馬鞍山大圣-六安博獅鎖 秦才東
工欲善其事必先利其器，說明了做任何一件事情，都需要一個(gè)合適的工具。海水淡化，或海水提鹽提煉淡化，屬于一個(gè)經(jīng)典的物理化學(xué)過程。在這一物理化學(xué)過程中，可選用的工具全部都被吉布斯自由能函數(shù)所確定和限制，它們分別是溫度T、壓力P、電力E、磁力B、化學(xué)（濃度）力N。每樣工具都可以做到很強(qiáng)大，但都只能在自己的對(duì)象那里發(fā)揮作用，否則毫無效能和威力。注：牛頓告訴我們家里的玻璃杯是怎么掉到地上，而吉布斯告訴我們家里的東西總是會(huì)越來越亂。
溫度T的作用對(duì)象是物質(zhì)的熵S，效能是TS，熵S差不多就是物質(zhì)可以達(dá)到的無序程度或自由度，氣體最亂最自由，液體其次，固體最保守，同樣的溫度增加，氣體最敏感，干活最多，所以我們常見的只有噴氣機(jī)；以人為例，如果我們內(nèi)心足夠的淡定而不是紛亂無序，外界的溫度是熱情還是冷漠，就不會(huì)產(chǎn)生任何效果；以社會(huì)為例，在一個(gè)豪情萬丈的“高溫”社會(huì)里，社會(huì)要產(chǎn)生強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能量或被驅(qū)動(dòng)的效能，大家就不能各掃門前雪，也不能都心如止水，沒有自由之精神，獨(dú)立之思想。在海水淡化，只要加熱海水，升高溫度，所謂的熱法海水淡化技術(shù)，淡水即可源源而來，或者降低溫度，使水結(jié)冰而與鹽分離，所謂的冷法海水淡化技術(shù)，但溫度對(duì)液體水的作用效果有限，淡化海水需要的熱能或冷能不低，除非有工業(yè)廢熱或冷能可資利用，否則沒有合理的經(jīng)濟(jì)性。
壓力P的作用對(duì)象是體積V，效能是PV，在物理化學(xué)變化的過程中，一個(gè)壓力要產(chǎn)生效能，就需要有體積的變化，以人為例，手指頭體積可變，小鐵錘敲敲，后果會(huì)不輕，如果一個(gè)人思想的體積恒定不變，外界壓力的有無或者大小都失去了意義，或者一個(gè)社會(huì)，如果社會(huì)思想僵化沒有伸縮性包容性，縱使外界發(fā)展變化巨大，也無法反應(yīng)和應(yīng)對(duì)跟進(jìn)。在海水淡化，因?yàn)樗肿踊蚪M成水的離子的體積隨壓力的變化幾乎可以忽略不計(jì)，萬噸水壓機(jī)對(duì)一個(gè)水分子也是毫無直接的威力，因此，壓力的效能只能來自于壓力本身變化的部分，也就是現(xiàn)在反滲透技術(shù)中，利用反滲透膜兩側(cè)水壓的不同，達(dá)到水分子透過膜的效果。因?yàn)榉礉B透膜的強(qiáng)度有限，機(jī)械壓力的增加也受到機(jī)械裝備的限制，壓力的實(shí)際效能也是有限的，因此是耗能的，當(dāng)前反滲透海水淡化噸水實(shí)際所需能耗在4度電左右，理論極限是1.6度。
至于電力E，在同性相斥異性相吸的規(guī)則下，其作用對(duì)象必須是帶電量e的東東，其效能為Ee，因?yàn)楹Ｋ宣}的陰陽離子帶有電荷而水分子基本不帶電，因此，電力E的效果是顯著的，再借助陰離子交換膜和陽離子交換膜的區(qū)隔，足以讓海水中鹽的陰陽離子互相分開并統(tǒng)統(tǒng)離開海水，所謂的電滲析法，只可惜耗電量太高，噸水電耗在10度電的水平，一般人付不起電費(fèi)。因?yàn)樗肿踊螓}分子、離子都是弱磁性的物質(zhì)，直接的磁力在此毫無用武之地。
