淡水资源因其储量少、用量大、浪费多、污染重的特点,严重威胁与制约着人类的生存与发展。海水淡化是解决水资源危机的有效方法,其中反渗透技术是最先进和节能高效的技术。石墨烯因其优异的物理特性,是新一代理想的制膜材料,在膜分离技术领域具有良好的应用前景。时间维度的离子选择性在反渗透领域是一个突破性理论,它克服了亚纳米孔尺寸的限制,一定程度上打破了渗透性和选择性之间的平衡,但多层反渗透膜的时间维度滤盐机理尚未明晰。本文采用分子动力学方法揭示了多孔石墨烯膜时间维度筛选的滤盐机理,并提出了超高水通量与高离子截留率的梯度纳米孔反渗透膜模型,为时间维度多层反渗透技术及应用提供了重要的理论支撑。首先,本文研究了单层多孔石墨烯反渗透膜的界面滑移速度对盐水反渗透特性的影响,结果表明:随着界面滑移速度的增加,离子截留率增加而水通量先增加后降低。其次,构建双层与三层多孔石墨烯反渗透滤盐模型,分析可知:在不同厚度的多孔石墨烯反渗透模型下,界面滑移速度对盐水反渗透特性的影响规律是一致的;特别地,反渗透膜厚度的增加会提高离子截留率,但阻碍了水通量的上升。此外,时间筛选机理与固液界面的条件密不可分,故进一步分析最内层膜上纳米孔直径对反渗透行为的影响,研究表明:水通量随着供给端最内层纳米孔径的增加而快速上升,同时还能保障高离子截留率。最后,结合界面滑移速度、膜厚度和最内层纳米孔径变化下的反渗透行为,从模型内部溶液速度、离子数量密度和水分子数量密度角度详细分析与解释时间选择反渗透的机理。然后,针对纳米孔通道高水通量要求,对三层石墨烯反渗透膜上的纳米孔结构进行了创新性设计及优化。由“内大外小”的设计原则得到五种梯度纳米孔结构,然后再结合最内层纳米孔变化的滤盐研究得到:梯度纳米孔结构能够在保证高选择性的同时显著提高渗透性;此外,经对比发现最内层反渗透膜的纳米孔径变化对水通量的影响最大;在石墨烯膜旋转速度相同的情况下,盐溶液旋转越快的滤盐模型对应的离子截留率越小。本人结合时间筛选盐离子的轨迹特性,讨论了盐离子和水分子在梯度孔周运动轨迹的情况,详细分析了不同的梯度孔结构在反渗透过程中水通量的变化规律。为进一步推动时间筛选原理的实际应用发展,构建三层单孔石墨烯滤盐模型,并使用时间离子选择性的原理分析反渗透膜剪切速度在时间维度上对反渗透行为的影响。最后,对比文中离心机滤盐模型和以往研究滤盐模型的效益,得到具有最优效益的反渗透模型。本文的研究成果进一步阐明并验证了时间维度反渗透滤盐机理,同时,梯度纳米孔滤盐影响的研究在一定程度上打破了反渗透膜厚度与水通量成反比的一般规律,为大尺度滤盐设备的设计研发提供了理论基础。