在家庭日常用水中,人们时常会遇到烧水壶结垢、水垢堵塞淋浴头等问题。传统的净水器通过添加盐等化学试剂,净化一吨纯净水会产生约半吨废水,对水资源造成极大浪费。去年,该研究院研发出国内首创的纯物理式阻垢除垢材料,实现了物理除垢和废水“零排放”。这一产品应用于家用净水产品中央柔水器,今年一季度上市以来,半年时间已销售超3万套。
在实验室内记者看到,伴随水流经过,没有插电的实验装置,却显示产生电流60微安,不插电源怎么会产生电流?水垢又去哪儿了?
“实验装置中看似普通的涡轮扰流器,其制备材料是由铜、锌、镍等9种电负性不同的金属,采用特殊工艺高温熔炼而成。”面对记者的疑问,南京公诚节能新材料研究院创新中心主管叶天宝介绍,这种合金材料可向水中释放电子,阻止钙镁离子和碳酸根结合,既能有效保留水中有益健康的钙镁矿物质,又能防止涉水家电产生固体沉积物和被腐蚀。
“我们的技术创新,其实是被‘逼出来’的。”南京公诚节能新材料研究院总经理孙俊杰介绍,研究院是2018年联合西北工业大学材料学院人才团队共建的新型研发机构,此前长期从事工业领域大型循环水管道的除垢防垢和节能,客户多为高耗能的电厂、油田、化工厂等。去年南京发生疫情期间员工无法出差,工厂的实际工况看不到,只能线上交流,传统业务陷入停滞。直面疫情,危中觅机,研究院技术团队主动转换赛道——工业领域的阻垢除垢技术,能否应用于家庭?
工业和民用是两个完全不同的领域,技术创新面临多重难题。从选材到配比再到加工制造,团队前后经历了上百次试验。“首道难题是选品。”研究院院办主任蔡雨益介绍,多年从事工业水除垢,研究院确定了20多种金属具备储电功能,在此基础上继续测试,最终选定9种金属作为原材料,其中的每一种,几乎又从90%到99%的纯度试了个遍。光是选品,团队就花了数月时间。
第二道难关是9种金属的配比,全靠研究团队一遍遍摸索。熔炼工艺也是挑战,叶天宝说,一个中频炉能熔炼超300公斤金属原料,耗费十几万元,起初成品率不足1%,团队顶住压力,一边“烧钱”,一边对熔炼工艺不断优化改进。
更大的难题在于,金属熔炼时看不到状态也不能检测,只有加工成型之后才能进行性能测试。一位技术人员表示,每次试验都像“开盲盒”,前期无从判断效果好坏。记不清有多少次,历经艰辛终于制作出满意的棒料,信心满满进行试验却发现,有的缺乏延展性不可加工,有的成品率太低不能量产,只能一切从头再来。
“这个过程,对心理是极大的考验。”孙俊杰回忆说,新材料的研发周期长、投入大、收益见效慢,研究院先后投入了上千万元。
不断调整选材、调整配方,甚至调整材料的切割方式,历经上百次试验,去年9月,研究团队终于“炼”出了物理方法阻垢除垢的材料。“材料稳定制备后,我们的产品依然在不断优化调整。”