摘要 為梳理磁性材料在重金屬修復領域的研究進展、研究熱點以及研究趨勢，本文運用文獻計量學方法，并結合CiteSpace可視化分析軟件和HistCite引文圖譜分析軟件，從文獻特征、研究熱點和研究趨勢等方面對2008—2022年發(fā)表的有關磁性材料在重金屬修復領域應用的文獻進行計量分析。結果表明，該領域研究目前處于增長階段，高產(chǎn)作者主要有Zang Y、Liu Y和Wang Y等；主要機構前3名分別為中國科學院、悉尼科技大學和湖南大學；磁性納米復合材料用于去除重金屬、磁性生物炭在重金屬領域修復中的應用和磁性材料的回收是近年來磁性材料在重金屬修復領域應用的熱點研究方向。

關鍵詞 磁性材料；磁性納米復合材料；磁性生物炭；重金屬；計量分析；CiteSpace

中圖分類號 X53 文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2023）21-0115-04

土壤是地球上寶貴的資源，也是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎。土壤重金屬的來源包括自然源和人為源2種，其中人為源主要包括空氣中的重金屬沉降、含有重金屬的農(nóng)藥和肥料施用、含有重金屬的污水或污泥灌溉和含重金屬廢棄物的堆積等[1]。重金屬在土壤中的過量積累會改變微生物群落，使土壤惡化，降低植物的產(chǎn)量，并進入食物鏈[2-3]，進而危害人體健康。針對現(xiàn)有重金屬污染問題，開展修復技術的研發(fā)具有重要現(xiàn)實意義。

部分研究主要關注高效和低成本的吸附材料篩選及性能提升方面，篩選出的材料可有效吸附和鈍化重金屬[4]，但無法降低土壤重金屬總量，在不同的土壤條件下，被吸附固定的重金屬元素有可能發(fā)生遷移轉化，成為新的環(huán)境問題[5-6]。因此，部分學者研發(fā)磁性吸附材料，這些磁性粒子能夠在外加磁場作用下快速進行分離，并且能夠吸附重金屬，形成穩(wěn)定結合物[7]，其吸附廢水或土壤中的污染物后，可以通過簡單的磁選工藝從溶液中分離出來，實現(xiàn)污染物總量的削減[8-9]。然而，目前研究鮮有關注磁性材料修復重金屬熱點趨勢、研究方向及未來發(fā)展方向的計量分析。

本研究運用文獻計量學的方法，應用CiteSpace軟件對2008—2022年國內(nèi)外磁性材料在重金屬修復應用研究領域的文獻進行可視化分析，通過圖譜直觀地展示該領域的研究現(xiàn)狀、研究熱點及未來發(fā)展態(tài)勢。本研究基于Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫，結合HistCite軟件和CiteSpace軟件，對相關研究文獻進行計量分析，從而探究磁性材料在重金屬修復領域應用的研究方向、研究熱點和最新動態(tài)，為磁性材料在重金屬修復領域的應用提供一定依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于湯森路透公司（Thomson Reuters）WOS數(shù)據(jù)庫，檢索時間范圍為2008年1月1日至2022年12月31日，在檢索結果中選擇Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫，結果得到2008—2022年（15年內(nèi)）磁性材料在重金屬修復領域應用的研究文獻4 112篇。

1.2 統(tǒng)計方法

采用CiteSpace（6.2R4）軟件對上述篩選的文獻進行計量研究。CiteSpace是一個Java應用程序，用于分析和可視化共同引用網(wǎng)絡，包括共同引用參考文獻、共同作者和共同出現(xiàn)的關鍵字，這有助于提供磁性材料在重金屬修復領域應用知識領域的研究成果[10]。在本研究中，閾值選擇“g-index，k=8”，時間切片設置為1年，時間閾值設置為“From 2008 to 2022”，節(jié)點閾值選擇“Top 50”，其余選擇默認設置。HistCite軟件是一種引文索引分析軟件，采用HistCite軟件可以快速鎖定該領域的重要文獻，發(fā)現(xiàn)關鍵研究和關鍵學者，有助于快速發(fā)現(xiàn)磁性材料在重金屬修復領域應用知識領域的重要研究成果。

2 結果與分析

2.1 研究現(xiàn)狀

2.1.1 發(fā)文量" 利用HistCite軟件對有關磁性材料在重金屬修復領域應用的研究文獻進行分析，發(fā)現(xiàn)涉及該研究領域的國家74個，包括中國、美國、印度、韓國和澳大利亞等國家。對不同國家的發(fā)文量進行分析，結果如表1所示。有關磁性材料在重金屬修復領域應用的論文發(fā)文量排名中，排名第一的是中國，為1 965篇，并且總被引次數(shù)最高，但均篇被引頻次為3.18，表明中國在該領域發(fā)文量最多。美國的發(fā)文量僅次于中國，但是其均篇被引次數(shù)最高，說明其在該領域的文章影響力較強。

