基于文献计量学的脱硫领域研究现状及趋势分析

刘 健,蒋惠梦,秦志娇,王祖武

(武汉大学资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079)

二氧化硫(SO2)是大气的主要污染物之一，排放到大气中会产生硫酸酸雾或硫酸盐气溶胶，最终与水汽结合形成酸雨，造成土壤酸化、危害人体健康等问题[1]。煤炭作为火电厂主要的发电燃料，燃烧后排放的烟气中含有大量的SO2。我国能源主体是煤炭，每年煤炭消耗量占一次能源的70%左右，且这种情况将在今后很长一段时间内持续[2-3]。我国最新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223—2011)中将火力发电新建项目燃煤锅炉的SO2排放浓度限值从200 mg/m3提高至100 mg/m3，其中重点地区火力发电锅炉的SO2排放浓度限值为50 mg/m3[4-6]，这些标准的出台与实施对我国硫的排放控制提出了新目标与挑战。

目前，国内外脱硫领域研究的文献数量增长迅速，但基于文献计量学方法分析脱硫领域的研究现状及其发展趋势的文献尚未见报道。文献计量学是一门通过数学和统计学手段定量分析一切知识载体的交叉学科[7]，它借助一系列的量化指标，主要用发文和引用及其相关的特征数来评价和预测科学技术的研究现状及其发展趋势[8]。本文基于SCIE数据库，采用文献计量学方法，全面统计与分析了1991—2015年全球发表的脱硫领域研究的SCI文献，并基于数据统计结果对未来脱硫领域的研究热点做出前瞻性预测，以为环保工作者掌握脱硫领域研究发展的现状和趋势、确定未来的研究方向提供参考。

1 数据来源与研究方法

本文的数据来源于美国科学信息研究所(Institute for Scientific Information,ISI)的SCIE数据库，它是国际上公认进行科学统计评价的主要检索工具[9-10]。以“desulfuriz*”或“desulphuriz*”(检索范围包括desulfurize、desulphurize、desulfurization、desulphurization、desulfurizing、desulphurizing等关键词)为主题进行检索，并下载1991—2015年间全球发表的脱硫领域研究的SCI文献。本次文献引用次数的统计截止日期为2018年1月1日。其中，英国(UK)包括英格兰、苏格兰、北爱尔兰和威尔士地区的文献，而中国包括大陆、香港、澳门和台湾地区的文献[11-13]。本文应用Microsoft Excel、ArcGIS[14-15]等软件工具，对脱硫领域研究的SCI文献数量的增长趋势、中美文献的对比、文献的期刊分布、文献的国家分布及国际合作、文献的研究机构、文献的高被引论文及文献的关键词进行了统计与分析。

2 研究结果与分析

2. 1 文献数量的增长趋势分析

经统计分析，在1991—2015年间全球发表的以脱硫为主题的SCI文献总计为10 437篇。其中，研究论文(article)8 891篇，占总发文数量的85%，是最常采用的文献形式；另有会议论文(proceedings paper)764篇，评论(review)304篇，其他类型论文(note、letter、correction)478篇。

根据文献计量学理论，将某一学科的文献数量按年代分布，能大致反映相关学科的时代发展情况[16-17]。图1为1991—2015年全球脱硫主题SCI文献数量的增长趋势图。

图1 1991—2015年全球发表的脱硫主题SCI文献数量的增长趋势图Fig.1 Growth trend of the nubmer of SCI global publications on desulfurization topic during 1991—2015

由图1可见：1991—2000年间，年度SCI文献数量从167篇增至258篇，增长趋势较缓和；而2001—2015年间，年度SCI文献数量从274篇增至929篇，增长速度极快，说明21世纪以来脱硫领域的研究飞速发展。

21世纪以来，随着全球大气环境质量的恶化以及人类对清洁能源的迫切需求，国际社会对空气质量形成了广泛关注，脱硫领域研究已经成为全球范围内的研究热点。1991—2015年这25年来，全球脱硫领域研究相关的SCI文献数量迅猛增加，由1991年仅有的167篇增长到2015年的929篇，增长了4.5倍。采用多项式模型拟合脱硫领域SCI文献数量的增长趋势，可预计到2020年时年度脱硫领域研究的SCI文献将达到1 442篇。

