci., vol 58, no 8, pp 1388–1442, 2013, doi: 10.1016/j.pmatsci.2013.03.005 [33] H A Maddah and M A Shihon, “Activated Carbon Cloth for Desalination of Brackish Water Using Capacitive Deionization,” in Desalination and Water Treatment, InTech, 2018 [34] A Ban, A Schafer, and H Wendt, “Fundamentals of electrosorption on activated carbon for wastewater treatment of industrial effluents,” J Appl Electrochem Vol., vol 28, pp 227–236, 1998 [35] E Ayranci and B E Conway, “Adsorption and Electrosorption of Ethyl Xanthate and Thiocyanate Anions at High-Area Carbon-Cloth Electrodes Studied by in Situ UV Spectroscopy: Development of Procedures for Wastewater Purification,” Anal Chem., vol 73, no 6, pp 1181–1189, Mar 2001, doi: 10.1021/ac000736e [36] M.-W Ryoo and G Seo, “Improvement in capacitive deionization function of activated carbon cloth by titania modification,” Water Res., vol 37, no 7, pp 1527–1534, Apr 2003, doi: 10.1016/S0043-1354(02)00531-6 [37] M.-W Ryoo, J.-H Kim, and G Seo, “Role of titania incorporated on activated carbon cloth for capacitive deionization of NaCl solution,” J Colloid Interface Sci., vol 264, no 2, pp 414–419, Aug 2003, doi: 10.1016/S0021-9797(03)003758 74 [38] Y Oren and A Soffer, “Water desalting by means of electrochemical parametric pumping,” J Appl Electrochem., vol 13, no 4, pp 473–487, Jul 1983, doi: 10.1007/BF00617522 [39] K Dai, L Shi, J Fang, D Zhang, and B Yu, “NaCl adsorption in multi-walled carbon nanotubes,” Mater Lett., vol 59, no 16, pp 1989–1992, Jul 2005, doi: 10.1016/j.matlet.2005.01.042 [40] Y Oren, “Capacitive deionization (CDI) for desalination and water treatment — past, present and future (a review),” Desalination, vol 228, no 1–3, pp 10–29, Aug 2008, doi: 10.1016/j.desal.2007.08.005 [41] D K Le, N Q Pham, and K A Le, “Capacitive deionization (CDI) for desalisation using carbon aerogel electrodes,” Sci Technol Dev J., vol 19, no 3, pp 155–164, Sep 2016, doi: 10.32508/stdj.v19i3.570 [42] C J Gabelich, T D Tran, and I H “Mel” Suffet, “Electrosorption of Inorganic Salts from Aqueous Solution Using Carbon Aerogels,” Environ Sci Technol., vol 36, no 13, pp 3010–3019, Jul 2002, doi: 10.1021/es0112745 [43] T D Tran, D Lenz, K Kinoshita, and M Droege, “Effects of Processing Conditions on the Physical and Electrochemical Properties of Carbon Aerogel Composites,” MRS Proc., vol 496, p 607, Feb 1997, doi: 10.1557/PROC-496607 [44] C.-M Yang, W.-H Choi, B.-K Na, B W Cho, and W Il Cho, “Capacitive deionization of NaCl solution with carbon aerogel-silicagel composite electrodes,” Desalination, vol 174, no 2, pp 125–133, Apr 2005, doi: 10.1016/j.desal.2004.09.006 [45] S Iijima, “Helical microtubules of graphitic carbon,” Nature, vol 354, no 6348, pp 56–58, Nov 1991, doi: 10.1038/354056a0 [46] T Yildirim, O Gỹlseren, ầ Klỗ, and S Ciraci, “Pressure-induced interlinking of carbon nanotubes,” Phys Rev B, vol 62, no 19, pp 12648–12651, Nov 2000, doi: 10.1103/PhysRevB.62.12648 [47] S.-H Huang, C.-C Wang, S.-Y Liao, J.-Y Gan, and T.-P Perng, “CNT/TiO2 core-shell structures prepared by atomic layer deposition and characterization of their photocatalytic properties,” Thin Solid Films, vol 616, pp 151–159, Oct 2016, doi: 10.1016/j.tsf.2016.08.003 75 [48] S B A Hamid, T L Tan, C W Lai, and E M Samsudin, “Multiwalled carbon nanotube/TiO2 nanocomposite as a highly active photocatalyst for photodegradation of Reactive Black dye,” Chinese J Catal., vol 35, no 12, pp 2014–2019, Dec 2014, doi: 10.1016/S1872-2067(14)60210-2 [49] H Omidvar, F K Mirzaei, M H Rahimi, and Z Sadeghian, “A method for coating carbon nanotubes with titanium,” Carbon N Y., vol 55, p 375, Apr 2013, doi: 10.1016/j.carbon.2012.12.048 [50] H Li et al., “Kinetics and thermodynamics study for electrosorption of NaCl onto carbon nanotubes and carbon nanofibers electrodes,” Chem Phys Lett., vol 