劉 健,蔣惠夢,秦志嬌,王祖武

(武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

二氧化硫(SO2)是大氣的主要污染物之一，排放到大氣中會產(chǎn)生硫酸酸霧或硫酸鹽氣溶膠，最終與水汽結(jié)合形成酸雨，造成土壤酸化、危害人體健康等問題[1]。煤炭作為火電廠主要的發(fā)電燃料，燃燒后排放的煙氣中含有大量的SO2。我國能源主體是煤炭，每年煤炭消耗量占一次能源的70%左右，且這種情況將在今后很長一段時間內(nèi)持續(xù)[2-3]。我國最新頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223—2011)中將火力發(fā)電新建項目燃煤鍋爐的SO2排放濃度限值從200 mg/m3提高至100 mg/m3，其中重點地區(qū)火力發(fā)電鍋爐的SO2排放濃度限值為50 mg/m3[4-6]，這些標(biāo)準(zhǔn)的出臺與實施對我國硫的排放控制提出了新目標(biāo)與挑戰(zhàn)。

目前，國內(nèi)外脫硫領(lǐng)域研究的文獻(xiàn)數(shù)量增長迅速，但基于文獻(xiàn)計量學(xué)方法分析脫硫領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢的文獻(xiàn)尚未見報道。文獻(xiàn)計量學(xué)是一門通過數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)手段定量分析一切知識載體的交叉學(xué)科[7]，它借助一系列的量化指標(biāo)，主要用發(fā)文和引用及其相關(guān)的特征數(shù)來評價和預(yù)測科學(xué)技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[8]。本文基于SCIE數(shù)據(jù)庫，采用文獻(xiàn)計量學(xué)方法，全面統(tǒng)計與分析了1991—2015年全球發(fā)表的脫硫領(lǐng)域研究的SCI文獻(xiàn)，并基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果對未來脫硫領(lǐng)域的研究熱點做出前瞻性預(yù)測，以為環(huán)保工作者掌握脫硫領(lǐng)域研究發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢、確定未來的研究方向提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

本文的數(shù)據(jù)來源于美國科學(xué)信息研究所(Institute for Scientific Information,ISI)的SCIE數(shù)據(jù)庫，它是國際上公認(rèn)進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)計評價的主要檢索工具[9-10]。以“desulfuriz*”或“desulphuriz*”(檢索范圍包括desulfurize、desulphurize、desulfurization、desulphurization、desulfurizing、desulphurizing等關(guān)鍵詞)為主題進(jìn)行檢索，并下載1991—2015年間全球發(fā)表的脫硫領(lǐng)域研究的SCI文獻(xiàn)。本次文獻(xiàn)引用次數(shù)的統(tǒng)計截止日期為2018年1月1日。其中，英國(UK)包括英格蘭、蘇格蘭、北愛爾蘭和威爾士地區(qū)的文獻(xiàn)，而中國包括大陸、香港、澳門和臺灣地區(qū)的文獻(xiàn)[11-13]。本文應(yīng)用Microsoft Excel、ArcGIS[14-15]等軟件工具，對脫硫領(lǐng)域研究的SCI文獻(xiàn)數(shù)量的增長趨勢、中美文獻(xiàn)的對比、文獻(xiàn)的期刊分布、文獻(xiàn)的國家分布及國際合作、文獻(xiàn)的研究機構(gòu)、文獻(xiàn)的高被引論文及文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行了統(tǒng)計與分析。

2 研究結(jié)果與分析

2. 1 文獻(xiàn)數(shù)量的增長趨勢分析

經(jīng)統(tǒng)計分析，在1991—2015年間全球發(fā)表的以脫硫為主題的SCI文獻(xiàn)總計為10 437篇。其中，研究論文(article)8 891篇，占總發(fā)文數(shù)量的85%，是最常采用的文獻(xiàn)形式；另有會議論文(proceedings paper)764篇，評論(review)304篇，其他類型論文(note、letter、correction)478篇。

根據(jù)文獻(xiàn)計量學(xué)理論，將某一學(xué)科的文獻(xiàn)數(shù)量按年代分布，能大致反映相關(guān)學(xué)科的時代發(fā)展情況[16-17]。圖1為1991—2015年全球脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量的增長趨勢圖。

圖1 1991—2015年全球發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量的增長趨勢圖Fig.1 Growth trend of the nubmer of SCI global publications on desulfurization topic during 1991—2015

