Моделирование проводящих нанопористых мембран с переключаемой ионной селективностью/ Modelling of Conductive Nanoporous Membranes with Switchable Ionic Selectivity

Abstract

Одним из современных направлений мембранной науки является разработка “умных” мембран, которые способны влиять на транспорт компонентов посредством внешнего воздействия. В случае ионов таким воздействием может быть электрическое поле, создаваемое проводящей поверхностью пор. В работе предложена математическая модель транспорта ионов в цилиндрической нанопоре с электронным зарядом на проводящей поверхности и химическим зарядом, отделенным от поверхности слоем Штерна. Модель основана на одномерных уравнениях для потенциала, концентрации ионов и давления в диффузном слое. В работе она применяется для описания мембранного потенциала при нулевом токе, который характеризует величину и тип ионной селективности мембраны. Показано, что при изменении потенциала поверхности поры в направлении от отрицательных значений к положительным селективность поры непрерывно изменяется от катиона к аниону. Уменьшение емкости слоя Штерна или увеличение радиуса поры приводят к снижению ионной селективности. Наличие положительного (отрицательного) химического заряда вызывает смещение потенциала поверхности, при котором происходит переключение ионной селективности, в область отрицательных (положительных) значений. При указанном значении потенциала мембрана теряет селективность, диффузионный поток ионов достигает максимального значения, а осмотический перенос раствора прекращается. Предложенная модель позволяет количественно и качественно описать результаты экспериментов по переключаемой селективности трековых мембран, модифицированных слоем золота.