一種具有“水向上流”功能的海水淡化設(shè)備的制造方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
涉及一種具有“水向上流”功能的海水淡化設(shè)備。
[0002]【背景技術(shù)】:
在地球巖石圈存在物質(zhì)循環(huán)和能量循環(huán)過程，物質(zhì)循環(huán)過程包括碳循環(huán)和水循環(huán)，碳循環(huán)過程包括有機碳和無機碳之間的循環(huán)，
碳循環(huán)的過程是這樣的:1)空氣中的二氧化碳通過植物光合作用變成有機碳，2)有機碳即有機物通過燃燒或動植物呼吸重新變成二氧化碳。3)有機物通過地質(zhì)變化埋沒到地下變成化石能源。4)化石能源經(jīng)燃燒重新變?yōu)槎趸肌?)地下堿水或海洋堿水吸收二氧化碳變成碳酸鹽類沉淀(如碳酸鈣)。6 )碳酸鹽經(jīng)過高溫煅燒或地質(zhì)火山爆發(fā)重新變?yōu)槎趸己蛪A性灰塵(石灰、水泥等)。
[0003]水循環(huán)的過程是這樣的:I)通過光合作用，水變成有機物的成分，2)有機物燃燒或者動植物呼吸變成二氧化碳和水。3)地表或海洋蒸發(fā)在大氣層變成水汽或含水氣體。4)大氣層飽和水蒸氣遇冷凝結(jié)降水或降雪。5)地表徑流入海洋。6)人類進行海水淡化活動從海洋汲取淡水。
[0004]海水淡化的過程通常有兩種方式:I)在一定大氣壓力環(huán)境條件下通過蒸發(fā)和冷凝實現(xiàn)海水淡化，其過程需要熱能，成本一般較高。2)通過滲透膜進行反滲透，通過多級反滲透實現(xiàn)海水淡化。
[0005]在海洋中的植物或動物，生活在具有一定含鹽量的海水之中，但是海洋動植物體內(nèi)的含鹽量遠遠小于周圍的海水，說明動物的皮膚或植物的表皮細胞具有一定的過濾鹽水的能力，或者叫做“海水淡化”能力。
[0006]目前采用的反滲透膜海水淡化模式，實際類似植物的表皮細胞，具有一定的親水功能和少許的排鹽功能，比如利用醋酸纖維素制成的反滲透膜，其中纖維素是親水的，醋酸纖維素也是親水的。在海水淡化過程中采用多級反滲透模式，將海水逐級過濾到含鹽量一定的淡水。
[0007]滲透過程是指在同一壓力下，含鹽量較少的溶液向含鹽量較高的溶液滲透，兩側(cè)達到動態(tài)平衡產(chǎn)生的壓力差叫做滲透壓。反滲透壓是指在含鹽量較大的一側(cè)加壓(或抬高液面)實現(xiàn)水分的反向流動，反滲透過程被經(jīng)常用作海水淡化過程。
[0008]既然海水淡化是用反滲透壓來實現(xiàn)的，所用材料為滲透膜。能否找到一系列材料來取代反滲透膜呢？為了尋找這一答案，我們先來看自然界的另一現(xiàn)象:水向高處流現(xiàn)象。
[0009]在自然界，由于水的重力作用，水是向“下”流淌的，謗語“水向低處流”就是這種自然現(xiàn)象的真實寫照。但是，在自然界還存在一種“水向高處流”的反?，F(xiàn)象，比如:1)滴水蓮在潮濕的環(huán)境中葉片會滴落水滴，這些水滴是由植物的根吸收土壤的水分并向“上”運輸經(jīng)莖部導管至葉片，其中又有部分葉片向下垂落，水分子在垂落的葉片下端聚集成水滴，水滴受重力影響最終向下滴落，這就形成了水分由土壤先向高處葉片“流”而后又向下滴落的現(xiàn)象。2)滴水觀音的滴水現(xiàn)象同滴水蓮無異。3)樹木，自然界所有植物的葉片都存在蒸發(fā)現(xiàn)象，直徑20_的植株最大蒸發(fā)量每秒鐘可以超過0.05毫升，一天的蒸發(fā)量可達4.3千克，而蒸發(fā)的水分是由根部吸收，莖部疏導，葉片蒸發(fā)的，因此植物的蒸騰作用也是“水向上流”的一種現(xiàn)象。