由圖1可見：1991—2000年間，年度SCI文獻(xiàn)數(shù)量從167篇增至258篇，增長趨勢較緩和；而2001—2015年間，年度SCI文獻(xiàn)數(shù)量從274篇增至929篇，增長速度極快，說明21世紀(jì)以來脫硫領(lǐng)域的研究飛速發(fā)展。

21世紀(jì)以來，隨著全球大氣環(huán)境質(zhì)量的惡化以及人類對清潔能源的迫切需求，國際社會對空氣質(zhì)量形成了廣泛關(guān)注，脫硫領(lǐng)域研究已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)的研究熱點。1991—2015年這25年來，全球脫硫領(lǐng)域研究相關(guān)的SCI文獻(xiàn)數(shù)量迅猛增加，由1991年僅有的167篇增長到2015年的929篇，增長了4.5倍。采用多項式模型擬合脫硫領(lǐng)域SCI文獻(xiàn)數(shù)量的增長趨勢，可預(yù)計到2020年時年度脫硫領(lǐng)域研究的SCI文獻(xiàn)將達(dá)到1 442篇。

2. 2 中美文獻(xiàn)的對比分析

本文對1991—2015年間中國與美國脫硫領(lǐng)域研究的SCI文獻(xiàn)數(shù)量及其變化趨勢進(jìn)行了對比分析，其結(jié)果見圖2。

圖2 1991—2015年中美發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量對比圖Fig.2 Comparison of SCI publications between China and America on desulfurization topic during 1991—2015

由圖2可見，25年間，美國發(fā)表的脫硫領(lǐng)域研究的SCI文獻(xiàn)的數(shù)量基本保持不變，穩(wěn)定在年均50篇左右；2000年以前，中國發(fā)表的脫硫領(lǐng)域研究的SCI文獻(xiàn)的數(shù)量幾乎為零，但從2001年開始，SCI文獻(xiàn)的數(shù)量飛速增長，至2005年時SCI文獻(xiàn)的數(shù)量已經(jīng)超過美國，此后仍然保持高速增長，截至2015年中國每年發(fā)表的脫硫領(lǐng)域研究的SCI文獻(xiàn)數(shù)量已達(dá)到372篇。結(jié)合圖1分析可知，2015年全球發(fā)表的脫硫領(lǐng)域研究的SCI文獻(xiàn)數(shù)量為929篇，其中中國發(fā)表了372篇，占總發(fā)文數(shù)量的40.04%。在脫硫領(lǐng)域研究中，美國20世紀(jì)中后期已進(jìn)入成熟階段，因此整體上其脫硫領(lǐng)域研究的SCI文獻(xiàn)總量保持穩(wěn)定；中國自20世紀(jì)90年代開始工業(yè)水平飛速發(fā)展，此時SO2排放量居高不下，直至21世紀(jì)初期SO2大量排放引發(fā)的大氣污染問題(如酸雨)才引起政府和研究人員的廣泛重視，此后脫硫領(lǐng)域成為環(huán)境領(lǐng)域的研究熱門，促進(jìn)了中國脫硫領(lǐng)域研究的SCI文獻(xiàn)數(shù)量的飛速增長。

對比1991—2015年中國脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量與SO2年均排放量圖(見圖3)可見，2006—2015年間中國脫硫主題SCI文獻(xiàn)的數(shù)量增長迅速，年增長速率達(dá)18.88%，遠(yuǎn)高于世界平均水平;中國SO2年均排放量呈現(xiàn)顯著的下降趨勢，從2006年最高值2 588萬t下降至2015年最低值1 859萬t。分析可能的原因是:隨著SO2年均排放量的增加，大氣污染情況日趨嚴(yán)重，相應(yīng)地中國在脫硫領(lǐng)域投入的研究力度不斷加大，促使中國發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)的數(shù)量迅速增長；而新的脫硫技術(shù)被應(yīng)用到工程實際中，又促使中國每年SO2排放量不斷減少。

圖3 1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量與SO2年均排放量的變化趨勢Fig.3 Growth trend of SCI publications on desulfuri-zation topic and SO2 emissions in China

2. 3 文獻(xiàn)的期刊分布分析

1991—2015年間，本次共檢索到的10 437篇脫硫領(lǐng)域研究的SCI文獻(xiàn)發(fā)表在1 141種期刊上，表1列出了發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量排名前十位的期刊及其相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

