親水是由于與水形成氫鍵。所謂氫鍵就是:氫原子與電負(fù)性大、半徑小的原子X(jué) (氟、氧、氮等)以共價(jià)鍵結(jié)合，若與電負(fù)性大的另一種原子Y (與X相同的也可以)接近，在X與Y之間以氫<為媒介，生成X-H…Y形式的一種特殊的分子間或分子內(nèi)相互作用，稱為氫鍵。(X與Y可以是同一種類原子，如水分子之間的氫鍵)。在蛋白質(zhì)的a-螺旋的情況下是N-H…O型的氫鍵，DNA的雙螺旋情況下是N-H…O，N-H…N型的氫鍵，因?yàn)檫@樣的氫鍵很多，因此這些結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。典型的氫鍵中，X和Y是電負(fù)性很強(qiáng)的F、N和O原子。但C、S、Cl、P甚至Br和I原子在某些情況下也能形成氫鍵，但通常鍵能較低。常見(jiàn)氫鍵的平均鍵能數(shù)據(jù)為:F—H …:F (155 kj/mol 或 40 kcal/mol)； O一H …:N (29 kj/mol 或 6.9kcal/mol) ； O—H …:0 (21 kj/mol 或 5.0 kcal/mol) ； N—H …:N (13 kj/mol 或
3.1 kcal/mol)； N—H...:0 (8 kj/mol 或 1.9 kcal/mol)； HO—H...:0H3( 18 kj/mol或4.3 kcal/mol)。我們已知水分子之間是氫鍵，如果要實(shí)現(xiàn)“水向上走”，就要保證材料與水分子之間形成氫鍵，且氫鍵的鍵能接近或大于等于水分子之間的鍵能。在微觀世界，雖然水分子的不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)同樣受到牛頓力學(xué)的影響，水分子在氫鍵的作用下產(chǎn)生微運(yùn)動(dòng)，從這個(gè)道理上講材料的氫鍵鍵能應(yīng)該大于水分子之間鍵能，但是考慮到分子結(jié)構(gòu)，分子與分子之間形成的不一定是單一的氫鍵，而有可能是兩鍵甚至可能有三鍵或多健，因此不能說(shuō)構(gòu)成“水向上走”的材料與水形成氫鍵時(shí)，其鍵能一定大于水分子之間的鍵能。比如前邊提到的聚乙烯醇，俗稱PVA分子式是【C2H40】 η,具有較強(qiáng)的吸水性，攝氏80-90度時(shí)溶解于水，其吸水的元素可以認(rèn)為是氧元素和氫元素，其中的氧原子與Η20中的H相互作用，其中的氫原子和Η20中的氧原子作用，雙雙形成多個(gè)氫鍵。在運(yùn)用上，可以利用其水溶性成膜附著在其他載體上，也可以制作顆粒或抽絲成纖維然后把纖維置入管道中抽水運(yùn)用。纖維素分子式是〔C6H1005 ) η,其氧元素和氫元素含量同樣較高，易與水分子形成氫鍵，因此纖維素也是吸收水分的良好材料。其衍生物如醋酸纖維可以防細(xì)菌侵蝕，可以長(zhǎng)期使用。
[0019]以上可以看出:“水向上流”的現(xiàn)象是由于親水材料物質(zhì)是與水形成氫鍵造成的。形成氫鍵的物質(zhì)多是有機(jī)物。有機(jī)物在實(shí)際運(yùn)用中需要處理，以防細(xì)菌侵蝕。無(wú)機(jī)物就不存在被細(xì)菌侵蝕這種狀況。那么除了有機(jī)物之外，無(wú)機(jī)物是否也具備與水作用，最后形成“水向上流”的效果呢？在自然界，有很多無(wú)機(jī)物是親水的，其親水能力甚至超過(guò)以上所述的有機(jī)物，比如眾多的干燥劑，但是這些物質(zhì)在常溫環(huán)境下卻不能實(shí)現(xiàn)“水向上流”的功能，為什么呢？以下為常用的干燥劑:硫酸鈣(CaS04)，氧化鋇(BaO)，五氧化二磷(Ρ205)，熔融過(guò)額氯化鈣(CaC12)，高氯酸鎂Mg(C104)2，氫氧化鉀(熔融過(guò))Κ0Η，氧化鋁A1203，濃硫酸H2S04，硅膠Si02，氫氧化鈉(熔融過(guò))NaOH,氧化鈣CaO，活性無(wú)水硫酸銅CuS04，硫酸鎂MgS04，硫酸鈉Na2S04，碳酸鉀K2C03等等。
