Chế tạo composite catio2 Ứng dụng trong công nghệ khử mặn Điện dung khóa luận tốt nghiệp

thự điện ion ở bỄ mặt của một cặp diện cực tích điện, các điện cực thường được làm bằng vật liệu carbon có độ xóp cao, là một phương pháp diện hấp thụ sử dụng sự kết hợp của môi trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG DAI HQC SU PHAM THÀNH PHÓ HỖ CHÍ MINH

KHOA HOA HOC

KHOA LUAN TOT NGHIEP

CHE TAO COMPOSITE CA/TiO2

UNG DUNG TRONG CONG NGHE KHU MAN DIEN DUNG

Giảng viên hướng dẫn: TS, Nguyễn Thị Thu Trang

PGS.TS Huỳnh Lê Thanh Nguyên

Đoàn Cim Giang

Mai sé sinh viên: 46.01.201.029

‘TRUONG DAI HQC SU PHAM THANH PHO HO CHi MINH

DOAN CAM GIANG

KHOA LUAN TOT NGHIEP

CHE TAO COMPOSITE CA/TIO: UNG DUNG TRONG CONG NGHE KHU' MAN ĐIỆN DUNG

Xác nhân của giảng viên hướng dẫn (Kí và ghỉ rõ họ tên)

“Thành phố Hồ Chí Mi h, tháng 5 năm 2024

Xác nhận của hội đồng phản biện

ki TEN VA DUYET (Kivi gh ro ho ten)

“Trong bốn năm học tập và rèn luyện tại giảng đường đại học, nhờ sự chỉ dạy và giúp đỡ tận tình của quý Thầy, Cô khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Thành phổ

Hỗ Chí Minh mà em đã tích lũy được nhiều ki thức, kĩ năng để thực hiện khóa luận những điều đó sẽ giúp ích rất nhiều cho công việc và này Em xin gửi lời cảm ơn sâu ắc đến Cô Nguyễn Thị Thủ Trang và Thầy Huỳnh Lê

“Thanh Nguyên đã tận tâm hướng dẫn, đưa ra những định hướng thực hiện dé tai, chia

sẻ kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học, lên tue đốc thúc và động viên em trong quá tình thực hiện khóa luận này Đồng thi, em cũng xin cảm ơn các Thầy, Cô khơa Hóa học trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy những kiến thúc chuyên môn, kính nghiệm thực tin cho em trong quá tình học tập

“Trong luận văn tốt nghiệp này, tuy đã đành nhi thời gian nhưng do trnh độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế của một sinh viên nên em khó có thể tránh khỏi si sóc Em mong sẽ nhận được những sự quan tâm cũng như ý kiễn đồng sóp của quý Thầy, Cô để em có thể hoàn thiện, học hỏi thêm nhiều kinh nghiệm, kip thời sửa chữa

Em xin chân thành cảm ơn" inh

n thực hiện Doan Cim Giang

‘AT DANH MỤC HÌNH Á NH

DANH MỤC BẰNG, BIÊU ĐỒ VÀ SƠ ĐỒ eceeeeeeeeeeeeeeeeeeereeeeeceevececee-ÏW 1.1 Công nghệ khử ion điện dung (CDI L Nguớn lý hogt dong ca cong ngh CDi —— Mật số ru điềm cũa công nghệ khử ion điện dưng (CD]) -.-ceceeeccecececcce3

† Phân loại CI

“LLL CDI thing ting (Conventional CDI, 14133 Faradie C

1133 CDI ain ce ding owelccrade CDi

1134 or ft oid COD

cing nah Unio đện dụng (CDI

ố yêu cầu về điện cực trong công nghệ khử ion điện dung (CDD Một số vật liệu điện cực cho công nghệ khi ion điện dưng (CDI) 2.21 Điện cực carbon -3 Điện cực Faraday

1.311 Phương pháp ‘int mỗi nt (cowticrmal metas

S314 Pho tinea nang he rergy dispersive X-ray spectroscopy) 20

2515 Phaoa hip an và hệt (Thermal analysis) ip phan til 20 1

13151 ương tre th ng tấn hn (Celcom) + Phun php td ph tin nt don hod (EIS Flecacheme inpedance 21

