海水淡化技术因具有节能环保等优点在缓解水资源短缺问题上脱颖而出。目前反渗透膜技术广泛运用于海水淡化。近年来,二维纳米材料(如石墨烯、六方氮化硼、二硫化钼等)因具有良好的化学稳定性和超快水传输特性等优点被作为一种新型高效的纳米膜用于海水淡化,并呈现出优异的脱盐效果。然而水分子及离子在纳米膜中的传递及分离机制并不清楚。随着高性能计算机的发展,分子动力学模拟已成为材料性能预测与设计方面的一种有效手段,通过分子动力学模拟从分子层面揭示二维纳米材料的脱盐机制,对实验进行有效的补充,同时也为二维纳米材料的设计及合成提供理论指导。本论文通过非平衡态分子动力学模拟探讨不同二维纳米材料(层状堆砌石墨烯、六方氮化硼、二硫化钼)脱盐性能,通过探究层间距、功能基团和电荷等因素对膜脱盐性能的影响,揭示了离子和水分子在不同二维纳米层间的传递及分离机制。论文得到以下主要研究结论:(1)多层堆砌石墨烯膜(MGM)层间距(H)和狭缝宽度(dG)增加分别影响截留率和水通量,在H=0.8nm,dG=1.0nm时为多层堆砌石墨烯膜的最佳脱盐条件,这是由于H=0.8nm时水合离子直径与层间受限水分子厚度相当,离子很难脱掉部分水化层穿过层间,同时该层间距下离子与石墨烯片层间的结合自由能最大,离子若要穿过层间需要克服较高的能垒;另外体系截留率较低时,片层和狭缝个数增加可分别提高截留率和水通量。(2)BN纳米片端口同时分布B及N原子的膜(即BN-BN体系)具有较优脱盐性能。在BN-BN体系端口修饰官能团时水分子易与官能团形成氢键,水分子在端口需要不断调整自身构型才能进入层间,导致水通量下降,同时由于官能团的空间位阻效应不利于离子进入到功能化BN膜孔道造成截留率提高。增大层间距,截留率下降,水通量先下降后上升,层间距为1.1nm时,水合离子会在链间来回穿梭,水流速度最慢导致水通量最低,该层间距时功能化BN膜及BN膜水通量最低。(3)水分子在层状堆叠MoS2纳米片层间排列均呈无序状态,水通量受电荷影响较小。采用化学模型构建MoS2膜对Cl-和Na+分别存在静电排斥及静电吸引作用,该膜对Cl-截留率值高于Na+。纳米孔MoS2膜对钠离子截留率值随着孔道周围Mo原子电荷的增大而提高,此外MoS2膜易吸附氯离子在孔道周围,有效孔径减小,水通量降低。向MoS2膜孔道进行修饰官能团时水通量下降,截留率提高。