485, no 1–3, pp 161–166, Jan 2010, doi: 10.1016/j.cplett.2009.12.031 [51] D Zhang, L Shi, J Fang, and K Dai, “Influence of diameter of carbon nanotubes mounted in flow-through capacitors on removal of NaCl from salt water,” J Mater Sci., vol 42, no 7, pp 2471–2475, Apr 2007, doi: 10.1007/s10853-0061293-z [52] W Choi and J Lee, Graphene CRC Press, 2016 [53] H Wang, D Zhang, T Yan, X Wen, L Shi, and J Zhang, “Graphene prepared via a novel pyridine–thermal strategy for capacitive deionization,” J Mater Chem., vol 22, no 45, p 23745, 2012, doi: 10.1039/c2jm35340g [54] H Li, L Zou, L Pan, and Z Sun, “Novel Graphene-Like Electrodes for Capacitive Deionization,” Environ Sci Technol., vol 44, no 22, pp 8692–8697, Nov 2010, doi: 10.1021/es101888j [55] D Zhang, X Wen, L Shi, T Yan, and J Zhang, “Enhanced capacitive deionization of graphene/mesoporous carbon composites,” Nanoscale, vol 4, no 17, p 5440, 2012, doi: 10.1039/c2nr31154b [56] R K Gautam, S K Sharma, S Mahiya, and M C Chattopadhyaya, “CHAPTER Contamination of Heavy Metals in Aquatic Media: Transport, Toxicity and Technologies for Remediation,” in Heavy Metals In Water, Cambridge: Royal Society of Chemistry, 2014, pp 1–24 [57] M Malekshahi Byranvand, A Nemati Kharat, L Fatholahi, and Z Malekshahi Beiranvand, “A Review on Synthesis of Nano-TiO2 via Different Methods,” J Nanostructures, vol 3, no 1, pp 1–9, 2013, doi: 10.7508/jns.2013.01.001 76 [58] N Liu, X Chen, J Zhang, and J W Schwank, “A review on TiO2-based nanotubes synthesized via hydrothermal method: Formation mechanism, structure modification, and photocatalytic applications,” Catal Today, vol 225, pp 34–51, Apr 2014, doi: 10.1016/j.cattod.2013.10.090 [59] S Muduli et al., “Enhanced Conversion Efficiency in Dye-Sensitized Solar Cells Based on Hydrothermally Synthesized TiO2 −MWCNT Nanocomposites,” ACS Appl Mater Interfaces, vol 1, no 9, pp 2030–2035, Sep 2009, doi: 10.1021/am900396m [60] G Zhang et al., “Preparation of carbon-TiO2 nanocomposites by a hydrothermal method and their enhanced photocatalytic activity,” RSC Adv., vol 3, no 46, pp 24644–24649, 2013, doi: 10.1039/c3ra44950e [61] H M Moustafa, M Obaid, M M Nassar, M A Abdelkareem, and M S Mahmoud, “Titanium dioxide-decorated rGO as an effective electrode for ultrahigh-performance capacitive deionization,” Sep Purif Technol., vol 235, p 116178, 2020, doi: 10.1016/j.seppur.2019.116178 [62] P.-I Liu et al., “Microwave-assisted ionothermal synthesis of nanostructured anatase titanium dioxide/activated carbon composite as electrode material for capacitive deionization,” Electrochim Acta, vol 96, pp 173–179, Apr 2013, doi: 10.1016/j.electacta.2013.02.099 [63] Q Yi et al., “Self-Cleaning Glass of Photocatalytic Anatase TiO2@Carbon Nanotubes Thin Film by Polymer-Assisted Approach,” Nanoscale Res Lett., vol 11, no 1, p 457, Dec 2016, doi: 10.1186/s11671-016-1674-4 [64] C Zheng et al., “Experimental study on the evaporation and chlorine migration of desulfurization wastewater in flue gas,” Environ Sci Pollut Res., vol 26, no 5, pp 4791–4800, Feb 2019, doi: 10.1007/s11356-018-3816-y [65] L Bazli, M Siavashi, and A Shiravi, “A Review of Carbon nanotube/TiO2 Composite prepared via Sol-Gel method,” J Compos Compd., vol 1, no 1, pp 1–12, Oct 2019, doi: 10.29252/jcc.1.1.1 [66] C Kim, J Lee, S Kim, and J Yoon, “TiO2 sol-gel spray method for carbon electrode fabrication to enhance desalination efficiency of capacitive deionization,” Desalination, vol 342, pp 70–74, 2014, doi: 77 10.1016/j.desal.2013.07.016 [67] F Scarpelli, T F Mastropietro, T Poerio, and N Godbert, “Mesoporous TiO2 Thin Films: State of the Art,” Titan Dioxide - Mater a Sustain Environ., 2018, doi: 10.5772/intechopen.74244 [68] U Diebold, “Structure and properties of TiO2 surfaces: A brief review,” Appl Phys A Mater Sci Process., vol 76, no 5, pp 681–687, 