IAN VA KIEN NGHT

4.2 Kién nghj

“TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 CDL “Công nghệ khử ion điện dung Capacitive Deionization

2 ‘TDS Tổng nồng độ muỗi hỏa tan ‘Total Dissolved Solid

5 XRD “Phương pháp nhiéu xa tia X X-ray diffraction

6 [SEM | Phuong phip idm viditnw gust | _Scaning elecwon seroscope

8 | TGA | _Phinschnhigt wong tans | Themal Gravimetric Analysis

9 CV _ Phương pháp quét thể vòng tuần hoàn 'Cyclie voltammetry

13 | ets _| Phuong pip do phd ing we agn hos | Etoshemial impedance

vật liệu TÌO› ở độ phóng đại 1000,

Nyquist cua các điện cực trong dung dịch (b) tong dung dich NaCl 200 ppm với các điện thể khác CAO:

DANH MUC BANG, SO DO

Việc cung cấp nguồn nước sạch vẫn còn là một vấn đề hỗt sức bức thiết Theo báo

“Tuổi trẻ, Trường phòng Dự báo thủy văn Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ, Trung tâm Dự báo khi tượng thủy văn Qué

“Thành phố Hỗ Chí Minh, Long An, Tiền Giang, Cả Mau, Kiên Giang, Bến Tre, gia Phùng Tiến Dũng cho biết, một số trạm ở

độ mặn lớn hơn Vấn đề xâm nhập mặn tại các tinh vùng Bang bằng sông Cửu Long sông, kênh rạch sẽ ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt và sản xuất của người dân trong khu vực

Trước tỉnh hình trên, trên tỉnh thần kế thừa và phát huy các nghiên cứu trước đó, nhằm góp phần giúp các địa phương có nguồn nước sinh hoạt đảm bảo yêu cầu về sức

dụng trong công nghệ khử mặn điện dung”:

2 Myc dich nghiên cứu

= Ting hop due vat liga CA/TIO: ~ 30 bing phuong phap sol ~ gel

~_ Khảo sát ấu trú và các ính chất điện hóa sau kh tổng hợp

3 Phạm vi nghiên cứu

- _ VậLiiệu CA/TIO:, phương pháp sol-gel, phương pháp khử mặn điện dung (CDI)

1.1 Công nghệ khử ion điện dung (CDI)

Công nghệ khử ion điện dung (Capacitive Deionization) là công nghệ khử các ion

"hòa tan trong nước bằng cách dựa trên sự thự điện ion ở bỄ mặt của một cặp diện

cực tích điện, các điện cực thường được làm bằng vật liệu carbon có độ xóp cao, là

một phương pháp diện hấp thụ sử dụng sự kết hợp của môi trường hắp thụ và đi

nti

trường để tách các ion Các anion (ion mang dig h âm) được loại bỏ khỏi nước và được lưu trữ trong điện cục đương Tương tự như vậy, các cation (ion mang điện ích

khoáng điện hóa, "quá trình hấp thụ điện để khử muối trong nước”, hoặc sự hấp thụ

điện của các ion muối Các nghiên cứu sâu rộng về chủ đề này và các chủ đề khác đã

duge Soffer, Oren và các đồng nghiệp khởi xướng và tiếp tục cho đến thời điểm hiện

tai [1]

Ngày nay, CDI chủ yếu được sử dụng để khử mặn nước lợ, là nước có nồng độ

muổi thấp hoặc rung binh (đưới 10 ø1L) Các công nghệ khác để khử ion trong nước

là chưng cắt, thẩm thấu ngược và thẩm tách điện So với thẩm thấu ngược và chưng CDI được coi là công nghệ khử mặn nước lợ tiết kiệm năng lượng Điều nảy chủ

yếu là do CDI loại bỏ các ion muối khỏi nước, trong khi các công nghệ khác tách nước khỏi dung dich mudi

