直径大于2 nm的(15,15)碳纳米管的仿生生物改性及其脱盐行为的分子模拟

李清　杨登峰　王建花　武琪　刘清芝

(青岛农业大学化学与药学院，山东青岛266109)

直径大于2 nm的(15,15)碳纳米管的仿生生物改性及其脱盐行为的分子模拟

李清杨登峰王建花武琪刘清芝*

(青岛农业大学化学与药学院，山东青岛266109)

模仿水通道蛋白结构在直径大于2 nm的(15,15)的碳纳米管内壁添加不同数量的―NH3+和―COO－，并结合端口改性建立连续的碳纳米管膜模型，利用分子动力学模拟方法研究了水以及Na+和Cl－在碳纳米管中的通量、密度分布和离子进入碳纳米管的平均力势。结果表明，在200MPa压力下，对碳纳米管进行内壁和端口改性可以在保持较高水通量基础上显著提高碳纳米管的截盐作用。当在(15,15)碳纳米管内壁添加5对―COO－和―NH3+基团或内壁添加4对―COO－和―NH3+且端口添加1对时，Cl－截盐率可达到100%，Na+的截盐率达到88%。改性(15,15)碳纳米管的最小水通量仍是未改性(8,8)碳纳米管的4.6倍。

分子动力学模拟；仿生改性；反渗透膜；直径大于2 nm；碳纳米管；截盐作用

碳纳米管由于其结构和性质类似于生物水通道蛋白而被考虑用作制备反渗透膜的材料。近年来模拟5－7和实验8证明，水分子可以自由通过碳纳米管，而且分子模拟和实验数据证实在压力驱动下，水分子通过碳纳米管的流速要比理论计算结果预测的流速高出3－5个数量级8,9。分子模拟发现水分子可以进入半径为0.81 nm扶手椅碳纳米管(6, 6)并且以单分子首尾相接的方式进入5。Corry10用分子模拟方法观察到水分子可以以双分子链的形式进入扶手椅碳纳米管(7,7)和以四分子链形式进入(8,8)碳纳米管。Thomas等11在分子模拟中发现碳纳米管直径越大，进入碳纳米管的水分子链越多，因而水通量也随之增大。本课题组的研究也发现随着碳纳米管直径的增加，水通量呈直线增加，直径为2.034nm的(15,15)碳纳米管水通量可达到直径为1.085nm的(8,8)碳纳米管的10倍。然而随着水通量的增加，碳纳米管的截盐率也随之急剧下降。Corry10用分子模拟的方法发现，在直径为0.95nm的(7,7)碳纳米管的垂直阵列膜外加5.5MPa压力截盐率可达95%，远高于直径为1.09 nm的(8, 8)碳纳米管的截盐率(58%)，但(8,8)碳纳米管水通量是(7,7)的1.9倍12。本课题组通过研究发现在直径为1.763的(13,13)碳纳米管中，Na+和Cl－可自由通过。实验表明大直径的碳纳米管造价和技术要求低，更适合实际应用，结合其水通量伴随着直径的增加大幅度提高的优点，许多研究考虑对大直径的碳纳米管进行改性，在保持较高水通量的基础上提高其截盐率。Corry13对直径为1.085nm的碳纳米管进行端口改性发现，改性碳纳米管对Cl－截盐率较容易达到100%，而只有添加8个―COO－基团或4个―NH3+基团时，才能使Na+完全被截留。本课题对直径为1.356nm的(10,10)碳纳米管模仿水通道蛋白进行内壁改性，发现较大直径碳纳米管内壁改性的截盐率高于端口改性。Zheng等14通过分子模拟发现在内壁添加改性基团会产生一些与端口添加改性基团不同的现象，例如内壁添加改性基团可与水分子形成氢键从而影响水分子的自扩散速率。尽管改性基团的添加减少了碳纳米管的有效直径，但跟同等有效直径的未添加改性基团的碳纳米管相比，水通量仍然得到了50%的提高。Zhu等15发现内壁添加改性基团可以影响水分子进入和通过碳纳米管的角度以及水分子的偶极矩。Gong等16发现内壁添加羰基基团可以模仿生物K+离子通道，对K+和Na+进行分离。以上模拟工作证明内壁改性在理论上应用于脱盐的可行性，但实验是否能够具有实际的可操作性呢？Kyotani等17利用硝酸氧化的方法实现了仅对碳纳米管内壁的改性。Alsawat等18利用热退火和干湿氧化法方法实现了对多壁碳纳米管的内层管壁进行改性。A ltalhi等19利用气相法对多壁碳纳米管内层管壁添加了长链氨基基团。这些实验表明对碳纳米管内壁添加改性基团是切实可行的。

