海水淡化、CO2分离捕获是解决淡水资源缺乏和全球变暖的有效途径。膜分离作为一种高效、节能和环境友好型分离技术,已经广泛应用于海水淡化和气体分离领域。膜分离的核心是膜材料,其决定着分离效率。目前,商业中采用的分离材料多为有机聚合物交联形成的三维多孔膜,渗透性能差,分离比低。因此,开发能够用于高效海水淡化或CO2分离的新型膜对解决淡水资源危机和减缓温室效应意义重大。本论文借助分子模拟手段对近期合成的一种新型二维多孔膜——二维共轭芳族聚合物（2D-CAP）膜分离性能进行探究,评估其作为海水淡化膜和CO2分离膜的可行性,并对盐/水分离和CO2筛分机制进行揭示。具体研究内容如下:首先,对2D-CAP膜的盐/水分离性能进行研究,考察膜层数和静水压力对纳米流体输运行为的影响,并通过计算水分子和离子跨膜传输的能量势垒来评估2D-CAP膜作为海水淡化膜的潜力。模拟结果表明,双层2D-CAP膜具有完全的排盐性（100%）和超高的水通量(1172 L m-2 h-1 bar-1),其性能比商用海水淡化膜高3个数量级,是单层多孔Mo S2膜水通量的3倍。此外,双层2D-CAP膜在水溶液环境中具有很好的抗溶胀性能,能够确保在分离操作中不会因为层间溶胀而出现排盐能力下降。在整个模拟过程中,论文详细分析了2D-CAP膜孔结构和其周围官能团对水传输形态和传输速率的影响,并从静电作用和尺寸排斥两个方面细致揭示了膜对盐离子的阻挡作用。随后论文研究了2D-CAP膜CO2与N2（CH4）的分离性能,结果表明其允许CO2高速渗透,但由于N2及CH4分子动力学直径与孔尺寸相差不大,2D-CAP膜无法实现对N2和CH4的有效阻挡,未展现出CO2选择性。为了实现有效的CO2分离,论文提出一种离子液体涂覆策略来动态调控2D-CAP膜孔径。对构建的2D-CAP支撑离子液体膜进行气体分离模拟研究,发现其不仅具有超高的CO2渗透率（～105 GPU）,而且表现出优异的CO2选择性（>40）。通过观察离子液体在膜表面的分布形态及气体分子传输过程,研究证实[BF4]-能够调控膜孔径而带来尺寸选择性,并且离子液体对CO2的优先吸附也会带来部分选择性,因此,在两种选择机质共同作用下产生理想的CO2筛分性。最后论文还研究了不同离子液体厚度和膜层数对2D-CAP支撑离子液体膜分离性能的影响。