1.1.1 Nguyên lý hoạt động của công nghg CDI

Bộ lọc CDI sử dụng các cặp điện cực siêu bắp thu âm dương làm từ vật liệu nano

carbon, ¢6 kha ning hip thu lon gấp khoảng Ì tý lẫn so với én cực thông thường

Ce dig cực xếp chồng lên nhau trong một hộp nhỏ

Cie chit ha tan trong nước bầu hết điện ly tình các ion âm đương do nước là dung tôi phân cục mạnh, Khi đồng nước đi qua các cặp điện cục này, dưới lục bắt củ lực điện

Mercury, Nitrite, Ammonium (NH:*) ) các ion kim loại n§ng (Iron, Manganese, Chromium,

Cadmium, Cream, Nickel, Coppsr ) và mot phin chit khoing (Sodium, Potassium,

‘Magnesium, Calcium ) hoje todn b9 nude [2

"ngược để đầy các ion ngược lại vào đông nước và được thải đi với ý lệ từ 5 đến 20%,

điện cực tạo ra một điện

Phin nước được làm sạch chiếm tỷ lệ S0 đến 9594 Các

trường lớn giúp tiề diệt các vi khuẩn trong nước

1.12 Một số mí diễm cia cing nghệ khử ion dign dung (CD)

Công nghệ CDI có thể giữ nước tới 90%; giúp điều chỉnh TDS (lọc giảm TDS từ

50° n 90%); có khả năng giữ khi ảng tự nhiền ong nước; tối ưu hóa các bước tên lọe, không sử dụng áp suắt cao, nhiệt độ cao Đặc biệt à loại bỏ nhiễu ion âm độc hại

và ion kim loại nặng có trong nước [3]

cor

1.13 Phin log

‘Can cứ vào vật liệu tạo điện cực, có 4 loại CDI phổ biển vả cơ bản, đỏ lả:

1-31 CDÍ thông thường (Comvenional CDI)

CDI thông thường sử dụng điện cực carbon Tế bào CDI thông thường bao gồm

một cặp điện cục carbon xốp song song giữa 2 điện cục cổ thể có hoạc không có một

DI) trẻ mặt xốp của điện cục ích điện trái ấu trơng ứng (một quá trình gọi là hắp thụ đệ,

hai đi cực, các ion mudi hòa tan sẽ đi chuyển thành các lớp

nhận ra loại bỏ muối khỏi nước cấp Khi điện áp bên ngoài bị đảo ngược hoặc bị loại

bỏ, các điện cực có thé tái tạo bằng cách giải phóng các ion đã thu giữ trở lại dung

dich Trong số tất cá các thành phần này trong tế bảo CDI, điện cực đóng vai trò quan

trọng nhất trong việc thu

1.1.3.2, Faradaic CDI

LÍy cảm hứng từ các vật liệu được sử dụng trong các lĨnh vực lưu rữ năng lượng

điện hóa phát triển cao như pin và gi tạ điện, ưu trữ các ion bằng phân ứng Faradaic

(do đỏ được gọi là điện cực Faradaic) thay vi hap thụ điện, vật liệu điện cực Faradaic

43 tao ra sự quan tâm đến cộng đồng CDI ĐiỀu này lần đầu tiên được chứng minh

vào năm 1960 bởi Blair và Murphy 381, họ ghép một điện cực carbon biến đổi về mặt

hóa học với AgiAgCl để khử ion điện hóa Kế từ đỏ, không có tiến bộ đồng kể nào

trong việc khám phá các vật liệu Faradaie để khử muối cho đến năm 2012 khi Pasta

cùng các cộng sự đã để xuất khái niệm "pin khử muối” sử đụng bai điện cục Faradaic