本文模仿生物水通道蛋白对直径大于2 nm的(15,15)纳米管进行内壁和端口改性，在碳纳米管内壁及端口同时添加―NH3+和―COO－基团并在前期工作基础上进一步对(15,15)碳纳米管的水通量和截盐作用进行研究。

2　模拟方法

构建由四根长度为1.35nm，直径为2.034nm的扶手椅型(15,15)碳纳米管组成的膜单元20，如图1所示。在膜单元的z轴上下各添加2 nm的TIP3P的水层，在水层中加入浓度为0.25mol∙L－1的NaCl溶质并使Na+和Cl－自由分散在碳纳米管两侧的水层中13。模拟模型采用连续性周期边界形成连续的二维膜结构。在碳纳米管内壁和端口添加―NH3+和―COO－基团并计算水和离子通量、平均力势(PMF)以及水和离子在轴向的密度分布。

模拟软件采用NAMD2.9版本21，力场参数取自于CHAMMER27力场22。采用Lennard-Jones方程计算碳纳米管和离子及水之间的相互作用，其表达式如下：

上式中，εij代表势能阱深度，单位为kJ∙mol－1；rm为势能最小时两粒子的距离。rij为两个离子的距离；qi、qj分别为粒子i、j所带电荷。采用PME方法来计算静电作用。模拟过程中，timestep设为1 fs，对于非范德华作用力采用半径截断方法，cut-off设为1.2 nm，Langevin动力学方法用于控制温度和压力20。

图1　(A)模拟体系模型和(B)体系的RMSD图Fig.1(A)Am odelof sim u lating system and (B)RMSD of system Model is formed by hexagonally packing 4nanotubesin a periodic celland immersing in a solution of NaCl in water. RMSD:rootmean square deviation

在收集模拟数据之前，体系采用最徒下降法进行0.5ns的能量最小化均方根偏差(RMSD)图见图1B，并在恒压1.013×105Pa、温度300K下进行5ns10静水压差平衡模拟计算。模拟过程中固定碳纳米管以防止膜上下移动，改性基团不固定。采用Zhu等23,24提供的方法，向水层顶部沿－z轴方向施加恒力f，使其作用于整个水层，使碳纳米管膜两侧形成200MPa的压力差，用公式Δp=nf/A计算膜单元两侧的的压力差，n代表加力的水分子个数，A代表膜单元面积。

PMF采用自适应偏置力(ABF)的均匀取样和扩散运动方法计算离子沿z轴穿过碳纳米管所遇到的能垒25。由于碳纳米管的高度均匀性和对称性，本文计算了离子从溶液(z=2 nm)移动到碳纳米管中央位置(0.6nm)处的PMF，为了提高计算效率将z轴分为三个窗口，每个窗口计算区间为0.5nm。

水通量和离子通量计算：计算了离子从添加改性基团的同一根碳纳米管顶端进入，且底端离开的水分子或离子个数。离子截盐率计算了碳纳米管阻止离子通过的能力，由以下公式得出：离子截盐率=1－(碳纳米管的离子通量/该碳纳米管的水通量)/(本体溶液中的离子摩尔数/本体溶液中水的摩尔数)13。

