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自然资源是经济系统运行的重要基础,环境污染是制约未来经济发展的关键问题。清洁利用可再生、数量大的生物质资源是解决环境问题、可持续发展的必然之路。开发低廉、大量、来源广的林业废弃物,发展绿色、高效、低成本的处理技术,是促进林业废弃物纤维高值利用和清洁生产的重要途径。本文以木材加工废弃物和林木修剪废弃物为纤维原料制浆,采用绿色、强氧化性臭氧进行处理,清洁制备了优良的漂白化学浆（BESP）和高性能的热磨机械浆（TMP）;以两种纸浆纤维为原料,经臭氧处理,结合机械处理,进一步清洁制备了纤维素纳米纤丝（CNF）和含有木质素的纤维素纳米纤丝（LCNF）及薄膜材料。基于臭氧处理,实现了从林业废弃物到两种纸浆再到两种纤维素纳米纤丝及薄膜的全流程清洁生产和机理研究。为解决林业废弃物固废污染和焚烧排碳等环境问题、解决制浆原料的短缺问题提供了新思路,为丰富纸浆和纳米纤丝的清洁生产路线提供了理论支持,为林业废弃物的高值化利用提供了技术支持。（1）以氧脱木素后的中浓桉木板皮浆（MC-ESP,10%浆浓）为原料,利用自主设计和搭建的中浓浆臭氧漂白系统,研究了臭氧浓度、臭氧用量和混合强度对臭氧漂白效果的影响,分析了臭氧的传质机理。研究发现:较高的臭氧浓度和较大的臭氧用量有更好的漂白效果。静态下臭氧漂白MC-ESP的传质符合双膜理论模型,湍流混合状态下臭氧漂白MC-ESP的传质符合表面更新理论模型。臭氧漂白MC-ESP的优化工艺为:臭氧浓度为170 mg/L,臭氧用量为1.0%,转速为1200 rpm,结果为:漂后浆白度为65.4%ISO,粘度为410.6 ml/g,卡伯值为4.8,漂后废水COD为739mg/L,TOC为195 mg/L。设计的TCF（OP-Z-EP）漂白流程成本较低、工艺可行,BESP性能符合生产要求和国家标准。（2）以林木修剪废弃物制备的TMP为原料,利用自主设计和搭建的高浓浆臭氧处理系统,研究了不同臭氧用量处理高浓TMP后的纸浆性能和成纸强度,分析了降解产物和废液特性。研究发现:纤维表面的木质素含量随臭氧用量的增加而降低,当臭氧用量增加到7%时,纤维表面的木质素含量降低到39.63%。与未处理的TMP相比,7%臭氧用量处理后的TMP抗张指数、撕裂指数和耐破指数分别增加了40.4%、56.5%和47.4%。臭氧处理可有效破坏纤维表面的木质素障碍,有利于纤维间的结合。其处理的TMP废液主要成分为木质素碎片,BOD5/COD比值可达到0.46,具有非常好的可生化降解性。与生物预处理技术相比,臭氧处理制备的TMP性能相近,但具有更好的滤水性。臭氧处理技术也适用于农业类废弃物的清洁生产。（3）以第二章制备的MC-BESP（10%浆浓）为原料,利用自主设计和搭建的中浓浆臭氧处理系统,进一步采用臭氧处理,研究了臭氧解聚纤维素的反应机理和纤维素降解动力学。进一步结合高压均质处理,即可制备得到CNF。研究发现:1%臭氧用量时,聚合度和纤维尺寸随初始p H升高而降低。初始p H为10和温度为25℃时,随着臭氧用量的增加,纤维尺寸和聚合度快速下降,羧基含量快速升高。聚合度和羧基含量与臭氧用量之间拟合公式分别为:聚合度=331.8052-86.0662×ln（DZ-0.2115）和羧基含量（mol/kg）=112.2359+7.2431×ln（DZ-0.3166）。分析并建立了臭氧解聚BESP纤维素反应动力学的模型,反应前期（小于4 min）和后期（大于4 min）,表观活化能分别为14.8450 k J/mol和7.0120 k J/mol。提出了纤维素联合解聚因子CDF=CZ·t·exp（8.3925-28.5689/（RT））,以及纤维素解聚程度预测公式为:DP/DP0=（1-0.4745）·exp（-CDF）+0.4745·exp（-0.0068·CDF）。初始p H为10,3.8%臭氧用量处理的纤维制备的CNF尺寸更小,更为均匀。四种CNF（BESP、BESP+O3、BESP+O3+Na OH-5和BESP+O3+Na OH-10）的平均直径分别为68 nm、49 nm、42 nm和34 nm,其平均高度分别为11 nm、8 nm、7 nm和5 nm。臭氧制备的CNF薄膜有一定透明度和雾度,有较好的亲水性。薄膜的机械性能随着臭氧处理强度的增加而升高,最大拉伸强度为117.43 MPa,弹性模量为4992.79 MPa。（4）以第三章制备的原始TMP为原料,利用自主设计和搭建的高浓浆臭氧处理系统,采用臭氧处理,再结合研磨和高压均质处理制备四种不同木质素含量的LCNF。研究发现:臭氧处理可以有效减小TMP纤维的木质素含量和尺寸,臭氧用量为7%时,纤维的木质素含量为13.86%,重均长度为618μm,细小纤维含量为67.57%。研磨间隙为-80μm时,7%Z-TMP纤维的长度为374μm,细小纤维含量为97.65%。随着臭氧用量的增加,LCNF的尺寸变小,分布均匀。四种LCNF（Blank-TMP、3%Z-TMP、7%Z-TMP和11%Z-TMP）的平均直径分别为73 nm、64 nm、52 nm和41 nm,其平均高度分别为7.7 nm、6.2 nm、5.4 nm和4.3 nm。LCNF表面木质素含量随臭氧用量的增加而降低,其薄膜的水的接触角有所下降,有较好的亲水性。不同臭氧用量处理制备的LCNF,热稳定性相近。LCNF薄膜阻隔UVA性能优异,有一定的透光率和雾度。薄膜的机械性能随着臭氧用量先升高后稍有降低,最大拉伸强度为132.56 MPa,弹性模量为3930.54 MPa。