để khử muối, trong đó cực âm NazMnzOp thu giữ Na" bằng cực đương Ag thu giữ Cl thông qua phản ứng chuyển đổi thành AgCl Không gi h chén vio trong khi ống

lon bằng phản ứng Faradaic liên quan đến sự như carbon, vật liệu Faradaie bắt giữ c

h gi

truyền đi ña các điện cục và các ion trong dung dịch Sự truyền điện tích như

`, phản

vậy có thể được thực hiện bằng cách chèn ion vào trong các cấu trúc tinh th

ứng chuyển đổi với việc hình thành các hợp chất mới hoặc tương tác nữa hoạt động mặt điện cực CDI

1.1.3.3 CDI dign owe đồng (low-electrode CDI)

CDI dign cực dòng chảy (FCDI) là một cấu trúc tế bào khác phát sinh từ một sửa

đổi của MCDI, trong đó các điện cục cổ định giữa [EM và bộ thụ dòng được thay thể bằng các điện cục chảy làm bằng huyền phù catbon Điều này cho phép loại bỏ ion trình ái tạo điện cực được hoàn thành ở hạ lưu ế bảo bằng cách trộn bùn catbon tích coe vi tigu cực, sau đô tách carbon khối nước thông qua cải đặt 1.1.34, CDI tai (hybrid CDI

Do khả năng hấp phụ ion của điện cực pin vượt trội so với điện cực điện dung

truyền thông: lại CDI (HCDD), khử mudi xen ke cation (CID), vi pin kr mudi đang

được quan tâm nhiễu hơn tế bảo HCDI bao gồm một điện cực faradic để hấp phụ/giải

hip cation vi một điện cực điện dung để hấp phụ/giải hấp anion, với AEM được đặt

bao gồm hai điện cực pin/faradic chịu trách nhiệm về hắp phụ/giải hắp các cation va

anion có trong dung dịch Cuối cũng, tế bảo CDI được được duy trì bằng cách sử dụng vật liệu xen kế cation faradaic cho cả hai điện cực được phân cách bing AEM,

11-4 Một số iều chi diinh gid hg CDI

Hiệu suất của tế bảo CDI có thể được đánh giá bằng nhiều thông số hoặc s liệu ảnh giá khác nhau, chẳng hạn như mức tiêu thụ năng lượng cụ thể trên mỗi li nước

được sản xuất, mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi gam muối bị hắp phy, sé gam mudi

cực sự ôn định Trong nghiên cứu thực nghiệm 4

vận hình Trong số những điều quan trọng nhất các thông số, cỏ tốc độ đồng chảy,

"hành nảy có thể có tác dụng khác nhau về hiệu suất của tế bào CDI Vì vậy, việc tối

tu hỏa hiệu su bằng cách nghiên cứu ảnh hưởng ca các tham số này, đựa trên lý

tà tời gian cổa quá tình khử mặn (6)

1.15, Tée dp hap phy mudi trung bình (ASAR):

LASAR thường dùng để đo đặc tính động học của trong các hộ thống Trong CDI, ASAR

thường dùng đẻ đánh giá tốc độ loại bỏ ion của điện cực

1.2 Điện cực trong công nghệ khử lon điện dung (CDI)

1.2.1 Một số yêu cầu về điện cực trong công nghệ khử ion điện dung (CD1)

Nhiệt độ dung dịch ảnh hưởng đến khả năng hắp thụ điện của điện cực CD; tốc

độ dòng chảy đến hiệu suất hấp thụ điện và tiêu thụ năng lượng của điện cực Hiệu

"hòa tan (TDS) ban đầu và tốc độ dòng chảy được áp dụng Mức tiêu thụ năng lượng

ra còn có một số yêu cầu khác về điện cực như

+ Đỗ dẫn điện cao: điện cục có độ dẫn điện cao để đảm bảo không làm bao

năng lượng và tỏa ra lượng nhiệt ít

= _ Có tính én định về tính chất điện hóa: vật liệu chịu sự ảnh hưởng ít từ sự thay đổi của môi trường khi sử dụng như nông độ H* của đung dịch, sự có mặt của