3　结果与讨论

3.1改性碳纳米管水通量

模拟数据如表1所示，在同样条件下，直径为2.034nm的未改性(15,15)碳纳米管水通量约为直径为1.085nm的(8,8)12未改性碳纳米管的10倍，是直径为1.356nm的(10,10)未改性碳纳米管的3倍，是直径为1.763 nm的(13,13)未改性碳纳米管的1.5倍。但碳纳米管的截盐率也随着直径的增大而急剧减小，扶手椅型(15,15)碳纳米管可使Na+和Cl－自由通过。本文通过在内壁添加改性基团来提高大直径碳纳米管的截盐率。由表1知，添加改性基团的(15,15)碳纳米管最小水通量是未改性(15,15)碳纳米管的46.5%，但仍然是未改性(8,8)碳纳米管的4.6倍。水通量的降低是由于改性基团的添加导致碳纳米管的有效直径减小(例如添加6对―NH3+和―COO－直径减小为1.435nm)，使碳纳米管与水分子的相互作用力增大，因而水通量减小。如图2所示，内壁添加改性基团可以减少带电荷基团附近通过的水分子数，且水分子在碳纳米管内壁改性基团处的密度为0.52，略小于未改性基团的0.58。虽然改性(15,15)碳纳米管水通量由于有效内径的减小而小于未改性的(15,15)的碳纳米管，但水通量却高于与有效内径相同的未改性碳纳米管。Zheng等14发现―COOH内壁改性的碳纳米管会因为改性基团和水分子之间形成氢键而导致水分子在管内的自扩散速度减小，但改性基团的添加使碳纳米管由疏水性变为亲水性，水分子更容易接近并润湿碳纳米管端口，导致其水通量高于有效内径相同的未改性碳纳米管。本文通过观察分子动力学模拟的动画发现水分子在内壁改性基团处由于改性基团的吸引呈螺旋形通过碳纳米管，如图3所示。当在碳纳米管内壁添加6对―NH3+和―COO－改性基团时，碳纳米管的有效内径为1.435nm，该内径约等于1.356nm(10,10)碳纳米管的直径，但其水通量却是直径1.356nm(10,10)的1.5倍。从而验证了Zheng等14得到的内壁改性碳纳米管水通量高于相同有效内径的未改性碳纳米管的结论。

表1　在200MPa静水压力下，(15,15)碳纳米管的水通量和离子截盐率Tab le1 Water flux and ion rejection through(15,15)functionalized CNTsunder a hyd rostatic pressure differenceof 200MPa

图2　碳纳米管改性基因附近水分子链Fig.2 Water chainsnear the functionalgroupsof CNTs The ball representsO.

3.2改性碳纳米管的截盐率

课题组26通过之前针对(10,10)和(13,13)的碳纳米管的改性数据得出，在碳纳米管内壁添加改性基团―NH3+对带有相反电荷离子Cl－具有明显吸引作用，对带有相同电荷的Na+有着明显排斥作用，而―COO－对Na+有吸引作用，对Cl－有排斥作用。如图4所示，在(10,10)和(13,13)碳纳米管添加改性基团―COO－时，Cl－没有机会进入到碳纳米管中，从而使其截盐率为100%。同理添加―NH3+时，Na+没有机会进入碳纳米管而被完全截留。对于较小直径的(10,10)碳纳米管，在只添加带正电荷的―NH3+或带负电荷的―COO－时对相反电荷的离子也可达到100%截盐率。这是由于尽管带相反电荷的离子可以在改性基团的吸引下进入到碳纳米管内部，但在相对狭小的孔径内壁，相邻的改性基团离子具有较强的相互吸引作用，因而带相反电荷的离子在带电改性基团的强吸引作用下难以离开，达到脱盐目的。如图5(A,B)PMF图所示，在直径较小的(10,10)碳纳米管中，添加―NH3+和―COO－在端口对Na+和Cl－形成大于4.1868 kJ∙mol－1的阻力，且在内壁改性基团处可形成大于4.1868 kJ∙mol－1的势能阱，因而对Na+和Cl－的截盐率达到100%。由图5(C,D)密度图可知在直径较小的(10,10)碳纳米管中，与改性基团电荷相同的离子不能进入到碳纳米管中没有密度峰形成。与改性基团相反电荷的离子在改性基团强吸引下进入碳纳米管且被改性基团牢牢吸引住而没有机会离开碳纳米管，因此在碳纳米管内壁相应位置形成较大的密度峰。而在较大直径(13,13)中如果仅添加带正电荷的或带负电荷的―COO－，则对相反电荷离子几乎无截盐作用。那么对于直径大于2 nm的(15,15)碳纳米管是否还会有不同呢？如图4所示，对于仅添加相同电荷改性基团的直径大于2 nm的(15,15)碳纳米管(2个在端口，6个在内壁)，与改性基团带相同电荷的离子也可以在带相反电荷的离子的吸引下进入并且在压力作用下通过碳纳米管。图6F密度图也证明了这一点，在(15,15)添加―NH3+时，在碳纳米管相应位置存在较小的Na+密度峰和较大的Cl－密度峰同时证明了表1和图4的结果。只添加―COO－的碳纳米管Cl－也可以进入并且通过碳纳米管，但由于在碳纳米管中停留的时间较短未形成明显的密度峰。

