技术摘要：
本发明提出了一种羟基官能化单层薄膜材料海水脱盐研究方法，该方法对海水进行静置、过滤处理后，构建“GO原始结构—基团修饰构建具有不同带电性质的单层结构—修饰密度调节，构建有不同表面结构的单层GO—构建少层结构”关系；构建“石墨炔或者2D‑COF原始结构—空洞调 全部
背景技术：
人类常用的淡水资源仅占全球水总量的十万分之七，加上不合理利用造成的污染 与浪费，目前全世界面临着严重的淡水短缺问题。随着经济的发展和人口的增加，淡水需求 增加与储量短缺之间的矛盾更加突出。因此，淡水资源的开发与保护是全世界面临的严峻 问题。目前，淡水开发的主要途径是海水脱盐（去除海水中有害的盐离子等成分，又称海水 淡化）和污水处理及其回收利用。由于海水占全球水储量的97%，海水脱盐被认为是开发淡 水资源最有效的途径之一。然而，目前应用最广泛的反渗透膜海水脱盐技术常常会污染膜 材料，且较低的水渗透速率和离子分离性能难以满足现代社会对海水淡化的需求。 据了解，石墨烯具有极薄的厚度、超凡的坚硬度、柔韧度和化学稳定性等特点，理 论研究和实验结果都证实孔洞石墨烯是一种潜在的高性能海水脱盐材料，且孔洞尺寸是影 响脱盐性能的关键因素之一。然而，理想的单层石墨烯不具有水分子可透过的孔洞结构，尽 管实验上可以通过紫外诱导氧化刻蚀、电子束钻孔、粒子束轰击等方式在石墨烯上打孔，但 要精确控制孔洞尺寸与分布依然很难。此外，单层石墨烯的分离也比较难，而常用的少层石 墨烯结构易发生层间堆叠，难以产生可供水透过的层间孔隙。因此，类石墨烯或者具有规则 大孔洞结构材料有望替代石墨。 氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）就是一类表面被基团修饰改性的石墨烯材料， 尽管其单层结构中依然没有可供水透过的孔洞结构，但是其少层结构层间可被表面修饰基 团分隔形成有利于水透过的孔隙结构。研究发现，GO是一种拥有巨大发展潜力的新型海水 脱盐材料。另一方面，具有天然规则孔洞结构的二维材料也是潜在的海水脱盐材料，例如具 有规则大孔洞的二维材料石墨炔与二维共价有机骨架（Two-Dimensional Covalent Organic Framework，2D-COF），然而目前为止尚未发现。因此，具有超快海水脱盐性能的反 渗透材料亟待开发。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足而提供一种羟基官能化单层 薄膜材料海水脱盐研究方法。 本发明提供一种羟基官能化单层薄膜材料海水脱盐研究方法，包括以下步骤： S1、通过水泵将海水输送到静置工序和过滤工序，依次对海水进行静置、过滤处理；转 至步骤S2； S2、构建“GO原始结构—基团修饰构建具有不同带电性质的单层结构—修饰密度调节， 构建有不同表面结构的单层GO—构建少层结构”关系；其中，GO为氧化石墨烯（Graphene 3 CN 111573869 A 说 明 书 2/5 页 Oxide）一类表面被基团修饰改性的石墨烯材料脱盐材料；转至步骤S3； S3、构建“石墨炔或者2D-COF原始结构—空洞调节，构建具有不同空洞尺寸的单层结 构—修饰基团构建具有不同带电性质的单层结构—构建少层结构”关系；其中，2D-COF为有 规则大孔洞的二维材料石墨炔与二维共价有机骨架，是一种天然规则孔洞结构的二维材 料，也是潜在的海水脱盐材料；转至步骤S4； S4、对步骤S1获得的海水中的各成分采用第一性原理计算和GO和石墨炔或者2D-COF的 材料进行分子动力学模拟；转至步骤S5； S5、构建“海水成分—孔隙结构—微观脱盐机制（GO和2D-COF）—宏观脱盐性能”关系模 型。 本发明通过选题紧跟国际前沿与民生需求。在世界淡水短缺与水污染问题日益突 显的背景下，海水脱盐是解决淡水短缺最有效的方法之一，已经成为全球研究的热点，本发 明揭示了类石墨烯海水脱盐的内在机制，为新型脱盐材料的设计提供理论基础。并且，本发 明通过调节表面、孔洞尺寸与带电性质，分析影响材料海水脱盐的关键因素，揭示了类石墨 烯结构海水脱盐的微观机制。