氧化石墨烯（GO）作为一种典型的二维材料,因其具有独特的层状结构和可调的物理化学性质,已成为一种新兴的分离膜材料。由GO组装成的分离膜在水处理、海水淡化和气体分离等领域表现出非凡的分子分离性能,在过去几年受到了极大的关注。本文选取GO为原材料,通过水热还原以及填充MoS₂、V₂O₅纳米材料的方式分别对其进行了改性,并真空抽滤在聚偏氟乙烯（PVDF）基底上制备了具有层状结构的分离膜。分析了改性后的GO膜的化学性质及层间结构特征的变化情况,并探究了改性对其分离机制以及分离性能的影响。主要结果如下:（1）通过绿色水热还原法合成了还原氧化石墨烯,并采用真空抽滤法在聚偏氟乙烯（PVDF）基底上制备还原氧化石墨烯（rGO）膜。通过控制水热时间调整GO的还原程度,详细探究了还原程度对其层间结构和性质的影响,然后评价了不同还原程度rGO膜的渗透性能。结果表明,随着水热处理时间增加,其水通量不断增高。当水热处理9 h时,rGO膜的纯水通量为26.08 L m^-2 h^-1 bar^-1,约为GO膜纯水通量的4倍,对甲基蓝染料的截留率为98.92%。同时水热还原后的膜具有机械稳定性以及长期的稳定性,并且对各种染料都有很高的截留率。（2）通过物理共混的方式将液相剥离法制备的二维MoS₂纳米片嵌入rGO纳米片中,并通过真空抽滤法制备了MoS₂-rGO膜。探究了MoS₂填充量对rGO的层间结构及性能的影响,并分析解释MoS₂的引入对rGO纳米通道的影响以及水分子在膜中的运输机制。结果表明,MoS₂的引入促进了纳米通道的形成,并改善了膜的亲水性,有利于水分子在膜中的运输。随着MoS₂填充量的增加,MoS₂-rGO膜的水通量逐渐增加,但其截留率却逐渐下降。当MoS₂填充量为33.33%时,MoS₂-rGO膜的水通量为118.21 L m^-2 h^-1 bar^-1,约为rGO膜的4.4倍,GO膜的18.1倍,MB截留率为88.72%。（3）通过共混以及原位合成法两种截然不同的方法将V₂O₅插层于rGO中,采用真空过滤技术分别制备了V₂O₅-rGO和V₂O₅@rGO膜。分析了两种方法所制备的膜在化学性质、润湿性、结构及微观形貌等方面的差异,并探究了它们分离性能的优异性。结果表明,原位合成的V₂O₅@rGO在合成过程中,V₂O₅可以和rGO紧密堆叠呈均匀分布的层状结构,几乎不存在团聚现象,有效调节了rGO层间距,优化了rGO的结构和性质。然而简单共混的V₂O₅-rGO制备中具有不可控性和不均匀性,易产生团聚现象。V₂O₅-rGO膜的水通量随着V₂O₅纳米线填充量的增加而大幅度增加,但是截留率却显著下降。而V₂O₅@rGO膜在不牺牲截留率的条件下,呈现出卓越的分离性能,其水通量为158.05 L m^-2 h^-1 bar^-1（约为rGO膜的5.4倍）,截留率为99.41%。此外,V₂O₅@rGO膜相比于V₂O₅-rGO膜具有长期稳定性更好,对各种染料都保持接近100%的截留率。