石墨烯具有独特的二维片层结构和众多优异的性能,将石墨烯及其衍生物作为基础模块构建新型碳基材料是实现石墨烯应用的重要途径。氧化石墨烯作为石墨烯的重要衍生物,具有良好的成膜性能,在脱盐、渗透汽化、超级电容器、透明电极等方面有广泛应用前景。单纯的氧化石墨烯膜虽然在干燥条件下具有很高的机械强度,但是在水环境中,膜易发生溶胀剥离,从而变得不稳定。因此,提高氧化石墨烯膜稳定性是实现规模应用的关键。另一方面,氧化石墨烯膜的应用功能与其结构和化学性质密切相关,只有设计和制备具有合适结构和理化性质的氧化石墨烯膜才有希望拥有良好的应用性能。本论文研究了氧化石墨烯膜的微观结构-理化性质-功能关系,通过选用不同的制膜方法和交联剂,设计和制备了具有不同微观结构和化学性质的交联型氧化石墨烯膜,并开展了相应的应用性研究。具体研究主要包括以下四个方面的内容：(1)聚乙烯亚胺交联氧化石墨烯层状膜：氧化石墨烯纳米粒子具有超高的比表面积,可与很多物质能形成氢键、发生范德华力和π-π相互作用；聚乙烯亚胺具有独特的支化结构及大量的可交联反应基团,且其内孔可作为很多物质的负载位点。基于上述特征采用真空抽滤法一步制得聚乙烯亚胺交联的氧化石墨烯层状微结构膜,由于聚乙烯亚胺的交联作用,膜在水中稳定性得到极大地提高；膜的层状结构和聚乙烯亚胺交联剂赋予了膜良好的药物负载能力。将其作为抗生素环丙沙星的载体,考察了对药物的释放性能。实验结果显示呈拟零级动力学释放行为,没有出现爆释现象。同时,与纯氧化石墨烯膜和层状聚乙烯基亚胺交联氧化石墨烯膜比较,负载环丙沙星的层状聚乙烯基亚胺交联氧化石墨烯膜表现出优异的抗菌性能。(2)小分子二元胺交联氧化石墨烯层状膜：相邻氧化石墨烯纳米粒子之间存在独特的二维通道,具有筛分作用以及优异的透水性质,而氧化石墨烯片层之间的交联可以实现对这一通道间距的调控。基于上述性质,采用真空抽滤法,分别利用乙二胺、丁二胺、己二胺等具有不同分子大小的二元胺作为交联剂,制备具有不同片层间距的二元胺交联氧化石墨烯层状微结构膜,并考察其渗透汽化性能。结果显示与未交联的氧化石墨烯膜相比,交联氧化石墨烯膜具有明显的脱水作用,其中乙二胺交联氧化石墨烯膜性能最优。(3)聚乙烯亚胺交联氧化石墨烯非层状凝胶膜：在高温静置条件下,采用溶胶-凝胶法制备了不同于常规有序层状结构的氧化石墨烯膜,非层状结构膜中,氧化石墨烯纳米粒子保持着随机无序取向。同时,由于在成膜反应过程中,氧化石墨烯纳米粒子发生扭曲折叠,使得膜表面具有微纳等级结构。因为氧化石墨烯纳米粒子和聚乙烯亚胺的亲水性,该凝胶膜具有超亲水和水下超疏油的性质,水下油滴接触角高达160°。将该膜应用于油水分离,对于甲苯／水、正辛烷／水、正己烷/水等一系列油水乳液,在推动力仅为重力条件下,此膜显示了很高的通量和分离效率(<10 ppm),高于拥有类似渗透性能的商业膜。此外,该凝胶膜还表现出了优异的抗油污染性能,可长期循环使用。(4)环糊精接枝改性的聚多巴胺交联氧化石墨烯非层状凝胶膜：多巴胺具有独特的自聚、粘附和吸附能力,环糊精作为一种主体分子拥有能够包结客体分子的能力,因此采用溶胶-凝胶法制备了环糊精接枝改性的聚多巴胺交联氧化石墨烯凝胶膜,考察了该膜在静态和动态条件下对染料和重金属粒子的吸附性能。结果表明,通过吸附过滤过程,该膜能够高效处理低浓度染料和重金属离子废水。在0.01 MPa下,过滤通量能够保持在12 L/m2-h左右。该膜对亚甲基蓝具有良好的截留能力,在实验测试时间内截留率保持在99%以上,而对于橙黄G和铅离子,在过滤开始阶段截留率保持稳定,随后逐渐下降。吸附过滤结果表明,该膜将聚多巴胺、环糊精和氧化石墨烯有机结合,并具有协同吸附作用。综上所述,本研究通过选用不同的交联剂或制膜方法,设计和制备了不同化学性质和结构类型的氧化石墨烯膜,并将其应用于药物释放、油水分离等领域。同时探明了膜中氧化石墨烯纳米粒子和交联剂在具体应用中的协同作用机理,对将来设计高性能氧化石墨烯膜有积极意义。