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      基于知識(shí)圖譜的燃煤電廠與汞研究態(tài)勢(shì)分析

      2021-04-06 02:13巢文軍宗玉婷
      綠色科技 2021年4期
      關(guān)鍵詞:華中科技大學(xué)象限燃煤

      巢文軍,韓 春,宗玉婷

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

      1 引言

      汞是劇毒重金屬元素[1],常溫液態(tài)極易蒸發(fā),具持久性、長(zhǎng)距遷移和生物蓄積性,在環(huán)境中能轉(zhuǎn)為甲基汞等毒性極強(qiáng)的汞化合物,通過(guò)食物鏈逐級(jí)累積和生物放大。更嚴(yán)重的是,汞是金屬中唯一能以氣態(tài)形式長(zhǎng)距傳輸和沉降轉(zhuǎn)化的全球性污染物,即便是遠(yuǎn)離污染源的低密集活動(dòng)地區(qū)乃至人跡罕至區(qū)域,也可能遭受跨界汞污染問(wèn)題[2]。

      中國(guó)是汞的消費(fèi)和排放大國(guó),燃煤電廠是2017年8月對(duì)中國(guó)生效的國(guó)際 《汞公約》的大氣重點(diǎn)管控源[3]。本研究選取全球權(quán)威的綜合學(xué)科高質(zhì)量核心期刊及會(huì)議文獻(xiàn)檢索工具Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源,運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法和知識(shí)圖譜可視化軟件[4],挖掘展示燃煤電廠與汞相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,分析推演其發(fā)展趨勢(shì)及前沿態(tài)勢(shì),可為科研和管理?yè)Q上全新的廣角鏡頭掃描全景,以期為我國(guó)更好地控制汞污染與履行國(guó)際汞公約提供借鑒及參考。

      2 材料與方法

      本研究首選Web of Science(以下簡(jiǎn)稱WoS)的所有數(shù)據(jù)庫(kù),輸入主題關(guān)鍵詞Coal-fired Power Plants與Mercury,年份限制為1990~2019年,設(shè)定文獻(xiàn)類型為ARTICLE、MEETING、REVIEW,再?gòu)幕緳z索結(jié)果中選擇精煉數(shù)據(jù)庫(kù)Web of Science核心合集,獲得935篇文獻(xiàn)數(shù)據(jù)作為研究樣本。然后應(yīng)用WoS的統(tǒng)計(jì)分析功能,綜合VOSViewer和CiteSpace知識(shí)圖譜軟件,對(duì)樣本數(shù)據(jù)從文獻(xiàn)增長(zhǎng)、主題演化、國(guó)家和機(jī)構(gòu)分布及比較等特征量進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量和可視化作圖,并進(jìn)行內(nèi)容分析和綜合評(píng)判。

      3 結(jié)果與分析

      3.1 文獻(xiàn)增長(zhǎng)的時(shí)間變化分析

      文獻(xiàn)年度分布能夠反映該領(lǐng)域研究的發(fā)展速度和受關(guān)注程度,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析有助于整體把握發(fā)展態(tài)勢(shì)和劃分階段開展研究。根據(jù)篩選出的1990~2019年有關(guān)燃煤電廠與汞研究的SCIE、SSCI、AHCI、ESCI論文總量935篇,計(jì)算年均發(fā)文30.8篇,分析文獻(xiàn)年度變化及其在樣本總量中所占比例。由圖1可知,全球有關(guān)燃煤電廠與汞研究的文獻(xiàn)數(shù)量自1990年起不斷增加,該領(lǐng)域關(guān)注度目前保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)量的年度變化并結(jié)合研究發(fā)展趨勢(shì),劃分為三個(gè)階段:第一階段是起步萌芽期(1990~1999年),文獻(xiàn)數(shù)量稀少零散,研究呈現(xiàn)非系統(tǒng)化特征;第二階段是成長(zhǎng)爆發(fā)期(2000~2009年),文獻(xiàn)數(shù)量突現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng),研究?jī)?nèi)容逐步擴(kuò)大充實(shí);第三階段是增長(zhǎng)積累期(2010~2019年),文獻(xiàn)保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),熱點(diǎn)持續(xù)穩(wěn)定,研究?jī)?nèi)容不斷深化拓寬。經(jīng)統(tǒng)計(jì)在2010~2019年的這10年間共發(fā)文613篇,占30年發(fā)文總量的65.6%,處于文獻(xiàn)成果穩(wěn)定增長(zhǎng)的相對(duì)高產(chǎn)階段。

