氧化石墨烯膜在水處理污染中得到了廣泛應用。
針對 GOM 在實際水處理過程應用中穩定性差的問題,人們已經進行了廣泛地研究，主要集中在關于含氧基團的性能影響方面。
例如，通過熱還原或者化學還原等方式，将GO 表面的含氧基團數量減少;除此之外，還有化學交聯等改性方法，通過與含氧基團的交聯反應，以此來達到增強 GOM 水中穩定性和調節 GOM 層間距的目的。
圖 1.4 展示了通過對 GO 表面含氧基團進行化學修飾改性研究的幾種方法,除此之外,還有對 GO含氧基團進行部分還原的方法。接下來，将對部分還原法、陽離子插層法和化學交聯法進行介紹和分析。
GO 在還原過程中石墨烯片易發生斷裂并産生缺陷，會削弱 GO 在溶液中的分散性并增加無序性，為 GO 的非共價修飾提供有吸引力的改性位點。是以,在還原的過程中，可以在不損壞膜的情況下，縮小 GOM 的層間距，更具有小分子篩分特異性。
戴等人通過氨基水熱的方法還原氧化石墨烯，得到了具有高通量、高截鹽率的還原氧化石墨烯膜(rGOM)。對于rGOM 還可以采用化學修飾的方法增強膜的親水能力，以此提高 rGOM的性能。
Thebo 等人使用茶氨酸氨基酸和單甯酸作為還原劑和交聯劑制備具有擴大層間距距離的 rGOM。這種膜的透水性超高，并且對于有機染料的截留率可以達到 100%。此外，即使在幾個月後,rGOM 在水中,酸性和堿性溶液中也沒有顯示出損壞或者分層。
同樣的，Kuglaur 等人通過在均勻分散的 GO 溶液中簡單地接枝或生長 ZnO NRs，制備了還原 GO 納米複合材料(ZnONR-rGO)。ZnONR-rGO 樣品對亞甲藍、甲基橙和羅丹明 B 等有機染料分子具有降解作用，并且還可以從水體系中吸附 Cu(II)、Co(II)離子。
雖然還原 GO 複合膜具有較高的透水性和較強的水中穩定性，還可以用于分離大尺寸物質(大于 1.8 nm)，但是卻難以篩分較小的離子。是以還原 GO 膜在水處理過程中選擇性和滲透性之間的平衡極大的限制了還原 GO 膜的實際應用。
GO 納米片表面修飾着豐富的含氧官能團，含氧基團帶有負電荷，是以很容易吸引帶正電的物質，如陽離子(圖 1.5)。GO 基平面的結構可以看作是一個由 sp2組成的二維碳晶格，它們可以通過陽離子-π互相作用與陽離子互相作用。
陽離子- π互相作用機制最早是由 Sun 等人提出的，結果表明，陽離子通過陽離子-π、靜電或絡合互相作用錨定在 GO 表面，同時也作為金屬中心與溶劑分子等外來物質發生互相作用，進而充當傳輸通道。
陽離子和 GO 之間的互相作用比陽離子和溶劑之間的互相作用更強，確定了這些通道的穩定性。自此，人們開始了一系列關于通過金屬陽離子對 GO 改性的研究。Park 等人通過将 Mg2和 Ca2與GO 表面上的含氧基團和邊緣的酸基團結合，顯著增強了 GOM 的機械性能。
黃等人發現 GOM 确實很容易在水中分解，但如果它們被多價陽離子金屬污染物交聯，則會變得穩定。陳等人則是通過在 GO 層間引入金屬離子來精确地調控 GO 的層間距，以此達到精确篩分的作用。
盡管通過引入金屬離子與 GO 的含氧基團産生作用力的方法在操作上較為簡單，但同時也會帶來一些問題，金屬離子與 GO 含基團的作用力在加熱或者施加電壓等方法下容易斷裂，造成結構不穩定，同時該種方法也不利于規模化生産。
高度交聯的聚合物網絡通過與 GO 納米片進行化學交聯，可以産生用于海水淡化的緻密 GO-聚合物膜。
與對照 TFC 膜相比，GO 入的 TFC 膜表現出更高的水通量。同時與沒有嵌入 GO 的 TFC 膜相比，與 GO 結合的 TFC 膜在 FO 測試中的結垢傾向也較低。吳等人采用聚乙烯呲咯烷酮(PVP)來修飾改性 GO。
與原始的GO 相比，PVP-GO 通過在 GO 納米片表面塗覆 PVP，提高了 GO 的親水性，同時也增強了複合膜的水通量以及脫鹽性能。
Hegeb 等人通過雜化或者逐層組裝的方式将聚1-賴氨酸(PLL)與 GO 納米組裝在一起，顯著改善了膜表面的形貌，并提升了光滑度、抗菌性和親水性，進而獲得了具有減小正滲透汲取溶液損失和增強生物防污染的雙功能改性GOM。
江等人報告了一種平面非均相的 GOM，該膜在不改變 GO 層間距的情況下同時實作了近乎完美的鹽阻和高水通量。劉等人在纖維素納米纖維(CNF)膜上制備了超薄 GO 層，與原始纖維素膜和 GOM 不同，GO-CNE 雜化膜在幹态和濕态下均表現出更強機械穩定性。
南等人使用 GO 和聚乙亞胺(PEI)通過逐層自組裝技術制備 GOPEI 複合膜。GO 納米片内固有的低電阻通道使得複合膜具有高水通量，同時通過組裝PEI 層，使得複合膜表面帶有正電荷并對多價離子具有高排斥率。