2. 2 中美文献的对比分析

本文对1991—2015年间中国与美国脱硫领域研究的SCI文献数量及其变化趋势进行了对比分析，其结果见图2。

图2 1991—2015年中美发表的脱硫主题SCI文献数量对比图Fig.2 Comparison of SCI publications between China and America on desulfurization topic during 1991—2015

由图2可见，25年间，美国发表的脱硫领域研究的SCI文献的数量基本保持不变，稳定在年均50篇左右；2000年以前，中国发表的脱硫领域研究的SCI文献的数量几乎为零，但从2001年开始，SCI文献的数量飞速增长，至2005年时SCI文献的数量已经超过美国，此后仍然保持高速增长，截至2015年中国每年发表的脱硫领域研究的SCI文献数量已达到372篇。结合图1分析可知，2015年全球发表的脱硫领域研究的SCI文献数量为929篇，其中中国发表了372篇，占总发文数量的40.04%。在脱硫领域研究中，美国20世纪中后期已进入成熟阶段，因此整体上其脱硫领域研究的SCI文献总量保持稳定；中国自20世纪90年代开始工业水平飞速发展，此时SO2排放量居高不下，直至21世纪初期SO2大量排放引发的大气污染问题(如酸雨)才引起政府和研究人员的广泛重视，此后脱硫领域成为环境领域的研究热门，促进了中国脱硫领域研究的SCI文献数量的飞速增长。

对比1991—2015年中国脱硫主题SCI文献数量与SO2年均排放量图(见图3)可见，2006—2015年间中国脱硫主题SCI文献的数量增长迅速，年增长速率达18.88%，远高于世界平均水平;中国SO2年均排放量呈现显著的下降趋势，从2006年最高值2 588万t下降至2015年最低值1 859万t。分析可能的原因是:随着SO2年均排放量的增加，大气污染情况日趋严重，相应地中国在脱硫领域投入的研究力度不断加大，促使中国发表的脱硫主题SCI文献的数量迅速增长；而新的脱硫技术被应用到工程实际中，又促使中国每年SO2排放量不断减少。

图3 1991—2015年发表的脱硫主题SCI文献数量与SO2年均排放量的变化趋势Fig.3 Growth trend of SCI publications on desulfuri-zation topic and SO2 emissions in China

2. 3 文献的期刊分布分析

1991—2015年间，本次共检索到的10 437篇脱硫领域研究的SCI文献发表在1 141种期刊上，表1列出了发表的脱硫主题SCI文献数量排名前十位的期刊及其相关统计数据。

表1 1991—2015年发表的脱硫主题SCI文献数量排名前十位的期刊及其相关统计数据

注：TP为文献数量(篇)，占比表示占总发文数量的百分比(%)；TC为总被引次数(次)；TC/TP为平均每篇文献被引次数；IF为期刊的影响因子，下同。

由表1可见，排名前十位的期刊发表脱硫主题SCI文献的数量共2 463篇，占总发文数量的23.6%，平均每篇文献的被引次数达24.7次，远高于这十种期刊的平均影响因子(4.103)，这说明脱硫主题SCI文献在这些期刊中占据重要的地位和影响力；其中Fuel、Industrial&EngineeringChemistryResearch、Energy&Fuels期刊的发文量领先于其他期刊。前十种期刊中JournalofCatalysis、ChemicalEngineeringJournal、JounalofHazardousMaterials的影响因子较高，说明这几种期刊在脱硫领域研究中具有重要的影响；此外，从这十种期刊的学科相关领域可知，脱硫研究主要与能源、燃料以及化学领域密切相关，前十种期刊中CatalysisToday、AppliedCatalysisA-General、JournalofCatalysis发表的脱硫主题SCI文献均与脱硫催化剂相关，且脱硫主题SCI文献在这些期刊中的被引次数分别为50.9次、32.8次和45.3次，说明脱硫催化剂在脱硫领域研究中占据重要地位。可见，研究制备高效、稳定的脱硫催化剂已成为脱硫领域研究的热点。

2. 4 文献的地区分布及国际合作分析

在1991—2015年间，1991年全球参与脱硫领域研究的国家仅有26个，到2015年增加至97个，地区分布范围明显扩大。图4为1991—2015年发表的脱硫主题SCI文献数量的国家分布图。其中，颜色表示该地区发表的脱硫主题SCI文献范围数量，颜色越深代表该国家发表的脱硫主题SCI文献的数量越多。

