木质纤维生物质是一种极具潜力的可再生碳基资源,实现其全组分的转化利用对于石油基能源的有效替代具有重要现实意义。木质素作为最丰富的可再生芳香型资源,可以转化为高附加值的化学品和生物基材料。然而,木质素具有复杂的结构和高度的异质性,难以实现有效的升级转化。因此,本论文围绕桉木和杨木两种典型速生原料,采用绿色高效的解构方法实现了原本木质素的高得率分离,并分别探究了木质素在不同的形态学区域和生长阶段的分子结构特点。基于新兴生物质精炼模式,对生物炼制过程中木质素分子结构进行监测,为木质素的转化利用提供了理论依据。利用木质素的结构功能性和生物可降解性等特性,对其进行了针对性地化学改性,并制备了环保的功能性复合材料,这将为生物质精炼模式中木质素高值转化提供借鉴。基于传统原本木质素分离方法,提出一种基于两次球磨和酶解过程得到原本木质素（DEL）的方法,所得木质素具有超高得率（94～98%）和结构完整性。同时,从三种桉木原料中连续分离出不同的原本木质素（MWL和CEL）样品来比较木质素的不同结构特点。结构表征发现,不同的木质素样品分别从不同形态学区域,揭示了桉木原本木质素的结构特点。所制备的DEL具有与原本木质素MWL和CEL相似的分子结构特征,含有较高的β-O-4连接键和丰富的S型结构单元,可以作为一种理想的原本木质素样品用于结构表征。基于得到的结构定量信息,构建了不同桉木木质素潜在的分子结构模型。基于上述高得率的原本木质素分离方法,从不同生长阶段（3、6、18个月）的杨木中分离得到原本木质素样品以探究木质素的动态结构变化。通过共聚焦拉曼和固体核磁光谱技术分别监测了杨树细胞壁在生长阶段各组分的微观分布和结构特征。证实了木质素大分子随着杨树生长周期的延长而逐渐发生聚合的动态过程。通过揭示细胞壁中木质素的动态演变和可能的分子结构模型,为杨木早期生长阶段木质素的结构转变提供可视化的理论参考。开发了一种稀酸浸渍结合短时球磨处理的机械化学方法,该方法有效地破除了桉木原料天然的抗降解屏障。通过对处理后原料的酶法水解过程可以同时获得高浓可发酵糖（葡萄糖和木糖）溶液和酶解残渣木质素组分。研究发现,机械化学预处理显著降低了原料的纤维素聚合度和结晶度,有效提高了原料的酶水解效率（高达95%）。所得残渣木质素呈现出较高的结构完整性和纯度,有望用于木质素的催化解聚。该研究为木质纤维原料的转化利用提供了一种绿色高效的可行途径。提出了一种基于水热预处理和硫酸盐法脱木质素的集成工艺来实现桉木和杨木原料的组分解构。从桉木和杨木原料中分离原本木质素（DEL）作为“木质素模型物”来探究木质素在H2O2、Cl O2和O3漂白过程中的结构转变。研究发现,木质素在水热和硫酸盐法蒸煮过程中逐渐发生分子结构的解聚和缩合。在Cl O2漂白过程中,木质素结构被显著改变,主要包括苯环的降解、H型结构单元和羧基含量的增加。对比漂白后木质素的结构特点发现,水热预处理有利于后续的漂白过程。为了提高木质素与聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）之间的界面相容性,将上述水热过程所得木质素在微波辅助无溶剂条件下进行快速酯化改性,使得木质素物理化学性质明显改变,并制备木质素基（30-50 wt%）可降解复合材料。所制备的改性木质素/PBAT复合材料的力学性能明显改善,在木质素含量为40 wt%时,其断裂伸长率仍提高500%,且该复合材料具有良好的紫外屏蔽性能。这主要得益于改性木质素在PBAT中理想的分散性和相容性。首次采用分子动力学模拟计算证明了木质素的酯化改性可以显著增强复合体系的分子相互作用,从而改善复合材料的相容性和力学性能。本研究提出了一种制备生物可降解复合材料的可行方案,所得材料具有可控的力学性能和优异的紫外屏蔽性能,有望用于包装材料等领域。