《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Valorization of Lignin to Produce Lignosulfonates-Based Cement Admixture: From Biomass to Building Blocks
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•木质素废物可被转化为基于木质素磺酸盐的水泥外加剂•木质素磺酸盐在混凝土中起增塑剂作用，有助于碳减排•作为外加剂，木质素磺酸盐增强了工作性并提供了强度•木质素磺酸盐的开发是废物再利用的可持续途径引言随着建筑行业的快速发展，具有理想流变行为和工作性的高性能混凝土对于建造具有优异
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木质素废物可被转化为基于木质素磺酸盐的水泥外加剂
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木质素磺酸盐在混凝土中起增塑剂作用，有助于碳减排
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作为外加剂，木质素磺酸盐增强了工作性并提供了强度
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木质素磺酸盐的开发是废物再利用的可持续途径
引言
随着建筑行业的快速发展，具有理想流变行为和工作性的高性能混凝土对于建造具有优异抗压强度和耐久性的建筑结构至关重要。然而，高性能混凝土生产的主要限制因素是混凝土混合物的含水量 [79]。水泥的抗压强度主要取决于低水灰比；降低含水量可提高抗压强度，但会损害水泥的工作性。水泥中使用较少的水会影响流变和流动性能，使混凝土变得粘稠，减缓流动速度，并增加处理难度。为避免工作性问题并保持抗压强度，通常添加增塑剂和高效减水剂作为水泥/混凝土外加剂，以分散水泥颗粒，从而在低含水量下增强工作性 [82]。增塑剂和高效减水剂的使用可追溯至 1930 年，当时首次将其作为水泥外加剂引入，以降低混凝土混合物的用水需求并改善其流动性，而不损害机械强度 [79]。高效减水剂的减水率约为 20-30% 或更高。它们通常按胶凝材料重量的 1-2% 范围添加；过量添加高效减水剂会导致混凝土混合物泌水和离析 [68]。
水泥混合物中常用的高效减水剂有四种类型：磺化三聚氰胺 - 甲醛缩合物 (SMFC)、萘 - 甲醛缩合物磺酸盐、聚羧酸和木质素磺酸盐。这些高效减水剂是化石基高效减水剂，通常需要高剂量且昂贵 [68]。与之相比，木质素磺酸盐是生物基、可持续且环保的高效减水剂，成本相对较低。因此，人们正致力于将各种木质素生物精炼厂、造纸和制浆行业以及农业部门的木质素废物转化为廉价且丰富的原材料，以生产生物基、可生物降解的高性能木质素磺酸盐基混凝土外加剂 [18]。
木质素是地球上第二丰富的天然芳香族生物聚合物，是一种复杂的芳香族杂聚合物。它由三种苯丙烷单元组成，即对羟基苯基 (H)、愈创木基 (G) 和紫丁香基 (S)，其比例取决于木质素的来源。与纤维素和半纤维素一起，它是木质纤维素生物质的关键组成部分（图 1）。木质素废物被增值利用，生产出多种具有商业价值的产品，如冷冻凝胶、木质素基活化复合材料、气凝胶、碳基材料 [30], [40], [6], [7]。
过去几年，木质素废物市场显示出显著增长，预测表明木质素废物的估值将进一步增加，到 2030 年达到 22 亿美元 [55]。主导全球木质素市场的公司包括 Borregaard LignoTech, Domsjo Fabriker, Nippon Paper, UPM Biochemicals, Qingdao Pufeirui, Hubei Aging Chemical, 和 Wuhan East China Chemical [55]。以木质素磺酸盐形式存在的木质素基水泥外加剂就是一种正在变得流行的木质素衍生物，因其多种应用而备受关注 [79]（图 2）。木质素磺酸盐是水性可溶阴离子聚电解质，是木质素的磺化衍生物，产生为造纸和制浆行业亚硫酸盐蒸煮过程中的废物副产物。它们通常是非危险性的，应用范围广泛，从分散剂、乳化剂、粘合剂、高效减水剂到鞣革剂、动物饲料添加剂、钻井泥浆添加剂、抑尘剂和土壤稳定剂 [45]。几篇综述文章已经概述了基于木质素磺酸盐的高效减水剂、改性方法及其在建筑业中的潜在应用。然而，仍缺乏一种全面的批判性分析，重点关注基于木质素磺酸盐的高效减水剂之间的协同作用、其工业应用以及循环绿色生物经济 [18], [45], [68]。