带电纳米孔内电解质传输分析

我们重新审视了由毛细管孔模型（也称为“空间电荷”理论）所描述的电解质溶液通过带电毛细纳米孔或纳米管的流动这一经典问题。该理论假设孔非常长且细，并使用一维通量-力形式体系，将通量（电流、盐通量、流体速度）与驱动力（电势差、盐浓度、压力）联系起来。我们分析了孔内电双层重叠且存在非零轴向盐浓度梯度的一般情况。关联这些量的 3$\times$3 矩阵表现出 Onsager 对称性，并且我们报告了关联轴向盐通量与化学势梯度的对角元的一个显著新简化。我们证明了 Onsager 对称性在变量变换下保持不变，并通过变换到 Gross 和 Osterle (1968) 给出的不同通量-力矩阵加以说明。只要横向离子分布保持局域准平衡，毛细管孔模型就很适合描述带电膜或纳米流体器件在电动能转换和海水淡化中的非线性响应。作为一个例子，我们利用效率-功率图，通过反向电渗析评估了由盐浓度差产生的电功率。我们表明，由于毛细管孔模型允许盐浓度的轴向梯度，孔中会形成电流、盐通量或流体流动的部分回路。使用简化模型（假设势和浓度在径向坐标上不变，即“均匀势”或“细毛细孔”模型）对宏观传输性质的预测，与完整模型的结果接近。