‘oxi héa, d4m bảo quả trình bị ăn mòn của điện cực diễn ra chậm, tiết

kiệm chỉ phí thay điện cực liên tục

+ Độ xốp của điện cực (cổ nhiều lỗ trồng, diện ch bŠ mặt riêng lồn): Trong quá

trình hấp thụ muỗi hòa tan và hắp thy điện, điện cực có càng nhiều lỗ trống với

kích thước nhỏ giúp điện ích iếp xúc v

lon hỏa tan rong dụng dịch

nhiều, từ đồ tăng số lượng ion được hấp thụ dẫn đến tăng hiệu st

+ Có khả năng thực nghiệm dễ đàng tạo điện cục đạt yêu cầu: phổ biển trong tự nhiên ở Việt Nam, chỉ ph thấp, dễ chế tụo, không gây ảnh hưởng đến môi thống

1.22 Một số vật liệu điện cực cho công nghệ khử ion điện dung (CDI)

Là một công nghệ khử muối đẩy hứa hẹn, khử ion điện dung (CDI) i cho thấy

tính thực tế và hiệu qua vé mat chi phi trong xử lý nước lợ Phát triển vật liệu điện cực

hiệu quả bơn là cha khóa để cả thiện hiệu suất loại bỏ muối, Công trình này xem xét

tiến độ hiện tại về ch tạo điện cực trong ứng dụng CDI Nguyên tắc cơ bản (ví dự như

lý thuyết EDL và các đường đẳng nhiệt hắp phụ) và các yếu tổ quy trình (ví dụ như

phân bổ lỗ rỗng, thể năng, loại muối và nồng độ) của hiệu suất CDI đã được trình bày

trước tiên, Sau đó là thảo luận và so sánh chuyên sâu về các tính chất và kỹ thuật chế

tạo các điện cực khác nhau, bao gồm aerogel carbon (CA), than hoạt tính (AC), ông

nano carbon, graphene va carbon xép trung tính tt tự Cui cing, polyaniline kim

polyme dẫn điện va ứng dụng tiém năng của nó làm vật liệu tăng cường dign eye CDI

cũng đã được thảo luận

1.2.2.1 Bién eve carbon

Vặt iệu carbon đã được sử dụng rộng rãi làm dign ove cho té bdo CDI, ching han

như than hoạt tính (AC), carbon nano type, graphene,catbon aerogel, với những ưu

và cấu trúc

điểm như nguồn tải nguyên dỗi dio, dé san xuất, tính dẫn điện t

thể điều chỉnh được

Mặc dù có nhiều chiến lược khác nhau đã được phát triển cho CDI với điện cực

carbon, nhimg hạn chế về hiệu suất vốn có cia ce din eve carbon dựa trên sự hấp

Carbon aerogel là một loại vật liệu dạng gel với cấu trúc nano ba chiều (3D) độc

đáo, nơi khí chiếm tới 90-99% khối lượng Cầu trúc này được hình thành bởi các hạt

sơ cấp liên kết với nhau, tạo ra hệ thống lỗ trống đa kích thước bao gồm mieropores

(kích thước <2 nm), mesopores (2-50 nm) vir macropores (50 nm) Carbon aerogel

da dạng Carbon aerogel có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nÍ lĩnh vực, bao

sằm lưu trữ năng lượng, fim sạch nước, ý tẾ và hàng không vi try Carbon aerogel có

nhiều ưu điểm vượt trội so với các loại vật liệu carbon khác như độ xốp cao, diện tích

b mặt lớn, độ dẫn diện cao, mật độ thấp và cấu trúc có thể điều chính Mặc đã tiềm

năng to lớn, carbon aerogel vẫn đối mặt với một số thách thức cẳn giải quyết trước khi

thương mại hỏa rộng rãi, bao gồm quy trình tổng hợp phức tạp, độ bén co học kém,

khả năng hấp phụ không đủ và cấu trúc không ổn định

Bằng cách so sánh với các vật liêu dựa trên gu suất CDI tuyệt với

của composite CA/TIO2 duge cho là do độ dẫn cao hơn và điện tích bề mặt hiệu quả

lớn hơn do khung linh hoạt liên tục nguyên khối, cấu trúc vi tinh thé và phân bố kích

thước lỗ ưa thích của chúng

12.2.2 Bién owe Faraday

Lưu trữ các ion bằng phân img Faradaic (do d6 được gọi là diện cục Faradaic)

thay vì hấp thụ điện, vật liệu điện cực Faradaic đã tạo ra sự quan tâm đến cộng đồng

