在核电快速发展的新形势下,安全、有效地处理与处置核能发展产生的乏燃料是核工业与能源工业面临的巨大挑战,也是影响我国核能可持续发展的关键因素之一。其中高放废液中锕系与镧系元素的分离是分离科学领域,更是放射化学领域中的重要课题。金属离子的常用分离方法有吸附、沉淀、离子交换和膜分离等方法。膜分离技术以其选择性好、无相变、适应性强、能耗低等优点而备受关注。二维石墨烯材料因其优异的物理化学性能在生物医学、能源、海水淡化、膜分离等领域具有广泛的应用价值。本文制备了三种石墨烯膜材料并研究其对金属离子的选择性分离性能,所制膜材料具有良好选择性,有望应用于工业废水中离子的分离、纯化和回收,进一步完善膜分离技术。通过对不同辐照通量的纳孔单层石墨烯（NSG）进行氨基修饰,制备了氨基功能化的PET基纳孔单层石墨烯膜（NSGM-A）。利用TEM、SEM、Raman和EDS进行表征,并研究氨基修饰前后的纳孔膜对镧锕系元素的分离性能。结果表明,NSG成功转移并修饰为NSGM-A。镧锕离子透过量与辐照通量、电荷数成正比;纳孔周边的含氧基团对高价阳离子有较强的静电引力,能将高价离子吸附在纳孔周边,容易实现高价离子与渗透槽中H⁺的交换,完成高价离子的渗透通过。NSGM-A的氨基与UO₂²⁺具有强螯合作用,使UO₂²⁺透过量减少,与其他离子分离效果更加显著;对难以分离的同价态镧系元素La³⁺,Eu³⁺,Lu³⁺也呈现出较改性前更优异的分离能力。采用真空过滤法制备了多巴胺覆盖的氧化石墨烯（GO）复合膜,分别在25℃、80℃和120℃下热处理得到GO复合膜（GO-25,GO-80和GO-120）。采用SEM、FTIR、Raman、XRD等对复合膜进行结构表征。多巴胺覆盖底膜能有效提高复合膜的稳定性。通过对复合膜的热处理,改变GO的层间距。研究复合膜对同一主族、同周期离子的渗透行为,发现水合离子半径和层间距影响离子渗透通量,水合离子半径越大,渗透通量越小;金属离子价态越高,通过量越小;层间距越大,离子渗透通量越大。在不同酸度、不同离子体系中,发现GO-120的分离能力最强。此外,还探究了K⁺、Ca²⁺、Fe³⁺在复合膜上的吸附行为,通过测定复合膜的离子残留量,确定膜上金属离子对GO膜层间距和Na⁺渗透性的影响。利用燃烧法制备多孔GO,再将丙烯酸与多孔GO聚合得到高强度多孔石墨烯膜（HPGO）。采用TEM、SEM、FTIR、XPS等对膜进行结构表征,该膜具有稳固的层状结构。研究碱金属和碱土金属的渗透性能。通过与GO膜的分离因子比较发现,HPGO对金属离子具有较GO膜更好的分离效果。