در فناوری جداسازی غشایی نانوفیلتراسیون، اثر Donnan یکی از ضروریترین مکانیسمهای الکترواستاتیکی است که توضیح میدهد چگونه غشاهای نانوفیلتراسیون (NF) به دفع انتخابی یون میرسند. غشاهای نانوفیلتراسیون معمولاً بارهای سطحی را حمل میکنند و این گروههای عاملی دارای بار مثبت یا منفی، توزیع نامتقارن یونها را در دو طرف غشا ایجاد میکنند. این به طور مستقیم بر رد نمک، انتخاب یون دو ظرفیتی و عملکرد حذف برای مواد آلی ضعیف زیست تخریب پذیر تأثیر می گذارد.
اثر دانان از دافعه الکترواستاتیکی سرچشمه می گیرد. هنگامی که آب تغذیه حاوی یونهای دو ظرفیتی مانند Ca2+، Mg2+ و SO42- باشد، انتقال آنها توسط اندازه منافذ غشای نانو فیلتراسیون و بار سطحی غشاء محدود میشود. در بین این دو عامل، بار سطحی نقش غالب تری دارد. غشای NF با بار منفی دافعه را در برابر آنیونهای دو ظرفیتی افزایش میدهد و دفع سولفات، کربنات و سایر یونهای چند ظرفیتی را افزایش میدهد. این یک مزیت کلیدی سیستمهای غشایی نانوفیلتراسیون در پرداخت آب شهری، استفاده مجدد از فاضلاب صنعتی و جداسازی انتخابی یون است. در مقابل، یونهای تک ظرفیتی مانند Na+ و Cl- دافعه الکترواستاتیک ضعیفتری را تجربه میکنند و بنابراین راحتتر از طریق غشاهای NF نفوذ میکنند.
نکته مهم، اثر Donnan نه تنها بر انتقال یون تأثیر می گذارد، بلکه تعادل الکتروشیمیایی بین طرف های خوراک و نفوذ را نیز تغییر می دهد. در شرایط{1}TDS بالا، نیاز به خنثی بودن الکتریکی ممکن است یونهای خاصی را به سمت «مقابل-مهاجرت کردن» از طریق غشا هدایت کند تا تفاوتهای بار را متعادل کند. این پدیده منحصربهفرد بینش ارزشمندی را در مورد ارزیابی اندازه منافذ غشای نانوفیلتراسیون، پتانسیل سطح غشاء، برهمکنشهای میدان الکتریکی و رفتار قطبش غلظت غشاء NF ارائه میکند.
در کاربردهای صنعتی، اثر Donnan برای نمکزدایی آب شور، جداسازی یونهای فلزی، تصفیه فاضلاب نساجی و غلظتهای متوسط دارویی بسیار مرتبط است. به عنوان مثال، در تصفیه فاضلاب فلزات سنگین، یک غشای نانوفیلتراسیون با بار منفی میتواند به طور قابل توجهی دفع یونهای Cu2+ و Ni2+ را از طریق دافعه الکترواستاتیکی افزایش دهد. این امر به سیستم اجازه می دهد تا در فشار کاری نسبتاً کم به راندمان نمک زدایی و انتخاب پذیری بالا دست یابد، مصرف انرژی را کاهش داده و طول عمر ماژول غشاء را افزایش می دهد.
با این حال، در حالی که اثر دانان عملکرد جداسازی را بهبود میبخشد، ممکن است قطبش غلظت موضعی را نیز تشدید کند و چالشها در کنترل رسوب غشایی را افزایش دهد. برای رفع این مشکل، پروژههای مهندسی غشاء اغلب پیش تصفیه آب خوراک، استراتژیهای دوز ضد اسکالانت، و نظارت مستمر بر فشار غشایی را برای کاهش عوارض جانبی و حفظ عملکرد پایدار یکپارچه میکنند.
به طور کلی، اثر دانان یک مکانیسم اساسی در علم غشای نانوفیلتراسیون است. درک تأثیر آن به مهندسان کمک می کند تا مدل صحیح غشاء NF را انتخاب کنند، طراحی سیستم غشاء اسمز معکوس را بهینه کنند، عملکرد ماژول غشای تصفیه آب صنعتی را بهبود بخشند و به هزینه-کارایی و پایداری عملیاتی{{2} بهتری دست یابند، به خصوص در هنگام سر و کار با ماتریس های پیچیده آب.