表1 1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量排名前十位的期刊及其相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)

注：TP為文獻(xiàn)數(shù)量(篇)，占比表示占總發(fā)文數(shù)量的百分比(%)；TC為總被引次數(shù)(次)；TC/TP為平均每篇文獻(xiàn)被引次數(shù)；IF為期刊的影響因子，下同。

由表1可見，排名前十位的期刊發(fā)表脫硫主題SCI文獻(xiàn)的數(shù)量共2 463篇，占總發(fā)文數(shù)量的23.6%，平均每篇文獻(xiàn)的被引次數(shù)達(dá)24.7次，遠(yuǎn)高于這十種期刊的平均影響因子(4.103)，這說明脫硫主題SCI文獻(xiàn)在這些期刊中占據(jù)重要的地位和影響力；其中Fuel、Industrial&EngineeringChemistryResearch、Energy&Fuels期刊的發(fā)文量領(lǐng)先于其他期刊。前十種期刊中JournalofCatalysis、ChemicalEngineeringJournal、JounalofHazardousMaterials的影響因子較高，說明這幾種期刊在脫硫領(lǐng)域研究中具有重要的影響；此外，從這十種期刊的學(xué)科相關(guān)領(lǐng)域可知，脫硫研究主要與能源、燃料以及化學(xué)領(lǐng)域密切相關(guān)，前十種期刊中CatalysisToday、AppliedCatalysisA-General、JournalofCatalysis發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)均與脫硫催化劑相關(guān)，且脫硫主題SCI文獻(xiàn)在這些期刊中的被引次數(shù)分別為50.9次、32.8次和45.3次，說明脫硫催化劑在脫硫領(lǐng)域研究中占據(jù)重要地位?？梢姡芯恐苽涓咝?、穩(wěn)定的脫硫催化劑已成為脫硫領(lǐng)域研究的熱點。

2. 4 文獻(xiàn)的地區(qū)分布及國際合作分析

在1991—2015年間，1991年全球參與脫硫領(lǐng)域研究的國家僅有26個，到2015年增加至97個，地區(qū)分布范圍明顯擴(kuò)大。圖4為1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量的國家分布圖。其中，顏色表示該地區(qū)發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)范圍數(shù)量，顏色越深代表該國家發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)的數(shù)量越多。

圖4 1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量的國家分布圖Fig.4 World-wide geographic distribution of SCI publication number on desulfurization topic during 1991—2015

由圖4可見，北美、西歐、東亞和南亞4塊區(qū)域顏色較深，表明對應(yīng)區(qū)域的國家發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)的數(shù)量較多；由于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和大氣污染情況等原因，非洲和南美洲國家的脫硫研究相對較少。

1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量排名前十位的國家見圖5。

圖5 1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量排名前十位的國家Fig.5 Top 10 productive countries in SCI publication number on desulfurization topic during 1991—2015

1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量排名前十位的國家共發(fā)表脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量達(dá)8 380篇，占總發(fā)文量的80.29%。其中，中國發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)的數(shù)量為2 813篇，占總發(fā)文數(shù)量的26.95%，是發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量排名第一的國家，而排名第二、第三的國家(美國、日本)的SCI文獻(xiàn)數(shù)量分別為1 871篇和1 190篇，兩個國家SCI文獻(xiàn)數(shù)量的總和與中國的SCI文獻(xiàn)數(shù)量差不多，這表明在脫硫領(lǐng)域的研究中中國的研究力度遠(yuǎn)超過其他國家。分析原因認(rèn)為：雖然我國脫硫領(lǐng)域的研究起步較晚，21世紀(jì)之前脫硫領(lǐng)域相關(guān)研究的SCI文獻(xiàn)數(shù)量幾乎為零，但是近年來一直在飛速發(fā)展，而國外脫硫技術(shù)的發(fā)展已趨于成熟。

由圖5可見：1991—2015年間發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)單篇平均被引次數(shù)排名第一的國家是美國，達(dá)22.1次，遠(yuǎn)高于其他國家，其次是日本和法國；由單一國家獨立完成和合作完成的SCI文獻(xiàn)的比例為81.1%和28.9%，表明目前脫硫領(lǐng)域研究的國際合作具有一定的規(guī)模，但還不十分顯著，需要開展更廣泛的國際合作，而印度和波蘭兩個國家沒有獨立完成的脫硫主題SCI文獻(xiàn)，其脫硫領(lǐng)域的研究均為與其他國家合作完成的，表明這兩個國家在脫硫領(lǐng)域獨立研究的能力不強；中國發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量排名第一，但單篇平均被引次數(shù)只有10.8次，在排名前十位國家中僅位居第八，說明中國的高水平研究文獻(xiàn)數(shù)量不多，文獻(xiàn)質(zhì)量還有待進(jìn)一步的提高。

