多孔有机笼（Porous Organic Cages,POCs）是一类由笼状分子晶体堆积而成的新型多孔材料,因其高稳定性、高孔隙率和结构可调等特性POCs膜材料已经被应用于气体分离、海水淡化等领域。渗透汽化（Pervaporation,PV）作为一种新兴的膜分离技术,因其高能效和低成本,在海水脱盐和醇-水分离方面显示出巨大潜力。通过模拟计算预测POCs基膜材料的渗透汽化机理,能够为新型膜材料的开发提供有效的理论支撑。本论文利用计算机分子模拟的手段,研究了POCs基膜材料在PV提纯生物燃料和海水淡化方面的潜在应用,从微观角度阐释了POCs基膜材料的PV机理,预测了POCs基膜材料的分离性能。主要内容和要点如下:1.第一个工作研究了同种聚合物、不同POCs填充材料对混合基质膜（Mixed Matrix Membranes,MMMs）PV海水脱盐的影响。POCs主要包括CC3、CC17和CC5,聚合物则考虑螺二芴芳基二胺聚合物（Spirobifluorene Aryl Diamine,SBAD-1）。模拟结果发现POC的亲水性和负载量是影响水渗透率的决定因素,孔径的影响较小。高亲水性CC17的加入可以诱导水分子进入膜材料,提高膜材料的水渗透性。而疏水性CC3和CC5分子因与SBAD-1之间的强相互作用,孔道会被聚合物分子堵塞,不会对膜材料的透水率提供明显促进作用。对于本工作研究的所有POC/SBAD-1 MMMs,脱盐率均100%。其中透水率最高的膜材料是20-CC17/SBAD-1 MMM[1.69×10-4kg·m/（m~2·h）],比纯SBAD-1膜的透水率[2.43×10-5kg·m/（m~2·h）]高了一个数量级,也优于许多文献报道的许膜材料,因此提出20-CC17/SBAD-1MMM可用于高性能PV海水脱盐。2.在上个工作的基础上进一步研究了同种POC填充物、不同聚合物对MMMs海水淡化性能的影响。在共轭微孔聚合物（Conjugated Microporous Polymers,CMP）和聚苯并咪唑（Polybenzimidazole,PBI）两种聚合物膜中负载20 wt%的CC17。通过分子动力学模拟研究CC17/CMPMMM和CC17/PBIMMM作为PV膜的海水淡化性能。结果表明在PBI基膜材料中加入亲水性CC17,能够有效提高膜材料的水分子可及性,从而提升膜的透水率。CC17/CMP MMM和CC17/PBI MMM膜的阻盐率均为100%,由于CMP膜材料的超疏水特性以及与CC17之间的强相互作用,屏蔽了CC17的亲水性,使得CC17/CMPMMM膜的渗透率[9.64×10-7kg·m/（m~2·h）]明显低于CC17/PBIMMM膜[4.72×10-4kg·m/（m~2·h）],CC17/PBIMMM更适合用作PV脱盐膜。3.研究了四种纯POCs（CC3、CC5、CC17和CC19）作为PV膜用于生物燃料（以乙醇/水混合物为代表）的净化。结果表明四种POCs对从乙醇/水混合物（xe=10 wt%）中提取乙醇显示出良好的吸附选择性,由于CC3的疏水性和与乙醇的强亲和力,它呈现出最佳的乙醇吸附选择性。在PV分离方面,由于与乙醇的强相互作用,CC19膜的分离系数高达1217.65,同时在60℃时也有16.69 kg·μm/（m~2·h）的渗透通量。CC5膜因其大孔径和疏水特性,在不损失溶剂通量的情况下表现出良好的乙醇选择性,分离因子高达22.67,通量为311.03kg·μm/（m~2·h）。在四种膜材料中,PV性能主要受溶剂-膜的相互作用以及溶剂在膜中的扩散所支配。这项研究从微观上阐明了乙醇/水混合物在POC膜中的吸附作用,预测了POCs膜的PV分离性能,并提出CC19以及CC5膜可用于高性能分离。POCs基膜材料作为PV膜,它的三维孔道结构为MMMs提供了更多的孔隙,合理利用POC的特性能够有效提高其PV分离性能。在海水淡化方面,亲水性POC的加入可显著提高PV膜的水渗透性;在生物燃料净化方面,合适的孔道结构以及疏水性POC与乙醇的强亲和力是实现高乙醇吸附/分离选择性的关键。本工作的计算结果可对实验上新型PV膜材料的设计和开发提供了可靠的理论支撑。