巢文軍，楊明憲，曹曉涵，顧汝科

(江蘇省常州環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 常州 213003)

燃煤電廠在煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的金屬污染物，通過煙氣、氣溶膠、飛灰等形式遷移到環(huán)境中后難降解、易累積，且通過生物鏈富集放大產(chǎn)生的危害具隱蔽性和持久性。煤炭是我國的主要一次能源，在嚴(yán)控二氧化硫、氮氧化物的超凈排放后，燃煤電廠的金屬污染已經(jīng)成為關(guān)注熱點[1]。

本研究以代表全球?qū)W術(shù)權(quán)威的Web of Science數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，使用Citespace軟件并結(jié)合文獻(xiàn)計量學(xué)方法作知識圖譜可視化分析，來揭示燃煤電廠與金屬領(lǐng)域的發(fā)展變化、主題熱點，為燃煤電廠的金屬排放研究和控制管理提供參考和方向[2]。

1 方法與數(shù)據(jù)

在Web of Science(以下簡稱WoS)中選擇核心合集數(shù)據(jù)庫，輸入Coal-fired Power Plants與Metal主題，選擇1980—2020年度，獲得823篇文獻(xiàn)作為研究樣本。結(jié)合WoS檢索分析功能，使用CiteSpace知識圖譜軟件，對樣本數(shù)據(jù)從文獻(xiàn)時間變化(年度分布和熱點追蹤)、空間分布(國家和機(jī)構(gòu)分析)、高被引文獻(xiàn)等方面進(jìn)行文獻(xiàn)可視化分析和綜合評估。

2 統(tǒng)計與分析

2.1 文獻(xiàn)的時間分布

2.1.1 文獻(xiàn)數(shù)量的年度分布

文獻(xiàn)數(shù)量的年度分布統(tǒng)計可反映該領(lǐng)域研究的產(chǎn)生、發(fā)展及關(guān)注度，有利于總體把握并分段研究。分析823篇樣本的年度變化及文獻(xiàn)逐年累積率(圖1)，可劃分為四個階段：第一階段是萌芽期(1983—1990年)，1983年起方斷續(xù)有相關(guān)文獻(xiàn)統(tǒng)計，數(shù)量稀少，內(nèi)容零散；第二階段是起步期(1991—2000年)，文獻(xiàn)數(shù)量開始增加但累積率波動大，研究開始受到關(guān)注，研究內(nèi)容逐步明晰；第三階段是發(fā)展期(2001—2010年)，數(shù)量增長，內(nèi)容豐富起來；第四階段是積累期(2011—2020年)，文獻(xiàn)保持加速增長，視野拓寬，內(nèi)容深化。近10年發(fā)文510篇占38年總量的67.8%，為高增長高產(chǎn)出階段。

圖1 1983—2020年燃煤電廠與金屬研究領(lǐng)域WoS數(shù)據(jù)庫論文年發(fā)文量及文獻(xiàn)累積率

2.1.2 主題和熱點隨時間變遷情況2.1.2 關(guān)鍵詞聚類與大主題演變路徑

研究主題的發(fā)展態(tài)勢，可對關(guān)鍵詞進(jìn)行頻次統(tǒng)計和聚類分析。將樣本數(shù)據(jù)導(dǎo)入Citespace軟件，選擇關(guān)鍵詞分析，可得650個有效關(guān)鍵詞，其中高頻關(guān)鍵詞Top 10為：heavy metal(重金屬)、fly ash(飛灰)、trace element(微量元素)、emission(排放)、metal(金屬)、combustion(燃燒)、mercury(汞)、coal(煤)、soil(土壤)、power plant(發(fā)電廠)。

Citespace將關(guān)鍵詞分成# 0～# 12共13組主題聚類并按時區(qū)顯示(圖2)，可展開為時間線排列(圖3)。節(jié)點位置表示關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)時間，節(jié)點大小代表出現(xiàn)頻次，連線粗細(xì)代表共現(xiàn)關(guān)系[3]。結(jié)合每組詞匯的聚類集合，由圖2和3可知該領(lǐng)域的大主題演變路徑為：1991年關(guān)注度提高(金屬)；1997年生物有效性(生物累積)；2001年P(guān)M2.5(空氣粒子)；2002年鎘(鎘和鉛等金屬積累)；2003年土壤(污染及富集系數(shù))；2005年飛灰(浸出毒性)、源解析(化學(xué)成分)；2007年混燃(固廢)、砷(魚和蜆等)、空氣污染(酸雨)；2010年火電廠(煤燃燒和大氣汞)、重金屬去除(汞和硒等)；2013年CO2捕集(煙氣)；2014年生物碳(降解)。