2. 5 文獻(xiàn)的研究機構(gòu)分析

表2為1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量排名前二十位的研究機構(gòu)。

表2 1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量排名前二十位的研究機構(gòu)

由表2可知:1991—2015年間發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量排名前二十位的研究機構(gòu)總共發(fā)表SCI文獻(xiàn)數(shù)量2 123篇，占總發(fā)文數(shù)量的20.34%，其中中國科學(xué)院位居第一，發(fā)表了SCI文獻(xiàn)328篇，占總發(fā)文數(shù)量的3.14%，緊隨其后的是中國石油大學(xué)和華東理工大學(xué)；排名前二十位的研究機構(gòu)分別來自中國、美國、墨西哥、日本和印度5個國家，其中中國的研究機構(gòu)有13個，且占據(jù)了榜單的第一至第九名，說明在脫硫領(lǐng)域的研究中，中國的整體優(yōu)勢明顯，在全球范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位；賓夕法尼亞大學(xué)、印度理工大學(xué)發(fā)表的SCI文獻(xiàn)的單篇平均被引次數(shù)分別為49.80次和30.87次，遠(yuǎn)高于其他研究機構(gòu)，體現(xiàn)了其在脫硫研究中的雄厚實力，而中國科學(xué)院的發(fā)表的SCI文獻(xiàn)數(shù)量雖位居第一，但其單篇平均被引次數(shù)僅為18.88次，相較于其他19個研究機構(gòu)處于中等水平。

2. 6 文獻(xiàn)的高被引論文分析

被引次數(shù)是衡量學(xué)術(shù)論文的學(xué)術(shù)影響力和研究水平的一項重要指標(biāo)[19-20]。表3為1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)被引次數(shù)排名前十位的高被引論文。

由表3可知，1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)被引次數(shù)排名前十位的高被引論文，總被引次數(shù)為7 442次，分布在8種期刊上；其中被引次數(shù)最高的前三篇論文發(fā)表在CatalysisToday和Fuel上，被引次數(shù)高達(dá)千次，表明了其在脫硫領(lǐng)域研究中具有很高的研究水平和重要影響力。其中，F(xiàn)uelProcessingTechnology期刊發(fā)表的“Status review of mercury control options for coal-fired power plants”一文綜述了燃煤電廠汞控制方案的現(xiàn)狀，表明燃煤電廠汞的脫除控制得到了廣泛的關(guān)注，可能的原因是汞具有重金屬毒性大、易遷移、高生物蓄積性等特性，分析認(rèn)為20世紀(jì)中期在日本熊本縣出現(xiàn)的“水俁病”實際上就是汞污染導(dǎo)致的，而煤炭燃燒排放大量的汞進(jìn)入大氣中參與生態(tài)循環(huán)，會造成嚴(yán)重的危害；另外9篇論文是關(guān)于石油、汽油、柴油等燃料的硫脫除研究，對比傳統(tǒng)的燃煤電廠脫硫，由于石油等燃料成分復(fù)雜、脫硫難度大，其脫硫研究一直是科研人員關(guān)注的熱點，因此隨著石油資源的緊缺和國際社會對環(huán)境保護(hù)的日益重視，石油等燃料的脫硫研究將會具有良好的發(fā)展前景。

表3 1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)被引次數(shù)排名前十位的高被引論文

2. 7 文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞分析

通過文獻(xiàn)關(guān)鍵詞分析可揭示出研究趨勢及熱點。從1991—2015年發(fā)表的10 437篇脫硫主題SCI文獻(xiàn)中統(tǒng)計分析得到共計有23 977個關(guān)鍵詞。表4為1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)中出現(xiàn)次數(shù)最高的30個關(guān)鍵詞。