2.1.2 研究作者" 通過比較作者的發(fā)文數(shù)量和文章的被引頻次，分析作者在該研究領域的貢獻作用及其影響力[11-12]。發(fā)文量前5的作者如表2所示，發(fā)文量最多的3位作者依次為Zang Y、Liu Y和Wang Y。按本地總引用次數(shù)排序，前3名分別為Wang L、Zhu JG和Liu Y，對應的本地總引用次數(shù)依次為176、146和124，由此可以判斷Wang L發(fā)表的文章更具影響力。

2.1.3 研究機構" 表3為排名前5的研究機構，磁性材料在重金屬修復領域研究的發(fā)文量排名第一的是中國科學院，為159篇，排名第二的是悉尼科技大學（57篇），第三是湖南大學（56篇）。由表3數(shù)據(jù)可知，前5名的發(fā)文機構中，來自中國的機構占多數(shù)，表明中國科研機構重視磁性材料在重金屬修復領域的研究，具備一定的科研基礎，并且在該領域作出了一定的貢獻。

2.2 研究熱點

關鍵詞是對每一篇論文核心內(nèi)容的概括，對不同文章選用的關鍵詞進行分析，可以總結出該階段的研究熱點[13]。運行CiteSpace軟件，繪制關鍵詞共現(xiàn)圖譜如圖1所示。為了使關鍵詞共現(xiàn)圖更準確，對absorbents、absorbent和heavy metal、heavy metals及water、water treatment等意思重復關鍵詞進行合并。由圖1可知，磁性材料在重金屬修復領域，除了“重金屬（heavy metals）”“磁性生物炭（magnetic biochar）”“去除（removal）”為檢索的關鍵詞外，其余的關鍵詞主要代表了磁性材料在重金屬修復領域的對象和方法。如“water treatment（水處理）”“waste water（廢水）”“aqueous solution（水溶液）”等關鍵詞顯示出磁性材料在重金屬修復領域的應用主要集中在水環(huán)境領域；“磁性生物炭”“活性炭”“吸附劑”“吸附”“生物吸附”“納米粒子”等關鍵詞揭示了磁性材料用于重金屬修復的主要技術手段；“heavy metal（重金屬）” “六價鉻（hexavalent chromium）”等關鍵詞顯示了重金屬修復主要的污染物種類。

學術領域的動態(tài)特征由文獻引用的增強來表示，這些增強功能稱為“突現(xiàn)詞”，突現(xiàn)詞確定了研究熱點。因此，學者和利益相關者可以通過調(diào)查突現(xiàn)詞中的時間趨勢來確定特定時間點的核心研究主題或領域，相關領域和主題的強度和暴發(fā)持續(xù)時間各不相同，其研究內(nèi)容不斷發(fā)展和變化[13]。

由表4可知，“磁性材料（magnetic materials）” 突現(xiàn)強度為8.85，高于其他突現(xiàn)詞，是最早出現(xiàn)的突現(xiàn)詞，表明在較長一段時間內(nèi)，磁性材料保持一定的研究熱度。2012年間的突現(xiàn)詞有2個，分別為“土壤（soil）”和“磁性納米粒子（magnetic nanoparticles）”，表明該時間段對土壤重金屬污染和磁性納米材料用于廢水中重金屬的去除關注較多。2019年的突現(xiàn)詞有2個，分別為“功能性生物炭（functionalized biochar）”“磁性復合材料（magnetic composites）”，表明這一階段對功能性生物炭和磁性復合材料的研究受到了廣泛的關注。

2.3 研究趨勢

為了探索磁性材料在重金屬修復領域應用領域的主要主題，對文獻共同引用網(wǎng)絡進行聚類分析，聚類標簽是基于對數(shù)似然比（LLR）算法生成的，此方法能夠直觀地展示聚類主題的演進關系[10，14]。運用CiteSpace軟件繪制了關鍵詞聚類時間線圖，選擇5個聚類主題如圖2所示。

聚類指標圖譜模塊值（modularity，Q）一般在0～1，值越大說明聚類效果越好，圖2中Q為0.444 8，表明聚類效果良好。平均輪廓值（mean silhouette，S）gt;0.5，表明聚類是合理的，Sgt;0.7時，聚類結果是可信的[14]。圖2中S=0.737 1，表明聚類結果是可信的。磁性材料在重金屬修復領域應用研究的各聚類持續(xù)期各不相同。對比分析可以發(fā)現(xiàn)，磁性復合材料、土壤修復和重金屬3個聚類的研究時間持續(xù)較長，其余聚類主要在2012年以后研究比較集中。根據(jù)關鍵詞共現(xiàn)圖（圖1）以及聚類分析的結果（圖2），將磁性材料在重金屬修復領域應用的研究熱點進一步總結為以下3個研究方向：磁性納米復合材料用于去除重金屬、磁性生物炭在重金屬領域修復中的應用和磁性材料的回收。

