ABSTRACT
A theoretical and numerical model is developed for the quantitative analysis of coupled processes taking place in active waste containment systems, such as electrokinetic barriers or fences, in which alow intensity DC current is circulated across the clay barrier to move polar and non-polar contaminants. A novel feature of the proposed approach is the allowance for the presence of air in the pore space. Under unsaturated conditions, all transport coefficients involved in the electrokinetic process are strongly dependent on the degree of saturation of pore liquid. In order to assess the predictive capability of the proposed theory and to appreciate the impact of gas production at the electrodes, a series of numerical simulations of simple onedimensional electrokinetic tests have been performed. The results of the simulations compare reasonably well with data obtained from laboratory experiments performed on an illitic clayey silt. The numerical results indicate that the impact of gas production at the electrodes can be significant, even in low-intensity and short-duration treatments.
Um modelo teórico e computacional é desenvolvido para a análise quantitativa de processos acoplados que tomam lugar em sistemas de contenção de lixo tais como barreiras ou grades eletrocinéticas no qual uma DC corrente de baixa intensidade é circulada através da barreira de argila para movimentar contaminantes polares e não polares. Uma nova característica da abordagem proposta é permitir a presença de ar nos poros. Sob condições não saturadas todos os coeficientes de transporte envolvidos nos processos eletrocinéticos são fortemente dependentes do grau de saturação do líquido. Com o objetivo de avaliar a capacidade do modelo proposto de predizer e de apreciar o impacto da produção de gás nos eletrodos uma série de simulações numéricas foi realizada em testes eletrocinéticos simples unidimensionais. Os resultados das simulações concordam razoavelmente bem com dados experimentais obtidos em experimentos de laboratório realizados em argilas. Os resultados numéricos indicam que o impacto da produção de gás nos eletrodos pode ser significativo mesmo em tratamentos de baixa intensidade e curta duração.
ABSTRACT
A new three-scale model to describe the coupling between pH-dependent flows and transient ion transport, including adsorption phenomena in kaolinite clays, is proposed. The kaolinite is characterized by three separate nano/micro and macroscopic length scales. The pore (micro)-scale is characterized by micro-pores saturated by an aqueous solution containing four monovalent ions and charged solid particles surrounded by thin electrical double layers. The movement of the ions is governed by the Nernst-Planck equations, and the influence of the double layers upon the flow is dictated by the Helmholtz-Smoluchowski slip boundary condition on the tangential velocity. In addition, an adsorption interface condition for the Na+ transportis postulated to capture its retention in the electrical double layer. Thetwo-scalenano/micro model including salt adsorption and slip boundary condition is homogenized to the Darcy scale and leads to the derivation of macroscopic governing equations. One of the notable features of the three-scale model is there construction of the constitutive law of effective partition coefficient that governs the sodium adsorption in the double layer. To illustrate the feasibility of the three-scale model in simulating soil decontamination by electrokinetics, the macroscopic model is discretized by the finite volume method and the desalination of a kaolinite sample by electrokinetics is simulated.
Neste artigo propomos um modelo em três escalas para descrever o acoplamento entre o fluxo eletroosmótico e o transporte de íons incluindo fenômenos de adsorção em uma caulinita. A argila é caracterizada por três escalas nano/micro e macroscópica. A escala microscópica é constituída por micro-poros saturados por uma solução aquosa contendo quatro íons monovalentes e partículas sólidas carregadas eletricamente circundadas por uma dupla camada elétrica fina. O movimento dos íons é governado pelas equações de Nernst-Planck e a influência da dupla camada sobre o fluxo aquoso é modelada por uma condição de contorno de deslizamento da componente tangencial do campo de velocidade (condição de Helmholtz-Smoluchowski). Além disso, uma condição de adsorção na interface fluido-sólido para os íons Na+ é postulada capturando a retenção do sódio na dupla camada elétrica. O modelo em duas escalas nano/micro incluindo a adsorção do sal e a condição de deslizamento da velocidade é homogeneizado levando a derivação das equações macroscópicas na escala de Darcy. Um dos aspectos inovadores do modelo em três escalas é a reconstrução da lei constitutiva para o coeficiente de partição que governa a adsorção do Na+ na dupla camada elétrica. Para ilustrar as potencialidades do modelo em três escalas na simulação da eletroremediação de solos argilosos, o modelo macroscópico é discretizado utilizando o método de volumes finitos no intuito de simular a dessalinização de uma amostra de caulinita por técnica de eletrocinética.
ABSTRACT
Aim To investigate the effect of iontophoresis on skin permeation of defibrase. Methods Iontophoresis was carried out in side-by-side chambers, excised rat skin membrane (RSM) or human epidermis membrane (HEM). The effects of electrode polarity, permeation medium pH and ionic strength were evaluated. Results Permeation of defibrase caused by anodal iontophoresis was more effective [the apparent permeability coefficient was (1.2±0.4)×10-4 cm·h-1] than that of cathodal iontophoresis[(4.3±1.4)×10-5 cm·h-1]. The amount of permeated defibrase caused by anodal iontophoresis in pH 7.4 medium was (25±5)×10-14 mol·cm-2, which was higher than that of in pH 6.4 permeation medium [(15±4)×10-14 mol·cm-2]. Conclusion Iontophoresis could enhance skin permeation of defibrase. Electroosmotic flow effect played an important role.