由表4可知：與脫硫研究有直接聯(lián)系的關(guān)鍵詞如脫硫(desulfurization)、硫(sulfur)、SO2等均在SCI文獻(xiàn)30個主要關(guān)鍵詞中；從研究對象的發(fā)展趨勢看，diesel fuel(柴油)、gasoline(汽油)、oil(石油)等關(guān)鍵詞在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的頻次呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的趨勢，而coal(煤炭)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次則有逐步下降的趨勢，表明全球范圍內(nèi)脫硫領(lǐng)域的研究熱點主要集中在汽油、柴油等石油燃料類硫的脫除，而與煤炭燃燒有關(guān)的火電廠煙氣脫硫技術(shù)趨于成熟，呈現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)展趨勢；dibenzothiophene(二苯并噻吩)和thiophene(噻吩)關(guān)鍵詞分別排名在SCI文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞出現(xiàn)總次數(shù)的第3位和第11位，說明燃油類含硫化合物的去除一直是脫硫領(lǐng)域研究的熱點；生物脫硫(biodesulfurization)、氧化脫硫(oxidative desulfurization)、加氫脫硫(hydrodesulfurization)、催化脫硫(catalyst desulfurization)等脫硫方式反映了今后的研究方向，主要與石油、汽油等油品類的脫硫相關(guān)，更加說明了石油脫硫的研究熱度；深度脫硫(deep desulfucization)關(guān)鍵詞在20世紀(jì)90年代排名在SCI文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞出現(xiàn)總次數(shù)的第100位左右，并不是脫硫領(lǐng)域的研究重點，但是從2000年起快速跨越至第9位，2006年以后一直保持在SCI文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞出現(xiàn)總次數(shù)的第2位,表明21世紀(jì)以來，隨著脫硫技術(shù)的成熟和硫排放標(biāo)準(zhǔn)的愈加嚴(yán)格，促使原有的粗脫硫方式進(jìn)一步轉(zhuǎn)變，深度脫硫、零硫排放成為新的研究熱點和目標(biāo)。

表4 1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)中出現(xiàn)次數(shù)最高的30個關(guān)鍵詞

注：↑表示排名上升，↓表示排名下降。

3 結(jié) 論

本文采用文獻(xiàn)計量學(xué)方法對1991—2015年全球發(fā)表的10 437篇脫硫領(lǐng)域研究的SCI文獻(xiàn)進(jìn)行了統(tǒng)計與分析，并從文獻(xiàn)數(shù)量的增長趨勢、中美文獻(xiàn)的對比、文獻(xiàn)的期刊分布、文獻(xiàn)的地區(qū)分布及國際合作、文獻(xiàn)的研究機構(gòu)、文獻(xiàn)的高被引論文和文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞角度，分析了脫硫領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢。結(jié)果表明：25年來脫硫領(lǐng)域的研究發(fā)展迅速，SCI文獻(xiàn)數(shù)量快速穩(wěn)定地增長；21世紀(jì)以來中國發(fā)表的脫硫主題SCI文獻(xiàn)數(shù)量飛速增長，且SO2排放總量呈顯著的下降趨勢；脫硫主題SCI文獻(xiàn)發(fā)表在1 141種期刊上，其中Fuel、Industrial&EngineeringChemistryResearch、Energy&Fuels等期刊的發(fā)文量排名位居前列，脫硫研究主要涉及能源、燃料和化學(xué)等領(lǐng)域；參與脫硫領(lǐng)域研究的地區(qū)分布呈現(xiàn)出擴(kuò)大化的趨勢，主要位于北美、西歐、東亞和南亞4個區(qū)域；脫硫領(lǐng)域的研究機構(gòu)主要集中在中國高校和科研院所，其中以中國中科院排名第一，中國對脫硫領(lǐng)域研究的投入力度穩(wěn)居世界前列，發(fā)表的SCI文獻(xiàn)數(shù)量位居世界第一，但單篇平均被引次數(shù)較低，論文的質(zhì)量還有待進(jìn)一步提高；通過文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞和高被引論文分析，預(yù)測催化劑脫硫、石油燃料脫硫和深度脫硫是脫硫領(lǐng)域未來的研究熱點和方向，其中燃煤電廠脫硫研究中汞的脫除是當(dāng)前的研究熱門。

本文重點從關(guān)鍵詞分析、被引次數(shù)等角度研究了脫硫領(lǐng)域研究的重點和不足，系統(tǒng)地展示了25年間全球在脫硫領(lǐng)域的研究成果和現(xiàn)狀，并對脫硫研究的熱點進(jìn)行了前瞻性預(yù)測，該研究可為脫硫領(lǐng)域的研究發(fā)展提供有益的指導(dǎo)和參考。