根據(jù)吉布斯自由能函數(shù)，海水淡化或者海水提鹽淡化的工具還剩有化學(xué)力，是和物質(zhì)濃度N直接相關(guān)的一項(xiàng)了。所謂濃度，即是物質(zhì)的相對(duì)含量，好比人一樣，總有濃情薄情之分。濃度涵蓋了物質(zhì)的分子濃度以及離子濃度。備受關(guān)注的正滲透海水淡化技術(shù)正是利用了分子濃度N的差別，利用濃差驅(qū)動(dòng)力，使海水中的水分子透過正滲透膜，進(jìn)入含鹽量更高的汲取液中，而汲取液中的鹽是一種容易揮發(fā)的物質(zhì)，如碳酸銨，或容易聚集提取的物質(zhì)，如具有磁性的微粒子。所謂正滲透是相對(duì)反滲透而言，反滲透是水從鹽濃度高一點(diǎn)的海水（~3.5%重量）進(jìn)入淡水中，但需要外界提供壓力這種工具幫忙，正滲透是水分子從相對(duì)低的海水（3.5%）無需外力幫忙自動(dòng)進(jìn)入高鹽濃度的汲取液中的過程。大家都說正滲透會(huì)比反滲透能耗低，從而經(jīng)濟(jì)合算，但目前的問題是難以生產(chǎn)出合適的正滲透膜。
利用離子的濃差驅(qū)動(dòng)進(jìn)行海水淡化的方法，被稱之為離子交換法。該技術(shù)借助于陰陽離子交換膜，使海水中的陽離子，主要的是鈉離子被濃酸中的氫離子所交換，也使海水中的陰離子，主要的是氯離子被濃堿中的氫氧根離子所交換，其結(jié)果是使作為離子交換劑的酸和堿轉(zhuǎn)化為不值錢的鹽，消耗了昂貴的酸和堿，相當(dāng)于酸堿中和的過程，海水中的鹽分子則轉(zhuǎn)化為水分子，雖然達(dá)到了淡化的效果，但其經(jīng)濟(jì)性蕩然不存。
還是根據(jù)吉布斯自由能函數(shù)，當(dāng)前世界各國正在使用的海水淡化技術(shù)，包括熱法、冷凍法、膜法（反滲透和正滲透法）、電滲析法、（酸堿）離子交換法已經(jīng)涵蓋了所有可能的工具方法，但都不是也不會(huì)是大規(guī)模海水淡化低成本的工具方法，似乎海水淡化經(jīng)濟(jì)性的改善沒有了希望。
陽光總在風(fēng)雨后。仔細(xì)考察酸堿離子交換法技術(shù)，其高成本的唯一原因是，利用酸堿進(jìn)行離子交換是一項(xiàng)不可逆的物理化學(xué)工程，交換后的產(chǎn)物如水、鹽都不能再循環(huán)回用于離子交換，是一錘子的買賣。解決這個(gè)問題的方法，是也只是改用碳酸銨離子交換法技術(shù)，用碳酸銨作為離子交換劑替代酸堿離子交換劑，在交換過程中，碳酸銨【或其它銨鹽】中的銨陽離子，而不是酸中的氫離子，與海水中的鈉離子進(jìn)行交換，碳酸銨【或其它碳酸鹽】中碳酸根陰離子，而不是堿中的氫氧根陰離子與海水中的陰離子交換，結(jié)果則是，海水中的鹽轉(zhuǎn)化為與正滲透中同樣使用的可以揮發(fā)析出的碳酸銨，碳酸銨被揮發(fā)析出提取后再循環(huán)回用，其沒有理論損耗，不會(huì)消失，只起到幫忙交換的作用，避免了酸堿損耗所帶來的巨額成本。另外，在碳酸銨交換劑中分別轉(zhuǎn)化生成有碳酸鈉和氯化銨結(jié)晶，兩者混合加熱反應(yīng)，獲得碳酸銨回用于離子交換過程，獲得的氯化鈉，以及來自海水中的其它成分如氯化鉀、碳酸鎂等則作為可盈利的副產(chǎn)品。其顛覆性的結(jié)果則是，海水淡化從此成為一個(gè)可以盈利的海水提煉新興產(chǎn)業(yè)。
因?yàn)槲覀兊娜馍斫Y(jié)構(gòu)，感覺到機(jī)械壓力的巨大威力毫無問題，但對(duì)于物質(zhì)的分子或者離子，其感受到的真正巨大壓力卻是來自于同伴的濃度而不是機(jī)械壓力。以反滲透或正滲透中水分子所受到的壓力或驅(qū)動(dòng)力為例，3.5%濃度的海水中的鹽所形成的滲透壓即達(dá)到了~30個(gè)大氣壓的水平，對(duì)應(yīng)于現(xiàn)在的反滲透技術(shù)所能達(dá)到的機(jī)械壓力70個(gè)大氣壓水平，鹽的濃度也才只需要~8%，只是飽和鹽水濃度的四分之一左右。