近年来,水资源短缺一直是影响人类社会发展的问题之一,膜分离技术作为一种能耗低、操作简单、分离效果好的水处理技术,在污水处理与水资源回用领域获得了越来越多的关注。应用最广泛的分离膜是采用界面聚合法制备的聚酰胺膜,主要包括反渗透膜和纳滤膜。聚酰胺膜具有良好的离子分离能力,在水处理工艺中扮演着重要的角色。但是,聚酰胺膜的分离性能仍是限制其更广泛应用的问题之一。为了提高聚酰胺膜的分离性能,研究者常会使用纳米材料对聚酰胺膜进行改性。纳米材料的加入会对界面聚合过程以及聚酰胺功能层的结构形貌造成影响,进而影响膜的分离性能。目前,已有研究者对聚酰胺功能层表面形貌的形成机理进行了深入的讨论,但是纳米材料的物理化学结构对聚酰胺膜功能层表面形貌的影响机制仍未获得系统地研究。本文以分子动力学（Molecular dynamics,MD）模拟及实验研究为手段,以氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）为对象,研究其尺寸和含氧官能团对哌嗪（Piperazine,PIP）分子在水相溶液中扩散的影响机制,研究GO结构特点对界面聚合过程的影响,聚焦改性聚酰胺膜表面形貌与GO物理化学结构之间的关联关系,阐明界面聚合过程中聚酰胺表面不同形貌特征的形成原因。具体研究工作包括以下两部分:（1）研究GO的尺寸和含氧官能团对水溶液中PIP扩散的影响采用MD模拟建立了具有不同尺寸和含氧官能团数量的GO模型,并将其放置在PIP溶液模型中,通过设置一定的PIP浓度差为扩散驱动力,计算PIP的扩散速率,计算GO与PIP之间的相互作用能及其组成。模拟计算结果表明:GO对PIP的扩散有显著的物理阻碍效应,固定的大尺寸GO能使PIP扩散速率由空白模型的0.37cm/s降低至0.22cm/s,降低GO的尺寸能减弱其对PIP扩散的影响,降低GO表面含氧官能团的数量能减弱其对PIP扩散的影响,羧基与PIP之间具有较强的库伦相互作用。（2）研究GO的尺寸、含氧官能团和浓度对改性聚酰胺膜表面形貌的影响使用具有不同尺寸和含氧官能团比例的GO对聚酰胺膜进行改性,研究GO的浓度、尺寸和官能团特征对聚酰胺膜表面形貌、交联程度、表面亲水性以及分离性能的影响,分析GO在界面聚合过程中的影响机制。结果表明:GO通过对支撑层孔内PIP扩散的抑制以及在支撑层表面形成无规自组装结构储存PIP溶液对界面聚合过程产生影响,降低GO的尺寸能加强其对界面聚合过程的影响,提高GO的亲水性能通过无规自组装结构为界面聚合提供足够的反应单体。聚酰胺表面微观形貌的产生与PIP溶液的浓度和PIP扩散速率相关,圆球状结构需要高浓度PIP与高PIP扩散速率,扁平状结构需要低浓度PIP与低PIP扩散速率,环状结构需要高浓度PIP与低PIP扩散速率。本文通过MD模拟与实验手段研究了GO与PIP之间的相互作用,分析了GO在界面聚合过程中的作用机制,阐明了分子水平上的聚酰胺膜表面形貌变化与改性材料特征之间相互关系,有助于理解各种改性聚酰胺膜形貌变化规律,并为优化聚酰胺膜结构性能奠定了一定的理论基础。