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如今，如何有效地除去污水中的重金属离子成为人们关注的焦点。反渗透技术，由于其较低的能源消耗以及环境友好的特点，被人们看作为一种有效分离水中离子的方法。 近年来，将石墨烯材料制作为反渗透膜用来进行海水淡化以及污水净化引起了人们的兴趣。在本文中，我们将采用分子模拟的方法对不同官能团（硼、氮和羟基）修饰的纳米孔状石墨烯作为反渗透膜除去重金属离子的分离效果进行了模拟研究。 首先，我们模拟了三种功能化孔状石墨烯膜对溶液的过滤过程。结果表明，这三种石墨烯膜在不同条件下均表现除了高的水渗透性以及离子截留率。模拟结果显示石墨烯膜水的渗透性能比现有的商业膜更优。同时，我们研究了体系的界面结构以及石墨烯孔中水的流动速度。模拟结果显示B-graphene膜较大的水通量主要是由较大的孔径导致的相对小的结构限制效应引起的。此外，我们还通过多个系列的研究，讨论了不同膜孔密度、不同溶液浓度以及不同重金属离子等因素对石墨烯膜过滤性能的影响。结果显示，增加石墨烯的膜孔密度，可有效提高膜的水通量，同时维持其离子截留率保持不变。而随着浓度的增加，石墨烯膜的水通量会相应的减小，但其离子截留率不会受到明显的影响。 之后，我们通过拉伸动力学(SMD)模拟，计算了水分子与离子穿过不同石墨烯膜孔过程的平均力势(PMF)，从热力学的角度对分离机理进行解释。相较于离子而言，水分子通过孔时需克服的自由能垒较小，解释了石墨烯膜渗透通过水而截留离子的潜在机理。而离子的自由能垒可以被看作是孔边缘原子与界面离子引起的静电相互作用和离子的脱溶剂化作用的共同作用结果。其中，脱溶剂化作用在一些情况下并不起到主要作用。总的来说，我们的模拟研究不仅说明石墨烯膜可以作为除去水中重金属离子的反渗透膜材料，同时从分子角度和热力学角度出发探讨了离子截留的机理。 最后，我们以NH-graphene膜为例，模拟了石墨烯膜对不同价态(Na+、Cu2+和Al3+)的金属离子的截留效果，结果表明NH-graphene对不同价态的金属离子都具有高于91％的截留效果。同时，我们也探究了三种体系下石墨烯膜的水通量的大小。