Дискуссионный Петрофизический Форум - Petrophysics Forum PETROPHYSICS & INTERPRETATIONS FORUM
форум по петрофизике



Ближайшие конференции (условия участия и обзор) в разделе [РАЗНОЕ]

Полезные ссылки размещены внизу

Все посетители приглашаются к участию в обсуждениях (в форме вопросов, предложений, реплик и полемических замечаний)

 
On-line: гостей 0. Всего: 0 [подробнее..]
администратор




Зарегистрирован: 24.05.05
Рейтинг: 2
ссылка на сообщение  Отправлено: 10.09.08 03:42. Заголовок: Investigation of Donnan equilibrium in charged porous materials—a scale transition analysis


Investigation of Donnan equilibrium in charged porous materials—a scale transition analysis
Журнал Transport in Porous Media
Springer Netherlands
ISSN 0169-3913 (Print) 1573-1634 (Online)
Volume 69, Number 2 / Сентябрь 2007 г.
DOI 10.1007/s11242-006-9071-6
pp 215-237

Investigation of Donnan equilibrium in charged porous materials—a scale transition analysis
Peter Pivonka1 , David Smith1 and Bruce Gardiner1

(1) Department of Civil and Environmental Engineering, The University of Melbourne, Melbourne, VIC, 3010, Australia

Received: 28 June 2004 Accepted: 4 October 2006 Published online: 14 December 2006

Abstract We propose a new theory describing how the macroscopic Donnan equilibrium potential can be derived from the microscale by a scale transition analysis. Knowledge of the location and magnitude of the charge density, together with the morphology of the pore space allows one to calculate the Donnan potential, characterizing ion exclusion in charged porous materials. Use of the electrochemical potential together with Gauss’ electrostatic theorem allows the computation of the ion and voltage distribution at the microscale. On the other hand, commonly used macroscopic counterparts of these equations allow the estimation of the Donnan potential and ion concentration on the macroscale. However, the classical macroscopic equations describing phase equilibrium do not account for the non-homogeneous distribution of ions and voltage at the microscale, leading to inconsistencies in determining the Donnan potential (at the macroscale). A new generalized macroscopic equilibrium equation is derived by means of volume averaging of the microscale electrochemical potential. These equations show that the macroscopic voltage is linked to so-called “effective ion concentrations”, which for ideal solutions are related to logarithmic volume averages of the ion concentration at the microscale. The effective ion concentrations must be linked to an effective fixed charge concentration by means of a generalized Poisson equation in order to deliver the correct Donnan potential. The theory is verified analytically and numerically for the case of two monovalent electrolytic solutions separated by a charged porous material. For the numerical analysis a hierarchical modeling approach is employed using a one-dimensional (1D)macroscale model and a two-dimensional (2D)microscale model. The influence of various parameters such as surface charge density and ion concentration on the Donnan potential are investigated.
Keywords Donnan potential - Anion exclusion - Electrochemical potential - Poisson equation - Charged porous materials - Volume averaging


--------------------------------------------------------------------------------
Peter Pivonka (Corresponding author)
Email: ppivonka@unimelb.edu.au

David Smith
Email: david.smith@unimelb.edu.au

Bruce Gardiner
Email: bgardine@unimelb.edu.au


References
Atkins P., de Paula J. (2002) Atkins’ Physical Chemistry, 7th edn. Oxford University Press, New York, USA

Basser P.J., Grodzinsky A.J. (1993) The Donnan model derived from microstructure. Biophys. Chem. 46, 57–68


Bear J., Bachmat Y. (1991) Introduction to Modelling of Transport Phenomena in Porous Media, vol. 4. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands

Dähnert K., Huster D. (1999) Comparison of the Poisson–Boltzmann model and the Donnan equilibrium of a polyelectrolyte in salt solution. J. Colloid Interface Sci. 215, 131–139


Dormieux, L.: A mathematical framework for upscaling operations. In: Dormieux, P., Ulm, F. (eds.) Applied Micromechanics of Porous Materials. Springer, New York, CISM series (Nr.480) (2005)

Helfferich, F.: Ion exchange. McGraw-Hill, New York, USA, Series in Advanced Chemistry (1962)

Hunter R.J. (2001) Foundations of Colloid Science. Oxford University Press, Oxford, UK

Iwata S., Tabuchi T., Warkentin B.P. (1995) Soil–water Interactions. Marcel Dekker, New York USA

MacGillivray A.D. (1968) Nernst–Planck equations and the electroneutrality and Donnan equilibrium assumptions. J. Chem. Phys. 48, 2903–2907


Newman J.S. (1991) Electrochemical Systems, 2nd edn. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, USA

Peters G., Smith D. (2001) Numerical study of boundary conditions for solute transport through a porous medium. Int. J. Numer. Analy. Met. Geomech. 25:629–650


Pivonka P., Smith D. (2004) Investigation of nanoscale electrohydrodynamic transport phenomena in charged porous materials. Int. J. Numer. Met. Eng. 63, 1975–1990


Shainberg I., Kemper W.D. (1966) Hydration status of adsorbed ions. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 30, 707–713

Smith D., Pivonka P., Jungnickel C., Fityus S. (2004) Theoretical analysis of anion exclusion and diffusive transport through platy-clay soils. Transport Porous Media 57, 251–277


Sposito G. (1989) The Chemistry of Soils. Oxford University Press, New York, USA

Stratton J.A. (1941) Electromagnetic Theory. McGraw-Hill, New York, USA

Westermann-Clark G.B., Christoforou C.C. (1986) The exclusion-diffusion potential in charged porous membranes. J. Electroanal. Chem. 198(1986):213–231


