石墨烯由于其独特的二维结构,具有高的比表面积及优异的电学、光学及力学等性能而受到广泛关注。氧化石墨烯（GO）作为石墨烯的一种衍生物,因其二维片层的堆垛形态极易形成亚纳米层间通道可对金属离子进行有效筛分,片层之间丰富的亲水性含氧基团使得水分子更易通过层间通道,在海水淡化领域表现出极大的应用价值与前景。但由于溶液中水合作用的影响会使GO层间膨胀失稳导致无法进行有效离子筛分。本文基于氧化石墨烯纳米材料的结构性能优势及所存在亟待解决的问题,通过实验室制备了性能良好的氧化石墨烯、氧化石墨烯/二胺复合分离膜、氧化石墨烯/碳纳米管复合分离膜以及氧化石墨烯/碳纳米管/尿素复合分离膜,并用于海水淡化中Na+和Ca2+的分离,系统研究了其分离机制及性能表现。（1）利用实验室自改进Hummer法制备了分散性良好,氧化程度较高的氧化石墨烯。通过实验分析对比了三种不同原料所制备的GO产物浓度,并对其表面形貌及结构进行分析,其中膨胀石墨所制备的产物形貌较为整齐,氧化程度较高,分散效果较好。根据红外分析产物表面含有较多亲水性含氧基团如羧基羟基以及许多环氧基等。实验发现Hummer法第一二步反应决定了最终产物的层间距,在氧化阶段时间越长、温度在一定范围内越高,氧化插层反应进行的越充分,最终片层分离的越充分。另外,将原始多壁碳纳米管进行预氧化、提纯以及球磨处理。SEM结果表明处理后的碳纳米管的分散性能较好,红外分析表明碳管上确实带有较多含氧基团。以上所制备的氧化石墨烯和碳纳米管都为后续的实验制备复合分离膜提供了很好的原料。（2）实验通过GO与三种不同的二胺单体:乙二胺（EDA）和尿素（UR）和对苯二胺（PPD）的交联,比较了具有高水通量和高离子排斥率的复合膜结构。XPS结果表明,未修饰的GO仅包含氢键和π-π相互作用,但与二胺交联后,二胺可以与GO膜以及混合纤维素（MCE）膜通过化学键结合。GO-UR/MCE膜可实现与原始GO膜相近的水通量,而GO-PPD/MCE和GO-EDA/MCE的水通量出现明显下降。XRD结果表明,GO和二胺之间的共价键可以有效地抑制干湿态变化过程中层间距d的扩展。GO-EDA/MCE,GO-UR/MCE和GO-PPD/MCE膜在湿态下的d间距分别为0.932nm,0.946nm和0.984nm。但是,GO-UR/MCE膜的分离性能最佳。接触角测试发现,GO-PPD/MCE具有最大的接触角导致亲水性较差,但其水通量仍大于GO-EDA/MCE。实验发现,酮基的引入增强了膜的亲水性,由于含氧基团大量存在使电负性影响增强以及本身结构的空间占据导致层间只有较小自由空间,离子无法正常通过,因此UR复合膜具有高离子排斥率及水通量。而尽管引入苯环会降低膜的亲水性,但膜的层间距最大,水分子更容易通过。因此,通过实验发现,单一因素不能有效地控制氧化石墨烯复合膜的透水性和离子排斥率。GO复合膜的层间距d的控制和膜中基团的联合作用是决定氧化石墨烯复合膜脱盐性能的关键因素。（3）实验利用真空抽滤法制备了GO-MWCNT-UR/MCE复合分离膜,系统的研究了GO-MWCNT-UR/MCE复合分离膜的微观组织和对Na+和Ca2+的分离性能（水流速和脱盐率）。通过SEM等微观形貌发现MWCNT确实插入GO片层之间,MWCNT经过氧化后作为纳米楔子插入GO纳米片层之间,作为输水桥梁本身又携带较多亲水性含氧基团,使水分子更易通过层间。通过接触角测试及压力渗透测试发现其水通量相比于GO膜有了较大提高。而交联剂UR的引入,不仅使膜微观上趋于平滑,增强了膜的稳定性。而且在进一步增强亲水性的同时提高了膜的脱盐率,其性能均高于GO/MCE和GO-MWCNT/MCE复合膜。