图3　水分子在碳纳米管中呈螺旋状运动Fig.3 Water chains transport the CNTsw ith spiralshape

图4　离子在碳纳米管改性基团处的位置Fig.4Location of ionsnear the functionalgroup of CNTs Snapshots from molecular dynamics(MD)simulationsare shown to indicate the location and buildup ofNa+(w ithoutarrow)and Cl－(w ith arrow) ions near the functionalgroup of the functionalized CNTs.Results are shown forCNTsw ith(A)(10,10)CNTsw ith 1-e COO－4-m COO－in 5ns,(B) (10,10)CNTsw ith 1-e4-min 5ns,(C)(13,13)CNTsw ith 2-e COO－4-m COO－in 1 ns,(D)(13,13)CNTsw ith 2-e4-min 1 ns,(E)(15,15)CNTsw ith 2-e COO－6-m COO－in 4ns,(F)(15,15)CNTsw ith 2-e6-min 4ns

图5　(10,10)碳纳米管Na+和Cl－的PMF和密度分布图Fig.5PMF p rofilesand ensem ble-averaged axial density profilesof Na+,Cl－for(10,10)CNTs The CNTs lies from z=0to z=1.4nm.PMF:potentialofmean force

既然对于(15,15)的碳纳米管，在内壁添加单一的带电基团不能实现理想的截盐效果，考虑到带电基团对同电荷离子有较好的排斥作用，可否在碳纳米管上同时添加正负电荷来达到对Na+和Cl－的截留呢？根据之前课题组工作可知在直径为1.763 nm的(13,13)碳纳米管内壁同时添加―NH3

+和―COO－各四个时，Na+和Cl－没有机会进入碳纳米管从而被完全截留。在此基础上，对直径大于2 nm的(15,15)同时添加―NH3+和―COO－基团以期在保持较高水通量基础上提高截盐率。模拟结果如表1所示，在碳纳米管内壁同时添加带正电荷的―NH3+和带负电荷的―COO－的改性基团时，碳纳米管对Na+和Cl－都有一定的截留率。为了观察改性(15,15)碳纳米管的截盐性能，本文分别在(15,15)碳纳米管内壁添加3、4、5、6对―NH3+和―COO－改性基团并计算其水通量和截盐率。如图5A所示，Na+和Cl－比较容易进入内壁添加3对―NH3+和―COO－改性基团的碳纳米管，并且在压力的作用下通过碳纳米管。由图6B密度图所示，Na+和Cl－在碳纳米管内相应位置都有密度峰形成。如图7所示，随着碳纳米管内壁添加改性基团数量的增加，Na+和Cl－进入碳纳米管的几率皆由于带相同电荷基团的排斥力增加而减小，且改性基团对进入管内的相反电荷离子的吸引力作用也得到加强。因此如图6C所示，在添加4对―NH3+和―COO－改性基团的碳纳米管中，Na+在碳纳米管中滞留一段时间再在压力作用下通过碳纳米管，Cl－在压力的作用下较容易通过碳纳米管。因而在此改性碳纳米管中，Na+在碳纳米管中滞留的时间大于Cl－滞留时间，Na+在碳纳米管内壁改性基团处形成一个较高的密度峰，远大于Cl－形成的密度峰高度。这是因为―COO－与Na+相互作用的平均力势要远远大于―NH3+与Cl－的相互作用，在图8中可以得到证明。如图7C所示，当在碳纳米管内壁添加5对―NH3+和―COO－改性基团时，进入碳纳米管的离子数量进一步减少，仅有一个氯离子和一个钠离子在模拟计算后期进入碳纳米管中且作了短暂停留，因而没有明显的密度峰形成，如图6D所示。由图9的PMF图可知内壁添加5对―NH3+和―COO－改性基团时，碳纳米管端口对Na+形成5.0242 kJ∙mol－1的阻力且在内壁改性基团处形成5.0242 kJ∙mol－1的势能阱，远大于内壁添加3对和―COO－改性基团的碳纳米管在端口形成的2.0934kJ∙mol－1阻力。因此碳纳米管内壁添加5对和―COO－改性基团Na+的截盐率达到88%，远大于内壁添加3对和―COO－改性基团的截盐率(36%)。Cl－在添加5对和―COO－改性基团的碳纳米管端口遇到12.141 kJ∙mol－1的阻力且在内壁改性基团处形成9.6296kJ∙mol－1的势能阱，远大于内壁添加3对和―COO－改性基团的碳纳米管处形成的1.6747 kJ∙mol－1阻力，因而Cl－的截盐率在内壁添加5对和―COO－改性基团的碳纳米管中100%被截留。但在碳纳米管内壁添加6对―NH3+和―COO－改性基团时，由于改性基团的吸引，进入碳纳米管的离子数量反而增多，但改性基团的吸引作用也得到加强牢牢吸引住离子使其难以穿过碳纳米管如图6E，密度图所示，因而截盐率也达到89%，远高于有效内径相似的未改性(10,10)碳纳米管，从而验证了A llen等27有效内径大于0.4nm的未改性碳纳米管离子通量大于改性碳纳米管离子通量的结论。

