水是人类赖以生存的重要资源,水资源的处理和净化一直都是人类重点关注的问题。其中工业活动所排放的金属离子和有机污染物会严重危害人体健康和生态环境。膜分离技术具有分离效率高、成本效益低、环境友好等优点,是水处理应用中常用技术之一。设计制备具有高效分离性能的膜材料是膜分离技术的关键。但是传统分离材料存在着高渗透通量和高截留性能相互制衡的问题,而且对膜材料结构与分离性能之间的内在关联规律的认识也亟需深入。氧化石墨烯（GO）是一种新型的碳纳米材料,具有单原子厚度、可调的纳米层间距等优点,使GOM成为解决传统分离膜性能缺点的候选材料。同时,不同尺寸的GO纳米片具有不同物理化学性质,因此本论文以氧化石墨烯膜（GOM）的结构设计为导向,通过两步法和化学交联法制备了一系列GOM新型分离材料,并系统地研究了GOM结构特点与脱色脱盐性能之间的关系。主要内容如下:（1）目前对于GOM性能的研究主要集中在含氧官能团的影响上,忽略了GO本身结构对于性能的影响。针对目前研究只关注含氧官能团影响的局限性,本论文通过超声以及分步离心的方法制备了具有不同尺寸的GO纳米片,通过次序组装构建了具有横向边缘密度差异的不对称氧化石墨烯膜（asy-GOM）。在控制电解质浓度,扫描速度等条件下,系统研究了离子在asy-GOM层间传输的机理。结果表明,具有横向边缘密度差异的asy-GOM在外加电场的驱动力作用下产生了不对称的离子传输现象。这种自堆积构建的二维纳米流体离子截留器件的方法具有制备过程简单,可在多种材料中推广应用的优点,有助于理解阳离子-阴离子的界面选择性。除此以外,通过施加电场下,asy-GOM表现出离子传输受阻行为,因此,具有工业脱盐应用前景。（2）针对GO在实际应用过程中具有不稳定性的问题通过选择酚醛胺聚合体系,以带正电荷的L-天冬酰胺为桥连剂,采用气相法将甲醛引入层间,诱导层间的原位聚合反应,制备了聚合物-GO复合膜。在控制聚合物掺杂比例的条件下,系统研究了复合膜对于有色染料的吸附行为。同时,立足于上述的边缘密度差异结构GO体系,通过改变不同尺寸GO纳米片的组装方式,通过气相法改性,得到了具有垂直边缘密度差异结构的聚合物-GO复合膜。结果表明,聚合物-GO复合在水中具有很好的稳定性,对于亚甲基蓝的截留率可以达到92%,通量可以达到161 LMH bar-1。