因此，对现有科学文献进行了调查，以收集相关信息并批判性地评估基于效率、经济和环境足迹的高性能混凝土外加剂。文献综述基于主要同行评审科学数据库（如 Scopus, Web of Science, ScienceDirect, 和 Google Scholar）的系统性和全面文献检索，时间范围在 2000 年至 2025 年之间。此外，还包括全文会议论文、论文和具有详细方法学披露的专利。检索字符串结合了与木质素、木质纤维素废物、木质素来源、木质素化学、增塑剂、高效减水剂、木质素磺酸盐（化学和作用机制）、木质素磺酸盐作为水泥外加剂、化学改性（磺化、磺甲基化）、混凝土性能（水化、工作性、耐久性）、环境和经济影响相关的主题。为确保完整性并最大程度减少发表偏倚，排除了重复记录、与木质素磺酸盐基外加剂范围不符的研究以及信息不足以解释性能的研究。总的来说，这些标准确保了纳入代表性研究，以反映当代木质素磺酸盐基外加剂，同时在数据集之间保持透明度和一致性。
章节片段
木质素磺酸盐作为一种可持续的高效减水剂
木质素（图 3）是从木质纤维素生物质中提取的工业脱木质素过程中提取的，产生技术木质素。纯碱法和有机溶剂法生产无硫木质素，而亚硫酸盐法和硫酸盐法生产含硫木质素 [107]。硫含量直接相关于磺化木质素溶解度、阴离子电荷密度和分子量的增加，这些均与吸附性能直接相关 [66]。与
木质素磺酸盐的一级生产
木质素是木质纤维素生物质中自然存在的芳香族生物聚合物，以原生木质素的形式存在，并作为各种技术木质素和木质素衍生产品的 precursor。亚硫酸盐制浆过程仍然是大规模生产木质素磺酸盐的主要工业路线，无硫木质素如硫酸盐木质素、纯碱木质素和水解木质素可以通过磺化或磺烷基化、磺甲基化和氧化磺化化学改性成木质素磺酸盐，作为
木质素磺酸盐的分子结构
水溶性木质素磺酸盐是原生木质素的磺化衍生物，其中引入磺酸 (–SO3H) 基团将 largely hydrophobic, cross-linked 芳香族生物聚合物转变为两亲性、水分散性大分子 [86]。结构上，木质素磺酸盐保留了木质素的三个基本苯丙烷单元，即 S、G 和 H，它们通过 β-O-4、β-5 和 β-β 连接互连形成三维不规则多酚框架。在
化学外加剂与木质素基外加剂
混凝土需要高工作性、强度和流动性能，而不增加水灰比，这使得外加剂成为现代建筑中必不可少的部分 [59]。添加到混凝土中的化学外加剂（除水泥、水和骨料外），用于修改其性能，可以是减水剂（增塑剂）[84]、高效减水剂 (SPs) [53]、缓凝剂 [10]、促凝剂 [19]、引气剂 [89]、腐蚀抑制剂 [14] [108]、碱 - 硅活性抑制剂 [11]，
挑战与前景
基于木质素磺酸盐的外加剂的广泛使用受到几个缺点的限制，需要关注。一个主要限制是挥发性有机化合物 (VOCs) 的有害释放，这限制了它们在通风不良的建筑中的应用 [81]。室内 VOC 排放可能会降低空气质量，并影响呼吸道健康，导致急性至慢性肺部疾病。因此，未来的研究应重点关注清除排放或改性化学途径以
结论
源自木质素的基于木质素磺酸盐的水泥外加剂代表了一种有前景的策略，不仅涵盖了废物管理、可持续发展和循环经济等途径，还有助于废物到财富的转化和全球 CO2 减排。作为外加剂，木质素磺酸盐起分散剂、增塑剂和减水剂的作用。它提高了水泥的流动性和工作性，而不损害抗压强度，有助于绿色和耐久的
致谢与资助
我们感谢印度生物技术部 (DBT) 和 BRIC- 国家农业食品生物制造研究所 (BRIC-NABI) 为项目提供资金和基础设施支持。SG, MM 和 JB 感谢 DBT 在木质素增值旗舰项目下的资金。AP 感谢 DBT 研究助理计划下的资金。
未引用参考文献
[100], [103], [104], [105], [110], [64], [69], [70], [99]
CRediT 作者贡献声明
Jayeeta Bhaumik: 撰写 – 审阅与编辑，可视化，验证，监督，项目管理，调查，资金获取，形式分析，概念化。Mainak Mallik: 撰写 – 审阅与编辑，可视化，验证，项目管理，调查，资金获取，概念化。Saswata Goswami: 撰写 – 审阅与编辑，可视化，验证，监督，项目管理，资金获取，概念化。Anindya Ghosh:
利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能会影响本论文报告的工作。
Anshu Priya|Harshdeep Rana|Shubhi Katiyar|Anindya Ghosh|Saswata Goswami|Mainak Mallik|Jayeeta Bhaumik