DI Điều này lần

tiên được chứng minh vào năm 1960 boi Blair và Murphy 7

người đã ghép nổi một điện cực carbon biến đổi về mặt hóa học với Ag/AgCl dé khir Faradaic dé khir mudi cho đến năm 2012 khỉ Pasta và cộng sự đề xuất khái niệm về

“pin khử muỗi” sử dụng hai tia Faradaic các điện cực để khử muối, trong đó cực âm

ati mangan oxit (Naz-xMnaO,u) thụ giữ Na" bằng cách chèn vio trong khi Ag cực

carbon, vật liệu Faradaic bit giữ các ion bằng phản ứng Faradaic liên quan đến sự

truyền điện tích giữa các điện cực và các ion rong dung địch Việc truyễn điện tích

như vậy có thể được thực hiện bằng cách chèn ion trong cấu trúc tỉnh thể phản ứng

chuyển đổi với sự hình thành các hợp chất mới hoặc tương tác gốc hoạt tính oxi hóa khử ion

1.2.23, Bién cue oxide lâm loại

+ Oxide cia manganese

Oxide của manganese thường có cấu trúc tỉnh thể mở thích hợp cho việc chèn và

chiết ion lớn mà không cần sự giản nở thể tích rõ rột Hơn nữa, do tính hiệu quả vẻ

mặt chỉ phí và nh không độc hại của Mn, phương pháp tổng bợp để đăng và bình thải được sử dụng rộng rãi làm các thiết bị lưu trừ và chuyển đổi năng lượng điện hổa

mmangan cho phép các phản ứng oxy hóa khử kéo dài và nhanh chóng trong môi trường biển trong các điện cục CDI đẻ khử muối trong nước và ở đây chúng ta sẽ tập trung manganese oxide

Oxide caia Titanium

Các hợp chất oxide cia Titanium, bao gém titan dioxide v6i các dang da hình hic nhau, sodium titanate va lithium titanate, Id m6t nhém dign cực Faradaic đã được bởi tiềm năng oxy hóa khử thấp dựa trên Ti*/Ti" oxi hóa khử để đưa/chiết Na* thuận nghịch

theo sự sắp xếp không gian cia TiOs bit dign vi TH lgn két wei sw O tương vàTiO»H

- Thể oi hóa khử thấp đựa trên phản ứng oxi hóa khử Ti°/TI" để chèn/chit

Na’ thudn nghịch

- Bn cơ học và tơ về mặt nhiệt động, ôn định ốt đảm bảo điện cực bén tong

thời gian đài

'ấu tric bé mat

carbon và đo đó khả năng hấp thụ điện có thể được tăng lên, mmặt tích điện tốt dẫn đến giảm sự phân cục của điện cực + Tinh wa nude cao lim tăng khả năng thắm tớt của điện cục

i Iue cao của bÈ mặt TÌO; với nhiều phân tử giúp chúng dễ đàng thay đổi bề

mặt, tăng khả năng loi bỏ ion trong quá tình giải hấp

~ Giá thành thấp vì tải nguyên phong phú, lượng khoáng sản tiễn chất để điều chế

‘TiO; c6 trữ lượng lớn giúp vật liệu này dễ dàng tiếp cận trên các thị trường hóa chất,

phù hợp để nhân rộng theo hướng sản xuất công nghiệp

~ Hạn chế tác động tiêu cục đến môi trường vì cổ tinh năng tự làm sạch, kháng

khuẩn cao và không độc hại

“Tuy nhiên, TÍO; cũng có một số hạn chế nhất định khi được sử dụng khử muối

"ĐỂ nâng cao hiệu suất khử muỗi eta TIO2, một số nhược điểm bao gồm độ dẫn điện tử

