反渗透与纳滤中浓差极化的分析：零维、一维与二维模型
化学物理
2024-01-23 v1
摘要
反渗透与纳滤是基于膜的方法，用于从溶剂中去除溶质，例如从水中去除盐分（脱盐）。在这些方法中，施加的压力是溶剂透过膜的驱动力，而大部分溶质被截留。在质量传递理论中，浓差极化层（CP层）非常重要，它在膜的上游侧形成。由于CP层的存在，透过膜的溶剂通量降低，而溶质透过膜的泄漏增加，这两种效应都必须最小化。因此，准确理解并描述CP层的性质非常重要，特别是要找到对CP层传质系数的良好估计。这对于在测试池几何形状中准确表征膜也很重要。我们使用三个层次的数学模型对CP层的结构进行了理论分析。首先，我们提出了对Sherwood等人（1965年）的方程的修改，并表明它在零维模型中效果很好。其次，我们评估了一个更精确的一维模型，该模型可以纳入任何关于溶剂和溶质透过膜流动的方程，并且也使用了新修改的Sherwood方程。最后，我们在二维几何形状中完全解析了整个通道，以验证低阶模型并说明CP层的结构。总体结论是，对于典型的测试池条件，修改后的Sherwood方程可用于表征CP层，即使当透过膜的溶剂通量在测试池入口和出口之间发生变化时也是如此。此外，一维模型不仅在短测试池中，而且在较长的组件中也能准确描述溶质去除（例如水脱盐）。
引用
@article{arxiv.2401.11527,
title = {Analysis of concentration polarization in reverse osmosis and nanofiltration: zero-, one-, and two-dimensional models},
author = {P. M. Biesheuvel and S. Porada and B. Blankert and I. Ryzhkov and M. Elimelech},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.11527},
year = {2024}
}