-
شماره ركورد
30643
-
پديد آورنده
احمد امين نيا
-
عنوان
تاثير نوع ميدان الكتريكي بر رفتار جريان سيال و كاهش گرفتگي غشاهاي نانوفلوئيديكي
-
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
-
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي- فرايندهاي جداسازي
-
سال تحصيل
1400
-
تاريخ دفاع
1402/12/7
-
استاد راهنما
سيد نظام الدين اشرفي زاده
-
دانشكده
مهندسي شيمي، نفت و گاز
-
چكيده
محققان در سالهاي اخير توجه زيادي به شيرين سازي آب داشته اند؛ چرا كه در دسترس بودن منابع آب شيرين به يك مشكل جهاني تبديل شده است. شيرين سازي آب به طور معمول توسط فناوري غشايي صورت مي¬گيرد. بنابراين بهبود عملكرد غشاها يكي از زمينه¬هاي مورد مطالعه در سطح بين¬المللي است. در اين مطالعه ما يك نانوكانال را بررسي ميكنيم كه در بستر يك غشاي نانوفلوييديك، بين دو مخزن بزرگ حاوي محلول الكتروليت پتاسيم كلريد با غلظتهاي مساوي قرار گرفته است. همچنين جزء خنثاي آلبومين سرم گاوي (BSA) نيز در مخازن موجود است. يك لايه پلي¬الكتروليت حاوي بار منفي تمامي سطوح نانوكانال را پوشانده و يك نانوكانال كاتيون-انتخاب¬گر را حاصل مي¬كند. با اعمال ميدان الكتريكي و القاي جريان الكترواسمزي، الكتروليت بدون تغيير در غلظت از نانوكانال عبور ميكند؛ در حالي كه BSA در مخزن خوراك متمركز ميشود. عملكرد گرفتگي با اندازهگيري شار سيال عبوري از نانوكانال، اختلاف غلظت كاتيون و آنيون در گلوگاه كانال (C_(K^+)^ -C_(Cl^-)^ )، سرعت الكترواسمزي جريان، متوسط زماني شار حجمي و همچنين ميزان دفع BSA مورد بررسي قرار گرفت. پارامترهاي غلظت الكتروليت، چگالي بار لايه نرم، اختلاف خواص فيزيكي-شيميايي الكتروليت و لايه نرم و همچنين نوع و فركانس ميدان الكتريكي اعمال شده همگي براي تعيين ميزان گرفتگي غشاء تغيير داده شدند. براي انجام اين كار، معادلات پواسون-نرنست-پلانك، پيوستگي، و ناوير-استوكس به صورت عددي و با استفاده از روش اجزاي محدود در حالت ناپايدار حل شدند. يافتهها نشان ميدهد كه رسوب در نانوكانال را ميتوان با افزايش چگالي بار لايه نرم و كاهش غلظت الكتروليت كاهش داد. استفاده از يك ميدان AC در فركانس¬هاي متوسط مي¬تواند نسبت به يك ميدان DC در كاهش رسوب بسيار موفق¬تر عمل كند. به عنوان يك مثال گويا، با افزايش فركانس ميدان الكتريكي از 0 تا 10 مگاهرتز، نرخ دفع BSA به طور قابل توجهي از 12/0 به 98/0 افزايش يافته و ميانگين زماني شار حجمي افزايش چشم¬گيري را از 98/20 به 49/209 ميكرومتر مكعب بر ثانيه از خود نشان داده¬ است. با اين وجود، ميدان AC در فركانسهاي بسيار پايين يا بسيار بالاي تست شده در كاهش گرفتگي مزيتي نسبت به ميدان DC ندارد.
-
تاريخ ورود اطلاعات
1402/12/28
-
عنوان به انگليسي
The Effect of Electric Field on the Behavior of Fluid Flow and Fouling Reduction in Nanofluidic Membranes
-
تاريخ بهره برداري
2/25/2025 12:00:00 AM
-
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
احمد امين نيا
-
چكيده به لاتين
Researchers have given water purification substantial consideration in recent years as the availability of fresh water supplies has become a worldwide problem. Water treatment is the typical use for membranes. Enhancing membrane performance is thus a much sought after area of study. In this study, we examine a nanochannel that is embedded in a nanofluidic membrane, located between two reservoirs containing KCl electrolyte solution with equal concentrations. The neutral component present in the source reservoir is bovine serum albumin (BSA). A negatively charged polyelectrolyte layer coats the inside of the nanochannel, making the mass transfer more manageable and efficient. By applying an electric field and inducing electroosmotic flow, the electrolyte passes through the nanochannel without a change in concentration, while BSA is concentrated in the feed reservoir. Fouling performance was evaluated by measuring the flux of fluid passing through the nanochannel, the concentration difference (C_(K^+)^ -C_(〖Cl〗^-)^ ), the electroosmotic velocity of the flow, and the time average volume flux. The BSA rejection was also monitored as a goal function. The difference between the electrolyte and the soft layer's physical-chemical properties was varied, and the parameters of electrolyte concentration, surface charge density of the soft layer, and type and frequency of the applied electric field, were all altered to determine their impact on membrane fouling. To do this, the Poisson-Nernst-Planck, continuity, and Navier-Stokes equations were numerically solved using the finite element method in an unsteady state. The findings demonstrate that fouling in the nanochannel can be reduced by increasing the charge density of the soft layer and lowering the electrolyte concentration. Using an AC field at intermediate frequencies is far more successful than a DC field in reducing fouling. As a clear example, with an increase in the electric field frequency from 0 to 10 MHz, the BSA degradation rate has significantly increased from 0.12 to 0.98, and the time average volumetric flux has exhibited a remarkable increase from 20.98 to 209.49 µm3/s. Nevertheless, the AC field does not outperform the DC field in fouling reduction at either low or high frequencies tested.
-
كليدواژه هاي فارسي
غشاهاي نانوفلوئيديكي , جريان الكترواسمزي , اثر جدايش يوني , كاهش گرفتگي غشا , ميدان الكتريكي جريان متناوب و جريان مستقيم , نانو كانال هوشمند , لايه پلي الكتروليت
-
كليدواژه هاي لاتين
Nanofluidic Membrane , Electroosmotic flow , Ion partitioning effect , Membrane Fouling Reduction , AC and DC Electric Field , Smart Nanochannel , Polyelectrolyte Layer
-
Author
Ahmad Aminniya
-
SuperVisor
Dr. Ashrafizade
-
لينک به اين مدرک :