tạo được TÌO; có kích thước nano và kết hợp TO› với các chất nền gốc carbon, ching

hạn như vật liệu rồng sợi carbon, than hoạt tính, graphene, và Ống nano carbon da 44a vách mang lại Khả năng loại bỏ muối 13,2 mg g " rong 50 mg.L dung dich NaCl Baralat và cộng sự chế tạo một mạng lai điện cục bao gồm các sợi nano TiO: va than

tuyệt vời, hiệu suất

hoại tính, đạt được khả năng loại bỏ muối 17 mg" và hiệu s 39.6% trong dung dich NaCI 292 mẹL |4] [5] loại bd mu

dign két nia Trong các phương pháp nêu trên thì phương pháp sol-gel thường được

sử dụng nhiều nhất

1.31 Plucang php dung moi nhig(solvothermal method) Phương pháp dung môi nhiệt thường được sử dụng dé phi THO> én b8 mat ota

CNTs Trong phương pháp này, vật liệu sẽ được kết tinh trong dung môi ở nhiệt độ và

ấp suất hơi, Phương pháp sản xuất các hợp chất ho học các vật liệu như kim loa, chit nước, dụng môi hữu cơ có khả năng liên kết phối tr, có nhiệt độ sồi cao Đ thực phương pháp này cần đảm bảo dung mỗi phải bão hoà để hình thành tỉnh thể, sau đó

sẽ làm bay hơi dung môi bằng cách tăng nhiệt độ Mằm hạt nhân hình thành sẽ phát

triển song song với quá tình khuếch tần Cần hưu ý sự chênh lệch nng độ giữa cíc chất

và nhiệt độ trong qué trinh khuếch tán để xác định tốc độ phát triển cũng như độ lớn của hạt

tỉnh thể [6]

1 “Phương pháp thiy nhige (hydrothermal method)

Qua tinh ng hop thug duge thu hign rong một bình thép cổ Khả năng chịu ấp lớn được gọi là Telon Một gradient nhiều độ ở hai đầu đối điện của bình được duy tì

trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm Các yếu tổ ảnh hưởng đến sản phẩm được

tao ra bởi phương pháp này là nồng độ kiểm, nhiệt độ và thồi gian phản ứng [5]

1.3.3 Phương pháp sol ~ gel

Phương pháp sol ~ gel là một kỹ thuật tổng hgp bottom ~ up duge sử dụng phi biển trong việc tổng hợp vật liệu nano Phương pháp này dùng để tạo ra các vật liệu có alkoxide Các giai đoạn chính của quá trình tổng hợp theo phương pháp soi = gel là tạo

<dung dich sol, gel hoa (gelation) va thiêu kết (sintering) I5]

Ở đề tải này, em sử dụng phương pháp sol-gel dé téng hop vit ligu composite CA/TiO: vì phương pháp này có một số tru điểm nỗi bật như: quy trình đơn giản, dễ thực n, chi phi tng hop vật liệu không cao, nguyên liệu thân thiện với môi trường, cho hiệu suất cao vì cho nhiều tỉnh thể TiO: pha anatase,

trong công nghệ khử mặn CDI

‘Nam 2014, Ahmed G.ELDeen va Jae-Fwan Choi đã tổng hợp sợi nano composite TiO:

va than hoot tính để khảo sit hiệu quả làm vat iệu điện cục trong công nghệ khử mặn điện

m

Xăm 2016, MA Ahmed và cộng sự đã Khảo sắ về vige ti wha hiệ suất bắp phụ Ahir

“hấp phụ của quá trình CDI bằng Carbon Aerogel làm điện cực và hiệu quả của việc xử lý bẻ

mất hằng TíO/ZnO [81

Nam 2019, 8 tii “Nitrogen-doped hierarchical poous cabon aeroael for hinh:

performance capacitive deionization" được Xiaojun Lui và cộng sự nghiên cứu Kết quả vật

