本发明属于纳米复合膜高分子材料生产技术领域，尤其涉及一种功能化纳米复合膜的制备方法及应用。制备方法包括：酸化多壁碳纳米管；将酸化后的多壁碳纳米管加入水中，先加入碳二亚胺和N‑羧基琥珀酰亚胺，水浴超声；再加入功能化试剂，磁力搅拌后取出；离心、干燥，得到功能化多壁碳纳米管；将亲水性聚合物加入N＇N‑二甲基甲酰胺溶液中，磁力搅拌后，加入功能化多壁碳纳米管，搅拌；冷却超声，得到静电纺丝溶液；将静电纺丝溶液进行纺丝，得到纤维膜；热压所述纤维膜，干燥，得到纳米复合膜。本发明既可以解决纳米材料易团聚难分离的问题，提升纳米复合膜的机械性能，又能够使制备的纳米复合膜具有对重金属离子去除的能力。