本发明公开了一种用于生物油高效脱水的分离方法,该方法包括以下步骤:(1)采用化学氧化法将石墨粉末充分氧化后进行剥离得到二维结构的氧化石墨烯薄片;(2)将氧化石墨烯溶液在多孔载体上进行沉积、干燥后得到连续的氧化石墨烯膜层;(3)将氧化石墨烯膜进行密封后采用渗透汽化膜过程对生物油进行脱水分离。本发明开发的基于氧化石墨烯材料的生物油脱水膜分离工艺选择性高、抗污染性能好、能耗低,可在强酸性的多组分的生物油体系下长期稳定运行。