劉 健,蔣惠夢,秦志嬌,王祖武

(武漢大學資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079)

二氧化硫(SO2)是大氣的主要污染物之一，排放到大氣中會產生硫酸酸霧或硫酸鹽氣溶膠，最終與水汽結合形成酸雨，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持續(xù)[2-3]。我國最新頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》(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]，這些標準的出臺與實施對我國硫的排放控制提出了新目標與挑戰(zhàn)。

目前，國內外脫硫領域研究的文獻數量增長迅速，但基于文獻計量學方法分析脫硫領域的研究現狀及其發(fā)展趨勢的文獻尚未見報道。文獻計量學是一門通過數學和統計學手段定量分析一切知識載體的交叉學科[7]，它借助一系列的量化指標，主要用發(fā)文和引用及其相關的特征數來評價和預測科學技術的研究現狀及其發(fā)展趨勢[8]。本文基于SCIE數據庫，采用文獻計量學方法，全面統計與分析了1991—2015年全球發(fā)表的脫硫領域研究的SCI文獻，并基于數據統計結果對未來脫硫領域的研究熱點做出前瞻性預測，以為環(huán)保工作者掌握脫硫領域研究發(fā)展的現狀和趨勢、確定未來的研究方向提供參考。

1 數據來源與研究方法

本文的數據來源于美國科學信息研究所(Institute for Scientific Information,ISI)的SCIE數據庫，它是國際上公認進行科學統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等關鍵詞)為主題進行檢索，并下載1991—2015年間全球發(fā)表的脫硫領域研究的SCI文獻。本次文獻引用次數的統計截止日期為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，而中國包括大陸、香港、澳門和臺灣地區(qū)的文獻[11-13]。本文應用Microsoft Excel、ArcGIS[14-15]等軟件工具，對脫硫領域研究的SCI文獻數量的增長趨勢、中美文獻的對比、文獻的期刊分布、文獻的國家分布及國際合作、文獻的研究機構、文獻的高被引論文及文獻的關鍵詞進行了統計與分析。

2 研究結果與分析

2. 1 文獻數量的增長趨勢分析

經統計分析，在1991—2015年間全球發(fā)表的以脫硫為主題的SCI文獻總計為10 437篇。其中，研究論文(article)8 891篇，占總發(fā)文數量的85%，是最常采用的文獻形式；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。

根據文獻計量學理論，將某一學科的文獻數量按年代分布，能大致反映相關學科的時代發(fā)展情況[16-17]。圖1為1991—2015年全球脫硫主題SCI文獻數量的增長趨勢圖。

圖1 1991—2015年全球發(fā)表的脫硫主題SCI文獻數量的增長趨勢圖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文獻數量從167篇增至258篇，增長趨勢較緩和；而2001—2015年間，年度SCI文獻數量從274篇增至929篇，增長速度極快，說明21世紀以來脫硫領域的研究飛速發(fā)展。

21世紀以來，隨著全球大氣環(huán)境質量的惡化以及人類對清潔能源的迫切需求，國際社會對空氣質量形成了廣泛關注，脫硫領域研究已經成為全球范圍內的研究熱點。1991—2015年這25年來，全球脫硫領域研究相關的SCI文獻數量迅猛增加，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域SCI文獻數量的增長趨勢，可預計到2020年時年度脫硫領域研究的SCI文獻將達到1 442篇。

2. 2 中美文獻的對比分析

本文對1991—2015年間中國與美國脫硫領域研究的SCI文獻數量及其變化趨勢進行了對比分析，其結果見圖2。

圖2 1991—2015年中美發(fā)表的脫硫主題SCI文獻數量對比圖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)表的脫硫領域研究的SCI文獻的數量基本保持不變，穩(wěn)定在年均50篇左右；2000年以前，中國發(fā)表的脫硫領域研究的SCI文獻的數量幾乎為零，但從2001年開始，SCI文獻的數量飛速增長，至2005年時SCI文獻的數量已經超過美國，此后仍然保持高速增長，截至2015年中國每年發(fā)表的脫硫領域研究的SCI文獻數量已達到372篇。結合圖1分析可知，2015年全球發(fā)表的脫硫領域研究的SCI文獻數量為929篇，其中中國發(fā)表了372篇，占總發(fā)文數量的40.04%。在脫硫領域研究中，美國20世紀中后期已進入成熟階段，因此整體上其脫硫領域研究的SCI文獻總量保持穩(wěn)定；中國自20世紀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，此后脫硫領域成為環(huán)境領域的研究熱門，促進了中國脫硫領域研究的SCI文獻數量的飛速增長。