      圖1 1990~2019年燃煤電廠與汞研究領(lǐng)域 WoS數(shù)據(jù)庫(kù)論文年發(fā)文量及年度占比

      3.2 研究主題跟蹤分析

      3.2.1 主題關(guān)鍵詞共線分析

      研究文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞共現(xiàn)并進(jìn)行聚類分析,可以對(duì)熱點(diǎn)主題進(jìn)行定量研究并將其歸類。將樣本數(shù)據(jù)導(dǎo)入VOSviewer軟件選擇共詞分析,去重后篩選出59個(gè)主題關(guān)鍵詞制成圖譜,見(jiàn)圖2。依據(jù)詞性緊密程度分成3個(gè)聚類標(biāo)識(shí)不同顏色,節(jié)點(diǎn)大小表征頻次高低,之間連線表示共現(xiàn)關(guān)系。其中節(jié)點(diǎn)大,連線多,則研究主題熱度高;連線粗,則關(guān)聯(lián)共現(xiàn)機(jī)會(huì)多。由圖可見(jiàn),汞、形態(tài)、氧化、燃燒、排放、元素汞、去除、煙氣、吸附、飛灰為高頻關(guān)鍵詞,是主要研究方向和連續(xù)關(guān)注熱點(diǎn)。

      圖2 1990~2019年燃煤電廠與汞研究關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)可視化聚類分析

      3.2.2 主題變遷與演化路徑

      前沿?zé)狳c(diǎn)主題,可突出呈現(xiàn)為研究文獻(xiàn)和引文數(shù)量加速增長(zhǎng)且學(xué)術(shù)輻射力急速增強(qiáng)的態(tài)勢(shì)。本研究基于成果產(chǎn)出動(dòng)態(tài)特征,著重運(yùn)用Citespace的關(guān)鍵詞突現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能[5],導(dǎo)出突現(xiàn)性強(qiáng)的11個(gè)突現(xiàn)關(guān)鍵詞(表1),定量歸納熱點(diǎn)主題的變化趨勢(shì)及前沿方向,為研究和管理提供指引。

      汞中毒首先是1953年日本漁村發(fā)現(xiàn)水俁病而在20世紀(jì)50~60年代從水產(chǎn)品開始受到關(guān)注,但1998年前都是零星分散的少量研究。由表1可見(jiàn),自1998~2005對(duì)燃煤電廠與汞的研究開始增加,2003~2010主要是汞的污染控制研究,其中2004~2007年關(guān)注汞沉積,2006~2010年關(guān)注汞的輸送效應(yīng)。2007~2011年開始汞形態(tài)研究,2009~2013年關(guān)注其中的硒,2013~2015年焦點(diǎn)是重金屬,2017~2019年是煙氣脫硫和減排的影響,其中2018~2019年熱點(diǎn)是有害微量元素和氣體汞形態(tài)。