[0020]從以上干燥劑的可以看出，干燥劑的特點(diǎn)是含有氧元素、磷元素、硫元素、氯元素，這些恰好是能夠與水形成氫鍵的元素，因此對(duì)水有較強(qiáng)的吸引力，特別是同時(shí)含有上述兩種親水元素以上的，比如硫酸根離子同時(shí)含有氧元素和硫元素兩種元素，兩種元素都是親水的，所以硫酸根離子具有較強(qiáng)的吸水性，因而不含水的濃硫酸具有更強(qiáng)的吸水性甚至脫水性，相對(duì)應(yīng)的硫酸鹽也具有較強(qiáng)的結(jié)合水的能力。其他如磷酸鹽、高鋁酸鹽、碳酸鹽、硅酸鹽、硝酸鹽等同樣具有較強(qiáng)的吸水能力，相似相近，H20的結(jié)構(gòu)含有氧和氫，其他化合物中氧元素接觸水中的氫元素，形成氫鍵，其他化合物中金屬元素、氫元素、以及半導(dǎo)體元素等吸附水中的氧元素，形成的也是氫鍵或者類似氫鍵，其作用力較大，鍵能較強(qiáng)，因而具有強(qiáng)烈的吸水性功能。
[0021]那么以上干燥劑是否能當(dāng)做“水向上流”的組成材料來(lái)使用呢？舉個(gè)例子說(shuō)，硫酸銅晶體在超過(guò)45° C的情況下才能失去兩個(gè)結(jié)晶水，在110° C失去4分子結(jié)晶水，就是說(shuō)干燥的硫酸銅晶體與水的結(jié)合能力非常大，在常溫下與水親和了幾乎不能分開(kāi)，除非加熱至一定溫度或震動(dòng)到一定程度。因此，在常溫下，已經(jīng)與水結(jié)合飽和的硫酸銅晶體不再具有較強(qiáng)吸收水的能力，而僅僅具有非常一般的水合能力，所以，在常溫下使用已經(jīng)結(jié)合水的干燥劑已經(jīng)不具備吸水優(yōu)勢(shì)，在“水向上流”的結(jié)構(gòu)下使用“干燥劑”物質(zhì)作為材料已經(jīng)不是很適合。
[0022]但是，在地?zé)豳Y源中，比如水深2500米以下，水溫達(dá)到了 80-110° C時(shí)，作為有機(jī)物的PVA或纖維吸水材料由于熔解破壞不能使用時(shí)，要把地?zé)豳Y源的水抽到地面上來(lái)，怎么辦？就得用硫酸銅之類的干燥劑，這些干燥劑的特點(diǎn)是在較高的溫度下，其吸收水和失去水的能力接近相等，也只有在較高的溫度下，干燥劑才能做到吸水和失水的平衡，才能根據(jù)滲透壓的大小實(shí)現(xiàn)“水向上流”的功能。因此對(duì)于有機(jī)材料或者無(wú)機(jī)材料的選擇除了要考慮其親水能力之外還要考慮對(duì)于溫度的適應(yīng)性。不同的材料對(duì)應(yīng)不同的使用溫度。硫酸銅等干燥劑的使用環(huán)境溫度要接近他們干燥再生溫度。
[0023]目前地?zé)豳Y源的利用主要利用溫泉和和地下熱蒸氣，讓地下熱力資源抽到地面或者更高處需要?jiǎng)恿Y源，而使用干燥劑作為吸水材料，可以使地下熱水源源不斷的抽到地面來(lái)，可以形成沒(méi)有功耗的“人造溫泉”。
[0024]
【發(fā)明內(nèi)容】
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總結(jié)上述能源利用過(guò)程中存在熵增現(xiàn)象給自然界造成的不利影響，人類迫切需要熵減或者負(fù)熵的能量循環(huán)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的獲得，因此需要制造“水向上流”的一系列設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)在地球上或宇宙間，實(shí)現(xiàn)“能量循環(huán)”。
[0025]具有“水向上流”功能的設(shè)備，其特征是:有浸水體(I)、管道外殼支撐體(2)、管道內(nèi)毛細(xì)管道(3)、管道出水體(4)組成，其中所述浸水體(I)是指固定、浸潤(rùn)在水中吸收水分的設(shè)備；所述管道外殼支撐體(2)連接浸水體(I)和管道出水體(4)，管道外殼支撐體(2)加以封閉以防止水分在空氣中蒸發(fā)，管道外殼支撐體(2)具有一定機(jī)械強(qiáng)度對(duì)自身和管道內(nèi)毛細(xì)管道(3)具有支撐作用；所述“管道內(nèi)毛細(xì)管道”(3)是具有支撐結(jié)