Finite ion size effects on electrolyte transport in nanofiltration membranes

Проведено теоретическое исследование транспорта электролита через нанофильтрационную мембрану под действием разности давлений. Стенки пор являются проводящими с заданным потенциалом. Учитывается конечный размер ионов за счет введения дополнительного слагаемого в электрохимический потенциал. Для описания течения электролита в нанопоре, соединяющей два резервуара бо́льшего диаметра, численно решаются двумерные уравнения Навье–Стокса, Пуассона и модифицированное уравнение Нернста–Планка. Расчеты проводятся для водного раствора хлорида калия. Показано, что в случае точечных ионов значения концентрации противоионов вблизи стенки поры не соответствуют физически допустимым при больших приложенных потенциалах. При учете конечных размеров ионов концентрация противоионов существенно уменьшается, достигая максимально возможного значения вблизи стенки. Это приводит к уменьшению осмотического скачка давления и увеличению потенциала внутри поры. Более сильное исключение коионов при учете их конечного размера вызывает увеличение задержания соли, мембранного потенциала и требуемого перепада давлений.