综述：解开木质素颜色之谜：从发色团起源到先进脱色策略

《Aggregate》：Unraveling Lignin's Color Puzzle: From Chromophore Origins to Advanced Decolorization Strategies

本综述系统解析了木质素发色机理与脱色策略，聚焦其作为天然芳香聚合物在高值化应用中的颜色限制问题。文章深入探讨了提取过程中的结构变化、发色团形成机制、分子量与形态学影响，全面评述了氧化漂白、羟基屏蔽、物理分离及生物质分级等脱色技术，为木质素白色化工艺优化和高值利用提供了重要理论指导。

　　

木质素的颜色困境与破解之道

作为含量最丰富的天然芳香聚合物，木质素因其深色特性而难以应用于高附加值领域。这篇综述从发色机制到脱色策略展开了系统性阐述。

颜色成因的多维解析

木质素的颜色奥秘源于其复杂的化学结构变化。在制浆过程中，木质素经历剧烈的结构重组：β-aryl醚键断裂后发生再聚合，形成更高分子量的缩合产物。这些缩合反应显著增加了分子共轭度和不饱和度，成为颜色加深的主要推手。

发色团的生成路径尤为关键。天然木质素中存在的儿茶酚结构在碱性条件下易氧化成醌型结构，而二氢芪类物质在Fe³⁺或Cu²⁺存在下可转化为红色芪醌。更重要的是，制浆过程中产生的苯氧自由基会与基态氧反应，生成着色的邻位和对位醌结构。

脱色策略的技术图谱

氧化漂白技术通过强氧化剂攻击发色团，但面临过度氧化的风险。氯二氧化物（ClO₂）虽能有效穿透纤维，但会产生氯化有机副产物；臭氧处理会导致C=C键不可逆断裂；过氧化氢（H₂O₂）在紫外光或金属催化剂辅助下能选择性氧化脂肪族侧链，成为环保优选。

物理脱色方法通过调控形态学实现颜色减淡。溶剂分级分离（如乙醇/水、THF/水体系）可获浅色组分，超滤和超声空化能优化分子量分布。然而，这种方法未能从根本上改变发色团结构，且粒径调控带来的颜色改善可能随时间减弱。

羟基屏蔽改性通过阻断酚羟基来抑制醌型发色团形成。乙酰化处理能显著提高色泽稳定性，磺化反应在引入磺酸基的同时实现脱色。深共熔溶剂（DES）体系在醇存在下不仅能改性木质素物理形态，还能有效消除发色团和助色团。

生物质分级技术通过温和工艺保留木质素天然浅色特性。有机弱酸（甲酸、马来酸等）与木质素的γ-OH形成酯键，有效溶解木质素的同时防止芳醚键断裂。核试剂（酚类、二醇等）通过与苄基阳离子竞争性反应抑制缩合。DES系统凭借强氢键作用抑制木质素次级缩合，获得低缩合度、高分子量的浅色木质素。

技术挑战与未来展望

现有脱色方法各具特色：氧化漂白可能破坏功能结构，羟基屏蔽可能损失抗氧化活性，物理方法无法根除发色团，而分级技术面临成本挑战。未来需要开发温和精准的改性策略，探索多方法协同效应，并深化构效关系认知。通过最小化有毒试剂、优化溶剂回收和简化操作流程，将推动浅色木质素在透明生物塑料、紫外稳定涂层等高端领域的应用，加速可持续生物精炼和循环生物经济的发展。

这篇综述为木质素的高值化利用提供了系统的理论指导和技术路径，预示着木质素将从"工业废料"向"绿色黄金"的华丽转身。