Polymers in Medicine

Polim. Med.
Scopus CiteScore: 3.5 (CiteScore Tracker 3.6)
Index Copernicus (ICV 2023) – 121.14
MEiN – 70
ISSN 0370-0747 (print)
ISSN 2451-2699 (online) 
Periodicity – biannual

Download PDF

Polymers in Medicine

2010, vol. 40, nr 4, October-December, p. 41–48

Publication type: original article

Language: Polish

Wyznaczanie grubości stężeniowych warstw granicznych dla wieloskładnikowych roztworów elektrolitów i membrany polimerowej

Determination of thickness of concentration boundary layers for ternary electrolyte solutions and polymeric membrane

Jolanta Jasik-Ślęzak1,, Andrzej Ślęzak1,

1 Katedra Zdrowia Publicznego, Wydział Zarządzania, Politechnika Częstochowska

Streszczenie

Korzystając z równań Kedem-Katchalsky’ego, opracowano metodę wyznaczania grubości stężeniowych warstw granicznych w układzie 1-membranowym, zawierającym ternarne roztwory elektrolitów. Podstawą tej metody jest równanie kwadratowe zawierające parametry transportowe membrany (Lp, σ, ω) i roztworów (D, C, γ) oraz strumień objętościowy (Jv) , wyznaczane w serii niezależnych eksperymentów. Obliczone wartości (δ) dla wodnych roztworów chlorku potasu i amoniaku są nieliniowo zależne od stężenia składników roztworów. Owe nieliniowości są efektem konkurencji między procesami dyfuzji i konwekcji swobodnej.

Abstract

The method to determine of the concentration boundary layers thicknesses (δ) in a single-membrane system containing electrolytic ternary solutions was devised using the Kedem-Katchalsky formalism. A basis of this methods is a square equation, contains membrane transport (Lp, σ, ω) and solution (D, C, γ) parameters and volume flux (Jv ). Calculated values δ for aqueous potassium chloride and ammonia solutions are nonlinearly dependent on the concentrations of investigated solutions. These nonlinearities are the effect of a competition between spontaneously occurring diffusion and natural convection.

Słowa kluczowe

membrana polimerowa, transport membranowy, stężeniowe warstwy granicznej, równania Kedem-Katchalsky’ego

Key words

polymeric membrane, membrane transport, concentration boundary layers, Kedem-Katchalsky equation

References (25)

  1. Nicolis G., Prigogine i.: Self-organization in nonequilibrium systems. John Wiley & Sons, inc., new York/london 1977.
  2. Kondepudi d., Prigogine i.: Modern thermodynamimics: form heat engines to dissipative structures. John Wiley & Sons, inc., Chichester/ new York 2000.
  3. Kondepudi d.: influence of gravitation on the bifurcation of steady-states in chemical systems. Z. Flugwiss. Weltraumforsch. (1979), 3, 246–255.
  4. Barry P. H., diamond J. M.: effects of unstirred layers on membrane phenomena. Physiol. rev. (1984), 64, 763–872.
  5. Levitt M. d., Strocchi d., levitt G.: Human jejunum unstirred layer: evidence for efficient luminal stirring. Am. J. Physiol. (1989), 93, 631–647.
  6. Winne d.: Unstirred layer, source of biased Michaelis constant in membrane transport. Biochem. Biophys. Acta (1973), 298, 27–31.
  7. Peppenheimer J. r.: role of pre-epithelial „unstirred” layers in absorption of nutrients from the human jejunum. J. Membr. Biol. (2001), 179, 185–204.
  8. Schlichting H., Gersten K.: Boundary layers theory, Springer, Berlin, 2004.
  9. Pohl P., Saparov S. M., Antonenko Y. n.: The size of the unstirred layer as a function of the solute diffusion coefficient. Biophys. J. (1998), 75, 1403–1409.
  10. Rubinstein i., Zaltzman B.: electro-osmotically induced convection at a permselective membrane. Phys. rev. e (2000), 62, 2238–2251.
  11. Dworecki K., Ślęzak A., Ornal-Wąsik B., Wąsik S.: effect of hydrodynamic instabilities on solute transport in a membrane system. J. Membr. Sci. (2005), 265, 94–100.
  12. Ślęzak A., dworecki K., Anderson J. e.: Gravitational effects on transmembrane flux: the rayleigh-Taylor convective instability. J. Membr. Sci. (1984), 23, 71–81.
  13. Ślęzak A., Grzegorczyn S., Jasik-Ślęzak J., Michalska-Małecka K.: natural convection as an asymmetrical factor of the transport through porous membrane. Transp. Porous Media (2010) 84, 685–698.
  14. Ślęzak A.: irreversible thermodynamic model equations of the transport across a horizontally mounted membrane. Biophys. Chem. (1989), 34, 91–102.
  15. Kargol M., dworecki K., Przestalski S.: Graviosmotic flow amplification effect in a series membrane system. Stud. Biophys. (1979), 76, 137–142.
  16. Dworecki K.: interferometric investigations of near-membrane layers. J. Biol. Phys. (1995), 21, 37–49.
  17. Dworecki K., Ślęzak A., Wąsik S.: Temporal and spatial structure of the concentration boundary layers in membrane system. Physica A (2003), 326, 360–369.
  18. Ślęzak A.: Metoda określania grubości stężeniowych warstw granicznych na podstawie pomiarów objętościowego strumienia osmotycznego roztworów ternarnych. Polim. Med. (2008), 38, 35–39.
  19. Ślęzak A.: Metoda szacowania grubości stężeniowych warstw granicznych w układzie 1-membranowym zawierającym roztwory binarne. Polim. Med. (2008), 38, 47–51.
  20. Jasik-Ślęzak J., Olszówka K., Ślęzak A.: estimation of thickness of concentration boundary layers by osmotic volume flux determination. Gen. Physiol. Biophys. (2010) w druku.
  21. Puthenveettil B. A., Arakeri J. H.: Convection due to an unstable density difference across a permeable membrane. J. Fluid. Mech. (2008) 609, 139–170.
  22. Katchalsky A., Curran P. F.: nonequilibrium thermodynamics in biophysics. Harvard University Press, Cambridge, 1965.
  23. Ślęzak A., Jasik-Ślęzak J., Wąsik J., Sieroń A., Pilis W.: Volume osmotic flows on non-homogeneous electrolyte solutions through horizontally mounted membrane. Gen. Physiol. Biophys. (2002), 21, 115–146.
  24. Ślęzak A., dworecki K., Ślęzak i. H., Wąsik S.: Permeability coefficient model equations of the complex: membrane-concentration boundary layers for ternary nonelectrolyte solutions. J. Membr. Sci. (2005), 267, 50–57.
  25. Ślęzak A., Turczyński B.: The volume flows of electrolyte solutions across a horizontally mounted membrane. Biophys. Chem. (1993), 47, 139–141.
© Wroclaw Medical University