對比1991—2015年中國脫硫主題SCI文獻數量與SO2年均排放量圖(見圖3)可見，2006—2015年間中國脫硫主題SCI文獻的數量增長迅速，年增長速率達18.88%，遠高于世界平均水平;中國SO2年均排放量呈現顯著的下降趨勢，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重，相應地中國在脫硫領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文獻的數量迅速增長；而新的脫硫技術被應用到工程實際中，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文獻數量與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 文獻的期刊分布分析

1991—2015年間，本次共檢索到的10 437篇脫硫領域研究的SCI文獻發(fā)表在1 141種期刊上，表1列出了發(fā)表的脫硫主題SCI文獻數量排名前十位的期刊及其相關統計數據。

表1 1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻數量排名前十位的期刊及其相關統計數據

注：TP為文獻數量(篇)，占比表示占總發(fā)文數量的百分比(%)；TC為總被引次數(次)；TC/TP為平均每篇文獻被引次數；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文獻的數量共2 463篇，占總發(fā)文數量的23.6%，平均每篇文獻的被引次數達24.7次，遠高于這十種期刊的平均影響因子(4.103)，這說明脫硫主題SCI文獻在這些期刊中占據重要的地位和影響力；其中Fuel、Industrial&EngineeringChemistryResearch、Energy&Fuels期刊的發(fā)文量領先于其他期刊。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域研究中具有重要的影響；此外，從這十種期刊的學科相關領域可知，脫硫研究主要與能源、燃料以及化學領域密切相關，前十種期刊中CatalysisToday、AppliedCatalysisA-General、JournalofCatalysis發(fā)表的脫硫主題SCI文獻均與脫硫催化劑相關，且脫硫主題SCI文獻在這些期刊中的被引次數分別為50.9次、32.8次和45.3次，說明脫硫催化劑在脫硫領域研究中占據重要地位?？梢?，研究制備高效、穩(wěn)定的脫硫催化劑已成為脫硫領域研究的熱點。

2. 4 文獻的地區(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)分布范圍明顯擴大。圖4為1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻數量的國家分布圖。其中，顏色表示該地區(qū)發(fā)表的脫硫主題SCI文獻范圍數量，顏色越深代表該國家發(fā)表的脫硫主題SCI文獻的數量越多。

圖4 1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻數量的國家分布圖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，表明對應區(qū)域的國家發(fā)表的脫硫主題SCI文獻的數量較多；由于區(qū)域經濟發(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文獻數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文獻數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文獻數量排名前十位的國家共發(fā)表脫硫主題SCI文獻數量達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文獻的數量為2 813篇，占總發(fā)文數量的26.95%，是發(fā)表的脫硫主題SCI文獻數量排名第一的國家，而排名第二、第三的國家(美國、日本)的SCI文獻數量分別為1 871篇和1 190篇，兩個國家SCI文獻數量的總和與中國的SCI文獻數量差不多，這表明在脫硫領域的研究中中國的研究力度遠超過其他國家。分析原因認為：雖然我國脫硫領域的研究起步較晚，21世紀之前脫硫領域相關研究的SCI文獻數量幾乎為零，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文獻單篇平均被引次數排名第一的國家是美國，達22.1次，遠高于其他國家，其次是日本和法國；由單一國家獨立完成和合作完成的SCI文獻的比例為81.1%和28.9%，表明目前脫硫領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，其脫硫領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域獨立研究的能力不強；中國發(fā)表的脫硫主題SCI文獻數量排名第一，但單篇平均被引次數只有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數量不多，文獻質量還有待進一步的提高。