      表1 引用突發(fā)最強(qiáng)的前11個(gè)關(guān)鍵詞

      3.3 主要國(guó)家、科研機(jī)構(gòu)的研究實(shí)力分布與比較

      3.3.1 國(guó)家研究實(shí)力分布

      WoS數(shù)據(jù)庫(kù)覆蓋了全世界SCIE、SSCI、AHCI、ESC等最重要期刊和高影響力研究成果,科學(xué)界將被收錄科技論文數(shù)量視為衡量一國(guó)研究水平和科技力量的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。圖3是1990~2019年發(fā)文量排名Top10國(guó)家,其中8個(gè)是發(fā)達(dá)國(guó)家,僅中國(guó)和波蘭是發(fā)展中國(guó)家。統(tǒng)計(jì)顯示1990~2019年間發(fā)文量大于100篇的只有2個(gè)國(guó)家,美國(guó)364篇居第一位,中國(guó)344篇排第二。但是2013年和2015~2019年中國(guó)的發(fā)文量都超過(guò)美國(guó),表明我國(guó)對(duì)此研究越來(lái)越重視,以及控制燃煤電廠汞排放和履約國(guó)際汞公約的急迫性。

      3.3.2 機(jī)構(gòu)論文數(shù)量分析

      由圖4可見(jiàn)在1990~2019年間發(fā)文量Top10機(jī)構(gòu),分屬4個(gè)國(guó)家,只有中國(guó)是發(fā)展中國(guó)家,其余3個(gè)為發(fā)達(dá)國(guó)家。具體為中國(guó)5家(華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、東南大學(xué))占Top10機(jī)構(gòu)發(fā)文總量的比例高達(dá)69.6%;美國(guó)3家(能源部、西肯塔基大學(xué)、環(huán)保署)占比16.7%;還有加拿大阿爾伯塔大學(xué)和韓國(guó)延世大學(xué),分別占比8.4 %和5.3%。

      從年度分布變化來(lái)看,在1990~2019年期間排名前四位的機(jī)構(gòu)是華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、美國(guó)能源部、清華大學(xué);而到2010~2019年的近10年里,華中科技大學(xué)和華北電力大學(xué)的發(fā)文量一直穩(wěn)居全球第一和第二位,美國(guó)能源部、美國(guó)環(huán)保署、韓國(guó)延世大學(xué)跌出機(jī)構(gòu)Top10,被中國(guó)的上海電力大學(xué)、浙江大學(xué)、中南大學(xué)取代,表明近10年里以華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、清華大學(xué)等為代表的中國(guó)機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量和科研水平處于前沿地位。

      圖3 1990~2019年燃煤電廠與汞研究領(lǐng)域發(fā)文量Top10國(guó)家排名

      3.3.3 研究實(shí)力的四象限圖比較

      論文篇數(shù)是反映國(guó)家/機(jī)構(gòu)關(guān)注度的數(shù)量指標(biāo),被引頻次是反映論文水平的質(zhì)量指標(biāo),H指數(shù)是評(píng)價(jià)科研論文績(jī)效的綜合性指標(biāo),3項(xiàng)指標(biāo)聯(lián)合運(yùn)用可綜合評(píng)判成果產(chǎn)出數(shù)量、質(zhì)量和學(xué)術(shù)影響力。本研究以1990~2019年該領(lǐng)域的國(guó)家/機(jī)構(gòu)論文篇數(shù)為橫軸,以篇均被引頻次為縱軸,兩者分別以均值為軸中心點(diǎn),建立研究力量評(píng)價(jià)的坐標(biāo)體系,同時(shí)設(shè)置圓點(diǎn)大小來(lái)表征論文的H指數(shù)高低[6]。

      圖4 1990~2019年燃煤電廠與汞研究領(lǐng)域發(fā)文量Top10機(jī)構(gòu)排名

      從圖5的國(guó)家層面分析,第1象限的美國(guó)其發(fā)文的數(shù)量和質(zhì)量都高于均值,H指數(shù)最大,領(lǐng)域?qū)W術(shù)影響力較高;第2象限的加拿大、韓國(guó)、西班牙、日本和德國(guó)發(fā)文量雖低于均值,但論文質(zhì)量較高,篇均被引高于均值;第3象限的英國(guó)、澳大利亞和波蘭的發(fā)文數(shù)量有待增加、論文質(zhì)量有待提升;第4象限的中國(guó)雖然發(fā)文總數(shù)居第2位,但篇均被引稍低于均值,其H指數(shù)較高與發(fā)文量較大有關(guān)。

      圖5 1990~2019年燃煤電廠與汞研究領(lǐng)域發(fā)文量Top10國(guó)家研究實(shí)力比較

      從圖6的機(jī)構(gòu)層面分析,第1象限的清華大學(xué)、美國(guó)能源部其論文數(shù)量、質(zhì)量都超過(guò)均值,H指數(shù)顯著高于其余8個(gè)機(jī)構(gòu);第2象限的中國(guó)科學(xué)院、加拿大阿爾伯塔大學(xué)、韓國(guó)延世大學(xué)篇均被引頻次高于均值,論文質(zhì)量較高;第3象限的美國(guó)環(huán)保署、中國(guó)東南大學(xué)被引較少,逐步邊緣;第4象限的華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、美國(guó)西肯塔基大學(xué)發(fā)文量高于均值,質(zhì)量仍有待提升。

      3.4 高影響力文獻(xiàn)

      論文被引頻次既是獲得學(xué)術(shù)認(rèn)可、衡量影響力的標(biāo)志,也是挖掘前沿?zé)狳c(diǎn)、追蹤發(fā)展動(dòng)向的指標(biāo)。通過(guò)檢索WoS數(shù)據(jù)庫(kù)樣本的被引頻次后降序排列,查找1990-2019年燃煤電廠與汞研究的Top10高影響力文獻(xiàn)。

      圖6 1990~2019年燃煤電廠與汞研究領(lǐng)域發(fā)文量Top10機(jī)構(gòu)研究實(shí)力比較

      從第一作者的國(guó)家來(lái)源分析,7篇來(lái)自發(fā)達(dá)國(guó)家(美國(guó)5篇,荷蘭和加拿大各1篇),另外中國(guó)2篇、印度1篇;從期刊來(lái)源分析,主要發(fā)表于7種期刊,其中Fuel Processing Technology和Environmental Science & Technology分別載文3篇和2篇,其余5篇發(fā)表于另外5種不同刊物;從發(fā)表時(shí)間分析,2篇發(fā)表于2010年,8篇散布于1994~2015年間。其中被引頻次居首位的是美國(guó)人Pavlish JH于2003年發(fā)表在Fuel Processing Technology上題為Status review of mercury control options for coal-fired power plants的論文,被引達(dá)741次。

      4 結(jié)論與展望

      綜合文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)和圖譜分析,對(duì)燃煤電廠與汞的研究自1998年后增加,2003~2010年主要是汞的沉積與輸送等污染控制研究,2011年后開始關(guān)注汞形態(tài)和重金屬,2017~2019年是注重?zé)煔饷摿?、減排的影響和有害微量元素。近來(lái)全球有關(guān)燃煤電廠與汞的研究進(jìn)入穩(wěn)步增長(zhǎng)、高產(chǎn)積累態(tài)勢(shì),研究熱點(diǎn)集中于汞、形態(tài)、氧化、燃燒、排放、元素汞、去除、煙氣、吸附、飛灰等關(guān)鍵詞。

      在該領(lǐng)域內(nèi),美國(guó)和中國(guó)累計(jì)發(fā)文量位列第一、第二。尤其近10年來(lái),中國(guó)以華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)等為代表的機(jī)構(gòu)發(fā)文量增長(zhǎng)最快,尤以清華大學(xué)發(fā)文量大、被引高且在該領(lǐng)域內(nèi)研究屬頂尖水平。但展望未來(lái),在新的國(guó)內(nèi)和國(guó)際形勢(shì)下,我國(guó)作為汞排放大國(guó),防控形勢(shì)復(fù)雜嚴(yán)峻,國(guó)際汞公約履約與成效評(píng)估仍任重而道遠(yuǎn)。

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