马鞍山大圣-六安博狮锁 秦才东
工欲善其事必先利其器，说明了做任何一件事情，都需要一个合适的工具。海水淡化，或海水提盐提炼淡化，属于一个经典的物理化学过程。在这一物理化学过程中，可选用的工具全部都被吉布斯自由能函数所确定和限制，它们分别是温度T、压力P、电力E、磁力B、化学（浓度）力N。每样工具都可以做到很强大，但都只能在自己的对象那里发挥作用，否则毫无效能和威力。注：牛顿告诉我们家里的玻璃杯是怎么掉到地上，而吉布斯告诉我们家里的东西总是会越来越乱。
温度T的作用对象是物质的熵S，效能是TS，熵S差不多就是物质可以达到的无序程度或自由度，气体最乱最自由，液体其次，固体最保守，同样的温度增加，气体最敏感，干活最多，所以我们常见的只有喷气机；以人为例，如果我们内心足够的淡定而不是纷乱无序，外界的温度是热情还是冷漠，就不会产生任何效果；以社会为例，在一个豪情万丈的“高温”社会里，社会要产生强大的驱动能量或被驱动的效能，大家就不能各扫门前雪，也不能都心如止水，没有自由之精神，独立之思想。在海水淡化，只要加热海水，升高温度，所谓的热法海水淡化技术，淡水即可源源而来，或者降低温度，使水结冰而与盐分离，所谓的冷法海水淡化技术，但温度对液体水的作用效果有限，淡化海水需要的热能或冷能不低，除非有工业废热或冷能可资利用，否则没有合理的经济性。
压力P的作用对象是体积V，效能是PV，在物理化学变化的过程中，一个压力要产生效能，就需要有体积的变化，以人为例，手指头体积可变，小铁锤敲敲，后果会不轻，如果一个人思想的体积恒定不变，外界压力的有无或者大小都失去了意义，或者一个社会，如果社会思想僵化没有伸缩性包容性，纵使外界发展变化巨大，也无法反应和应对跟进。在海水淡化，因为水分子或组成水的离子的体积随压力的变化几乎可以忽略不计，万吨水压机对一个水分子也是毫无直接的威力，因此，压力的效能只能来自于压力本身变化的部分，也就是现在反渗透技术中，利用反渗透膜两侧水压的不同，达到水分子透过膜的效果。因为反渗透膜的强度有限，机械压力的增加也受到机械装备的限制，压力的实际效能也是有限的，因此是耗能的，当前反渗透海水淡化吨水实际所需能耗在4度电左右，理论极限是1.6度。
至于电力E，在同性相斥异性相吸的规则下，其作用对象必须是带电量e的东东，其效能为Ee，因为海水中盐的阴阳离子带有电荷而水分子基本不带电，因此，电力E的效果是显著的，再借助阴离子交换膜和阳离子交换膜的区隔，足以让海水中盐的阴阳离子互相分开并统统离开海水，所谓的电渗析法，只可惜耗电量太高，吨水电耗在10度电的水平，一般人付不起电费。因为水分子或盐分子、离子都是弱磁性的物质，直接的磁力在此毫无用武之地。
根据吉布斯自由能函数，海水淡化或者海水提盐淡化的工具还剩有化学力，是和物质浓度N直接相关的一项了。所谓浓度，即是物质的相对含量，好比人一样，总有浓情薄情之分。浓度涵盖了物质的分子浓度以及离子浓度。备受关注的正渗透海水淡化技术正是利用了分子浓度N的差别，利用浓差驱动力，使海水中的水分子透过正渗透膜，进入含盐量更高的汲取液中，而汲取液中的盐是一种容易挥发的物质，如碳酸铵，或容易聚集提取的物质，如具有磁性的微粒子。所谓正渗透是相对反渗透而言，反渗透是水从盐浓度高一点的海水（~3.5%重量）进入淡水中，但需要外界提供压力这种工具帮忙，正渗透是水分子从相对低的海水（3.5%）无需外力帮忙自动进入高盐浓度的汲取液中的过程。大家都说正渗透会比反渗透能耗低，从而经济合算，但目前的问题是难以生产出合适的正渗透膜。
