带电纳米孔中离子分配扩展 Donnan 模型
化学物理
2024-03-06 v1
摘要
膜由孔组成，这些孔的壁通常带有电荷。在与水溶液接触时，孔中充满水，离子从溶液迁移到孔中直至达到化学平衡。外部溶液与孔内溶液之间的离子分布由化学势平衡控制，由此产生的模型称为 Donnan 理论或 Donnan 方程。包含一个不依赖于盐浓度的分配系数会导致“第一类”扩展 Donnan 方程。最近，基于聚合物电荷链周围的离子排列并提出了一种针对孔中离子的静电模型，其中还包括溶液中的离子活度系数。该框架导出了“第二类”扩展 Donnan 方程，其具有取决于孔内离子浓度和溶液中盐浓度的额外因子。在本工作中，我们通过评估圆柱形孔中离子的库仑相互作用（包括离子与带电孔壁的相互作用以及离子间的相互作用），建立了另一种第二类 Donnan 模型。我们假设反离子靠近孔壁，而同离子分布在中心区域。从完整的分析出发，我们得出了此类孔中离子化学势的简洁表达式。该表达式取决于同离子浓度、孔径和其他几何因素，但不额外依赖于反离子浓度和电荷密度。该模型预测孔中化学势的库仑贡献很小，远小于文献中静电模型的预测值。相反，我们预测在高达约 1 M 的盐浓度下，溶液中离子的活度效应更为重要。
引用
@article{arxiv.2403.02796,
title = {Extended Donnan model for ion partitioning in charged nanopores},
author = {R. Wang and M. Elimelech and P. M. Biesheuvel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.02796},
year = {2024}
}