ОХНМКоллоидный журнал Colloid Journal

  • ISSN (Print) 0023-2912
  • ISSN (Online) 3034-543X

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНВЕКТИВНЫХ ТЕЧЕНИЙ ЧЕРЕЗ ИОНОСЕЛЕКТИВНУЮ ОБЛАСТЬ НА ТОКОВЫЕ РЕЖИМЫ В БИНАРНЫХ РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Код статьи
S3034543X25040021-1
DOI
10.7868/S3034543X25040021
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Том/ Выпуск
Том 87 / Номер выпуска 4
Страницы
281-288
Аннотация
В работе представлены результаты численного моделирования ячейки с ионоселективной областью в одномерной постановке. Математическая модель учитывает неидеальную селективность ионообменной области и наличие конвективного течения раствора электролита через нее. Было обнаружено, что течение может влиять на степень селективности ионообменной области, причем электрический ток через систему может как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от того, какой токовый режим реализуется: допредельный или предельный. Понимание обнаруженного эффекта будет полезно в практических приложениях, таких как системы предварительного концентрирования аналита в микролабораториях для химического анализа биологических жидкостей или электробаромембранные системы разделения.
Ключевые слова
электрокинетика ионообменная мембрана электросмос концентрационная поляризация численное моделирование электромембранная ячейка лаборатория на чипе
Дата публикации
21.04.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
30

