本实用新型公开了一种油水分离纳米纤维复合膜，包括碳纤维编织膜、聚丙烯纳米纤维膜和氟化聚氨酯纳米纤维膜；聚丙烯纳米纤维膜和氟化聚氨酯纳米纤维膜分别位于碳纤维编织膜的两侧；碳纤维编织膜由碳纤维丝线经纬交织而成；聚丙烯纳米纤维膜由静电纺丝的聚丙烯纳米纤维丝交织而成；在聚丙烯纳米纤维膜的表面磁控溅射镀附有纳米二氧化硅层；纳米二氧化硅层的二氧化硅纳米颗粒的粒径为50‑250nm；氟化聚氨酯纳米纤维膜由氟硅烷改性的聚氨酯纳米纤维交织而成。本实用新型以碳纤维编织膜为支撑骨架，柔韧性好，抗撕裂和抗冲击强度好，具有良好的油水分离性能，能够实现单向导油，可有效防止油回流，油水分离效率高和分离速度稳定。