清華大學建筑學院建筑技術(shù)科學系的5位本科女生在老師的指導下，研發(fā)出了一款“基于熱再生的壁掛式空氣凈化器”。這臺空氣凈化器不僅能高效率過濾揮發(fā)性有機物，甚至還能通過熱脫附實現(xiàn)自我“排毒”，讓過濾網(wǎng)重復利用，大大降低凈化器使用成本。該成果日前獲得了第三十四屆清華大學“挑戰(zhàn)杯”學生課外學術(shù)科技競賽的特等獎，并已經(jīng)申報了國家專利。

屋里空氣

竟然比霧霾還毒

孫佳琦、林琳、施雨晨都是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的本科生。她們2013年進入大學后，研究的不是蓋大樓起鋼梁，而是怎樣讓大家住得更節(jié)能、更舒服。那一年的北京，PM2.5已經(jīng)深入人心，年初的一場霧霾重污染讓空氣凈化器空前熱銷。

到了2015年秋天，進入大三的她們開始上一門名為《室內(nèi)化學污染控制》的課程，授課老師莫金漢深入淺出講述了寫字樓、住宅里的空氣質(zhì)量問題。“室內(nèi)裝修材料往往會釋放出大量揮發(fā)性有機物和甲醛等污染物，很多時候屋里的空氣比外面還要糟糕，還不如去外面吸霾。”孫佳琦說當時她和同學們都非常驚訝，“為什么不用空氣凈化器呢？”她們反問道。

系里的實驗室從市場上采購了一些空氣凈化器用作研究，她們研究了一番后發(fā)現(xiàn)問題不少，“首先凈化器的功能主要都集中在了對付PM2.5上，而針對揮發(fā)性有機物的功能‘低調(diào)’了許多；其次凈化器大多采用活性炭吸附法，由于吸附容量有限，需頻繁更換過濾網(wǎng)，否則吸飽了甲醛的活性炭不斷滿溢釋放，反而成了毒源。”她們聚在一起討論后，決定自己研發(fā)一臺專門針對揮發(fā)性有機物的空氣凈化器，“凈化能力高效，并且要成本低廉，可重復使用。”

第一代產(chǎn)品

風量小樣子“丑”

說干就干，幾位女生迅速行動起來。有人負責調(diào)研，有人負責模塊編程，有人負責機械設(shè)計。要實現(xiàn)成本低廉，最好的辦法就是讓過濾材料循環(huán)利用。學生們在查閱資料后發(fā)現(xiàn)，對吸附材料進行加熱可以實現(xiàn)“脫附”效果——即污染物脫離過濾材料，溫度越高，脫附速度越快。

至于實現(xiàn)高效的凈化能力，那就得看風機功率和凈化材料了。尤其是后者，目前市面上的凈化器大多采用的是活性炭。有沒有更好的？她們找到了即將讀研從事相關(guān)領(lǐng)域研究的大四學姐肖儒。肖儒愉快地應(yīng)下了這個任務(wù)，她找來了分子篩、硅膠、全碳氣凝膠等多種吸附材料，開始反復實驗、比較。

兩個月的忙碌過后，第一代空氣凈化器出爐。用孫佳琦的話說“這個機器真的不怎么好看”，以至于這些女生在裹上保溫殼前用手機拍了幾張照片后再也不想舉起鏡頭。不過不管怎么樣，這是姑娘們來之不易的成果，它的外殼采用了有機玻璃，整個系統(tǒng)由電子控制模塊、電加熱模塊、風機、閥門等部件組成。凈化功能挺齊全，就是風量太小，遠低于目前市面上的主流產(chǎn)品，“主要是有機玻璃外殼密封性不好，有些漏風，另外熱脫附時的加熱均勻性也有問題。”施雨晨說。

家人鼓勵

“凈化器全靠你們了”

