본 발명의 일실시예의 나노 섬유 멤브레인은, 고분자 나노 섬유; 및 상기 고분자 나노 섬유 표면에 결합된 양친매성 삼중블록 공중합체; 를 포함하고, 상기 양친매성 삼중블록 공중합체는 소수성부; 상기 소수성부의 양말단에 위치하는 친수성부; 상기 소수성부의 양말단에 위치하는 친수성부 각각의 일 말단에 위치하는 저표면에너지부; 를 포함하고, 상기 양친매성 삼중블록 공중합체의 소수성부는 상기 고분자 나노 섬유 표면에 결합되고, 친수성부 및 저표면에너지부는 상기 고분자 나노 섬유의 표면의 외부에 노출된다. 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인은, 친수성(hydrophilic)과 동시에 수중 소유성(underwater oleophobicity) 및 낮은 유착력(oil adhesion force)을 가져서 표면 분리(surface segregation) 특성을 가지므로, 오일 투과 플럭스가 우수하면서도 방오성(antifouling)이 있고, 수중에서 오일을 우수하게 분리할 수 있다.