图4 1991—2015年发表的脱硫主题SCI文献数量的国家分布图Fig.4 World-wide geographic distribution of SCI publication number on desulfurization topic during 1991—2015

由图4可见，北美、西欧、东亚和南亚4块区域颜色较深，表明对应区域的国家发表的脱硫主题SCI文献的数量较多；由于区域经济发展和大气污染情况等原因，非洲和南美洲国家的脱硫研究相对较少。

1991—2015年发表的脱硫主题SCI文献数量排名前十位的国家见图5。

图5 1991—2015年发表的脱硫主题SCI文献数量排名前十位的国家Fig.5 Top 10 productive countries in SCI publication number on desulfurization topic during 1991—2015

1991—2015年发表的脱硫主题SCI文献数量排名前十位的国家共发表脱硫主题SCI文献数量达8 380篇，占总发文量的80.29%。其中，中国发表的脱硫主题SCI文献的数量为2 813篇，占总发文数量的26.95%，是发表的脱硫主题SCI文献数量排名第一的国家，而排名第二、第三的国家(美国、日本)的SCI文献数量分别为1 871篇和1 190篇，两个国家SCI文献数量的总和与中国的SCI文献数量差不多，这表明在脱硫领域的研究中中国的研究力度远超过其他国家。分析原因认为：虽然我国脱硫领域的研究起步较晚，21世纪之前脱硫领域相关研究的SCI文献数量几乎为零，但是近年来一直在飞速发展，而国外脱硫技术的发展已趋于成熟。

由图5可见：1991—2015年间发表的脱硫主题SCI文献单篇平均被引次数排名第一的国家是美国，达22.1次，远高于其他国家，其次是日本和法国；由单一国家独立完成和合作完成的SCI文献的比例为81.1%和28.9%，表明目前脱硫领域研究的国际合作具有一定的规模，但还不十分显著，需要开展更广泛的国际合作，而印度和波兰两个国家没有独立完成的脱硫主题SCI文献，其脱硫领域的研究均为与其他国家合作完成的，表明这两个国家在脱硫领域独立研究的能力不强；中国发表的脱硫主题SCI文献数量排名第一，但单篇平均被引次数只有10.8次，在排名前十位国家中仅位居第八，说明中国的高水平研究文献数量不多，文献质量还有待进一步的提高。

2. 5 文献的研究机构分析

表2为1991—2015年发表的脱硫主题SCI文献数量排名前二十位的研究机构。

表2 1991—2015年发表的脱硫主题SCI文献数量排名前二十位的研究机构

由表2可知:1991—2015年间发表的脱硫主题SCI文献数量排名前二十位的研究机构总共发表SCI文献数量2 123篇，占总发文数量的20.34%，其中中国科学院位居第一，发表了SCI文献328篇，占总发文数量的3.14%，紧随其后的是中国石油大学和华东理工大学；排名前二十位的研究机构分别来自中国、美国、墨西哥、日本和印度5个国家，其中中国的研究机构有13个，且占据了榜单的第一至第九名，说明在脱硫领域的研究中，中国的整体优势明显，在全球范围内处于领先地位；宾夕法尼亚大学、印度理工大学发表的SCI文献的单篇平均被引次数分别为49.80次和30.87次，远高于其他研究机构，体现了其在脱硫研究中的雄厚实力，而中国科学院的发表的SCI文献数量虽位居第一，但其单篇平均被引次数仅为18.88次，相较于其他19个研究机构处于中等水平。

2. 6 文献的高被引论文分析

被引次数是衡量学术论文的学术影响力和研究水平的一项重要指标[19-20]。表3为1991—2015年发表的脱硫主题SCI文献被引次数排名前十位的高被引论文。

由表3可知，1991—2015年发表的脱硫主题SCI文献被引次数排名前十位的高被引论文，总被引次数为7 442次，分布在8种期刊上；其中被引次数最高的前三篇论文发表在CatalysisToday和Fuel上，被引次数高达千次，表明了其在脱硫领域研究中具有很高的研究水平和重要影响力。其中，FuelProcessingTechnology期刊发表的“Status review of mercury control options for coal-fired power plants”一文综述了燃煤电厂汞控制方案的现状，表明燃煤电厂汞的脱除控制得到了广泛的关注，可能的原因是汞具有重金属毒性大、易迁移、高生物蓄积性等特性，分析认为20世纪中期在日本熊本县出现的“水俣病”实际上就是汞污染导致的，而煤炭燃烧排放大量的汞进入大气中参与生态循环，会造成严重的危害；另外9篇论文是关于石油、汽油、柴油等燃料的硫脱除研究，对比传统的燃煤电厂脱硫，由于石油等燃料成分复杂、脱硫难度大，其脱硫研究一直是科研人员关注的热点，因此随着石油资源的紧缺和国际社会对环境保护的日益重视，石油等燃料的脱硫研究将会具有良好的发展前景。