2003, doi: 10.1007/s00339-002-2004-5 [69] A Elmouwahidi, E Bailón-García, J Castelo-Quibén, A F Pérez-Cadenas, F J Maldonado-Hódar, and F Carrasco-Marín, “Carbon–TiO2 composites as highperformance supercapacitor electrodes: synergistic effect between carbon and metal oxide phases,” J Mater Chem A, vol 6, no 2, pp 633–644, 2018, doi: 10.1039/C7TA08023A [70] H Li, Y Ma, and R Niu, “Improved capacitive deionization performance by coupling TiO2 nanoparticles with carbon nanotubes,” Sep Purif Technol., vol 171, pp 93–100, Oct 2016, doi: 10.1016/j.seppur.2016.07.019 [71] J Feng, S Xiong, and Y Wang, “Atomic layer deposition of TiO2 on carbonnanotube membranes for enhanced capacitive deionization,” Sep Purif Technol., vol 213, no December 2018, pp 70–77, 2019, doi: 10.1016/j.seppur.2018.12.026 [72] L V Long, P T Sơn, T T Ne, V T T Hà, and N Đ Lâm, “Tổng hợp ứng dụng xúc tác quang hóa sở Titanium dioxide (TiO2) cacbon nano dạng ống (carbon nanotube-CNTs) để khử lưu huỳnh sâu Diesel,” 2010 [73] N Đ V Quyên, Đ X Tín, and H V M Hải, “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu TiO2/CNTs phương pháp thủy phân kết hợp siêu âm,” Tạp chí Khoa học Giáo dục, vol 48, no 4, 2019 [74] Đ Q Lộ et al., “Ảnh hưởng phụ gia dẫn điện graphite đến khả điện hấp phụ NaCl điện cực carbon hoạt tính,” Bản B Tạp Chí Khoa học Và Cơng nghệ Việt Nam, vol 62, no 11, 2020 [75] A V Abega, H M Ngomo, I Nongwe, H E Mukaya, P.-M A Kouoh Sone, and X Yangkou Mbianda, “Easy and convenient synthesis of CNT/TiO2 nanohybrid by in-surface oxidation of Ti3+ ions and application in the photocatalytic 78 degradation of organic contaminants in water,” Synth Met., vol 251, pp 1–14, May 2019, doi: 10.1016/j.synthmet.2019.03.012 [76] L T N Huynh et al., “Electrode Composite LiFePO @Carbon: Structure and Electrochemical Performances,” J Nanomater., vol 2019, pp 1–10, Feb 2019, doi: 10.1155/2019/2464920 [77] Y Min, K Zhang, W Zhao, F Zheng, Y Chen, and Y Zhang, “Enhanced chemical interaction between TiO2 and graphene oxide for photocatalytic decolorization of methylene blue,” Chem Eng J., vol 193–194, pp 203–210, Jun 2012, doi: 10.1016/j.cej.2012.04.047 [78] W Zhou et al., “Photodegradation of organic contamination in wastewaters by bonding TiO2/single-walled carbon nanotube composites with enhanced photocatalytic activity,” Chemosphere, vol 81, no 5, pp 555–561, Oct 2010, doi: 10.1016/j.chemosphere.2010.08.059 [79] Y Zhu, Q Ling, Y Liu, H Wang, and Y Zhu, “Photocatalytic H2 evolution on MoS2 –TiO2 catalysts synthesized via mechanochemistry,” Phys Chem Chem Phys., vol 17, no 2, pp 933–940, 2015, doi: 10.1039/C4CP04628E [80] X Ning, W Zhong, and L Wan, “Ultrahigh specific surface area porous carbon nanospheres and its composite with polyaniline: preparation and application for supercapacitors,” RSC Adv., vol 6, no 30, pp 25519–25524, 2016, doi: 10.1039/C6RA00596A [81] R M Silva et al., “Catalyst-free growth of carbon nanotube arrays directly on Inconel® substrates for electrochemical carbon-based electrodes,” J Mater Chem A, vol 3, no 34, pp 17804–17810, 2015, doi: 10.1039/C5TA03734D [82] L T N Huynh et al., “Coconut shell-derived activated carbon and carbon nanotubes composite: a promising candidate for capacitive deionization electrode,” Synth Met., vol 265, no April, p 116415, 2020, doi: 10.1016/j.synthmet.2020.116415 [83] H Li, J Yang, C Zhang, H Li, and P Pei, “The influence of the acidic scouring treatment on the wastewater treatment of TiO2 loaded activated carbon electrode,” J Porous Mater., vol 22, no 4, pp 887–895, Aug 2015, doi: 10.1007/s10934015-9962-4 79 [84] M Ramadan, H M A Hassan, A Shahat, R F M Elshaarawy, and N K Allam, “Ultrahigh performance of novel energy-efficient capacitive deionization electrodes based on 3D nanotubular composites,” New J Chem., vol 42, no 5, pp 3560–3567, 2018, doi: 10.1039/C7NJ03838K