Whitaker S. (1999) The Method of Volume Averaging, vol. 13. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands

Zaoui, A.: Structural morphology and constitutive behavior of micro-heterogeneous materials. In: Suquet, P. (ed.) Continuum Micromechanics. Springer, New York, CISM courses and lectures No. 377 (1997)



C уважением и надеждой на понимание Спасибо: 0 
Профиль Цитата Ответить


Ответ:
1 2 3 4 5 6 7 8 9
большой шрифт малый шрифт надстрочный подстрочный заголовок большой заголовок видео с youtube.com картинка из интернета картинка с компьютера ссылка файл с компьютера русская клавиатура транслитератор  цитата  кавычки моноширинный шрифт моноширинный шрифт горизонтальная линия отступ точка LI бегущая строка оффтопик свернутый текст

показывать это сообщение только модераторам
не делать ссылки активными
Имя, пароль:      зарегистрироваться    
Тему читают:
(-) сообщения внутри нет
(+) новый ответ
(!) объявление администратора
(x) закрытая тема
Все даты в формате GMT  -3 час. Хитов сегодня: 34
Права: смайлы да, картинки да, шрифты да, голосования нет
аватары да, автозамена ссылок вкл, премодерация откл, правка нет




(STYLE) .font1 {COLOR: #000000; FONT-FAMILY: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; FONT-SIZE: 14px} .font2 {COLOR: #000000; FONT-FAMILY: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; FONT-SIZE: 12px} .font3 {COLOR: #000000; FONT-FAMILY: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; FONT-SIZE: 14px;} .font4 {COLOR: #FFA450; FONT-FAMILY: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; FONT-SIZE: 14px; font-weight: 700;} .font5 {COLOR: #ffa450; FONT-FAMILY: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; FONT-SIZE: 14px
Мои сайты
[Хрестоматия по петрофизике и интерпретации][Петрофизика и интерпретация][Группа ПАНГЕИ] [Cайт памяти Вендельштейна] [Коммуникация и семиотика]

Некоторые профессиональные ссылки (включаю по обмену ссылками)
[Мнемоники собранные в SPWLA] [Общество каротажников - SPWLA] [ЦГЭ (на сайте много публикаций)] [ПАНГЕЯ (на сайте есть публикации)] [Геологический словарь (МГУ)] [Schlumberger] [LandMark] [GeoGraphix] [StatMin (Fugro-Jason)] [PGS Abstracts] [ФОРУМ студентов РГУНГ] [Тектоника плит, вулканизм, самоорганизация] [Адрес осчастливателя нейронными сетями (всех оптом)] [Geofyzika Torun (Poland)]

Полезности и ПОИСК
[Cловари, Переводчики, Почтовый декодер, Отправка SMS, сложный поиск] [Поиск на сайте Хрестоматии по петрофизике ] [Поиск по геолог. ресурсам (МГУ)] [Яндекс][GOOGLE] [Geodictionary (регистрация свободна)] [Поиск по большим русскоязычным библиотекам]

Форумы на которые люблю заходить
[Либеральный Клуб] [Дискуссии со знакомыми о политике] [Я СВОБОДЕН!] [Форум RESEACHER] [Хороший русскоязычный Форум в Казахстане]

Новостные и журнальные сайты на которые люблю заходить
[ГРАНИ] [CВОБОДА] [ИНОПРЕССА] [Новое Время] [ПОЛИТ.ру] [RTV International] [ИНТЕЛЛИГЕНТ] [Московские Новости] [Cтоличные новости] [Новая Газета] [Имеешь право] [Еженедельный Журнал] [Эхо Москвы] [computerra] [Tema дня] [Политический журнал] [Куратор] [ВладимирВладимирович]

Сайты политических партий, движений и организаций на которые заглядываю
[Партия Свободы] [Cвободная Россия (Хакамада)] [СПС] [ЯБЛОКО] [РАДИКАЛЫ] [Дем. союз] [ОБОРОНА] [ДА] [Либеральная миссия] [Институт прав человека] [Московский общественный научный фонд] [Мемориал] [Журнал "Индекс/Досье на цензуру" ] [Центр по проблемам коррупции] [Фонд Аденауэра] [Либеральный Сахалин] [Похмелкин] [Институт развития свободы информации]

Сетевые библиотеки
[Либертариум] [Библиотека Мошкова] [Аудиториум] [Открытая русская электронная библиотека (Орел)] [Библиотека Якова Кротова] [Vivos Voco] [Архив В.Буковского] [Портал по синергетике] [Проблемы эконофизики и эволюционной экономики ] [Форум социнтегрум] [Социальная история отечественной науки] [Элементы: Популярный сайт о фундаментальной науке] [Известия НАУКА]

Частные сайты - cофт
[КП НЕМО] [NNM] [КАДЕТ]

Частные сайты и тексты которые смотрю
[Сайт деятельных скептиков] [DoctoR] [RR-полит] [Соционавтика] [Универсумс] [РЖ Андрей Левкин ] [Синергетика - сайт Курдюмова] [Российская наука в Интернет] [Наука в ПОЛИТ.ру]

Cправочная информация общего характера
[Москва Желтые страницы путешественника] [Москва Большая телефонная книга] [Конвертация единиц измерения] [Законодательство в HTML] [Cловари на сайте РГГУ]