表3 1991—2015年发表的脱硫主题SCI文献被引次数排名前十位的高被引论文

2. 7 文献的关键词分析

通过文献关键词分析可揭示出研究趋势及热点。从1991—2015年发表的10 437篇脱硫主题SCI文献中统计分析得到共计有23 977个关键词。表4为1991—2015年发表的脱硫主题SCI文献中出现次数最高的30个关键词。

由表4可知：与脱硫研究有直接联系的关键词如脱硫(desulfurization)、硫(sulfur)、SO2等均在SCI文献30个主要关键词中；从研究对象的发展趋势看，diesel fuel(柴油)、gasoline(汽油)、oil(石油)等关键词在文献中出现的频次呈现稳步增长的趋势，而coal(煤炭)关键词出现的频次则有逐步下降的趋势，表明全球范围内脱硫领域的研究热点主要集中在汽油、柴油等石油燃料类硫的脱除，而与煤炭燃烧有关的火电厂烟气脱硫技术趋于成熟，呈现稳定的发展趋势；dibenzothiophene(二苯并噻吩)和thiophene(噻吩)关键词分别排名在SCI文献中关键词出现总次数的第3位和第11位，说明燃油类含硫化合物的去除一直是脱硫领域研究的热点；生物脱硫(biodesulfurization)、氧化脱硫(oxidative desulfurization)、加氢脱硫(hydrodesulfurization)、催化脱硫(catalyst desulfurization)等脱硫方式反映了今后的研究方向，主要与石油、汽油等油品类的脱硫相关，更加说明了石油脱硫的研究热度；深度脱硫(deep desulfucization)关键词在20世纪90年代排名在SCI文献中关键词出现总次数的第100位左右，并不是脱硫领域的研究重点，但是从2000年起快速跨越至第9位，2006年以后一直保持在SCI文献中关键词出现总次数的第2位,表明21世纪以来，随着脱硫技术的成熟和硫排放标准的愈加严格，促使原有的粗脱硫方式进一步转变，深度脱硫、零硫排放成为新的研究热点和目标。

表4 1991—2015年发表的脱硫主题SCI文献中出现次数最高的30个关键词

注：↑表示排名上升，↓表示排名下降。

3 结 论

本文采用文献计量学方法对1991—2015年全球发表的10 437篇脱硫领域研究的SCI文献进行了统计与分析，并从文献数量的增长趋势、中美文献的对比、文献的期刊分布、文献的地区分布及国际合作、文献的研究机构、文献的高被引论文和文献的关键词角度，分析了脱硫领域的研究现状及其发展趋势。结果表明：25年来脱硫领域的研究发展迅速，SCI文献数量快速稳定地增长；21世纪以来中国发表的脱硫主题SCI文献数量飞速增长，且SO2排放总量呈显著的下降趋势；脱硫主题SCI文献发表在1 141种期刊上，其中Fuel、Industrial&EngineeringChemistryResearch、Energy&Fuels等期刊的发文量排名位居前列，脱硫研究主要涉及能源、燃料和化学等领域；参与脱硫领域研究的地区分布呈现出扩大化的趋势，主要位于北美、西欧、东亚和南亚4个区域；脱硫领域的研究机构主要集中在中国高校和科研院所，其中以中国中科院排名第一，中国对脱硫领域研究的投入力度稳居世界前列，发表的SCI文献数量位居世界第一，但单篇平均被引次数较低，论文的质量还有待进一步提高；通过文献的关键词和高被引论文分析，预测催化剂脱硫、石油燃料脱硫和深度脱硫是脱硫领域未来的研究热点和方向，其中燃煤电厂脱硫研究中汞的脱除是当前的研究热门。

本文重点从关键词分析、被引次数等角度研究了脱硫领域研究的重点和不足，系统地展示了25年间全球在脱硫领域的研究成果和现状，并对脱硫研究的热点进行了前瞻性预测，该研究可为脱硫领域的研究发展提供有益的指导和参考。