針對這種現(xiàn)象，人們會解釋說:植物的導管和篩管實現(xiàn)由根部至葉片的運輸是由“毛細作用”造成的，在植物體內(nèi)存在眾多的“毛細管”，這種毛細管有疏導水分和養(yǎng)分的作用。4)人或動物的毛細血管。人們認為在人體動脈或靜脈血管內(nèi)，血液運輸?shù)膭恿碜孕呐K的搏動，心臟的收縮與擴張給血液流淌提供了動力，但是在人或動物的組織內(nèi)，毛細血管的血液流淌方向是左右上下各個方向的，人或動物體內(nèi)微循環(huán)的動力來自毛細血管壁的結(jié)構(gòu)，即通常所說通過血液的滲透作用到達身體各部分組織器官的，人們還是把這種現(xiàn)象稱作毛細血管的“毛細作用”。5)泉水。一般認為泉水是地下水，是有地下的溫水向地上山體巖石滲透后而又集中，經(jīng)過山體的狹縫流淌而出的，與植物的滴水現(xiàn)象區(qū)別是:植物的毛細作用僅僅能實現(xiàn)“滴水”，山泉形成的水流通常是汩汩涌出，有的山泉流量甚至非常大，每分鐘幾個立方水流量常有記載。6)浸水石頭。在盆栽藝術(shù)中，常見一種浸水的石頭，石頭上終年濕漉漉的，石頭上放置上泥巴，栽培上植物，石頭放入水中，只要石頭下邊有水，浸水石頭就不缺水，總結(jié)“浸水石”這種現(xiàn)象，也可以歸結(jié)為“水向上流”的一種現(xiàn)象。
[0010]如果說植物體內(nèi)“水向上流”是由于“毛細作用”造成的，那么是否可以理解浸水石頭內(nèi)部也有某些管狀組織結(jié)構(gòu)呢？進而聯(lián)想到:是否所有的符合毛細作用要求的任何材料都具備“水向上流”的功能呢？如果你認為僅僅通過“毛細作用”可以實現(xiàn)“水向上流”的功能進而去進行試驗的話，其結(jié)果或許成功也或許失敗，因為“毛細作用”僅僅是“水向上流”伴隨的一種現(xiàn)象，并不能把這種伴隨的“現(xiàn)象”當做本質(zhì)來解釋“水向上流”的原理，或者來揭示“水向上流”的規(guī)律。先前人們用“毛細作用”解釋這種“水向上流”的現(xiàn)象，這種解釋在理論上不能自圓其說，或者說是一種有缺陷的理論。因為我們并不能認為管道足夠細就一定具備“毛細作用”。相反，如果假定管道足夠粗，其結(jié)果就一定沒有“水向上流”的現(xiàn)象存在嗎？其實真實的答案令人吃驚:答案是“不是的”三個字。原來“水向上流”實質(zhì)功能并不是由管道的粗細決定的，而是管道與水存在一個接觸面，是有接觸面的大小和接觸面的形狀共同決定的。管道與水的接觸面積和管道的形狀決定水流的大小，管道的走向決定水流的方向。
[0011]在常規(guī)認識上，我們存在一個認識誤區(qū):就是我們有時只看到了水流因重力作用存在“水向下流”的現(xiàn)象，并沒有看到“水向上流”，為什么呢？因為沿著管壁向上走的水分子與向下走的水分子相比較，在較粗的管道內(nèi)是微不足道的，同時因為水分的蒸發(fā)作用，在較粗的管道內(nèi)向上的水分很快蒸發(fā)掉了，根本或者難以看到“水向上走”，因此在較粗的管道內(nèi)“水向上流”的現(xiàn)象幾乎是看不到的。但是在植物體內(nèi)，導管非常細，接近毛發(fā)的細度，并且樹皮隔開了導管與外部空氣的聯(lián)系，水分不能蒸發(fā)，在樹皮內(nèi)這種幾乎封閉的系統(tǒng)里，水由根部滲透，通過莖部眾多毛細管道，直達葉片，由葉片蒸發(fā)，從而最終形成“水向上流”的功能。具體一點講，形成“水向上流”的原因是:植物體內(nèi)眾多的毛細管道(導管)與水分子有較大的接觸面積，再加上植物體內(nèi)下部水分大，上部水分少，由于水分子的“滲透”作用，實現(xiàn)“水向上流”的功能。而滲透作用可以用滲透壓來解釋。滲透壓可以用力學來解釋，這種現(xiàn)象用力學來解釋就是:由于植物體內(nèi)部水分子在毛細管內(nèi)受重力和毛細管壁分子吸引力的雙重作用，為達到分子水平的力學平衡，在分子力的作用下，水分便由植物體的“下部”流向植物的“上部”，實現(xiàn)“水向上流”的功能。