圖2 1983—2020年燃煤電廠與金屬研究關(guān)鍵詞聚類的時區(qū)圖

圖3 1983—2020年燃煤電廠與金屬研究共被引聚類時間線圖

2.2.2 關(guān)鍵詞突現(xiàn)與前沿突發(fā)熱點轉(zhuǎn)變

Citespace特有的關(guān)鍵詞突現(xiàn)偵測功能[4]，可監(jiān)控文獻(xiàn)和引文數(shù)量突發(fā)增長的前沿?zé)狳c轉(zhuǎn)變趨勢，由軟件導(dǎo)出突現(xiàn)性強(qiáng)的11個突現(xiàn)關(guān)鍵詞(見表1)，可見2002—2010年的突現(xiàn)研究前沿為大氣汞；2009—2015年熱點轉(zhuǎn)換為土壤研究(其中2011—2013年著重土壤污染)；在2013—2016年關(guān)注煙氣(其中2013—2015年多使用溶液吸附方法)；2014—2017年焦點是多環(huán)芳烴；2015—2020年水質(zhì)研究(其中2016—2017年關(guān)注的地域是中國，2017—2020年關(guān)注的元素是鉛)；2018—2020年的最新突發(fā)熱點切換到有害微量元素、形態(tài)。

表1 引用突發(fā)最強(qiáng)的前11個關(guān)鍵詞

2.3 文獻(xiàn)的空間分布

2.3.1 國家分析

聯(lián)合國教科文組織的《世界科學(xué)報告》、美國《科學(xué)與工程指標(biāo)》及《中國科學(xué)技術(shù)指標(biāo)報告》，多以WoS等權(quán)威數(shù)據(jù)庫收錄的高水平科技論文數(shù)量為定量指標(biāo)之一，來對國家科技和創(chuàng)新實力進(jìn)行綜合評價[5]。使用Cite Space設(shè)置Top15國家分類被引聚類(見圖4)，可見其中10個是發(fā)達(dá)國家，分別是美國(USA)、西班牙(SPAIN)、澳大利亞(AUSTRALIA)、加拿大(CANADA)、英國(ENGLAND)、德國(GERMANY)、意大利(ITALY)、日本(JAPAN)、韓國(SOUTH KOREA)、芬蘭(FINLAND)；僅中國(CHINA)、印度(INDIA)、土耳其(TURKEY)、馬來西亞(MALYSIA)、巴西(BRAZIL)是發(fā)展中國家。統(tǒng)計1983—2020年間發(fā)文量大于200篇的只有2個國家，分別是中國(236篇)、美國(208篇)，尤其2011—2020年中國的發(fā)文數(shù)量遠(yuǎn)超美國，但是代表被引頻次的節(jié)點大小總體仍小于美國。

圖4 1983—2020年燃煤電廠與金屬研究領(lǐng)域發(fā)文量Top15國家圖譜分析

2.3.2 機(jī)構(gòu)分析

由圖5可見在1983—2020年間發(fā)文量Top15機(jī)構(gòu)，分屬5個國家，只有中國和印度是發(fā)展中國家，其余3個為發(fā)達(dá)國家。其中中國8家(中國科學(xué)院、華北電力大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、中國東南大學(xué))在Top15機(jī)構(gòu)發(fā)文總量里占比高達(dá)58.2%；美國4家(能源部、佐治亞大學(xué)系統(tǒng)、電力研究學(xué)會、加州大學(xué)系統(tǒng))占比25.5%。

圖5 1983—2020年燃煤電廠與金屬研究領(lǐng)域發(fā)文量Top15機(jī)構(gòu)排名

從年度分布變化來看，在1983—2020年期間排名前三位的機(jī)構(gòu)是美國能源部、中國科學(xué)院、華北電力大學(xué)；而到2010—2020年中國科學(xué)院、華北電力大學(xué)、西安大學(xué)的發(fā)文量占據(jù)全球前三，表明近10年里以中國科學(xué)院、華北電力大學(xué)、西安交通大學(xué)等為代表的中國機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域科研產(chǎn)出領(lǐng)先。

2.4 高影響力文獻(xiàn)

將樣本按被引頻次降序排列查找Top15高影響力文獻(xiàn)。統(tǒng)計第一作者的國家來源，11篇來自發(fā)達(dá)國家(美國9篇，澳大利亞和荷蘭各2篇，加拿大1篇)，另外中國3篇、印度1篇；分析期刊來源，發(fā)表于13種期刊，其中ENVIRONMENTAL SCIENCE TECHNOLOGY和FUEL PROCESSING TECHNOLOGY分別載文2篇；分析發(fā)表時間，2005、2008和2010年的這三年每年2篇，另外9篇散布于1994—2016年間；分析被引頻次最高，是美國人Caskey, Stephen R.于2008年發(fā)表在JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY上題為Dramatic tuning of carbon dioxide uptake via metal substitution in a coordination polymer with cylindrical pores的論文，被引達(dá)1227次。

3 結(jié)論與展望

根據(jù)文獻(xiàn)計量和CiteSpace圖譜，燃煤電廠與金屬的研究從1991年起關(guān)注度提高，2001—2010年大主題為顆粒物、土壤富集、魚和蜆中砷、煤燃燒和大氣汞及去除；2011—2020年大主題為土壤污染、煙氣吸附、水中鉛及最新熱點是有害微量元素、形態(tài)及優(yōu)化。

在該領(lǐng)域內(nèi)中、美發(fā)文量最多，尤其近10年來中國科學(xué)院、華北電力大學(xué)等中國機(jī)構(gòu)發(fā)文量增長較快，研究領(lǐng)先。但展望未來，由于制造業(yè)用電量大和火電占比重，我國以燃煤發(fā)電為主的格局短期難變，燃煤電廠的金屬研究與控制仍有很長的道路要走。