隨著氣候變化、不斷增長(zhǎng)的世界人口和日益嚴(yán)重的水污染問(wèn)題，水危機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今世界最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，人類(lèi)迫切需要一種可持續(xù)的、經(jīng)濟(jì)的方案，以在全球范圍內(nèi)提供安全飲用水。海水是世界上最豐富的資源之一，將其脫鹽轉(zhuǎn)化為可飲用水是解決人類(lèi)水危機(jī)的重要途徑?，F(xiàn)階段主要的海水脫鹽技術(shù)可分為熱脫鹽和反滲透膜分離，但這兩種方法都需要集中的、技術(shù)密集的水處理工廠，其高能耗、高成本的問(wèn)題大大限制了它們的廣泛應(yīng)用。相比之下，最近太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)水蒸餾技術(shù)備受關(guān)注，被認(rèn)為有望取代傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)，即通過(guò)分散式的水凈化讓更多人獲得安全的可飲用水。然而，太陽(yáng)能水蒸發(fā)系統(tǒng)同樣面臨著挑戰(zhàn)：雖然新材料提高了水蒸發(fā)的效率，但同時(shí)也提高了制造成本，并有可能導(dǎo)致二次污染問(wèn)題。
為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Raffaele Mezzenga及合作者報(bào)道了一種以乳清淀粉樣原纖維（WAF）為主要成分的雙層可生物降解，用于太陽(yáng)能水蒸發(fā)器。WAF以乳制品行業(yè)的副產(chǎn)品乳清作為原材料，并可以使用可生物降解的聚合物作為凝膠劑，因此具有高度的可持續(xù)性和環(huán)保性。
在本研究中，作者首先通過(guò)自組裝的方法，以乳清蛋白為原料制備了WAF，再使用聚乙烯醇）誘導(dǎo)WAF凝膠化，并使用聚多巴胺（PDA）使凝膠變黑，最后通過(guò)冷凍干燥的方法制備出雙層氣凝膠。之后，作者對(duì)氣凝膠進(jìn)行了SEM、FTIR和機(jī)械性能表征，并通過(guò)UV-Vis/近紅外光譜儀研究了氣凝膠的光吸收效率。
接下來(lái)，作者評(píng)估了WAF氣凝膠的界面蒸發(fā)性能。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光強(qiáng)下，氣凝膠組的水蒸發(fā)率達(dá)到了1.61 kg·m-2·h-1，在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光強(qiáng)下蒸發(fā)率增加到3.32 kg·m-2·h-1。作者指出，水蒸發(fā)率的提高歸因于淀粉樣蛋白混合氣凝膠出色的熱限制能力、良好的結(jié)構(gòu)以及及時(shí)的水對(duì)流，同時(shí)進(jìn)入氣凝膠的部分水分子與內(nèi)部通道中豐富的羥基能夠相互作用以提高潤(rùn)濕能力，從而使氣凝膠網(wǎng)絡(luò)中水蒸發(fā)所需能量減少。連續(xù)3天的循環(huán)實(shí)驗(yàn)顯示，蒸發(fā)速率基本保持恒定，表明該氣凝膠具有良好的穩(wěn)定性和耐久性。
最后，作者使用WAF氣凝膠對(duì)來(lái)自不同湖泊、海洋的水樣品進(jìn)行了淡化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，無(wú)論鹽度和其他例子濃度如何變化，該蒸發(fā)器產(chǎn)出的水源均能達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。此外，冷凝蒸汽中重金屬、有機(jī)（染料）分子和大腸桿菌的濃度都比水中下降了5~6個(gè)數(shù)量級(jí)，表明該凈水系統(tǒng)對(duì)污染水源同樣適用。