Библиография

  1. 1. Kumar S., Maniya N., Wang C., Senapati S., Chang H.-C. Quantifying PON1 on HDL with nanoparticle-gated electrokinetic membrane sensor for accurate cardiovascular risk assessment // Nat. Commun. 2023. V. 14. № 1. P. 557. https://doi.org/10.1038/s41467-023-36258-w
  2. 2. Жуков М.Ю., Юдович В.И. Математическая модель изотхофореза // Доклады Академии наук СССР. 1982. Т. 267. № 2. С. 334–338.
  3. 3. Ramachandran A., Santiago J.G. Isotachophoresis: theory and microfluidic applications // Chem. Rev. 2022. V. 122. № 15. P. 12904–12976. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00640
  4. 4. Wang Y.-C., Stevens A.L., Han J. Million-fold preconcentration of proteins and peptides by nanofluidic filter // Anal. Chem. 2005. V. 77. № 14. P. 4293–4299. https://doi.org/10.1021/ac050321z
  5. 5. Wang S.-C., Wei H.-H., Chen H.-P., Tsai M.-H., Yu C.-C., Chang H.-C. Dynamic superconcentration at critical-point double-layer gates of conducting nanoporous granules due to asymmetric tangential fluxes // Biomicrofluidics. 2008. V. 2. № 1. P. 014102. https://doi.org/10.1063/1.2904640
  6. 6. Berzina B., Anand R.K. Tutorial review: Enrichment and separation of neutral and charged species by ion concentration polarization focusing // Anal. Chim. Acta. 2020. V. 1128. P. 149–173. https://doi.org/10.1016/j.aca.2020.06.021
  7. 7. Ouyang W., Ye X., Li Z., Han J. Deciphering ion concentration polarization-based electrokinetic molecular concentration at the micro-nanofluidic interface: theoretical limits and scaling laws // Nanoscale. 2018. V. 10. № 32. P. 15187–15194. https://doi.org/10.1039/c8m02170h
  8. 8. Sarapulova V.V., Pasechnaya E.L., Titorova V.D., Pismenskaya N.D., Apel P.Yu., Nikonenko V.V. Electrochemical properties of ultrafiltration and nanofiltration membranes in solutions of sodium and calcium chloride // Membr. Membr. Technol. 2020. V. 2. № 5. P. 332–350. https://doi.org/10.1134/s2517751620050066
  9. 9. Butykskii D., Troitskiy V., Chuprynina D., Damnuk L., Larchet C., Nikonenko V. Application of hybrid electrobaromembrane process for selective recovery of lithium from cobalt- and nickel-containing leaching solutions // Membranes. 2023. V. 13. № 5. P. 509. https://doi.org/10.3390/membranes13050509
  10. 10. Ryzhkov I.I., Lebedev D.V., Solodovnichenko V.S., Shiverskiy A.V., Simunin M.M. Induced-charge enhancement of the diffusion potential in membranes with polarizable nanopores // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 119. № 22. P. 226001. https://doi.org/10.1103/physrevlett.119.226001
  11. 11. Rubinstein I., Shilman L. Voltage against current curves of cation-exchange membranes // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1979. V. 75. P. 231–246. https://doi.org/10.1039/f29797500231
  12. 12. Ganchenko G.S., Kalaydin E.N., Schiffbauer J., Demekhin E.A. Modes of electrokinetic instability for imperfect electric membranes // Phys. Rev. E. 2016. V. 94. № 6. P. 063106. https://doi.org/10.1103/physreve.94.063106
  13. 13. Ганченко Г.С., Калайдин Е.Н., Чакраборти С., Демехин Е.А. Гидродинамическая неустойчивость при омических режимах в несовершенных электрических мембранах // Доклады Академии наук. 2017. Т. 474. № 3. C. 296–300. https://doi.org/10.7868/s0869565217150063
  14. 14. Demekhin E.A., Ganchenko G.S., Kalaydin E.N. Transition to electrokinetic instability near imperfect charge-selective membranes // Phys. Fluids. 2018. V. 30. № 8. P. 082006. https://doi.org/10.1063/1.5038960
  15. 15. Schiffbauer J., Demekhin E., Ganchenko G. Transitions and instabilities in imperfect ion-selective membranes // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. № 18. P. 6526. https://doi.org/10.3390/jms21186526
  16. 16. Филиппов А.Н. Ячеечная модель ионообменной мембраны. Гидродинамическая проницаемость // Коллоидный журнал. 2018. Т. 80. № 6. C. 745–757. https://doi.org/10.1134/S0023291218060034
  17. 17. Филиппов А.Н., Шкирская С.А. Верификация ячеечной (гетерогенной) модели ионообменной мембраны и ее сравнение с гомогенной моделью // Коллоидный журнал. 2019. Т. 81. № 5. C. 650–659. https://doi.org/10.1134/s0023291219050045
  18. 18. Филиппов А.Н. Ячеечная модель ионообменной мембраны. Электродиффузионный коэффициент и диффузионная проницаемость // Коллоидный журнал. 2021. Т. 83. № 3. C. 360–372. https://doi.org/10.31857/S00232912103006X
  19. 19. Филиппов А.Н. Ячеечная модель ионообменной мембраны. Капиллярно-осмотический и обратноеологический коэффициенты // Коллоидный журнал. 2022. Т. 84. № 3. C. 350–362. https://doi.org/10.31857/S0023291222030053
  20. 20. Filippov A.V. Control of electrolyte filtration through a charged porous layer (membrane) using a combination of pressure drop and an external electric field // Colloids Interfaces. 2022. V. 6. № 2. P. 34. https://doi.org/10.3390/colloids6020034
  21. 21. Rubinstein I., Zaltzman B. Electro-osmotically induced convection at a permselective membrane // Phys. Rev. E. 2000. V. 62. № 2. P. 2238–2251. https://doi.org/10.1103/physreve.62.2238
  22. 22. Шеменов В.С., Никитин Н.В., Ганченко Г.С., Демехин Е.А. Численное моделирование электрокинетической неустойчивости в полупроницаемых мембранах // Доклады Российской академии наук. 2011. Т. 440. № 5. C. 625–630.
  23. 23. Apel P., Bondarenko M., Yamauchi Yu., Yaroshchuk A. Osmotic pressure and diffusion of ions in charged nanopores // Langmuir. 2021. V. 37. № 48. P. 14089–14095. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.1c02267
  24. 24. Филиппов А.Н. Числа переноса противомонов в ячеечной модели заряженной мембраны // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. № 5. C. 393–401. https://doi.org/10.31857/S2218117223050036
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека