鄧晶 任爽 李雅

摘要從文獻(xiàn)計量學(xué)的角度，利用TDA分析軟件對Fe3O4磁性復(fù)合材料吸附重金屬相關(guān)論文的年份、國家、機(jī)構(gòu)、學(xué)科及關(guān)鍵詞等進(jìn)行了統(tǒng)計分析。

關(guān)鍵詞Fe3O4；吸附；重金屬；文獻(xiàn)計量學(xué)分析

中圖分類號G255；X52文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）19-0221-05

Research Trend Analysis on Heavy Metals Adsorbed by Fe3O4 Magnetic Composite Materials Based on Bibliometric Analysis

DENG Jing1，REN Shuang2*，LI Ya1

（1.Library， Northwest A&F University，Yangling，Shaanxi 712100； 2.College of Natural Resources and Environment， Northwest A&F University，Yangling，Shaanxi 712100）

AbstractBased on literature metrology，statistical analysis was made of years， countries， organizations， subjects， key words and so on of published papers about heavy metals adsorbed by Fe3O4 magnetic composite materials using TDA software.

Key wordsFe3O4；Adsorption；Heavy metals；Bibliometric analysis

與傳統(tǒng)吸附材料相比，磁性吸附材料在外加磁場的作用下可以促進(jìn)吸附劑的絮凝作用，有利于對污染物的吸附以及吸附劑的分離回收和重復(fù)利用，可避免材料的浪費(fèi)及二次污染，具有廣闊的應(yīng)用前景[1]。

Fe3O4有價格低廉的原料來源，制備方法簡單，是最常見的磁性材料之一。由于Fe3O4顆粒具有表面原子配位不足的特點(diǎn)，對金屬離子有很強(qiáng)的吸附能力。然而，F(xiàn)e3O4的強(qiáng)磁性及較高的比表面積使得Fe3O4顆粒易于聚集，為了提高其在水溶液中的分散性以及在酸堿中的穩(wěn)定性，可通過將磁性顆粒負(fù)載在常見的吸附材料上或用有機(jī)物將其修飾改性，制備成復(fù)合吸附劑以避免顆粒的團(tuán)聚，或通過表面修飾的官能團(tuán)增大吸附劑的吸附性能，由于其回收操作簡便，已被廣泛用于吸附污水中的重金屬[2-3]。

文獻(xiàn)計量學(xué)是用數(shù)理統(tǒng)計的方法定量的對大量文章進(jìn)行分析研究，通過對科研競爭力和熱點(diǎn)研究進(jìn)行評估，來預(yù)測學(xué)科未來的發(fā)展態(tài)勢[4]。21世紀(jì)以來，大量學(xué)者通過文獻(xiàn)計量法，對學(xué)科領(lǐng)域的論文進(jìn)行統(tǒng)計，進(jìn)行前沿態(tài)勢分析，為科研工作者的選題及實(shí)驗(yàn)的開展提供有力支持[5]，并輔助科研管理者提出正確的科研決策[6]。王麗等[7]從文獻(xiàn)計量學(xué)的角度出發(fā)，通過對Web of Science數(shù)據(jù)庫中石墨烯相關(guān)論文的發(fā)文國家、作者、機(jī)構(gòu)、研究領(lǐng)域等數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計分析，分析了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及研究熱點(diǎn)。魏珣等[8]采用文獻(xiàn)計量法整理了近50年來的世界家畜遺傳育種研究相關(guān)的文獻(xiàn)和專利，從多個層面進(jìn)行解讀，總結(jié)出該領(lǐng)域的研究歷史及研究熱點(diǎn)。

筆者通過對已發(fā)表的與Fe3O4磁性復(fù)合材料對重金屬吸附的相關(guān)的國內(nèi)外文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，采用文獻(xiàn)計量法識別大量文獻(xiàn)中研究熱點(diǎn)，探討Fe3O4磁性復(fù)合材料研究的發(fā)展規(guī)律，分析Fe3O4磁性復(fù)合材料研究前沿態(tài)勢和脈絡(luò)，以期為該領(lǐng)域的研究人員和相關(guān)部門提供參考和幫助。

1數(shù)據(jù)來源與分析方法

1.1數(shù)據(jù)來源

英文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來源通過檢索美國Web of Science核心數(shù)據(jù)庫，截止2016年6月22日收錄“TS=[（magnetic or Fe3O4）and（Bentonite or montmorillonite or "activated carbon" or zeolite or Clay or resin or biochar）and（sorption or adsorption or removal）and（"Cr（Ⅵ）"or chromium or "Pb（Ⅱ）" or lead or plumbous or "Hg（Ⅱ）" or mercury or "Cd（Ⅱ）" or cadmium or "Ni（Ⅱ）"or nickel or "As（Ⅲ）" or arsenic or "Heavy metal"）]。精煉依據(jù)：研究方向=（CHEMISTRY OR ENGINEERING OR MATERIALS SCIENCE OR ENVIRONMENTAL SCIENCES ECOLOGY OR SCIENCE TECHNOLOGY OTHER TOPICS OR WATER RESOURCES OR POLYMER SCIENCE OR AGRICULTURE OR NUCLEAR SCIENCE TECHNOLOGY OR SPECTROSCOPY OR METALLURGY METALLURGICAL ENGINEERING OR THERMODYNAMICS OR ARCHAEOLOGY）”的相關(guān)文獻(xiàn)，以檢索出的共807篇有關(guān)Fe3O4磁性復(fù)合材料吸附重金屬的文獻(xiàn)為研究對象。

中文文獻(xiàn)檢索中國知網(wǎng)CNKI數(shù)據(jù)庫，截止2016年6月26日收錄“主題=（磁性+磁性材料+Fe3O4）*（吸附劑+脫污劑+蒙脫石+膨潤土+黏土+活性炭+沸石+樹脂+生物炭）*（吸附+脫污）*（重金屬+鉻+鉛+鎘+汞+砷+鎳）”，從主題排序前250篇文獻(xiàn)中剔除不相關(guān)及重復(fù)文獻(xiàn)，最終得到141篇有關(guān)Fe3O4磁性復(fù)合材料的科技文獻(xiàn)為研究對象。

上述中外文文獻(xiàn)包括題目、作者、作者單位、機(jī)構(gòu)、發(fā)表年、關(guān)鍵詞等信息。

1.2分析方法

采用Thomson Data Analyzer（TDA）以及Ucinet、Netdraw等軟件對Web of Science數(shù)據(jù)庫和CNKI數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索、數(shù)據(jù)挖掘、提取、清洗和可視化分析，作為確定研究領(lǐng)域的研究趨勢和研究熱點(diǎn)的參考依據(jù)[9]。

2結(jié)果與分析

2.1研究文獻(xiàn)的年度分析

通過檢索和篩選到的1992—2016年共807篇英文文獻(xiàn)和141篇中文文獻(xiàn)，年度增長趨勢見圖1。對發(fā)文數(shù)量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)最早的文獻(xiàn)發(fā)表于1992年。從發(fā)文年代來看，F(xiàn)e3O4磁性復(fù)合材料吸附重金屬的研究經(jīng)歷了3個階段：①1992—2004年，為Fe3O4磁性復(fù)合材料研究的起步階段，文章數(shù)量發(fā)展緩慢，每年英文發(fā)文量均不超過10篇，中文文章在除2002年發(fā)表1篇外，其他年份均未見發(fā)表文章。②2005—2009年，F(xiàn)e3O4磁性復(fù)合材料的研究得到了發(fā)展，發(fā)文數(shù)量開始呈現(xiàn)增長趨勢，5年內(nèi)共發(fā)表英文文獻(xiàn)120篇，中文文獻(xiàn)為19篇。③2010年以后，F(xiàn)e3O4磁性復(fù)合材料對重金屬吸附的研究呈現(xiàn)近似于線性的快速增長態(tài)勢，發(fā)表的論文數(shù)量顯著增加，年英、中文文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量分別在50、10篇以上。2015年共發(fā)表英文文獻(xiàn)132篇和中文文獻(xiàn)31篇，處于研究的高峰期（2016年文獻(xiàn)不全，數(shù)據(jù)僅作為參考），說明在未來一段時間內(nèi)Fe3O4磁性復(fù)合材料的研發(fā)和對重金屬污染的吸附研究仍將持續(xù)走熱。

2.2論文主要國家地區(qū)分布情況

根據(jù)Web of Science搜索英文文獻(xiàn)結(jié)果統(tǒng)計（按第一作者統(tǒng)計），共有美國、法國、中國等65個國家和地區(qū)發(fā)表了Fe3O4磁性復(fù)合材料吸附重金屬的文獻(xiàn)。在不同階段，發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量前10位的國家或地區(qū)如表1所示。由表1可知，1992—2004年，美國、法國和中國分別位居發(fā)文量前3位，美國在經(jīng)濟(jì)、科技等領(lǐng)域?qū)嵙π酆瘢奂舜罅績?yōu)秀的研究人員，在許多研究領(lǐng)域都處于領(lǐng)先地位，在該研究領(lǐng)域也同樣處在領(lǐng)先水平；2005—2009年，中國相關(guān)研究文獻(xiàn)快速增加，并超過美國，位列第一，反映出中國已逐步成為Fe3O4磁性復(fù)合材料吸附重金屬研究的最主要國家；2010—2016年，發(fā)文量排名前3位的國家分別是中國（45.1%）、美國（13.9%）和伊朗（10.4%），中國的文獻(xiàn)發(fā)表量是美國的3倍多，領(lǐng)先優(yōu)勢較為明顯，說明中國在該領(lǐng)域的研究呈“先追蹤，后發(fā)展”的態(tài)勢。從表1可以看出，2005年以后，發(fā)展中國家的論文數(shù)量明顯多于發(fā)達(dá)國家，這是因?yàn)樵?0世紀(jì)80年代前后發(fā)達(dá)國家相繼出臺相應(yīng)的法規(guī)，采取強(qiáng)有力的措施防止重金屬污染，而發(fā)展中國家對重金屬的控制和治理工作起步較晚[10]，研究滯后于發(fā)達(dá)國家。

2.3機(jī)構(gòu)合作社會網(wǎng)絡(luò)分析

研究機(jī)構(gòu)之間的合作與交流，不僅可以拓寬科研人員的研究領(lǐng)域和視野，促進(jìn)科研水平的提高，而且可以使科學(xué)問題被廣泛關(guān)注，優(yōu)勢互補(bǔ)，加快科研進(jìn)程。圖2a～c分別為1992—2004年、2005—2009年、2010—2016年3個階段的Web of Science論文機(jī)構(gòu)合作社會網(wǎng)絡(luò)分析圖譜，圖2d為2010—2016年CNKI論文機(jī)構(gòu)合作社會網(wǎng)絡(luò)圖。圖中圓圈大小表示機(jī)構(gòu)發(fā)表文章數(shù)量，機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)之間連接線的粗細(xì)表示合作發(fā)文規(guī)模[5]。