[0012]那么，我們是否模仿植物的這種結(jié)構(gòu)制造一種設(shè)備實現(xiàn)“水向上流”的功能呢？或者模仿山泉把地下水在沒有常規(guī)能源動力消耗的情況下把地下水抽到地表面呢？有句話是:一切皆有可能。但是科學需要嚴禁。我們必須搞清楚“水向上流”的本質(zhì)原因才能通過某些手段實現(xiàn)“水向上流”的功能。
[0013]前面說過，“水向上流”的本質(zhì)原因不僅僅是因為管道粗和細，還有個原因就是水分與管道的接觸面積，準確說是單位質(zhì)量的水分與管道的接觸面積的比值大小。那么是不是任何物質(zhì)只要與水的接觸面積大就可能實現(xiàn)“水向上流”的功能呢？當然不是。在自然界，有些物質(zhì)是親水的，有些則是疏水或者是憎水的，對于憎水和疏水物質(zhì)的存在，人們很容易想到利用某些特定的物質(zhì)比如親水的材料做成毛細管道來實現(xiàn)所謂的“毛細作用”，而疏水和憎水的物質(zhì)則不能實現(xiàn)“毛細作用”，因此可以用類似親水物質(zhì)，比如用聚乙烯醇來制造纖維或毛細管道來實現(xiàn)“水向上流”的“功能”。
[0014]利用親水物質(zhì)作為毛細管道的材料實現(xiàn)“水向上流”的功能雖然新穎無比，但是可以認為“容易想到”，所以，在我國的法律界，如果通過人工方法制造“水向上流”的器件可以認為是種發(fā)明，也可以認為容易想到而否定這種小發(fā)明的“創(chuàng)造性”，是不是真的具有“創(chuàng)造性”就要看審查員對這種發(fā)明創(chuàng)造所產(chǎn)生意義的理解，或者具有“創(chuàng)造性”或者不具備創(chuàng)造性，怎么判斷就要看審查員對這種設(shè)備的社會作用或者說這種設(shè)備產(chǎn)生社會效果以及產(chǎn)生的意義進行“傾向性”的判定。
[0015]那么，實現(xiàn)“水向上流”的功能對人類究竟有哪些好處，或者說“水向上流”究竟有什么現(xiàn)實意義呢？
首先來看這種現(xiàn)象I):在夏天比較炎熱的季節(jié)，我們走進森林，瞬間有種涼爽的感覺，為什么呢？很多人會說森林有調(diào)節(jié)氣候的作用，降低了大氣溫度。那么繼續(xù)追問一句，森林為什么具有調(diào)節(jié)氣候的作用？森林調(diào)節(jié)氣候的機理是什么呢？
再來看另一種現(xiàn)象2):在春夏秋季節(jié)，我們用手摸一下植物的莖，比如秸桿、常青藤、絲瓜藤、吊瓜秧，會有一種冰涼或者嗖嗖嗖涼的刺手的感覺，敏感的老年人甚至經(jīng)受不住這種涼爽的刺激。這種現(xiàn)象說明什么呢？
以上兩種自然現(xiàn)象說明植物的根莖葉都是吸收熱量的。正是因為根莖葉吸收熱量，大批量的植物(或森林)才具有調(diào)節(jié)氣候的作用。
[0016]那么植物的根莖葉為什么會吸收熱量呢？要理解這個問題，問題好像復雜了很多，為此，我們先來談一下熱力學第一定律，即能量守恒定律。
[0017]能量守恒定律的基本意義是:能量既不能憑空產(chǎn)生也不能憑空消失，只能從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移動到另一種狀態(tài)，從一種物體轉(zhuǎn)移到另一種物體。既然能量不能消失只能轉(zhuǎn)移，那么也可以說，能量在自然界是無限循環(huán)的?！八蚋咛幜鳌睂崿F(xiàn)了水的勢能增加(水在高處積累或者蒸發(fā)都可以造成水的勢能增加)也必然是能量循環(huán)的結(jié)果，那么“水向高處流”增加的勢能是從哪里來的