同时，本发明通过构建“海水成分—孔隙结构—微观脱盐机 制—宏观脱盐性能”之间的关系，了解到材料的几何与电子结构将影响其微观脱盐机制与 宏观性能，并构建这种结构-性能之间的关系，为新型材料的设计奠定基础。 优选地，在步骤S1中，所述静置工序为将海水抽取到静置池中静置 2—5 小时，所 述静置池为水泥池或储水箱，经过静置的海水进行过滤工序；所述过滤工序选用两端均带 有过滤网的输水管，所述输水管的进水端设置有可拆卸的粗过滤网，粗过滤网用于对海水 进行粗过滤，以滤除海水中较大的固定体颗粒或者杂质，所述输水管的出水端设置有可拆 卸的细过滤网，细过滤网用于对海水进行进一步过滤，以滤除海水中较小的固体悬浮颗粒 或者杂质。 优选地，在步骤S5中，微观脱盐机制包括GO微观脱盐机制研究和2D-COF微观脱盐 机制研究。 优选地，所述GO微观脱盐机制研究包括单层GO材料表面改性对海水扩散的影响和 少层GO结构（2～3层）的海水脱盐机制，所述单层GO材料表面改性对海水扩散的影响包括GO 表面电荷修饰的影响和GO表面几何结构调节对海水扩散的影响，所述少层GO结构（2～3层） 的海水脱盐机制为孔隙尺寸与层间距的影响。 优选地，所述2D-COF微观脱盐机制包括孔洞尺寸的影响、孔洞电荷性质的影响和 少层结构（2～3层）的海水脱盐性能。 本发明以GO结构（单层结构中无海水可透过的孔洞结构材料，简称无孔材料）、2D- COF结构（单层结构中带有规则的较大孔洞结构材料，简称孔洞材料）为研究对象，通过表面 或者孔隙修饰的改性方法调节孔隙尺寸及其带电性质，研究海水中各成分在不同孔隙尺寸 与带电性质结构中渗透速率的变化趋势，总结影响海水脱盐性能的关键因素，通过分析离 子渗透过程中与材料孔隙之间的相互作用，揭示海水脱盐的关键物理化学微观机制，预测 材料在实际使用条件下的性能，总结研究结果，建立“海水成分—孔隙结构—微观脱盐机 制—宏观脱盐性能”之间的关系，并以此为基础设计和筛选有利于实际运用的材料。 总之，本发明通过研究揭示类石墨烯海水脱盐的内在机制，为新型脱盐材料的设 计提供理论基础。 4 CN 111573869 A 说 明 书 3/5 页
本发明提出了一种羟基官能化单层薄膜材料海水脱盐研究方法，该方法对海水进行静置、过滤处理后，构建“GO原始结构—基团修饰构建具有不同带电性质的单层结构—修饰密度调节，构建有不同表面结构的单层GO—构建少层结构”关系；构建“石墨炔或者2D‑COF原始结构—空洞调 全部
背景技术：
人类常用的淡水资源仅占全球水总量的十万分之七，加上不合理利用造成的污染 与浪费，目前全世界面临着严重的淡水短缺问题。随着经济的发展和人口的增加，淡水需求 增加与储量短缺之间的矛盾更加突出。因此，淡水资源的开发与保护是全世界面临的严峻 问题。目前，淡水开发的主要途径是海水脱盐（去除海水中有害的盐离子等成分，又称海水 淡化）和污水处理及其回收利用。由于海水占全球水储量的97%，海水脱盐被认为是开发淡 水资源最有效的途径之一。然而，目前应用最广泛的反渗透膜海水脱盐技术常常会污染膜 材料，且较低的水渗透速率和离子分离性能难以满足现代社会对海水淡化的需求。 据了解，石墨烯具有极薄的厚度、超凡的坚硬度、柔韧度和化学稳定性等特点，理 论研究和实验结果都证实孔洞石墨烯是一种潜在的高性能海水脱盐材料，且孔洞尺寸是影 响脱盐性能的关键因素之一。然而，理想的单层石墨烯不具有水分子可透过的孔洞结构，尽 管实验上可以通过紫外诱导氧化刻蚀、电子束钻孔、粒子束轰击等方式在石墨烯上打孔，但 要精确控制孔洞尺寸与分布依然很难。此外，单层石墨烯的分离也比较难，而常用的少层石 墨烯结构易发生层间堆叠，难以产生可供水透过的层间孔隙。因此，类石墨烯或者具有规则 大孔洞结构材料有望替代石墨。 氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）就是一类表面被基团修饰改性的石墨烯材料， 尽管其单层结构中依然没有可供水透过的孔洞结构，但是其少层结构层间可被表面修饰基 团分隔形成有利于水透过的孔隙结构。研究发现，GO是一种拥有巨大发展潜力的新型海水 脱盐材料。