馬鞍山大圣-六安博獅鎖 秦才東
工欲善其事必先利其器，說(shuō)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(guò)程。在這一物理化學(xué)過(guò)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(wú)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(lái)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(wú)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(wú)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(wàn)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(méi)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(lái)，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(méi)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(guò)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(wú)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(méi)有伸縮性包容性，縱使外界發(fā)展變化巨大，也無(wú)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(wàn)噸水壓機(jī)對(duì)一個(gè)水分子也是毫無(wú)直接的威力，因此，壓力的效能只能來(lái)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(guò)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(yáng)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(yáng)離子交換膜的區(qū)隔，足以讓海水中鹽的陰陽(yáng)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(wú)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(guò)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(wú)需外力幫忙自動(dòng)進(jìn)入高鹽濃度的汲取液中的過(guò)程。大家都說(shuō)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(wèn)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(yáng)離子交換膜，使海水中的陽(yáng)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(guò)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(guó)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(méi)有了希望。
陽(yáng)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(wèn)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(guò)程中，碳酸銨【或其它銨鹽】中的銨陽(yáng)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(méi)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(lái)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(guò)程，獲得的氯化鈉，以及來(lái)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(jué)到機(jī)械壓力的巨大威力毫無(wú)問(wèn)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(lái)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(méi)有經(jīng)濟(jì)性，因此，反滲透技術(shù)無(wú)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(shuō)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(shuō)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(méi)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(wèn)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(wàn)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(lái)海水淡化就是耗能高，沒(méi)盈利靠補(bǔ)貼的一件事，說(shuō)替代了過(guò)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�，或鹽分從容器壁漏掉了，或被替換掉了，沒(méi)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(cè)量沒(méi)有增加，說(shuō)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(shuō)明了由于飽和鹽水的高滲透壓使水分從純凈水透過(guò)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(méi)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)木壒剩硗�，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(méi)有泄露鹽分的情況下，說(shuō)明了那坨氯化鈉固體鹽是通過(guò)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(cè)定，冬天里鹽透過(guò)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(lè)。
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(yáng)離子所交換掉的，說(shuō)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(wèn)，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(wèn)題的本質(zhì)，解決問(wèn)題。當(dāng)年從大學(xué)辭職回來(lái)，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(guò)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(wàn)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(wàn)能鑰匙的鎖，隨時(shí)獎(jiǎng)勵(lì)30萬(wàn)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(lái)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(wàn)元（人民幣，或美元，或日元，或其它貨幣，待商定）。
本來(lái)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(guò)程都會(huì)涉及到污水的處理問(wèn)題，很多的企業(yè)不得不關(guān)停，還是因?yàn)樗膯?wèn)題沒(méi)有解決，所以折騰水一直在進(jìn)行。幾年下來(lái)，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(jué)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�，這是一個(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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