随着全球环境的恶化,人们对绿色可生物降解复合材料的需求越来越紧迫。生物质材料因其相容性、可持续性及生态友好性成为合成聚合物的绿色替代品。组分分离可以实现生物质纤维素、半纤维素以及木质素的高效利用。本论文主要利用木质纤维生物质的结构及不同分离程度的产物制备出半纤维素基及木材基功能性复合材料在食品包装、防火阻燃、节能建筑以及纳流控材料方面的应用,并探究了半纤维素和木基复合材料结构与性能的构效关系。以半纤维素为原料,将其与季铵化试剂（2,3-环氧丙基三甲基氯化铵）发生醚化反应,制备出具有阳离子特性的季铵化半纤维素（QH）。引入无机材料蒙脱土（MMT）以及少量的壳聚糖（CS）制备出具有仿贻贝结构多功能纳米复合膜。由于壳聚糖的加入增强了氢键作用及静电相互作用,该半纤维素基纳米复合膜(F0.08)具有良好的机械性能（57.8 MPa）、热稳定性、低的水蒸气透过率以及优异的氧气阻碍性能,在食品包装领域具有一定的应用潜力,为制备高性能生物质基纳米复合材料奠定了重要的基础。木材经水热预处理得到木材自水解物（WH）,木材自水解物进行成分分析结果显示其主要成分为61.3%的半纤维素、10.5%的木质素以及少量的低聚糖。然后以WH为基体,引入MMT与少量羧甲基纤维素（CMC）或者氧化石墨烯（GO）后,通过真空抽滤制备纳米复合膜材料。结果显示WH-MMT-CMC复合膜(F0.05)比纯半纤维素基复合膜具有更好的机械性能（最高可达91.5 MPa）。少量GO（0.8 wt%）的引入,不仅增强了木材自水解物基复合膜材料的抗拉强度（最高124 MPa）,而且提高了半纤维素基复合材料的疏水性（其接触角由原来的36.6°转变为88.8°）。此外,木材自水解物基复合膜展现出优异的阻燃性能。木材自水解物纳米复合膜在耐高温涂层和包装材料等领域表现出巨大的应用潜力,实现了木材自水解物的高值化利用。通过脱木质素处理,得到具有多级孔状结构的脱木质素木材,将膨润土纳米片插层进入脱木质素木材的通道,通过热压的方式制备出具有紧密结构的木质基复合材料。由于保留了木材中定向排列的纤维结构,经致密化处理后复合材料展现出超强的机械性能与低热导性,其抗拉强度为330 MPa,是天然木材的8倍。膨润土与纤维素之间具有很好的界面相容性,3D涂层与紧密的层状结构赋予复合材料优异的阻燃性能。该复合材料是利用木材的天然结构制备而成,为木质纤维生物质在功能材料的制备上提出新思路。以轻木为原料,通过醚化反应和致密化工艺首次将天然木材改性成为带正电的木材基纳流控膜材料,赋予木材更多的功能性。醚化反应将带正电的季铵盐基团（CH3）3N+Cl-引入纤维素的主链上,使得原本带负电的木材表面呈正电性（ζ电位由-27.9 m V增加到+37.7 m V）。致密化消除了天然木材中的大孔,使其具有取向纤维素纳米纤维的高层压结构,机械拉伸强度高达350 MPa。纤维素纳米纤维之间的纳米尺度间隙充当纳米通道,有利于离子的快速传输,在KCl浓度低于1 m M时,其离子电导率为1.3 m S cm-1是天然木材的25倍。该木基纳流控膜实现了可再生天然材料在高性能纳米流体材料的应用。