图6　(15,15)碳纳米管Na+、Cl－和水分子的密度分布图Fig.6Ensemb le-averaged axialdensity p rofilesof Na+,Cl－,and water for(15,15)CNTs The CNTs lies from z=0to z=1.4nm.

图7　离子在(15,15)碳纳米管改性基团处的位置Fig.7 Location of ionsnear the functionalgroup of(15,15)CNTs Snapshots from MD simulationsare shown to indicate the location and buildup of Na+(w ithoutarrow)and Cl－(w ith arrow)ionsnear the functional group of the(15,15)functionalized CNTs.Resultsareshown for CNTsw ith(A)3-m3-m COO－,(B)4-m4-m COO－,(C)5-m5-m COO－,(D)6-m-m COO－,(E)4-m 1-e4-m 1-e COO－,(F)4-m 2-e4-m 2-eCOO－

本文数据表明在内壁添加―COO－和基团可以在保持水通量的基础上达到较好的截盐效果，之前文献13,21报道对于直径较小的碳纳米管(大约1 nm)在端口添加改性基团也能达到较好的离子截留效果。课题组之前对(10,10)和(13,13)改性碳纳米管的模拟数据表明，在碳纳米管端口添加改性基团的水通量要高于在内壁添加，而截盐率正好相反。课题组之前对(13,13)碳纳米管端口改性数据表明，虽然碳纳米管端口处PMF势能高于未在端口添加改性基团的碳纳米管，但水分子在端口处遇到的阻力仅为氢键键能的1/10。因而端口改性对水分子通过碳纳米管的阻碍作用远小于氢键形成对水分子扩散速度影响的作用。因而本文设想同时在碳纳米管内壁和端口添加改性基团是否可以同时提高碳纳米管的水通量和截盐率呢？表1数据表明同时添加内壁和端口改性基团的碳纳米管水通量高于仅在内壁添加的碳纳米管。例如，端口添加一个―COO－和一个、中间添加两个―COO－和两个改性基团的碳纳米管的水通量高于只在中间添加三个―COO－和三个改性基团的碳纳米管，端口添加一个―COO－和一个、中间添加三个―COO－和三个改性基团的碳纳米管的水通量高于只在中间加四个―COO－和三个―NH3+改性基团的碳纳米管。而适当在碳纳米管端口添加改性基团可以提高碳纳米管的截盐率如端口添加一个―COO－和一个―NH3+、中间各四个―COO－和―NH3+的碳纳米管的水通量和截盐率皆高于只在中间加五个―COO－和五个―NH3+改性基团的碳纳米管。但是在端口添加两对改性基团时，截盐率反而降低了。如图10PMF图所示内壁添加5对―COO－和―NH3+改性基团或内壁添加4对―COO－和―NH3+改性基团且端口添加1对或2对改性基团时，Na+在端口都会遇到大于4.1868 kJ∙mol－1的阻力，同时在内壁改性基团处形成大于4.1868 kJ∙mol－1的势能阱，因而碳纳米管对Na+有较好的截盐作用，截盐率达到88%。同样情况下，Cl－在端口遇到大于10.467 kJ∙mol－1的阻力，而在内壁改性基团处遇到大于8.3736kJ∙mol－1的势能阱，因此碳纳米管对Cl－的截盐率可达到100%。对于内壁添加4对―COO－和―NH3+改性基团且端口添加2对改性基团的碳纳米管，Cl－在端口遇到的阻力小于6.2802 kJ∙mol－1，内壁改性基团处形成的势能阱为5.2335kJ∙mol－1，因此对Cl－的截盐率降低。

图8　与Cl－，COO－与Na+作用的PMF图Fig.8 PMF profiles for Na+,Cl－attractby function groupsand COOThe ionwasmoved from the bulk solution(z=1.0nm)into the function group(z=0.0nm)in each case.

