石油在开采、运输、加工以及日常生产生活等领域均会产生大量含油污水，含油污水的任意排放不仅会对生态环境造成严重破坏，而且也是对油、水等自然资源的严重浪费，因此开展高效油水分离材料的制备及应用研究，对实现环境治理以及资源利用具有重要意义。本论文以商业高分子泡沫为原料，分别通过粗化处理和表面修饰，制备了可用于不同油/水混合物分离的三维海绵材料。主要研究内容包括以下三个方面：1）油水分离用碳化海绵的制备及其性能研究：以商业密胺泡沫为原料，通过高温热处理得到碳化海绵，系统研究了不同碳化条件对所得材料形貌、润湿性的影响。研究发现随着热处理温度的升高，所得材料的疏水性增强、表面粗糙程度增大。经过500°C碳化后海绵表现为疏水性，材料与水的接触角达到133.1°。所得材料还表现出较好的亲油性能，对多种常见有机溶剂和商业油品均具有较高的吸附倍率，对浮油-水混合物可以实现有效分离。2）Co(OH)2/碳化海绵复合体系的制备及其油-水分离性能研究：在研究内容1）的基础上，以制备的碳化海绵为基体、醋酸钴和环氧氯丙烷为原料，通过简单的水热反应制备了具有可转换润湿性的材料，即在不同条件下材料表现为超亲水/水下超疏油或超亲水/油下超疏水特性，并采用多种手段对材料的形貌、组成和油水分离性能进行表征。研究发现所得材料具有纳米-微米多层级结构，可以实现对油包水乳液和水包油乳液的高效连续分离。3）不同形貌Co(OH)2/密胺海绵的制备及油-水分离其性能研究：在研究内容1）和2）的基础上，通过优化表面处理和水热反应条件，分别制备了含有针状和片状形貌的Co(OH)2负载海绵，探讨了纳米颗粒形貌对材料性能的影响。研究发现相较于针状纳米材料负载的海绵，含片状颗粒的海绵具有更大的比表面积和粗糙度，对常见的有机溶剂所形成的乳化体系均具有更好的分离效率，同时材料与油滴之间的粘附力更低（<5 μN），这赋予材料优异的抗油污和自清洁能力。