2. 5 文獻的研究機構分析

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

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

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

2. 6 文獻的高被引論文分析

被引次數是衡量學術論文的學術影響力和研究水平的一項重要指標[19-20]。表3為1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻被引次數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文獻被引次數排名前十位的高被引論文，總被引次數為7 442次，分布在8種期刊上；其中被引次數最高的前三篇論文發(fā)表在CatalysisToday和Fuel上，被引次數高達千次，表明了其在脫硫領域研究中具有很高的研究水平和重要影響力。其中，FuelProcessingTechnology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狀，表明燃煤電廠汞的脫除控制得到了廣泛的關注，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，分析認為20世紀中期在日本熊本縣出現的“水俁病”實際上就是汞污染導致的，而煤炭燃燒排放大量的汞進入大氣中參與生態(tài)循環(huán)，會造成嚴重的危害；另外9篇論文是關于石油、汽油、柴油等燃料的硫脫除研究，對比傳統的燃煤電廠脫硫，由于石油等燃料成分復雜、脫硫難度大，其脫硫研究一直是科研人員關注的熱點，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文獻被引次數排名前十位的高被引論文

2. 7 文獻的關鍵詞分析

通過文獻關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文獻中統計分析得到共計有23 977個關鍵詞。表4為1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻中出現次數最高的30個關鍵詞。

由表4可知：與脫硫研究有直接聯系的關鍵詞如脫硫(desulfurization)、硫(sulfur)、SO2等均在SCI文獻30個主要關鍵詞中；從研究對象的發(fā)展趨勢看，diesel fuel(柴油)、gasoline(汽油)、oil(石油)等關鍵詞在文獻中出現的頻次呈現穩(wěn)步增長的趨勢，而coal(煤炭)關鍵詞出現的頻次則有逐步下降的趨勢，表明全球范圍內脫硫領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，而與煤炭燃燒有關的火電廠煙氣脫硫技術趨于成熟，呈現穩(wěn)定的發(fā)展趨勢；dibenzothiophene(二苯并噻吩)和thiophene(噻吩)關鍵詞分別排名在SCI文獻中關鍵詞出現總次數的第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，更加說明了石油脫硫的研究熱度；深度脫硫(deep desulfucization)關鍵詞在20世紀90年代排名在SCI文獻中關鍵詞出現總次數的第100位左右，并不是脫硫領域的研究重點，但是從2000年起快速跨越至第9位，2006年以后一直保持在SCI文獻中關鍵詞出現總次數的第2位,表明21世紀以來，隨著脫硫技術的成熟和硫排放標準的愈加嚴格，促使原有的粗脫硫方式進一步轉變，深度脫硫、零硫排放成為新的研究熱點和目標。

表4 1991—2015年發(fā)表的脫硫主題SCI文獻中出現次數最高的30個關鍵詞

注：↑表示排名上升，↓表示排名下降。

3 結 論

本文采用文獻計量學方法對1991—2015年全球發(fā)表的10 437篇脫硫領域研究的SCI文獻進行了統計與分析，并從文獻數量的增長趨勢、中美文獻的對比、文獻的期刊分布、文獻的地區(qū)分布及國際合作、文獻的研究機構、文獻的高被引論文和文獻的關鍵詞角度，分析了脫硫領域的研究現狀及其發(fā)展趨勢。結果表明：25年來脫硫領域的研究發(fā)展迅速，SCI文獻數量快速穩(wěn)定地增長；21世紀以來中國發(fā)表的脫硫主題SCI文獻數量飛速增長，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、燃料和化學等領域；參與脫硫領域研究的地區(qū)分布呈現出擴大化的趨勢，主要位于北美、西歐、東亞和南亞4個區(qū)域；脫硫領域的研究機構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，中國對脫硫領域研究的投入力度穩(wěn)居世界前列，發(fā)表的SCI文獻數量位居世界第一，但單篇平均被引次數較低，論文的質量還有待進一步提高；通過文獻的關鍵詞和高被引論文分析，預測催化劑脫硫、石油燃料脫硫和深度脫硫是脫硫領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前的研究熱門。

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