一种用亲水材料构成的海水淡化设备制造技术

一种用亲水材料构成的海水淡化设备涉及除反渗透膜以外的另一种海水淡化模式，利用亲水材料组成反渗透压过滤结构，层层过滤，实现海水淡化过程。设备包括海水构造区，渗透构造区，蓄水构造区、防渗构造区，其中海水构造区是储存海水和初步过滤海水的构造区域，海水构造区连接渗透构造区，渗透构造区连接蓄水构造区，海水构造区、渗透构造区、蓄水构造区共同连接防渗构造区,其中“渗透构造区”是过滤海水滤去盐分的构造区域，有亲水材料构成，所述亲水材料是指能够与H2O形成氢键的有机物或无机物。改变目前仅仅用反渗透膜进行海水淡化的局限，并减少更换渗透膜的繁琐，比渗透膜经久耐用，淡化程度高，能减少成本。

【技术实现步骤摘要】

：涉及一种有亲水材料构成的海水淡化设备。
技术介绍
：在地球岩石圈存在物质循环和能量循环过程，物质循环过程包括碳循环和水循环，碳循环过程包括有机碳和无机碳之间的循环，碳循环的过程是这样的：1）空气中的二氧化碳通过植物光合作用变成有机碳，2）有机碳即有机物通过燃烧或动植物呼吸重新变成二氧化碳。3）有机物通过地质变化埋没到地下变成化石能源。4）化石能源经燃烧重新变为二氧化碳。5）地下碱水或海洋碱水吸收二氧化碳变成碳酸盐类沉淀（如碳酸钙）。6）碳酸盐经过高温煅烧或地质火山爆发重新变为二氧化碳和碱性灰尘（石灰、水泥等）。水循环的过程是这样的：1）通过光合作用，水变成有机物的成分，2）有机物燃烧或者动植物呼吸变成二氧化碳和水。3）地表或海洋蒸发在大气层变成水汽或含水气体。4）大气层饱和水蒸气遇冷凝结降水或降雪。5）地表径流入海洋。6）人类进行海水淡化活动从海洋汲取淡水。海水淡化的过程通常有两种方式：1）在一定大气压力环境条件下通过蒸发和冷凝实现海水淡化，其过程需要热能，成本一般较高。2）通过渗透膜进行反渗透，通过多级反渗透实现海水淡化。在海洋中的植物或动物，生活在具有一定含盐量的海水之中，但是海洋动植物体内的含盐量远远小于周围的海水，说明动物的皮肤或植物的表皮细胞具有一定的过滤盐水的能力，或者叫做“海水淡化”能力。目前采用的反渗透膜海水淡化模式，实际类似植物的表皮细胞，具有一定的亲水功能和少许的排盐功能，比如利用醋酸纤维素制成的反渗透膜，其中纤维素是亲水的，醋酸纤维素也是亲水的。在海水淡化过程中采用多级反渗透模式，将海水逐级过滤到含盐量一定的淡水。渗透过程是指在同一压力下，含盐量较少的水溶液向含盐量较高的水溶液渗透，两侧达到动态平衡产生的压力差叫做渗透压。反渗透压是指在含盐量较大的一侧加压（或抬高液面）实现水分的反向流动，反渗透过程被经常用作海水淡化过程。既然海水淡化是用反渗透压来实现的，所用材料为渗透膜。那么在海水淡化领域能否找到一系列材料来取代反渗透膜呢？为了寻找这一答案，我们需要研究水的流向问题，首先，我们先来研究自然界的反常现象：水向高处流现象。在自然界，由于水的重力作用，水是向“下”流淌的，谚语“水向低处流”就是这种自然现象的真实写照。但是，在自然界还存在一种“水向高处流”的反常现象，比如：1）滴水莲在潮湿的环境中叶片会滴落水滴，这些水滴是由植物的根吸收土壤的水分并向“上”运输经茎部导管至叶片，其中又有部分叶片向下垂落，水分子在垂落的叶片下端聚集成水滴，水滴受重力影响最终向下滴落，这就形成了水分由土壤先向高处叶片“流”而后又向下滴落的现象。2）滴水观音的滴水现象同滴水莲无异。3）树木，自然界所有植物的叶片都存在蒸发现象，直径20mm的植株最大蒸发量每秒钟可以超过0.05毫升，一天的蒸发量可达4.3千克，而蒸发的水分是由根部吸收，茎部疏导，叶片蒸发的，因此植物的蒸腾作用也是“水向上流”的一种现象。针对这种现象，人们会解释说：植物的导管和筛管实现由根部至叶片的运输是由“毛细作用”造成的，在植物体内存在众多的“毛细管”，这种毛细管有疏导水分和养分的作用。4）人或动物的毛细血管。人们认为在人体动脉或静脉血管内，血液运输的动力来自心脏的搏动，心脏的收缩与扩张给血液流淌提供了动力，但是在人或动物的组织内，毛细血管的血液流淌方向是左右上下各个方向的，人或动物体内微循环的动力来自毛细血管壁的结构，即通常所说通过血液的渗透作用到达身体各部分组织器官的，人们还是把这种现象称作毛细血管的“毛细作用”。5）泉水。一般认为泉水是地下水，是有地下的温水向地上山体岩石渗透后而又集中，经过山体的狭缝流淌而出的，与植物的滴水现象区别是：植物的毛细作用仅仅能实现“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，每分钟几个立方水流量常有记载。6）浸水石头。在盆栽艺术中，常见一种浸水的石头，石头上终年湿漉漉的，石头上放置上泥巴，栽培上植物，石头放入水中，只要石头下边有水，浸水石头就不缺水，总结“浸水石”这种现象，也可以归结为“水向上流”的一种现象。形成“水向上流”的原因是：植物体内众多的毛细管道（导管）与水分子有较大的接触面积，再加上植物体内下部水分大，上部水分少，由于水分子的“渗透”作用，实现“水向上流”的功能。渗透作用可以用渗透压来解释。渗透压可以用力学来解释，这种现象用力学来解释就是：由于植物体内部水分子在毛细管内受重力和毛细管壁分子吸引力的双重作用，为达到分子水平的力学平衡，在分子力的作用下，水分便由植物体的“下部”流向植物的“上部”，实现“水向上流”的功能。在自然界，有些物质是亲水的，有些则是疏水或者是憎水的，对于憎水和疏水物质的存在，人们很容易想到利用某些特定的物质比如亲水的材料做成毛细管道来实现所谓的“毛细作用”，而疏水和憎水的物质则不能实现“毛细作用”，因此可以用类似亲水物质，比如用聚乙烯醇来制造纤维或毛细管道来实现“水向上流”的“功能”。“水向上流”是由于亲水物质造成的，我们来探究亲水物质的原理：经过科技工作者多年的经验总结证明，亲水物质都存在一些亲水集团，比如—OH、—CHO、—COOH、—NH2。其中1）阴离子表面活性剂的亲水基（团）有羧酸基、磺酸基与磷酸基等。2）阳离子表面活性剂的亲水基（团）有氨基、季铵基等。3）非离子表面活性剂的亲水基（团）有由含氧基团组成的醚基和羟基与羧酸酯、嵌段聚醚等。总结一下，所谓亲水集团的“活性”是有氢元素、氧元素、氮元素、磷元素、硫元素、碳元素组成，它们也是组成有机物的基本元素。而之所以亲水是由于与水形成氢键。所谓氢键就是：氢原子与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的另一种原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。（X与Y可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键）。在蛋白质的a-螺旋的情况下是N-H…O型的氢键，DNA的双螺旋情况下是N-H…O，N-H…N型的氢键，因为这样的氢键很多，因此这些结构是稳定的。典型的氢键中，X和Y是电负性很强的F、N和O原子。但C、S、Cl、P甚至Br和I原子在某些情况下也能形成氢键，但通常键能较低。常见氢键的平均键能数据为：F—H…:F（155kJ/mol或40kcal/mol）；O—H…:N（29kJ/mol或6.9kcal/mol）；O—H…:O（21kJ/mol或5.0kcal/mol）；N—H…:N（13kJ/mol或3.1kcal/mol）；N—H…:O（8kJ/mol或1.9kcal/mol）；HO—H…:OH3（18kJ/mol或4.3kcal/mol）。我们已知水分子之间是氢键，如果要实现“水向上走”，就要保证材料与水分子之间形成氢键，且氢键的键能接近或大于等于水分子之间的键能。在微观世界，虽然水分子的不规则的运动同样受到牛顿力学的影响，水分子在氢键的作用下产生微运动，从这个道理上讲材料的氢键键能应该大于水分子之间键能，但是考虑到分子结构，分子与分子之间形成的不一定是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用亲水材料构成的海水淡化设备，包括海水构造区，渗透构造区，蓄水构造区、防渗构造区，其特征是：海水构造区是储存海水和初步过滤海水的构造区域，海水构造区连接渗透构造区，渗透构造区连接蓄水构造区，海水构造区、渗透构造区、蓄水构造区共同连接防渗构造区,所述“渗透构造区”是过滤海水滤去盐分的构造区域，有亲水材料构成，所述亲水材料是指能够与H2O形成氢键的有机物或无机物，其结构为粒径小于200微米的微粒，或直径小于200微米的微球，或竖切面直径小于200微米的圆柱体或竖切面的对角线小于200微米的多边体；所述竖切面为垂直竖切面；所述亲水材料与水形成氢键是指分子中电负性较大的氧元素、或硫元素、或氟元素、或氮元素、或磷元素、或碳元素、或者上述其中的两种或多种元素与电负性较小的氢元素、或金属元素、或半导体元素组成的有机物或无机盐类化合物；这种用亲水材料构成的海水淡化设备能够打破目前仅仅利用反渗透膜进行海水淡化的局限，并减少更换渗透膜的繁琐，比渗透膜经久耐用，淡化程度高，减少了成本。