正是這種強(qiáng)大的滲透壓的存在，加上反滲透膜自身的阻力，使得反滲透的機(jī)械壓力只能壓出海水中一半的水分子，排放出濃度達(dá)7%的濃鹽水，此時(shí)濃海水中的滲透壓達(dá)到了~70個(gè)大氣壓的水平，繼續(xù)增加反滲透的機(jī)械壓力，已經(jīng)沒有經(jīng)濟(jì)性，因此，反滲透技術(shù)無法榨干水分，提取海水中的氯化鈉（食鹽）、氯化鉀（鉀肥）等鹽，或者說若要完全提取水分，需要的壓力至少是300個(gè)大氣壓。由此可見，濃度的威力是大于機(jī)械壓力的，也可以說在海水淡化領(lǐng)域，化學(xué)力可達(dá)到的威力大于機(jī)械壓力；換言之，如果機(jī)械壓力可以抗衡化學(xué)力，那么就沒有現(xiàn)在的反滲透法濃鹽水排放破壞海洋生態(tài)環(huán)境的問題了。其中的道理，是因?yàn)槲镔|(zhì)濃度的特性，濃度和錢不同，濃度總在想法變得淡一點(diǎn)，但錢總想變得多一點(diǎn)，雖然結(jié)果可能是適得其反，自然的物質(zhì)在濃度高的地方大概是擁擠而少了自由，所以極力向低濃度的地方移動(dòng)，這種頑強(qiáng)的內(nèi)在力量肯定大于外部所能施加的機(jī)械力了，所謂萬物的本性是自由自在，只有容器才是它的邊界和規(guī)則。
從來海水淡化就是耗能高，沒盈利靠補(bǔ)貼的一件事，說替代了過去已經(jīng)有的酸堿離子交換海水淡化法的碳酸銨離子交換法可以實(shí)現(xiàn)低成本的海水提煉淡化并且可以盈利，自然是很值得懷疑。也是在懷疑中試驗(yàn)，在試驗(yàn)中懷疑，花了一年360多天的時(shí)間，每個(gè)數(shù)據(jù)、每個(gè)實(shí)驗(yàn)差不多做了250次，基本達(dá)到了10個(gè)250的境界。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，碳酸銨離子交換法的淡化速度在10L/m2h，比一般的反滲透法還要快。
但這不是一個(gè)可以“我反正信了”的時(shí)代，懷疑還在繼續(xù)。查百家姓，要百家信，確實(shí)會(huì)很難，退而求其次，讓老李和老習(xí)兩家信也行，但也難，他們太忙。想想還是眼見為真，讓我們看著鹽分子一個(gè)一個(gè)的被碳酸銨分子所替代并溶解消失在膜的另外一側(cè)，是最佳的實(shí)證辦法，所謂大膽假設(shè)，小心求證。
在飽和的氯化鈉鹽水里，再放點(diǎn)氯化鈉固體鹽，因?yàn)槭秋柡偷娜芤�，固體鹽會(huì)永遠(yuǎn)固體地呆在那里的。如果慢慢消失了，不外乎是因?yàn)椋夯蛉芤褐性黾恿怂郑螓}分從容器壁漏掉了，或被替換掉了，沒有其它的可能。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先用純凈水替代碳酸銨進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，照片里的一坨鹽經(jīng)45分鐘后消失，檢查發(fā)現(xiàn)純凈水里的鹽度用鹽度計(jì)測量沒有增加，說明所用的膜不會(huì)泄露鹽分，但飽和鹽水的溶液體積增加了不少，說明了由于飽和鹽水的高滲透壓使水分從純凈水透過離子膜進(jìn)入了飽和鹽水中，從而導(dǎo)致了固體鹽的溶解消失。當(dāng)在純進(jìn)水里加入飽和的碳酸銨后，同樣重量的一坨鹽縮短為33分鐘后消失，且鹽水的體積沒有可見的增加，應(yīng)該是因?yàn)槟蓚?cè)溶質(zhì)的濃度相當(dāng)，滲透壓也相當(dāng)?shù)木壒�，另外，在鹽水上方還可以檢側(cè)到堿性的碳酸銨或氨氣體，在離子交換膜沒有泄露鹽分的情況下，說明了那坨氯化鈉固體鹽是通過離子交換膜轉(zhuǎn)化成為碳酸銨而消失的，并且一部分碳酸銨已經(jīng)揮發(fā)到空氣中。