構(gòu)的親水材料構(gòu)成，所述親水材料是指直徑小于200微米的親水材料顆粒堆積而成，顆粒與顆粒之間相互支撐；或由親水的縱向結(jié)構(gòu)的成型材料構(gòu)成，所述親水的縱向結(jié)構(gòu)的成型材料是指具有親水特征的、長(zhǎng)度或高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寬度或厚度或直徑的具有固定外形的成型材料，包括:管狀套管狀的縱向同心圓管道結(jié)構(gòu)、片狀緊貼片狀的縱向長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)、柱狀緊挨著柱狀的柱狀集合體結(jié)構(gòu)、線條或纖維縱向排列的束狀結(jié)構(gòu)；所述親水材料是指易與H20形成氫鍵的親水材料硫酸鈣；所述管道出水體(4)具備出水口(5)，管道出水體位于管道外殼支撐體(2)的中上部或上部且位于頂部水平線￠)的下方。
[0026]所述所述浸水體(I)外圍具有圍網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所述圍網(wǎng)結(jié)構(gòu)是一層或多層圍網(wǎng)組成過(guò)濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所述多層圍網(wǎng)的結(jié)構(gòu)是外圍孔徑大，向里外圍孔徑逐步減小至半透膜。
[0027]所述親水材料的支撐結(jié)構(gòu)為管狀結(jié)構(gòu)，管體與管體縱向環(huán)套，形成管套管集成結(jié)構(gòu)。
[0028]所述親水材料的支撐結(jié)構(gòu)為柱狀結(jié)構(gòu)，柱體與柱體縱向排列形成縱向柱狀集成結(jié)構(gòu)。
[0029]所述親水材料的支撐結(jié)構(gòu)為平板狀結(jié)構(gòu)，平板體與平板體縱向排列形成縱向平板狀集成結(jié)構(gòu)。
[0030]所述親水材料的支撐結(jié)構(gòu)為瓦型板狀結(jié)構(gòu)，瓦型板體與瓦型板體縱向排列形成縱向瓦型板狀集成結(jié)構(gòu)。
[0031]所述親水材料的支撐結(jié)構(gòu)為纖維材料結(jié)構(gòu)，纖維與纖維縱向排列形成縱向纖維集成束狀結(jié)構(gòu)。
[0032]所述親水材料的支撐結(jié)構(gòu)為纖維材料和管狀體或柱體組成的混合支撐結(jié)構(gòu)，纖維與管狀體或柱體縱向排列形成縱向組合纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
[0033]所述親水材料的支撐結(jié)構(gòu)為顆粒結(jié)構(gòu)，顆粒與顆粒堆積相互支撐，顆粒間形成任意方向集成結(jié)構(gòu)。
[0034]所述親水材料的支撐結(jié)構(gòu)為顆粒和管狀結(jié)構(gòu)組合，顆粒堆積在縱向管狀體內(nèi)，顆粒和管體共同形成縱向集成結(jié)構(gòu)。
[0035]以上設(shè)備可以把水由低處抽往高處，實(shí)現(xiàn)“水向上流”的功能；利用此種設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)部分能量在地球內(nèi)部的循環(huán)，在理論上其結(jié)果是在自然界增加負(fù)熵，實(shí)現(xiàn)能量的可逆循環(huán)，是熱力學(xué)第二定律熵增方向的反方向，能量正反方向傳遞才能實(shí)現(xiàn)真正的能量循環(huán)；在現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)際好處是能夠吸收大氣的熱量，減少或去除溫室效應(yīng)；能夠降低大氣溫度、減小分子熱運(yùn)動(dòng)，給粉塵減速，從而凈化空氣、調(diào)節(jié)氣候，并能減少暴雨、暴雪、火山爆發(fā)、霧霾、地震等自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生。