Серусодержащие примеси в бензинолигроиновой фракции нефти являются причиной понижения стоимости и качества топлив, уменьшения срока службы двигателей автомобилей, а также увеличения пагубных выбросов в атмосферу. Первапорация является одним из альтернативных экономичных способов десульфурации топлив. В данной работе для первапорационного разделения модельной смеси тиофен/н-октан были разработаны гибридные мембраны на основе поли-2,6-диметил-1,4-фениленоксида и звездообразного модификатора. В качестве модификатора использовали гибридные звездообразные макромолекулы, содержащие шесть лучей полистирола и шесть лучей диблоксополимера поли-2-винилпиридин–блок–поли-трет-бутилметакрилата на общем центре ветвления фуллерен С60. Структура мембран была исследована методами сканирующей и атомно-силовой микроскопии. Термические свойства изучены методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Разделительные свойства мембран были проанализированы при низких концентрациях (до 0.08 мас. %) тиофена. Показано, что введение звездообразного модификатора увеличивает эффективность извлечения серусодержащей примеси из октана, являющегося основным компонентом топлив.