20176

۲۰۱۷۶

بررسي اثر خواص فيزيكي لايه پلي الكتروليتي بر توزيع حل شونده در جريان الكترواسمزي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

۹۵-۹۷

۱۳۹۷/۱۰/۲۹

دكتر سيد نظام الدين اشرفي زاده - دكتر آرمان صادقي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در سال¬هاي اخير استفاده از ميكروكانال¬هاي نرم براي كنترل پديده¬هاي الكتروسينتيكي از جمله جريان الكترواسمز محور مطالعات گسترده¬اي بوده است. در اغلب مدل¬سازي¬هاي صورت گرفته، خواص فيزيكي لايه نرم و توده الكتروليت يكسان فرض شده است. در اين پژوهش براي اولين بار به تاثير خواص فيزيكي لايه نرم بر انتقال جرم يك آناليت در جريان الكترواسمز در فضاي ميكرو بين دو صفحه موازي بر اساس نظريه «پخش هيدروديناميكي» يا «پخش تيلور» پرداخته شده است. ابتدا با استفاده از خطي¬سازي دباي-هاكل، حل¬هاي تحليلي براي توزيع پتانسيل الكتريكي و توزيع سرعت ارايه شد. سپس با درنظر گرفتن نظريه پخش تيلور و با استفاده از معادلات مذكور، پاسخ تحليلي براي توزيع غلظت حل¬شونده و نهايتا معادله¬اي براي ضريب پخش موثر حاصل گرديد. حل تحليلي مذكور با حل عددي معادلات حاكمه بدون اعمال خطي¬سازي دباي-هاكل مقايسه گرديد و مشاهده شد كه در مقادير پتانسيل سطحي كم، حل تحليلي با خطاي كمتر از 2%، با حل عددي مطابقت دارد. سپس با رويكردي متفاوت و كاملا مبتني بر فيزيك مساله، حركت و پخش باند آناليت تزريق¬شده در ميكروكانال نرم از طريق متوسط¬گيري غلظت در هر سطح مقطع پيگيري شد. نتايج نشان¬ دادند كه هرچه ¬قدر اثر جدايش يوني افزايش يابد، ضريب پخش موثر افزايش مي¬يابد. به بيان ديگر، هرچقدر ضريب گذردهي لايه نرم كمتر باشد، پخش هيدروديناميكي افزايش مي-يابد. همچنين مشاهده شد با افزايش ويسكوزيته سيال در داخل لايه نرم، پخش هيدروديناميكي كاهش مي¬يابد. علاوه¬بر اين، هرچقدر ضريب نفوذ آناليت در لايه پلي¬الكتروليتي كوچكتر باشد موجب افزايش ضريب پخش موثر مي¬شود. ضمنا در مقايسه با نسبت ضرايب نفوذ آناليت در لايه نرم به الكتروليت، جدايش يوني تاثير بيشتري بر روي ضريب موثر پخش را دارا مي¬باشد.

1397/12/19

Impacts of the Polyelectrolyte Layer Characteristics on Solute Dispersion in Electroosmotic Flow

1/19/2020 12:00:00 AM

In the recent years, a considerable number of studies have been devoted to the electrokinetic phenomena, such as electroosmosis, by assuming the internal surface of the microchannels covered by polyelectrolyte layers (PELs). In contrast to most of the theoretical studies considering similar physical properties for the bulk of electrolyte and the PEL, in this study we have investigated the hydrodynamic dispersion caused by the electroosmotic flow inside the soft microchannels assuming different dielectric permitivities, diffusion coefficients and viscosities for the electrolyte and the PEL. First, uising Debye-Huckle approximation, two analytical expressions was introduced for describing both the electrical potential distribution and the velocity distribution. Then, by adopting the Taylor dispersion theory and using the corresponding equations, analytical solutions for the solute concentration field and the effective dispersion coefficient were obtained. The comparison between the results of the above mentioned analytical expressions and their corresponding numerical results revealed that using Debye-Huckle approximation may lead to up to 2% error. Afterwards, by employing a completely different physical-based model we have investigated the broadening of an analyte band from time of injection. It was found that the difference between the permittivities of the electrolyte and the PEL, i.e. ion partitioning effect, can increase the effective dispersion coefficient. Besides, it was concluded that, the more the viscosity of fluid in the PEL, the smaller the hydrodynamic dispersion. On the other hand, it was revealed that the effective dispersion coefficient increases with the reduction of diffusion coefficient of analyte in the PEL. The last but not the least, the ion partitioning effect was found to be more determinative in the effective dispersion coefficient.