综述：木质素回收与功能化的最新进展：面向可持续材料应用

这篇综述系统梳理了木质素（lignin）作为第二大天然聚合物的提取技术（如有机溶剂法、离子液体法、深共熔溶剂法）和功能化策略（酯化/醚化/氨酯化修饰羟基），重点探讨其在生物塑料（bioplastics）、水凝胶（hydrogels）、碳纤维（carbon fibers）及添加剂（抗氧化/UV稳定/阻燃剂）等领域的应用潜力，为减少化石燃料依赖和推动生物经济（bioeconomy）提供新思路。

　　

木质素：从工业副产物到可持续材料的华丽转身

引言

化石燃料衍生的合成聚合物虽性能优异，但其不可降解性导致的微塑料污染问题日益严峻。木质素作为植物细胞壁中含量第二的天然聚合物（仅次于纤维素），凭借其三维网状结构和丰富苯丙烷单元，正成为替代石油基材料的明星选手。到2030年，随着生物燃料产量提升，全球木质素年产量预计达2.25亿吨——如何将这种造纸工业的"废弃物"转化为高值材料，成为研究者们的攻坚方向。

木质素的结构密码

木质素由三种苯丙醇单体（对香豆醇、松柏醇、芥子醇）通过C-O-C和C-C键复杂交联而成，其分子量分布广且含大量羟基、甲氧基等活性基团。这种"顽固分子"的化学复杂性，恰是其功能化改造的潜力所在。

提取技术大比拼

传统 kraft 法因使用强碱导致木质素硫含量高，而新兴的有机溶剂（organosolv）法能获得更高纯度产物。离子液体（ILs）和深共熔溶剂（DES）凭借可设计性成为研究热点，例如胆碱基DES在120°C下可实现90%以上木质素提取率。酶解法虽条件温和，但成本仍是产业化瓶颈。

羟基修饰的魔法

通过酯化反应引入长链脂肪酸可提升木质素与聚乙烯（PE）的相容性，使复合材料拉伸强度提高40%。环氧丙烷醚化产物能作为聚氨酯（PU）的绿色交联剂，而氨酯化改性后的木质素-聚己内酯（PCL）共聚物展现出形状记忆特性。

材料界的多面手

生物塑料：10%木质素填充的聚乳酸（PLA）薄膜紫外线阻隔率可达90%，同时保持80%以上的透光率。

医用水凝胶：木质素-丙烯酸复合凝胶因酚羟基的抗氧化性，能有效促进伤口愈合。

碳纤维前体：经过熔融纺丝的硬木木质素纤维经碳化后，拉伸强度突破1.2GPa，媲美部分石油基产品。

功能添加剂：木质素磺酸盐作为橡胶增强剂时，其自由基捕获能力是商用抗氧化剂BHT的1.8倍。

挑战与机遇并存

分子量多分散性导致批次差异，而芳香环结构带来的深色泽限制其在透明材料中的应用。未来研究需聚焦于：

1）开发低成本分级纯化技术

2）构建标准化性能数据库

3）探索光/电催化解聚新路径

结语

从造纸黑液到航空航天材料，木质素正书写着"变废为宝"的工业传奇。随着绿色化学和生物炼制技术的进步，这种古老的生物聚合物或将成为碳中和时代的材料界"黑马"。