Давление жидкости на входе - Liquid entry pressure

В давление на входе жидкости (LEP) из гидрофобный мембрана давление, которое необходимо приложить к сухой мембране, чтобы жидкость проникла внутрь мембраны. LEP с приложением в мембранная перегонка или же проникновение может быть рассчитан как первый параметр, чтобы указать, насколько смачиваема мембрана по отношению к различным жидким растворам.^[1]

LEP зависит от многих параметров, включая максимальный размер пор мембраны, поверхностное натяжение жидкости, краевого угла жидкости на поверхности мембраны и геометрической структуры мембраны.^[1]

В простейшем виде на основе Уравнение Юнга-Лапласа,^[2] LEP определяется как:

${\displaystyle \mathrm {LEP} =-(\beta {\gamma }_{\rm {l}}\cos {\theta })/r_{\rm {max}}}$

куда ${\displaystyle \beta }$ - коэффициент геометрии поры (${\displaystyle \beta }$ = 1 для цилиндрических пор и 0 < ${\displaystyle \beta }$ <1 для нецилиндрических пор),^[3] ${\displaystyle {\gamma }_{\rm {l}}}$ - поверхностное натяжение жидкости, ${\displaystyle \theta }$ - угол смачивания, измеренный на стороне жидкости, где граница раздела жидкость-пар встречается с поверхностью мембраны, и ${\displaystyle r_{\rm {max}}}$ - максимальный размер пор мембраны.

(а) и (б) цилиндрическая пора с параметрами для расчета LEP (модель Юнга-Лапласа) ^[4]

Мембраны с малым размером пор, узким распределением пор по размерам, идеальной цилиндрической геометрией пор, низкой поверхностной энергией, большим углом смачивания и высокой шероховатостью обычно показывают более высокую LEP. Rezaei et al. показали, что присутствие вторичной фазы, такой как воздух, на поверхности мембраны может заметно увеличить LEP мембраны, особенно для менее гидрофобных материалов.^[5]

В качестве смачивание обычно нежелательно и представляет собой отказ мембранного процесса, дизайна и исследований, направленных на предотвращение его возникновения (например, из-за рабочих условий),^[6] или реверсивный смачивание после того, как это произошло (например, путем обратной промывки или высушивания мембраны).^[7] Покрытия поверхности - ключевой способ улучшить LEP:^[8] в идеале они однородны, вызывают очень высокие углы контакта, и избежать засорения пор.^[9]

Рекомендации

1. Резаи, Мохаммад; Уорсингер, Дэвид М .; V, Джон Х. Линхард; Герцог, Микель; Мацуура, Такеши; Самхабер, Вольфганг М. (2018). «Явление смачивания при мембранной дистилляции: механизмы, обращение и предотвращение». Водные исследования. 139: 329–352. Дои:10.1016 / j.watres.2018.03.058. HDL:1721.1/115486. PMID  29660622.
2. Т. Янг, Курс лекций по естественной философии и механическим искусствам, Джонсон, 1807 г.
3. Гарсиа-Пайо, М.К .; Искьердо-Хиль, M.A .; Фернандес-Пинеда, К. (2000). «Исследование смачивания гидрофобных мембран путем измерения давления жидкости на входе с помощью водных спиртовых растворов». Журнал коллоидной и интерфейсной науки. 230 (2): 420–431. Дои:10.1006 / jcis.2000.7106. ISSN  0021-9797. PMID  11017750.
4. Servi, Amelia T .; Харраз, Джехад; Клее, Дэвид; Нотаранджело, Кэти; Эйоб, Брук; Гильен-Бурриеза, Елена; Лю, Андун; Арафат, Хасан А .; Глисон, Карен К. (2016). «Систематическое исследование влияния гидрофобности на смачивание мембран MD». Журнал мембрановедения. 520: 850–859. Дои:10.1016 / j.memsci.2016.08.021.
5. Резаи, Мохаммад; Уорсингер, Дэвид М .; V, Джон Х. Линхард; Самхабер, Вольфганг М. (2017). «Предотвращение смачивания при мембранной дистилляции за счет супергидрофобности и повторного заполнения воздушного слоя на поверхности мембраны». Журнал мембрановедения. 530: 42–52. Дои:10.1016 / j.memsci.2017.02.013. HDL:1721.1/111972.
6. Уорсингер, Дэвид М .; Буксировка, Эмили У .; Сваминатан, Джайчандер; V, Джон Х. Линхард (2017). «Теоретическая основа для прогнозирования неорганического загрязнения при мембранной дистилляции и экспериментальная проверка с сульфатом кальция». Журнал мембрановедения. 528: 381–390. Дои:10.1016 / j.memsci.2017.01.031. HDL:1721.1/107916.
7. Уорсингер, Дэвид М .; Серви, Амелия; Коннорс, Грейс Б.; Mavukkandy, Musthafa O .; Арафат, Хасан А .; Глисон, Карен К .; V, Джон Х. Линхард (2017-08-24). «Обратное смачивание мембраны при мембранной дистилляции: сравнение сушки с обратной промывкой сжатым воздухом». Наука об окружающей среде: исследования и технологии воды. 3 (5): 930–939. Дои:10.1039 / c7ew00085e. HDL:1721.1/118392. ISSN  2053-1419.
8. Резаи, Мохаммад (2016). «Поведение смачивания супергидрофобных мембран, покрытых наночастицами при мембранной дистилляции». Химическая инженерия. 47: 373–378. Дои:10.3303 / cet1647063.
9. Servi, Amelia T .; Гильен-Бурриеза, Елена; Уорсингер, Дэвид М .; Ливернуа, Уильям; Нотаранджело, Кэти; Харраз, Джехад; V, Джон Х. Линхард; Арафат, Хасан А .; Глисон, Карен К. (2017). «Влияние толщины пленки iCVD и конформности на проницаемость и смачивание MD мембран». Журнал мембрановедения. 523: 470–479. Дои:10.1016 / j.memsci.2016.10.008. HDL:1721.1/108260.