Indications of ion dehydration in diffusion-only and pressure-driven nanofiltration

渗透 化学 离子 膜 脱水 纳滤 焓 化学工程 无机化学 热力学 有机化学 生物化学 物理 工程类
作者
Vladislav Pavluchkov,Idit Shefer,Ophir Peer-Haim,Jens Blotevogel,Razi Epsztein
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:648: 120358-120358 被引量:61
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.120358
摘要

Recent insights into the permeation of small ions through polyamide membranes highlighted the role of ion dehydration in the transport and selectivity observed. However, such insights were a by-product of studies exploring different transport phenomena without a systematic methodology that focuses on ion dehydration itself. In this study, we quantified the intrinsic permeability and its underlying Eyring's enthalpy and entropy of activation for a systematic set of cations and anions in polyamide nanofiltration membranes to gain better understanding of ion dehydration. Our results in a diffusion-only system expose a distinct correlation between the hydration strength of the ions and the enthalpic barrier they experience during permeation, with a permeability order that is similar to the mobility order in solution. Smaller entropic losses are observed for smaller bare ions, indicating their higher freedom of motion after dehydration compared to larger bare ions. Comparing the measured activation enthalpies to quantum chemical calculations for the ions' hydration in solution suggests that ions are only partially dehydrated. Last, our simulated ion permeability at higher temperatures and experimental results in a pressure-driven system expose higher permeation rates with reversed ion-ion selectivity, indicating the activation of ion transport in the form of ion dehydration when additional energy is supplied.
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