從圖2a可以看出，1992—2004年唯一的合作是Web of Science發(fā)文量第一的研究機(jī)構(gòu)土耳其國內(nèi)Hacettepe University（5篇），與Kirikkale University大學(xué)之間展開，主要研究磁性聚甲基丙烯酸甲酯對重金屬的吸附，該階段并未產(chǎn)生跨國合作研究。從圖2b可以看出，2005—2009年，研究者開始重視在該研究領(lǐng)域的相互合作、交流，國際合作增強(qiáng)，其中作為我國科學(xué)技術(shù)方面最高學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的Chinese Academy of Sciences（中國科學(xué)院）與Hefei University of Technology等多個國內(nèi)外機(jī)構(gòu)合著論文的數(shù)量（10篇）顯著高于其他機(jī)構(gòu)，以Chinese Academy of Sciences為中心的合作單位主要的研究方向是將磁性材料負(fù)載到石墨烯、碳納米管、生物炭等材料上制成復(fù)合材料對重金屬進(jìn)行吸附。從圖2c可以看出，2010—2016年Chinese Academy of Sciences和Islamic Azad University這2所機(jī)構(gòu)是研究Fe3O4磁性復(fù)合材料吸附重金屬的主要力量。發(fā)文量最多的中國Chinese Academy of Sciences（41篇）保持著與Shanghai Jiao Tong University和 Shaoxing University等中國國內(nèi)的多個機(jī)構(gòu)的合作關(guān)系，發(fā)文量位居第2位的Islamic Azad University與南非的University of Johannesburg和印度的Indian Institutes of Technology等機(jī)構(gòu)保持良好的合作關(guān)系，主要研究通過烷基表面修飾磁性顆粒對重金屬進(jìn)行吸附。各機(jī)構(gòu)間的合作，有利于科研工作者之間的學(xué)習(xí)溝通和交流，有助于機(jī)構(gòu)的研究領(lǐng)域緊跟國際前沿和熱點(diǎn)，促進(jìn)研究開展的廣泛性，同時也可以看到，研究機(jī)構(gòu)間的合作多在各國國內(nèi)機(jī)構(gòu)或2個國家的機(jī)構(gòu)之間開展，可以預(yù)測加強(qiáng)多國家及多機(jī)構(gòu)間的交流合作，各方優(yōu)勢互補(bǔ)，將大大推進(jìn)學(xué)術(shù)研究的繼續(xù)深入開展。

從圖2d可以看出，我國研究Fe3O4磁性復(fù)合材料吸附重金屬的主要研究機(jī)構(gòu)為南開大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)及華南理工大學(xué)等，均與多個機(jī)構(gòu)有著較為廣泛合作關(guān)系，其中同濟(jì)大學(xué)與上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院合作關(guān)系緊密。這3所大學(xué)的研究領(lǐng)域緊跟Chinese Academy of Sciences和Islamic Azad University等國際主要研究機(jī)構(gòu)的研究方向，以磁性顆粒負(fù)載到常見的吸附材料上或通過有機(jī)表面修飾磁性顆粒為主。從合作機(jī)構(gòu)的地域分布來看，合作關(guān)系主要還是發(fā)生在省內(nèi)或地區(qū)內(nèi)，跨省、地區(qū)的合作比較弱，說明國內(nèi)的合作研究存在較強(qiáng)的地緣性。

2.4學(xué)科分布分析

根據(jù)Web of Science數(shù)據(jù)庫的研究方向，列出了3個時期的Fe3O4磁性復(fù)合材料吸附重金屬研究所涉及的學(xué)科分布。從圖3可以看出，各學(xué)科領(lǐng)域的論文數(shù)量都有所增長，化學(xué)學(xué)科的論文數(shù)量在3個時間階段均排在第1位，這說明化學(xué)學(xué)科一直是Fe3O4磁性復(fù)合材料吸附重金屬研究領(lǐng)域最為活躍。

從圖3也可以看出，隨著時間的推進(jìn)，涉及的學(xué)科領(lǐng)域逐漸增多，這些學(xué)科領(lǐng)域大致可分為2個學(xué)科組：①側(cè)重磁性復(fù)合材料的研究開發(fā)，涉及的主要學(xué)科領(lǐng)域包括化學(xué)、材

