농도 편파

Concentration polarization

농도 분극은 전기화학 및 막과학의 과학 분야에서 사용되는 용어이다.

전기화학에서

전기화학에서 농도편광이란 전극/용액 [1]계면을 통과하는 전류에 의한 전해질 농도 변화에 기인하는 전해조 편광의 일부를 말한다.여기서 분극은 세포 전체의 전기화학적 전위차가 평형값에서 이동하는 것으로 이해된다.이 용어가 이러한 의미로 사용될 경우, 이는 "집중력 과전위"[2][3]에 해당합니다.농도 변화(전극 표면과 인접한 용액의 농도 구배 변화)는 전극에서의 전기화학적 반응 속도와 용액의 표면으로부터의 이온 이동 속도의 차이이다.전기화학전극반응에 관여하는 화학종이 부족할 경우 지표면에서의 이종의 농도가 저하되어 확산이 일어나 해당 종의 소비와 배송의 균형을 유지하기 위해 지표면으로의 이동수송에 추가된다.

그림 1.막의 플럭스 및 농도 프로파일 및 주변 용액그림 a에서는 초기에 평형상태의 계통에 구동력을 가한다.막 내 선택적으로 투과하는 J_}^{의 플럭스가 용액 중 플럭스보다 의 플럭스가 높으면 memb 상류에서 농도가 감소한다.rane/flash 인터페이스 및 다운스트림 인터페이스(b)에서의 집중도를 높입니다.농도 구배는 확산수송을 일으켜 용액 내 총 플럭스를 증가시키고 막 내 플럭스를 감소시킨다.정상 상태에서 J }=

막과학과 기술 분야

막과학기술에서 농도분극이란 막/용액계면에서 막 통과 [4]구동력의 영향을 받아 일부 종이 막에 선택적으로 전달되면서 발생하는 농도구배가 나타나는 것을 말한다.일반적으로 농도 분극의 원인은 어떤 종을 다른 종보다 더 쉽게 운반할 수 있는 막의 능력(막의 선택성)이다. 즉, 유지된 종은 상류 막 표면에 집중되는 반면, 수송된 종들의 농도는 감소한다.따라서 농도 편광 현상은 모든 유형의 막 분리 공정에서 고유합니다.가스분리, 퍼베이포레이션, 막증류, 역삼투, 나노여과, 초여과, 미세여과분리에서는 막표면에서 멀리 떨어져 있는 혼합벌크유체에 비해 상류의 막표면에 가장 가까운 용질수준을 가진다.투석 및 전기투석의 경우 선택적으로 수송되는 용존종의 상류의 막표면에서의 농도는 벌크용액에 비해 저감된다.농도 구배의 출현은 그림 1a와 그림 1b에 나타나 있다.그림 1a는 초기 평형계에 외부 구동력을 가했을 때의 막 근방 및 막내 농도 프로파일을 나타낸다.농도 구배가 아직 형성되지 않았습니다.막이 종1에 선택적으로 투과될 경우 막 내의 플럭스(m {\는 용액(s {\보다 높다.막의 플럭스가 높아지면 상류막 표면의 농도 (c 1 { )와 하류 표면에서의 c 1 { \ c_}' )가 발생한다.따라서 종1에 대하여 상류용액이 고갈되고 하류용액이 농축된다.농도 구배는 추가적인 확산 플럭스를 유발하여 용액 내 전체 플럭스의 증가와 막 내 플럭스의 감소에 기여합니다.그 결과 은 J {{}= 정상 상태에 도달합니다.전기투석 시 µ {\의 외력이 클수록 c1 µ {\이 부피농도보다 훨씬 고갈용액의 저항이 상당히 높아진다.이 상태와 관련된 전류 밀도를 한계 전류 [5]밀도라고 합니다.

농도 분극은 분리 공정의 성능에 큰 영향을 미칩니다.우선 용액의 농도변화에 의해 막내 구동력이 저하되므로 유용한 플럭스/분리속도가 저하된다.압력구동 공정의 경우 이 현상은 막 내 삼투압 구배를 증가시켜 순구동 압력 구배를 감소시킨다.투석 시에는 막내의 구동 농도 구배를 [6]저감한다.일렉트로엠브란 공정의 경우 확산 경계층의 전위 강하에 의해 막 내 전위 구배가 감소한다.동일한 외부 구동력 하에서 분리율이 낮다는 것은 전력 소비량이 증가한다는 것을 의미합니다.

또한 농도 편광은 다음과 같은 결과를 초래합니다.

따라서 박리의 선택성과 막의 수명이 저하된다.

일반적으로 농도 편광 저감을 위해 막간 용액과 난류를 촉진하는 스페이서의 유량 증가를 적용한다[5, 6].이 기술은 용액의 혼합을 개선하고 확산 경계층의 두께를 줄이는 결과를 낳는다. 확산 경계층은 벌크 [7]용액과 농도가 다른 전극 또는 막 부근의 영역으로 정의된다.전기투석에서는 중력대류 또는 전기대류로서 전류유도대류가 발생하는 높은 전압을 인가함으로써 용액의 추가 혼합을 얻을 수 있다.전기전도란 대전된 용액을 통해 전계가 인가될 때 전류에 의한 체적수송으로 정의된다.전기 콘베이션의 몇 가지 메커니즘에 [9][10][11][12]대해 설명합니다.희박한 용액에서는 전기 콘볼루션으로 전류 밀도를 [11]제한 전류 밀도보다 몇 배 높일 수 있습니다.전기전도란 미세유체장치에서 중요한 전기운동학적 현상을 말한다.막과학과 미세/[13]나노유체 사이에는 가교가 있다.마이크로유체학에서 알찬 아이디어가 전달되었다. 한계 전류 범위에서 물 담수화용 전자막 장치의 새로운 개념이 [14][15]제안되었다.

레퍼런스

  1. ^ S.P. Parker, McGraw-Hill Dictionary of Scientific & Technical Terms 6E, 2003.
  2. ^ A.J. 바드, G.R. 인젤트, F.Scholz (Ed.) , 전기화학사전, 스프링거, 베를린, 2012.
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