全球性淡水资源的缺乏导致人类面临着缺水的危机,如何高效经济的从海水中提取淡水成为了解决问题的关键。水合物法海水淡化是一种新型的、节能的海水淡化技术,但是水合物诱导时间长、生长缓慢、传质传热的限制以及固液分离困难等问题阻碍着水合物技术海水淡化的规模化应用。据报道,碳材料在不同程度上对水合物的形成具有促进作用,因此本文通过研究石墨烯和石墨作用下乳液体系中的水合物成核,促进水合物生长过程中的传质与传热,从而提高水合物的成核速率以及生长速率。通过改变水合物生长的状态,调控水合物晶体的聚集程度来减少固液分离过程中浓缩液的夹带,实现海水向淡水资源的高纯度转化。同时在水合物海水淡化过程中进行高附加值锂离子的富集研究,以实现资源的最大化利用。研究中发现石墨烯以及石墨作用下的水和环戊烷乳液体系能够促进水合物和冰的成核,大大减少了诱导时间,使其具有更快的成核速率。石墨粒度对静态或不断搅拌下的脱盐效率和转化率有不同的影响。石墨颗粒在静置状态和搅拌下对水合物的脱盐效率相比于空白实验都有所提高,并且最大的脱盐效率能达86%。随着水合物反应时间的增加,水合物的脱盐效率和转化率都有上升的趋势。这种水合物脱盐工艺被证实适用于真实海水的海水淡化,通过使用自然低温可以降低水合物过程的能量消耗。石墨作用下的水合物过程不依赖于处理的体积,因此该过程具有在脱盐中扩大规模的巨大潜力。通过使用环戊烷水合物的多级脱盐过程可以显著提高淡水的纯度,而且石墨在实验中表现出优良的循环使用性能。本文研究表明环戊烷水合物的形成过程可同时进行脱盐以及高附加值金属锂离子的富集。石墨颗粒辅助下的水合物过程是一种很有前途的脱盐和富集方法,具有成核快、转化率高、脱盐效率高、可利用自然低温以及不依赖于处理体积的优点。该技术可以是脱盐过程的良好替代或补充方法,其具有高效率并且良好的经济性。在本文研究中获得的理论结果将有助于开发节能的海水淡化工艺,以生产高纯度水,并通过水合物形成过程得到高附加值的产品。