料科學(xué)、工程學(xué)等；②側(cè)重對環(huán)境的保護(hù)，主要學(xué)科分布為

環(huán)境生態(tài)科學(xué)和水資源學(xué)等。在1992—2004年，主要集

中分布在化學(xué)、材料科學(xué)及工程學(xué)和高分子科學(xué)等，說明其研究尚處在基礎(chǔ)研究上，而在應(yīng)用研究上尚不普及，而環(huán)境生態(tài)科學(xué)尚未引起該研究方向的關(guān)注，排在學(xué)科領(lǐng)域的第10位；2005—2009年，排在前3位學(xué)科領(lǐng)域?yàn)榛瘜W(xué)、工程學(xué)及材料

科學(xué)，環(huán)境生態(tài)科學(xué)開始受到研究人員的關(guān)注而上升到第4

位，說明研究已經(jīng)開始由基礎(chǔ)研究向應(yīng)用研究轉(zhuǎn)變；2010—2016年，除了上述4個學(xué)科領(lǐng)域以外，水資源學(xué)升至第6位，說明研究開始處在化學(xué)、工程、材料科學(xué)等基礎(chǔ)研究與環(huán)境生態(tài)科學(xué)、水資源學(xué)科等應(yīng)用研究并重的階段。由于當(dāng)前重金屬污染所導(dǎo)致的環(huán)境問題也已經(jīng)引起了科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注，這些學(xué)科將可能在未來發(fā)揮更為重要的作用。

2.5研究主題社會網(wǎng)絡(luò)分析

圖4a～c為Web of Science論文關(guān)鍵詞的社會網(wǎng)絡(luò)分析，圖4d為CNKI論文關(guān)鍵詞的社會網(wǎng)絡(luò)分析。圖中圓點(diǎn)的大小代表論文數(shù)量的多少，圓點(diǎn)與圓點(diǎn)之間的連線粗細(xì)代表關(guān)聯(lián)度的強(qiáng)弱。從圖4可以看出，各個階段“adsorption”均為關(guān)聯(lián)分析的中心主題詞。

由圖4a可知，1992—2004年，“adsorption”和“copper”“cadmium”和“montmorillonite”之間聯(lián)系較為緊密，說明磁性復(fù)合吸附材料主要是通過蒙脫土作為傳統(tǒng)的復(fù)合材料基質(zhì)，吸附的重金屬污染物主要為銅和鎘。由圖4b可知，2005—2009年“adsorption”周圍的連線逐漸增多，與“kinetics”“thermodynamics”“nanoparticles”“resins”“glycidyl methacrylate”“arsenic”“chromium”“mercury”等關(guān)鍵詞直接的連線較粗，說明以樹脂作為負(fù)載材料和以甲基丙烯酸縮水甘油酯為修飾劑的研究逐漸興起，吸附對象擴(kuò)展到對砷、鉻、汞等重金屬的吸附，而動力學(xué)、熱力學(xué)等關(guān)鍵詞的出現(xiàn)說明科研人員開始進(jìn)行吸附機(jī)理的研究。從這一時間段開始，磁性復(fù)合材料的研究逐漸分為2個方向：①磁性顆粒的無機(jī)負(fù)載；②對磁性顆粒的有機(jī)包覆。2010—2016年的研究主題顯著增多（圖4c），與中心主題“adsorption”之間的聯(lián)系較為緊密的主題有“chitosan” “nanoparticles” “biochar”“carbon nanotubes”“activated carbon”“graphene”“l(fā)ead”“cadmium”“arsenic”“chromium”“mercury”“copper”“kinetics”“thermodynamics”等。與前兩階段相比，復(fù)合的材料出現(xiàn)新進(jìn)展，殼聚糖作為無毒且生物相容性好的修飾劑，生物炭、碳納米管、石墨烯等新型復(fù)合材料的研究逐漸成為研究熱點(diǎn)。與前2個階段相比，對重金屬的研究種類顯著增多，標(biāo)志著應(yīng)用研究的廣泛性，在近年來環(huán)境污染逐漸多種重金屬復(fù)合污染現(xiàn)狀下，呈現(xiàn)出同時吸附多種重金屬的復(fù)合材料成為研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)的態(tài)勢。這一階段表征新的材料、廣泛的應(yīng)用和深入的吸附機(jī)理研究并重的特點(diǎn)，進(jìn)一步證實(shí)了上述主題已經(jīng)成為該研究領(lǐng)域當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和創(chuàng)新性的增長點(diǎn)，這與2010—2016年文獻(xiàn)數(shù)量急劇增加相對應(yīng)。從圖4d可以看出，國內(nèi)研究可以看出吸附中心詞“吸附”與“殼聚糖”“納米顆?！薄笆薄版k”“砷”“鉻”“銅”“重金屬”“動力

