海上石油泄漏的频发以及含油生活污水的排放严重威胁着人类健康,传统的除油型（疏水-亲油）材料已不能满足应用需求。因此,开发一种新型的高效除水、抗污（亲水-疏油）的油水分离材料已成为研究热点。本论文围绕制备能高效除水且抗污的功能性材料并探讨其各项理化性能这一目的,以纤维素纳米纤维（CNF）为基材,将其与功能性硅烷偶联剂复合,通过冷冻干燥的方式制备出高孔隙率的多孔气凝胶材料用于溢油清理及油类液体净化。首先,采用共混交联的方式利用三种功能性硅烷偶联剂3-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷（KH108）、全氟癸基三甲氧基硅烷（FAS）和1,2-双三甲氧基硅基乙烷（BTMSE）对CNF进行改性,并通过冷冻干燥技术制得亲水空气中疏油的CNF-Si-Xs气凝胶。采用扫描电子显微镜（SEM）、接触角仪与孔隙率测试仪,对制得的气凝胶进行表征,结果表明,功能性硅烷偶联剂的添加有利于气凝胶内部片层结构的形成。随着FAS添加量的增加,气凝胶的水滴铺展时间和疏油性增加,微观结构、孔隙率和吸水速率没有显著变化。CNF-Si-Xs具有优异的耐水性,可以选择性吸收油水混合物中少量的水,达到净化液体油的目的,且在循环使用五次后,仍然保持较大的吸水容量和稳定的疏油性。但该气凝胶的油水分离时间较长,水下压缩回弹性较差,无法实现对所吸收水的回收利用。为解决上述问题,利用硅烷偶联剂（BTMSE）对CNF进行改性,经冷冻干燥后制得超亲水-水下超疏油的SC-XY-Zs气凝胶。通过SEM、孔隙率和压缩性能测试等对气凝胶进行表征,结果表明,SC-XY-Zs气凝胶具有各向异性的片层结构,高孔隙率和优异的水下压缩回弹性。随着BTMSE浓度增加,气凝胶孔隙率和水下的压缩回弹性能会下降,但微观结构没有显著变化。SC-XY-Zs气凝胶在水下具有长期稳定性,且能高效抗污和分离油水混合物（效率达99.6%）及油包水乳液（效率达99.6%）。基于复合气凝胶快速的反重力水传输性能（材料高度为2.5 cm时的传输速度为3.75 mms-1）和热传输性能,在其表面沉积蜡烛灰制得了一种低成本且高效的太阳能蒸发器,其蒸发速率（1.83 kg m-2 h-1）和光热转换效率（95.9%）优于绝大多数的纤维素基太阳能蒸发器。