由于人类活动的增加以及有限的可持续清洁策略,水污染成为当今社会主要的环境问题之一。特殊浸润性的表面材料因其多功能特性而被用于去除水中的污染物。低成本且可生物降解的棉纤维表面具有大量羟基,易于修饰改性,方便调节棉基复合材料的表面润湿性,引起了人们的广泛关注。通过设计多功能棉基表面材料,可以解决现代社会所面临的水污染问题。研究人员尝试了各种改性方法提升棉基表面材料的吸附性能,仍然存在吸附容量低、耐久性差和重复使用率低的缺陷。本论文采用表面聚合物接枝工艺,制备了特殊浸润性的棉基复合材料,利用功能聚合物刷提升其油水分离和重金属吸附性能,其主要研究内容如下。（1）首次采用疏水性十八烷基链键合与表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP）接枝聚合物相结合的策略,制备出可用于油水分离的超疏水/超亲油棉花。首先,将原始棉花同时用硬脂酰氯和α-溴代异丁酰溴改性,得到十八烷基链键合和引发剂锚固的改性棉花（C18-Cotton-Br）。然后,采用SI-ATRP法接枝聚（丙烯腈-co-苯乙烯）（PSAN）,得到PSAN接枝的棉花（C18-Cotton-g-PSAN）。利用扫描电镜（SEM）、红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）和N2物理吸附实验,研究了改性棉花的表面形貌、化学组成以及结构特征。对棉花改性前后的水接触角（WCA）、油水分离、吸油性能和力学性能进行了系统评价。结果表明,原始棉花表面成功键合了十八烷基和α-溴代异丁烯基团,C18-Cotton-Br的WCA为154°,具有超疏水性。聚合物PSAN成功接枝于C18-Cotton-Br表面,接枝密度约为0.47nm-2。棉纤维表面接枝聚合物后,由于棉纤维表面PSAN的疏水改性以及PSAN在棉纤维表面堆积产生的微纳米粗糙结构,C18-Cotton-g-PSAN的WCA增加到159°,其超疏水性进一步增加。超疏水/超亲油棉花对油水混合物的分离效率达到99.2%,对甲苯的吸附量高达26g/g。通过简单的挤压过程可以很容易地去除C18-Cotton-g-PSAN吸附的甲苯,易于油相的收集,提高了改性棉纤维的重复使用性。由于十八烷基团和PSAN通过化学键合到棉纤维表面,C18-Cotton-g-PSAN具有机械磨损的耐久性。在20次循环磨损及轴向拉伸断裂后,C18-Cotton-g-PSAN仍保持着超疏水特性（WCAs均大于155°）。C18-Cotton-g-PSAN具有可生物降解、可循环利用,高吸油特性等优势,有望成为一种可持续、高效的处理石油泄漏和含油废水材料。耐用的超疏水/超亲油棉花可以进一步织成棉织物,以展示其多功能性。（2）通过SI-ATRP法接枝聚合物制备了一种不含氟/硅助剂、无固体粒子的改性棉织物,将其用于油水混合物的分离和重金属离子的去除。首先,原始棉织物用α-溴代异丁酰溴处理,得到表面锚固引发剂的改性棉织物（CF-Br）。然后,采用SI-ATRP法接枝PSAN制备用于油水分离的超疏水棉织物（CF-g-PSAN）。进一步,CF-g-PSAN通过与四乙烯五胺反应,将PSAN侧链上的C≡N胺化为N-C=N,得到的亲水性棉织物（CF-g-APSAN）,可用于吸附重金属离子。因为棉织物表面高接枝密度的疏水PSAN刷以及PSAN的堆积所增加的表面粗糙度,CF-g-PSAN的水接触角达到150o,表现出超疏水性。在油水分离和重金属离子吸附中,改性棉织物的油水分离效率高达98.4%,对Pb2+、Cu2+、Zn2+和Ni2+4种重金属离子的饱和吸附量分别达到了682.5、375.8、438.3和535.7 mg/g,吸附容量明显高于先前报道的值。这是由于在有限的空间内,高接枝密度的亲水性APSAN聚合物刷最大限度地增加了可吸附重金属离子的活性位点数量,使得重金属离子能够在水介质中自由穿梭在APSAN刷中,充分与APSAN刷上螯合基团接触。此外,在动态流动条件下,CF-g-APSAN对水溶液中微量重金属离子（5 ppm）表现出快速、高效的捕获能力,对Pb2+、Cu2+、Zn2+和Ni2+的去除率分别为91%、89%、89%和87%。经过5次循环后,重金属离子的去除率仍保持在86%以上,表现出显著的循环稳定性。以上表明:可重复使用的CF-g-PSAN和CF-g-APSAN具有较高的油水分离效率和吸附容量,有望作为一种可持续的高效吸附材料用于处理工业含油废水。