در جداسازی غشایی نانوفیلتراسیون، اثر حذف دی الکتریک یکی از مکانیسم‌های اساسی-در کنار اثر دانان و اندازه{1}}الک-است که رفتار دفع یون را تعیین می‌کند. غشاهای نانوفیلتراسیون (NF) معمولاً از مواد پلیمری با ثابت دی الکتریک کم ساخته می شوند. هنگامی که یون های موجود در یک محلول آبی به داخل منافذ غشای نانوفیلتراسیون نزدیک می شوند، عدم تطابق دی الکتریک بین ماده غشاء و محلول اطراف را تجربه می کنند. این تفاوت نحوه ورود یون ها به منافذ را تغییر می دهد و یک سد انرژی دافعه ای ایجاد می کند که به عنوان اثر حذف دی الکتریک شناخته می شود.
ساختارهای منافذ غشای نانوفیلتراسیون بسیار کوچک هستند (معمولاً 0.5 تا 2 نانومتر)، و محیط دی الکتریک داخل این منافذ به طور قابل توجهی با محیط آب حجیم متفاوت است. همانطور که یون های باردار سعی می کنند وارد این ناحیه{3}}دی الکتریک پایین شوند، پوسته هیدراتاسیون آنها فشرده می شود و در نتیجه انرژی افزایش می یابد. برای جلوگیری از این وضعیت نامطلوب انرژی، یون ها تمایل دارند در محلول حجیم بمانند تا اینکه وارد منافذ غشایی شوند. این "موانع انرژی" یک نیروی دافعه موثر را تشکیل می دهد. بر خلاف اثر دانان-که تحت تأثیر چگالی بار سطحی غشاء است{8}}اثر حذف دی الکتریک توسط خواص دی الکتریک ماده غشا، اندازه منافذ، ضخامت غشاء و رفتار هیدراتاسیون درون منافذ کنترل می شود.
در کاربردهای عملی، اثر حذف دی الکتریک نقش مهمی در تمایز بین یون های تک ظرفیتی و چند ظرفیتی ایفا می کند. به عنوان مثال، یون هایی مانند SO42- و Mg2+ هیدراتاسیون قوی تری دارند و برای ورود به یک محیط دی الکتریک کم{1} به انرژی بیشتری نیاز دارند. در نتیجه، آنها به طور موثرتری توسط غشاهای نانوفیلتراسیون حذف می شوند. به همین دلیل است که بسیاری از سیستم‌های غشایی NF در تصفیه آب صنعتی، نرخ دفع بالایی برای یون‌های دو ظرفیتی نشان می‌دهند در حالی که اجازه عبور جزئی یون‌های تک ظرفیتی را می‌دهند.
سناریوهای کاربردی کلیدی که در آن اثر حذف دی الکتریک بسیار مرتبط است عبارتند از:
- نرم شدن آب شور: افزایش حذف یون های سختی از طریق دفع دی الکتریک.
- غلظت فاضلاب با شوری بالا: انتخاب‌پذیری بهبود یافته در فرآیندهای جداسازی غشای NF.
- جداسازی مواد غذایی و دارویی: جداسازی هدفمند یون ها یا مولکول های آلی با ویژگی های هیدراتاسیون متفاوت.
- تصفیه فاضلاب نساجی و شیمیایی: دفع بهینه مولکول های رنگ و یون های فلزی.
مهم است که توجه داشته باشید که اثر حذف دی الکتریک با قطبش غلظت و رفتار رسوب غشاء در تعامل است. در شرایط-شوری یا فشار{2} بالا، تغییرات ساختار هیدراتاسیون در داخل منافذ ممکن است تمایل به رسوب را افزایش دهد. بنابراین، طرح‌های مهندسی اغلب شامل پیش تصفیه آب خوراک، فشار گذرنده بهینه و نرخ بازیابی کنترل‌شده برای حفظ پایداری طولانی‌مدت سیستم‌های غشایی نانوفیلتراسیون می‌شوند.
به طور خلاصه، اثر حذف دی الکتریک یک پایه علمی کلیدی در پشت انتخاب یونی غشاهای نانوفیلتراسیون است. درک عمیق‌تر این مکانیسم به مهندسان کمک می‌کند مدل غشای NF مناسب را انتخاب کنند، گردش‌های کاری تصفیه آب صنعتی را اصلاح کنند و به مدیریت یون دقیق‌تر و کارآمدتر در ماتریس‌های پیچیده آب دست یابند.