經(jīng)定量測定，冬天里鹽透過膜的速度每小時(shí)每平方米的膜面積可達(dá)0.6kg，折換成海水淡化速度相當(dāng)于~17 L/m2h，夏天估計(jì)可達(dá)30 L/m2h以上，這是因?yàn)闇囟鹊脑黾犹岣吡穗x子的運(yùn)動(dòng)速度的緣故。飽和鹽水的脫鹽速度明顯高于真正海水淡化的速度的原因則是，飽和鹽水本身的高濃度也具有脫鹽到別人家的內(nèi)在要求。相當(dāng)于錢多要捐款，行善得樂。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)終于讓我們用肉眼看到了鹽是怎樣活生生的被碳酸銨中的陰陽離子所交換掉的，說明了碳酸銨離子交換法交換替代氯化鈉等海鹽實(shí)現(xiàn)海水淡化和海水提煉是現(xiàn)實(shí)可行的！
下面是廣告了。常常有人問，你到底是搞鎖的還是搞水的。其實(shí)搞什么都一樣，發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)，解決問題。當(dāng)年從大學(xué)辭職回來，自以為是，想的就是提升一兩個(gè)行業(yè)的技術(shù)水平，通過這些年的研發(fā)改進(jìn)，世界上確實(shí)多出了2個(gè)最好的新產(chǎn)品或新技術(shù)。在防盜行業(yè)，博獅鎖是世界上最好的，所以敢給用戶“丟車一定有賠”承諾及3年以上的免費(fèi)使用合同，任何人若能用小偷的萬能鑰匙打開博獅鎖，或者世界上任何地方找到一把比博獅鎖更防小偷萬能鑰匙的鎖，隨時(shí)獎(jiǎng)勵(lì)30萬元人民幣，這個(gè)已經(jīng)被證明了10幾年了，證明還在繼續(xù)。在海水淡化行業(yè)，以成本和盈利能力計(jì)，碳酸銨離子交換法海水淡化技術(shù)也是最好的，還是用商人的方式來證明這個(gè)結(jié)論，任何人能有更好的技術(shù)，或者找到一個(gè)更好的海水淡化技術(shù)，則獎(jiǎng)勵(lì)1000萬元（人民幣，或美元，或日元，或其它貨幣，待商定）。
本來也應(yīng)該是老老實(shí)實(shí)的做鎖賣鎖，但畢竟所學(xué)非所用，最惦記的是水的處理，因?yàn)榇蟛糠值墓I(yè)過程都會(huì)涉及到污水的處理問題，很多的企業(yè)不得不關(guān)停，還是因?yàn)樗膯栴}沒有解決，所以折騰水一直在進(jìn)行。幾年下來，幾乎偃旗息鼓，承認(rèn)這是個(gè)難題。但感謝馬鞍山留學(xué)人員創(chuàng)業(yè)服務(wù)中心朱慧剛主任的信任，2014年每隔數(shù)月就鼓動(dòng)一次繼續(xù)海水淡化的研究，到辦公室才知道他手上有一本楊尚寶博士關(guān)于海水淡化方面的書籍，也可能是覺得海水淡化研究意義重大，值得為此鼓勵(lì)犧牲中心一兩個(gè)企業(yè)，所以有了這樣的開始。因緣際會(huì)之下，摸索數(shù)月，繞了2個(gè)彎，走到了碳酸銨離子交換法這個(gè)方向，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證又浪費(fèi)幾近一年整的時(shí)間。其間，原六安市地委何宗新老書記給予了大力支持和鼓勵(lì)，依托鎖廠提供的資金終于完成了初步的實(shí)驗(yàn)研究�？傊@是一個(gè)鼓勵(lì)花錢做夢(mèng)的時(shí)代，也是夢(mèng)想要成真的時(shí)代，但愿海水淡化新技術(shù)不僅僅是一個(gè)夢(mèng)想。
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