另一方面，具有天然规则孔洞结构的二维材料也是潜在的海水脱盐材料，例如具 有规则大孔洞的二维材料石墨炔与二维共价有机骨架（Two-Dimensional Covalent Organic Framework，2D-COF），然而目前为止尚未发现。因此，具有超快海水脱盐性能的反 渗透材料亟待开发。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足而提供一种羟基官能化单层 薄膜材料海水脱盐研究方法。 本发明提供一种羟基官能化单层薄膜材料海水脱盐研究方法，包括以下步骤： S1、通过水泵将海水输送到静置工序和过滤工序，依次对海水进行静置、过滤处理；转 至步骤S2； S2、构建“GO原始结构—基团修饰构建具有不同带电性质的单层结构—修饰密度调节， 构建有不同表面结构的单层GO—构建少层结构”关系；其中，GO为氧化石墨烯（Graphene 3 CN 111573869 A 说 明 书 2/5 页 Oxide）一类表面被基团修饰改性的石墨烯材料脱盐材料；转至步骤S3； S3、构建“石墨炔或者2D-COF原始结构—空洞调节，构建具有不同空洞尺寸的单层结 构—修饰基团构建具有不同带电性质的单层结构—构建少层结构”关系；其中，2D-COF为有 规则大孔洞的二维材料石墨炔与二维共价有机骨架，是一种天然规则孔洞结构的二维材 料，也是潜在的海水脱盐材料；转至步骤S4； S4、对步骤S1获得的海水中的各成分采用第一性原理计算和GO和石墨炔或者2D-COF的 材料进行分子动力学模拟；转至步骤S5； S5、构建“海水成分—孔隙结构—微观脱盐机制（GO和2D-COF）—宏观脱盐性能”关系模 型。 本发明通过选题紧跟国际前沿与民生需求。在世界淡水短缺与水污染问题日益突 显的背景下，海水脱盐是解决淡水短缺最有效的方法之一，已经成为全球研究的热点，本发 明揭示了类石墨烯海水脱盐的内在机制，为新型脱盐材料的设计提供理论基础。并且，本发 明通过调节表面、孔洞尺寸与带电性质，分析影响材料海水脱盐的关键因素，揭示了类石墨 烯结构海水脱盐的微观机制。同时，本发明通过构建“海水成分—孔隙结构—微观脱盐机 制—宏观脱盐性能”之间的关系，了解到材料的几何与电子结构将影响其微观脱盐机制与 宏观性能，并构建这种结构-性能之间的关系，为新型材料的设计奠定基础。 优选地，在步骤S1中，所述静置工序为将海水抽取到静置池中静置 2—5 小时，所 述静置池为水泥池或储水箱，经过静置的海水进行过滤工序；所述过滤工序选用两端均带 有过滤网的输水管，所述输水管的进水端设置有可拆卸的粗过滤网，粗过滤网用于对海水 进行粗过滤，以滤除海水中较大的固定体颗粒或者杂质，所述输水管的出水端设置有可拆 卸的细过滤网，细过滤网用于对海水进行进一步过滤，以滤除海水中较小的固体悬浮颗粒 或者杂质。 优选地，在步骤S5中，微观脱盐机制包括GO微观脱盐机制研究和2D-COF微观脱盐 机制研究。 优选地，所述GO微观脱盐机制研究包括单层GO材料表面改性对海水扩散的影响和 少层GO结构（2～3层）的海水脱盐机制，所述单层GO材料表面改性对海水扩散的影响包括GO 表面电荷修饰的影响和GO表面几何结构调节对海水扩散的影响，所述少层GO结构（2～3层） 的海水脱盐机制为孔隙尺寸与层间距的影响。 优选地，所述2D-COF微观脱盐机制包括孔洞尺寸的影响、孔洞电荷性质的影响和 少层结构（2～3层）的海水脱盐性能。 本发明以GO结构（单层结构中无海水可透过的孔洞结构材料，简称无孔材料）、2D- COF结构（单层结构中带有规则的较大孔洞结构材料，简称孔洞材料）为研究对象，通过表面 或者孔隙修饰的改性方法调节孔隙尺寸及其带电性质，研究海水中各成分在不同孔隙尺寸 与带电性质结构中渗透速率的变化趋势，总结影响海水脱盐性能的关键因素，通过分析离 子渗透过程中与材料孔隙之间的相互作用，揭示海水脱盐的关键物理化学微观机制，预测 材料在实际使用条件下的性能，总结研究结果，建立“海水成分—孔隙结构—微观脱盐机 制—宏观脱盐性能”之间的关系，并以此为基础设计和筛选有利于实际运用的材料。 总之，本发明通过研究揭示类石墨烯海水脱盐的内在机制，为新型脱盐材料的设 计提供理论基础。 4 CN 111573869 A 说 明 书 3/5 页