學(xué)”之間的連線較粗，

說明它們之間高度相關(guān)，其中主題詞中“殼聚糖”“鎘”“砷”“鉻”“銅”“納米顆?！薄皠恿W(xué)”“石墨烯”等均與Web of Science在第

2010—2016年

的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和熱點(diǎn)特征趨勢相一致，說明我國

的CNKI發(fā)表論文的研究主題能夠緊跟世界研究熱點(diǎn)而開

展，這與機(jī)構(gòu)合作社會網(wǎng)絡(luò)分析的結(jié)果相互驗(yàn)證。

對2010—2016年與研究主題相關(guān)的論文進(jìn)行閱讀整理后發(fā)現(xiàn)，關(guān)于Fe3O4磁性復(fù)合材料的研究在一定程度上反映了幾大主題，并在未來的一段時間內(nèi)成為研究發(fā)展的主要方向：①磁性復(fù)合材料的研究基礎(chǔ)理論與技術(shù)，主要分為磁性顆粒的無機(jī)負(fù)載和對磁性顆粒的有機(jī)包覆，納米復(fù)合材料和無毒且環(huán)境相容性好的新型復(fù)合材料逐漸興起；②磁性復(fù)合材料對重金屬的吸附機(jī)理，主要研究對污染物的動力學(xué)、熱力學(xué)研究分析吸附機(jī)理并研究利用各種儀器對材料的機(jī)構(gòu)和吸附特征進(jìn)行表征；③磁性復(fù)合材料在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用研究，環(huán)境中多種重金屬復(fù)合污染問題日益突出，對多種重金屬共同吸附的材料研究受到廣泛關(guān)注。

3小結(jié)與展望

Fe3O4磁性復(fù)合材料吸附重金屬在2010年以后持續(xù)快速增長，已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)領(lǐng)域，研究主體由發(fā)達(dá)國家向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)變，中國和美國在論文數(shù)量和機(jī)構(gòu)分布上優(yōu)勢顯著，機(jī)構(gòu)之間的合作增強(qiáng)。研究領(lǐng)域側(cè)重于磁性復(fù)合材料的研究開發(fā)的化學(xué)、工程學(xué)及材料科學(xué)領(lǐng)域以及側(cè)重于對環(huán)境的保護(hù)環(huán)境科學(xué)、水資源領(lǐng)域。研究內(nèi)容由吸附效應(yīng)研究深入到吸附機(jī)理研究，磁性復(fù)合的材料開始出現(xiàn)多元化和新型化，對污染物的吸附種類增多，呈現(xiàn)新材料、新應(yīng)用和深入的吸附機(jī)理研究并重的特點(diǎn)。我國的CNKI發(fā)表論文的研究主題可以緊跟國際研究熱點(diǎn)。

Fe3O4磁性復(fù)合材料的發(fā)展將以同時對磁性顆粒無機(jī)負(fù)載和有機(jī)包覆制備的復(fù)合吸附材料為主，利用新型儀器分析復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特征，從微觀角度重金屬的吸附機(jī)理進(jìn)行測定表征測定，以及面對環(huán)境中多種重金屬共同污染及有機(jī)-重金屬復(fù)合污染等現(xiàn)實(shí)問題而研究開發(fā)可以同時吸附有機(jī)-重金屬的吸附劑、對不同重金屬具有選擇性吸附的材料的研究將成為今后該研究的主要方向。

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