利用离子的浓差驱动进行海水淡化的方法，被称之为离子交换法。该技术借助于阴阳离子交换膜，使海水中的阳离子，主要的是钠离子被浓酸中的氢离子所交换，也使海水中的阴离子，主要的是氯离子被浓碱中的氢氧根离子所交换，其结果是使作为离子交换剂的酸和碱转化为不值钱的盐，消耗了昂贵的酸和碱，相当于酸碱中和的过程，海水中的盐分子则转化为水分子，虽然达到了淡化的效果，但其经济性荡然不存。
还是根据吉布斯自由能函数，当前世界各国正在使用的海水淡化技术，包括热法、冷冻法、膜法（反渗透和正渗透法）、电渗析法、（酸碱）离子交换法已经涵盖了所有可能的工具方法，但都不是也不会是大规模海水淡化低成本的工具方法，似乎海水淡化经济性的改善没有了希望。
阳光总在风雨后。仔细考察酸碱离子交换法技术，其高成本的唯一原因是，利用酸碱进行离子交换是一项不可逆的物理化学工程，交换后的产物如水、盐都不能再循环回用于离子交换，是一锤子的买卖。解决这个问题的方法，是也只是改用碳酸铵离子交换法技术，用碳酸铵作为离子交换剂替代酸碱离子交换剂，在交换过程中，碳酸铵【或其它铵盐】中的铵阳离子，而不是酸中的氢离子，与海水中的钠离子进行交换，碳酸铵【或其它碳酸盐】中碳酸根阴离子，而不是碱中的氢氧根阴离子与海水中的阴离子交换，结果则是，海水中的盐转化为与正渗透中同样使用的可以挥发析出的碳酸铵，碳酸铵被挥发析出提取后再循环回用，其没有理论损耗，不会消失，只起到帮忙交换的作用，避免了酸碱损耗所带来的巨额成本。另外，在碳酸铵交换剂中分别转化生成有碳酸钠和氯化铵结晶，两者混合加热反应，获得碳酸铵回用于离子交换过程，获得的氯化钠，以及来自海水中的其它成分如氯化钾、碳酸镁等则作为可盈利的副产品。其颠覆性的结果则是，海水淡化从此成为一个可以盈利的海水提炼新兴产业。
因为我们的肉身结构，感觉到机械压力的巨大威力毫无问题，但对于物质的分子或者离子，其感受到的真正巨大压力却是来自于同伴的浓度而不是机械压力。以反渗透或正渗透中水分子所受到的压力或驱动力为例，3.5%浓度的海水中的盐所形成的渗透压即达到了~30个大气压的水平，对应于现在的反渗透技术所能达到的机械压力70个大气压水平，盐的浓度也才只需要~8%，只是饱和盐水浓度的四分之一左右。正是这种强大的渗透压的存在，加上反渗透膜自身的阻力，使得反渗透的机械压力只能压出海水中一半的水分子，排放出浓度达7%的浓盐水，此时浓海水中的渗透压达到了~70个大气压的水平，继续增加反渗透的机械压力，已经没有经济性，因此，反渗透技术无法榨干水分，提取海水中的氯化钠（食盐）、氯化钾（钾肥）等盐，或者说若要完全提取水分，需要的压力至少是300个大气压。由此可见，浓度的威力是大于机械压力的，也可以说在海水淡化领域，化学力可达到的威力大于机械压力；换言之，如果机械压力可以抗衡化学力，那么就没有现在的反渗透法浓盐水排放破坏海洋生态环境的问题了。其中的道理，是因为物质浓度的特性，浓度和钱不同，浓度总在想法变得淡一点，但钱总想变得多一点，虽然结果可能是适得其反，自然的物质在浓度高的地方大概是拥挤而少了自由，所以极力向低浓度的地方移动，这种顽强的内在力量肯定大于外部所能施加的机械力了，所谓万物的本性是自由自在，只有容器才是它的边界和规则。
从来海水淡化就是耗能高，没盈利靠补贴的一件事，说替代了过去已经有的酸碱离子交换海水淡化法的碳酸铵离子交换法可以实现低成本的海水提炼淡化并且可以盈利，自然是很值得怀疑。也是在怀疑中试验，在试验中怀疑，花了一年360多天的时间，每个数据、每个实验差不多做了250次，基本达到了10个250的境界。实验数据显示，碳酸铵离子交换法的淡化速度在10L/m2h，比一般的反渗透法还要快。