SSA lin 2405 m? g

và các trung bảo từ phong phú nằm trong khoảng từ 2 đến 5 am để hắp phụ và vận chuyển

liệu thu được có cấu trúc xốp phân cắp liên kết với nhau cao, cung c

hiệu quả các ion Trong khi đó, pha tạp N phẫn lớn tăng cường độ dẫn điện và khá năng thâm

ớt bẻ mặt của vật liệu carbon mang lai điện dung riêng [9]

Năm 2019, Sun-Kyung You thực hiện đề tả tổng hợp Compodte Crbon.TÍO; hình cần

đổ làm điện cục cho phương phập khử mặn CDI, vật iu hoạt động với 50% TÍO; cho thấy

(Cop là 121,3 E,g', tỷ lệ khử ion cao nhất là 9294, khi sử dụng dung dich NaC! 200 ppm và vật

liêu ổn dinh qua hom 100 chu k sax [101

Vt gu TiO: va carbon erogelđã được các nhà khoa học tại Việt Nam quan tâm nghiền

“cứu và tổng hợp thành công với nhiễu ứng dụng cụ thể như:

Năm 2016, Lê Khắc Duyên và cộng sự đã nghiên cứu đề tả “Khử ion điện dung (CDI)

để khử muối bằng điện cục carbon acrogel" Kết quả cho thấy điện cục aerogel casbon cho

quy trình CDI với SSA cao (779,04 mẺ g”) và lỗ nano (2-90 nm) Dữ liệu thí nghiệm cho

thấy khả năng loại bỏ NaCl t6i da li 21,41 mg.g trong dung dich NaCl S00 ppm Người ta

mước CDI được lắp đặt thành công và đạt chứng nhận của Bộ Y tế [12]

Có thể nhận thấy rằng, các nhả khoa học Việt Nam và thể giới đã ngày cảng quan tâm

nghiên cứu vẻ công nghệ CDI cling như tổng hep ede vit liu dign eye composite Tuy nhiên

2.1 Hóa chất và thiết bị

2 'Hóa chất

Hoá chất được sử dụng rong quá trình thực hiện thí nghiệm bao sồm:

Băng 2.1 Nguyên liệu và hoá chất

srr “Tên nguyên liệu, hoá chất Nguồn gốc, xuất xứ:

1 Titanium (IV) isopropoxide (98%) Sigma-Aldrich, Dite

2 Carbon aerogel Việt Nam

3 Isopropanol (IPA, 99,75) China

4 Polyvinyl alcohol (PVA) Merck

5 Glutarie anhydride (95%) China

6 Carbon black (97%) Merck

7 Sodium sulfate (Na2SOx, 95%) "Việt Nam

8 Sodium Chloride (NaCI, 9.5%) China

9 Nước cắt Việt Nam

10 | Tahhit Chen Sun'K — Trung Quốc

11 | Tasdy Memmer (Di)

2.2.1 Tổng hợp vật liệu nano TiO;

“TÍO: được tông hợp bằng phương phip sol-gel Cho 4,305 mL titanium (IV)

isopropoxide vio ede đựng sẵn 15 mL dung địch isopropanol va dat lén máy khuấy từ

không gia nhiệt ở nhiệt độ phòng thí nghiệm Thêm tiếp từng giọt 7,5 ml nước cắt

4

“Hình 2.1 Quy trình tổng hợp nano TiOs trong thee nghigm

2.22 Quy trình phd rn vt liệu tụo màng điện cực TïO3/erbon aerogel

16

Buse 1: Cin carbon aerogel; TiOs; Carbon black: Keo PVA/GA vả phối trộn

theotỷlệ khối lượng như sau:

Bằng 2.1 Tỷ lệ khối lượng TỊO; và Carbon aerogel của các mẫu tổng hợp,

Bước 4: Thả lỏng tay và kéo một đường thẳng từ trên xuống sẽ thu được vũng

mẫu như trong hình với độ dày mảng là 150 um

Bước 5: Để khô màng khoảng 30 phút, sau đổ sẩy màng điện cực bằng tử sy

chân không tại nhiệt độ 120"C, 10 giờ

— —

Hình 2.3 Quả trình hình thành điện cực