【技术特征摘要】
1.一种用亲水材料构成的海水淡化设备，包括海水构造区，渗透构造区，蓄水构造区、防渗构造区，其特征是：海水构造区是储存海水和初步过滤海水的构造区域，海水构造区连接渗透构造区，渗透构造区连接蓄水构造区，海水构造区、渗透构造区、蓄水构造区共同连接防渗构造区,所述“渗透构造区”是过滤海水滤去盐分的构造区域，有亲水材料构成，所述亲水材料是指能够与H2O形成氢键的有机物或无机物，其结构为粒径小于200微米的微粒，或直径小于200微米的微球，或竖切面直径小于200微米的圆柱体或竖切面的对角线小于200微米的多边体；所述竖切面为垂直竖切面；所述亲水材料与水形成氢键是指分子中电负性较大的氧元素、或硫元素、或氟元素、或氮元素、或磷元素、或碳元素、或者上述其中的两种或多种元素与电负性较小的氢元素、或金属元素、或半导体元素组成的有机物或无机盐类化合物；这种用亲水材料构成的海水淡化设备能够打破目前仅仅利用反渗透膜进行海水淡化的局限，并减少更换渗透膜的繁琐，比渗透膜经久耐用，淡化程度高，减少了成本。
2.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯益安，
申请(专利权)人：青岛木力新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37