图9　内壁改性(15,15)碳纳米管Na+和Cl－的PMF图Fig.9 PMFp rofiles for Na+,Cl－in(15,15)interiormodified CNTs The ion wasmoved from the bulk solution(z=2.0nm)into the center of the pore(z=0.6nm)in each case,the CNTs are located from z=0nm to z=1.4nm.

图10　改性(15,15)碳纳米管Na+，Cl－和水分子的PMF图Fig.10PMF profiles for Na+,Cl－,water in(15,15)modified CNTs The ionwasmoved from the bulk solution(z=2.0nm)into the centerof thepore(z=0.6nm)in each case,the CNTsare located from z=0nm to z=1.4nm.

4　结论

通过模仿水通道蛋白的结构，在直径大于2 nm的(15,15)碳纳米管内壁和端口添加带电荷的改性基团―NH3+和―COO－来提高碳纳米管的截盐率。结果显示改性后(15,15)碳纳米管最小水通量是未改性(8,8)碳纳米管的4.6倍。只添加带同一种电荷的改性基团时，与改性基团带相同电荷的离子也有机会进入并穿过碳纳米管但截盐率仍能达到80%以上，而与改性基团电荷相反的离子几乎可以自由穿过碳纳米管。等电荷添加―NH3+和―COO－基团对Na+和Cl－都有较好的截盐效果。当在(15,15)碳纳米管内壁添加5对―COO－和―NH3+基团或内壁添加4对―COO－和―NH3+且端口添加1对时，Cl－截盐率可达到100%，Na+的截盐率也可达到88%。内壁添加4对且端口添加1对―COO－和―NH3+改性基团的碳纳米管水通量大于只在内壁添加5对―COO－和―NH3+改性基团的碳纳米管。

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Biomimetic Modification and Desalination Behavior of(15,15) Carbon Nanotubes with a Diameter Larger than 2 nm

LIQing YANG Deng-Feng WANG Jian-Hua WUQi LIUQing-Zhi*
(College ofChemistry and Pharmaceutical Science,Qingdao Agriculture University,Qingdao 266109, Shandong Province,P.R.China)

Differentcharged functiona lgroups including―COO－and―NH3+were added to the interiorand entrance of(15,15)arm chair carbon nanotubes(CNTs)w ith a diameter larger than 2 nm to constructmembranes that im itated the structure o f the protein aquaporin-4.The potentialo fmean force,conductance,and density distributions of ions in the CNTswere calcu lated.The results showed thatunder200MPa,CNTsmodified with oppositely charged groups in their interiorand at theirentrance could greatly imp rove saltdesalination on the basis ofhigh water flux.When five pairs of―COO－and―NH3+functionalgroupswere added to the interiorof a CNT or four pairs o f―COO－and―NH3+functiona lgroups w ere added to the inte rior o fa CNTw ith ano ther pairat the entrance,100%Cl－re jection and 88%Na+rejection were achieved.The lowestwater conductivity of the functionalized CNTswas 4.6times thatof(8,8)unfunctiona lized CNTs,and even slightly lower than that o funfunctionalized(15,15)CNTs.

Molecu lar dynam ics simu lation;Biom im eticmodifica tion;Reve rse osm osismemb rane; Diameter larger than 2 nm;Carbon nanotube;Desa lination

1　引言

虽然地球表面70%的面积被水覆盖，但大部分为咸水，仅有2.5%为淡水资源1，淡水资源中又有70%水资源以固体的形式存在冰山中。因此仅有0.7%的水资源供人类生活和灌溉农业使用。随着人口数量的剧增，人类活动对环境资源的影响力也在增加。人类的活动影响了水资源的数量和质量，致使水文产生变动和冰山萎缩，影响了径流和下水资源2，结果致使水资源分布不均加剧，许多地区水资源缺乏严重3。海水淡化工程是21世纪解决淡水资源的重要途径之一，反渗透海水淡化是海水淡化工程的主要方法4。

September23,2015;Revised:December 17,2015;Published onWeb:December 18,2015.

O643

10.3866/PKU.WHXB201512182

*Corresponding author.Email:liuqz2001@163.com;Tel:+86-532-86080895.

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