但这不是一个可以“我反正信了”的时代，怀疑还在继续。查百家姓，要百家信，确实会很难，退而求其次，让老李和老习两家信也行，但也难，他们太忙。想想还是眼见为真，让我们看着盐分子一个一个的被碳酸铵分子所替代并溶解消失在膜的另外一侧，是最佳的实证办法，所谓大胆假设，小心求证。
在饱和的氯化钠盐水里，再放点氯化钠固体盐，因为是饱和的溶液，固体盐会永远固体地呆在那里的。如果慢慢消失了，不外乎是因为：或溶液中增加了水分，或盐分从容器壁漏掉了，或被替换掉了，没有其它的可能。实验时，首先用纯净水替代碳酸铵进行对比试验，照片里的一坨盐经45分钟后消失，检查发现纯净水里的盐度用盐度计测量没有增加，说明所用的膜不会泄露盐分，但饱和盐水的溶液体积增加了不少，说明了由于饱和盐水的高渗透压使水分从纯净水透过离子膜进入了饱和盐水中，从而导致了固体盐的溶解消失。当在纯进水里加入饱和的碳酸铵后，同样重量的一坨盐缩短为33分钟后消失，且盐水的体积没有可见的增加，应该是因为膜两侧溶质的浓度相当，渗透压也相当的缘故，另外，在盐水上方还可以检侧到碱性的碳酸铵或氨气体，在离子交换膜没有泄露盐分的情况下，说明了那坨氯化钠固体盐是通过离子交换膜转化成为碳酸铵而消失的，并且一部分碳酸铵已经挥发到空气中。经定量测定，冬天里盐透过膜的速度每小时每平方米的膜面积可达0.6kg，折换成海水淡化速度相当于~17 L/m2h，夏天估计可达30 L/m2h以上，这是因为温度的增加提高了离子的运动速度的缘故。饱和盐水的脱盐速度明显高于真正海水淡化的速度的原因则是，饱和盐水本身的高浓度也具有脱盐到别人家的内在要求。相当于钱多要捐款，行善得乐。
这个实验终于让我们用肉眼看到了盐是怎样活生生的被碳酸铵中的阴阳离子所交换掉的，说明了碳酸铵离子交换法交换替代氯化钠等海盐实现海水淡化和海水提炼是现实可行的！
下面是广告了。常常有人问，你到底是搞锁的还是搞水的。其实搞什么都一样，发现问题的本质，解决问题。当年从大学辞职回来，自以为是，想的就是提升一两个行业的技术水平，通过这些年的研发改进，世界上确实多出了2个最好的新产品或新技术。在防盗行业，博狮锁是世界上最好的，所以敢给用户“丢车一定有赔”承诺及3年以上的免费使用合同，任何人若能用小偷的万能钥匙打开博狮锁，或者世界上任何地方找到一把比博狮锁更防小偷万能钥匙的锁，随时奖励30万元人民币，这个已经被证明了10几年了，证明还在继续。在海水淡化行业，以成本和盈利能力计，碳酸铵离子交换法海水淡化技术也是最好的，还是用商人的方式来证明这个结论，任何人能有更好的技术，或者找到一个更好的海水淡化技术，则奖励1000万元（人民币，或美元，或日元，或其它货币，待商定）。
本来也应该是老老实实的做锁卖锁，但毕竟所学非所用，最惦记的是水的处理，因为大部分的工业过程都会涉及到污水的处理问题，很多的企业不得不关停，还是因为水的问题没有解决，所以折腾水一直在进行。几年下来，几乎偃旗息鼓，承认这是个难题。但感谢马鞍山留学人员创业服务中心朱慧刚主任的信任，2014年每隔数月就鼓动一次继续海水淡化的研究，到办公室才知道他手上有一本杨尚宝博士关于海水淡化方面的书籍，也可能是觉得海水淡化研究意义重大，值得为此鼓励牺牲中心一两个企业，所以有了这样的开始。因缘际会之下，摸索数月，绕了2个弯，走到了碳酸铵离子交换法这个方向，实验验证又浪费几近一年整的时间。其间，原六安市地委何宗新老书记给予了大力支持和鼓励，依托锁厂提供的资金终于完成了初步的实验研究。总之，这是一个鼓励花钱做梦的时代，也是梦想要成真的时代，但愿海水淡化新技术不仅仅是一个梦想。
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