第一代產(chǎn)品問世，姑娘們沒有沾沾自喜，迅速意識到了問題，開始了全力改進開發(fā)第二代凈化器。

位于清華二校門東北側(cè)的土木工程館見證了清華的悠久歷史，它的外墻上附著碧綠的一層爬山虎，墻內(nèi)的其中一間小屋就是姑娘們“追求綠色”的實驗室。實驗室里有一個大約3立方米的玻璃罩，反復的污染物吸附實驗就在這里進行。玻璃罩內(nèi)裝有專門的甲醛發(fā)生器，雖然閉合艙門時全密封，但打開時依然會有氣體溢出。細心的實驗室工作人員給她們裝上了一臺功率強大的空氣凈化器。

為了測試吸附材料的最佳效果，肖儒通過導師聯(lián)系上了清華化工系的博士生，他們有強大的實驗設(shè)施和能力，原材料也比較齊全。截至記者發(fā)稿，肖儒說對于材料的實驗還在進行中，目前已有的測試下來，活性炭的吸附功能確實是最好的，“看來凈化器廠家都很有眼光。”肖儒對記者笑道。

對于機器的外殼也進行了完善，改成了金屬殼體，密封性大大增強，通風量也得到了顯著提高。在研發(fā)中，團隊還吸收了一位新成員韓典杉，她負責加熱速率的研究實驗。姑娘們告訴記者，她們研發(fā)空氣凈化器已經(jīng)引起了家人的關(guān)注，“好多親戚說，以后家里用的凈化器就靠我們了。”孫佳琦說。

歷經(jīng)4個月的全力技術(shù)攻關(guān)，第二代“基于熱再生的壁掛式空氣凈化器”終于問世，一舉奪得了今年清華“挑戰(zhàn)杯”的特等獎。

運行費用

僅為普通凈化器的1/6

記者在實驗室見到了這臺二代空氣凈化器。與普通空氣凈化器有一個進風口和一個出風口不同，這臺凈化器有一個進風口和兩個出風口，每個風口直徑約5厘米，可以使用跟空調(diào)類似的軟管連接室內(nèi)外。孫佳琦說，一個進風口主要是進室內(nèi)風，兩個出風口一個面向室內(nèi)吹出潔凈的空氣，一個則面向室外排污。

孫佳琦說，這臺凈化器共有4種工作模式。在凈化模式下，室內(nèi)空氣在密閉艙的空氣凈化部分及室內(nèi)進行循環(huán)，吸附材料對室內(nèi)空氣進行吸附凈化；熱再生模式和排污模式則通常連貫使用，空氣被加熱，加熱后的空氣經(jīng)過吸附材料，促進吸附材料中的揮發(fā)性有機物及甲醛脫附。然后開啟風機，關(guān)閉加熱部件，污染物從室外出風口排出；最后一種就是這臺凈化器獨特的新風模式，室外新風經(jīng)過過濾模塊凈化后引入室內(nèi)，可有效提升室內(nèi)空氣品質(zhì)。“整臺機器兼具了新風機和空氣凈化器的雙重功能。”

她們做了實驗，吸附材料對于甲醛的一次通過吸附率達30%，循環(huán)吸附則接近于除盡。凈化器使用加熱裝置對吸附材料進行脫附，可以快速排盡污染物，只需大約150分鐘就能基本恢復全新的凈化能力。此外這臺凈化器也非常省錢，根據(jù)風機耗電、加熱耗電、濾網(wǎng)購買等綜合測算，其全年運行費用只有普通空氣凈化器的大約六分之一。

在研發(fā)取得重大突破后，團隊及時為空氣凈化器申報了國家專利，但她們對于空氣凈化器的研發(fā)之路并未停止，肖儒還在不斷嘗試新的吸附材料，力求達到更好的空氣凈化效果。其他同學則在機器本身上下功夫，用更好的密封性、更科學的風機運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)更大的通風量。記者了解到，目前已經(jīng)有廠家對她們的空氣凈化器表達了濃厚的興趣。