3 結論與討論

本文以磁性材料在重金屬修復領域的研究文獻計量數(shù)據(jù)為基礎，對2008—2022年WOS數(shù)據(jù)庫收錄的相關文獻進行分析，結果表明：該領域研究目前處于增長階段，中國、美國和韓國在該領域發(fā)文較多；高產(chǎn)作者主要有Zang Y、Liu Y和Wang Y等人；主要研究機構前3名分別為中國科學院、悉尼科技大學和湖南大學。通過對時間線圖和關鍵詞共現(xiàn)圖的分析，將近15年磁性材料在重金屬修復領域應用的研究熱點總結為磁性納米復合材料用于重金屬的去除、磁性生物炭在重金屬領域修復中的應用以及磁性材料的回收。本研究將有助于了解磁性材料在重金屬修復領域應用的研究方向、研究熱點和最新動態(tài)。

未來磁性材料在重金屬修復領域研究的重點方向：第一，磁性納米顆粒的整體成本效益比非常高，成為工業(yè)規(guī)模利用的重大障礙，因此研究如何降低磁性納米材料的應用成本以及磁性納米材料的可重復使用性具有重要意義；第二，盡管現(xiàn)有的研究豐富了磁性生物炭的理論和應用，但是磁性生物炭潛在的環(huán)境風險已然不容忽視，土壤中的磁性生物炭是否會對土壤生物群落、土壤組成、磁性生物炭與重金屬的結合機理等產(chǎn)生一定影響仍有待研究，其在土壤中的遷移行為對土壤微生物的長期效應也亟須深入研究[15]；第三，再生磁性生物炭的吸附能力下降嚴重，因此如何確保磁性生物炭再生后的吸附活性是今后的研究重點。

參考文獻

[1] HUANG M，ZHU Y，LI Z W，et al. Compost as a soil amendment to remediate heavy metal-contaminated agricultural soil：mechanisms，efficacy，problems，and strategies[J]. Water，air，amp; soil pollution，2016，227（10）：1-18.

[2] KUMPIENE J，LAGERKVIST A，MAURICE C. Stabilization of As，Cr，Cu，Pb and Zn in soil using amendments：a review[J]. Waste management，2008，28（1）：215-225.

[3] LI Z，JIA M Y，WU L H，et al. Changes in metal availability，desorption kinetics and speciation in contaminated soils during repeated phytoextraction with the Zn/Cd hyperaccumulator Sedum plumbizincicola[J]. Environmental pollution，2016，209：123-131.

[4] YAN H，LI H J，TAO X，et al. Rapid removal and separation of iron（II） and manganese（II） from micropolluted water using magnetic graphene oxide[J]. ACS applied materials amp; interfaces，2014，6（12）：9871-9880.

[5] SALEEM J，BIN SHAHID U，HIJAB M，et al. Production and applications of activated carbons as adsorbents from olive stones[J]. Biomass conversion and biorefinery，2019，9（4）：775-802.

[6] WANG D J，SALEH N B，SUN W J，et al. Next-generation multifunctional carbon-metal nanohybrids for energy and environmental applications[J]. Environmental science amp; technology，2019，53（13）：7265-7287.

[7] FATO T P，LI D W，ZHAO L J，et al. Simultaneous removal of multiple heavy metal ions from river water using ultrafine mesoporous magnetite nanoparticles[J]. American chemical society，2019，4（4）：7543-7549.

[8] RIVERA F L，PALOMARES F J，HERRASTI P，et al. Improvement in heavy metal removal from wastewater using an external magnetic inductor[J]. Nanomaterials，2019，9（11）：1508.

[9] CHEN C M. Science mapping：a systematic review of the literature[J]. Journal of data and information science，2017，2（2）：1-40.

[10] 何雪，李威，劉克. 2000—2020年我國鎘吸附-解吸的文獻計量研究：基于CiteSpace的計量分析[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2021，49（8）：240-245.

[11] 陳悅，陳超美，劉則淵，等. CiteSpace知識圖譜的方法論功能[J]. 科學學研究，2015，33（2）：242-253.

[12] 曹文杰，趙瑞瑩. 國際農(nóng)業(yè)面源污染研究演進與前沿：基于CiteSpace的量化分析[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2019，33（7）：1-9.

[13] 張春博，丁堃，曲昭，等. 基于文獻計量的我國創(chuàng)新驅(qū)動研究述評[J]. 科技進步與對策，2015，32（9）：152-160.

[14] 張倩茹，冀琳宇，高程程，等. 改性生物炭的制備及其在環(huán)境修復中的應用[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2021，40（5）：913-925.

[15] 串麗敏，鄭懷國，趙同科，等. 基于Web of Science數(shù)據(jù)庫的土壤污染修復領域發(fā)展態(tài)勢分析[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2016，35（1）：12-20.

（責編：王 菁）