Abstract Nanoporous membrane (NPM) based water desalination plays an essential role in remedying the global water scarcity crisis. However, the NPM always suffers from fouling issue because of various nanoparticles existed in sea/waste water. Based on the electrical insulation property of NPM and its ultra-small pore size, insulator-based dielectrophoresis (iDEP) is promising for manipulating the nanoparticle behavior in NPM and serves as an effective antifouling technique. Besides, the alternating current electrothermal (ACET) flow occurs due to the temperature dependent variation of water dielectric property, and it also affects the nanoparticle behavior via electrohydrodynamic (EHD) force. In this paper, the AC electrokinetic antifouling mechanism of NPM for water desalination is numerically investigated under several parametric conditions. The results indicate that iDEP force is effective for nanoparticle antifouling in NPM while ACET EHD force has a suppressing influence. Fortunately, due to its dominant magnitude, iDEP force makes the AC electrokinetic based NPM antifouling technique successful. Furthermore, the NPM with circular cone nanopore is highly recommended instead of that with circular cylinder nanopore in order to eliminate the nanoparticle “trapping zone” during antifouling process. The current investigation demonstrates the potential of handling NPM fouling issue using AC electrokinetics for membrane based water desalination technologies.

中文翻译：

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基于绝缘体的纳米多孔膜介电泳防污用于高导电水淡化

摘要 基于纳米多孔膜 (NPM) 的海水淡化在解决全球缺水危机方面发挥着重要作用。然而，由于海水/废水中存在各种纳米颗粒，NPM 总是受到污染问题的困扰。基于 NPM 的电绝缘特性及其超小孔径，基于绝缘体的介电泳 (iDEP) 有望用于控制 NPM 中的纳米粒子行为，并作为一种有效的防污技术。此外，交流电热（ACET）流动是由于水介电特性的温度依赖性变化而发生的，它还通过电流体动力（EHD）力影响纳米粒子的行为。在本文中，NPM 用于海水淡化的交流电动防污机理在几个参数条件下进行了数值研究。结果表明，iDEP 力对 NPM 中的纳米颗粒防污有效，而 ACET EHD 力具有抑制作用。幸运的是，由于 iDEP 力占主导地位，因此基于交流电动的 NPM 防污技术取得了成功。此外，强烈建议使用带有圆锥形纳米孔的 NPM，而不是带有圆柱形纳米孔的 NPM，以消除防污过​​程中纳米颗粒的“捕获区”。目前的研究表明，使用交流电动学技术处理基于膜的水淡化技术的 NPM 污染问题的潜力。iDEP force 使基于交流电动的 NPM 防污技术取得成功。此外，强烈建议使用带有圆锥形纳米孔的 NPM，而不是带有圆柱形纳米孔的 NPM，以消除防污过​​程中纳米颗粒的“捕获区”。目前的研究表明，使用交流电动学技术处理基于膜的水淡化技术的 NPM 污染问题的潜力。iDEP force 使基于交流电动的 NPM 防污技术取得成功。此外，强烈建议使用带有圆锥形纳米孔的 NPM，而不是带有圆柱形纳米孔的 NPM，以消除防污过​​程中纳米颗粒的“捕获区”。目前的研究表明，使用交流电动学技术处理基于膜的水淡化技术的 NPM 污染问题的潜力。