基于知识图谱的燃煤电厂与汞研究态势分析

巢文军，韩 春，宗玉婷

(江苏省常州环境监测中心，江苏 常州 213003)

1 引言

汞是剧毒重金属元素[1]，常温液态极易蒸发，具持久性、长距迁移和生物蓄积性，在环境中能转为甲基汞等毒性极强的汞化合物，通过食物链逐级累积和生物放大。更严重的是，汞是金属中唯一能以气态形式长距传输和沉降转化的全球性污染物，即便是远离污染源的低密集活动地区乃至人迹罕至区域，也可能遭受跨界汞污染问题[2]。

中国是汞的消费和排放大国，燃煤电厂是2017年8月对中国生效的国际 《汞公约》的大气重点管控源[3]。本研究选取全球权威的综合学科高质量核心期刊及会议文献检索工具Web of Science数据库作为基础数据源，运用文献计量学方法和知识图谱可视化软件[4]，挖掘展示燃煤电厂与汞相关领域的研究现状，分析推演其发展趋势及前沿态势，可为科研和管理换上全新的广角镜头扫描全景，以期为我国更好地控制汞污染与履行国际汞公约提供借鉴及参考。

2 材料与方法

本研究首选Web of Science(以下简称WoS)的所有数据库，输入主题关键词Coal-fired Power Plants与Mercury，年份限制为1990～2019年，设定文献类型为ARTICLE、MEETING、REVIEW，再从基本检索结果中选择精炼数据库Web of Science核心合集，获得935篇文献数据作为研究样本。然后应用WoS的统计分析功能，综合VOSViewer和CiteSpace知识图谱软件，对样本数据从文献增长、主题演化、国家和机构分布及比较等特征量进行文献计量和可视化作图，并进行内容分析和综合评判。

3 结果与分析

3.1 文献增长的时间变化分析

文献年度分布能够反映该领域研究的发展速度和受关注程度，进行统计分析有助于整体把握发展态势和划分阶段开展研究。根据筛选出的1990～2019年有关燃煤电厂与汞研究的SCIE、SSCI、AHCI、ESCI论文总量935篇，计算年均发文30.8篇，分析文献年度变化及其在样本总量中所占比例。由图1可知，全球有关燃煤电厂与汞研究的文献数量自1990年起不断增加，该领域关注度目前保持稳定增长。根据文献数量的年度变化并结合研究发展趋势，划分为三个阶段：第一阶段是起步萌芽期(1990～1999年)，文献数量稀少零散，研究呈现非系统化特征；第二阶段是成长爆发期(2000～2009年)，文献数量突现爆发式增长，研究内容逐步扩大充实；第三阶段是增长积累期(2010～2019年)，文献保持快速增长态势，热点持续稳定，研究内容不断深化拓宽。经统计在2010～2019年的这10年间共发文613篇，占30年发文总量的65.6%，处于文献成果稳定增长的相对高产阶段。

图1 1990～2019年燃煤电厂与汞研究领域 WoS数据库论文年发文量及年度占比

3.2 研究主题跟踪分析

3.2.1 主题关键词共线分析

研究文献的关键词共现并进行聚类分析，可以对热点主题进行定量研究并将其归类。将样本数据导入VOSviewer软件选择共词分析，去重后筛选出59个主题关键词制成图谱，见图2。依据词性紧密程度分成3个聚类标识不同颜色，节点大小表征频次高低，之间连线表示共现关系。其中节点大，连线多，则研究主题热度高；连线粗，则关联共现机会多。由图可见，汞、形态、氧化、燃烧、排放、元素汞、去除、烟气、吸附、飞灰为高频关键词，是主要研究方向和连续关注热点。

图2 1990～2019年燃煤电厂与汞研究关键词网络可视化聚类分析

3.2.2 主题变迁与演化路径

前沿热点主题，可突出呈现为研究文献和引文数量加速增长且学术辐射力急速增强的态势。本研究基于成果产出动态特征，着重运用Citespace的关键词突现监测功能[5]，导出突现性强的11个突现关键词(表1)，定量归纳热点主题的变化趋势及前沿方向，为研究和管理提供指引。

汞中毒首先是1953年日本渔村发现水俣病而在20世纪50～60年代从水产品开始受到关注，但1998年前都是零星分散的少量研究。由表1可见，自1998～2005对燃煤电厂与汞的研究开始增加，2003～2010主要是汞的污染控制研究，其中2004～2007年关注汞沉积，2006～2010年关注汞的输送效应。2007～2011年开始汞形态研究，2009～2013年关注其中的硒，2013～2015年焦点是重金属，2017～2019年是烟气脱硫和减排的影响，其中2018～2019年热点是有害微量元素和气体汞形态。

表1 引用突发最强的前11个关键词

3.3 主要国家、科研机构的研究实力分布与比较

3.3.1 国家研究实力分布

WoS数据库覆盖了全世界SCIE、SSCI、AHCI、ESC等最重要期刊和高影响力研究成果，科学界将被收录科技论文数量视为衡量一国研究水平和科技力量的重要评价指标。图3是1990～2019年发文量排名Top10国家，其中8个是发达国家，仅中国和波兰是发展中国家。统计显示1990～2019年间发文量大于100篇的只有2个国家，美国364篇居第一位，中国344篇排第二。但是2013年和2015～2019年中国的发文量都超过美国，表明我国对此研究越来越重视，以及控制燃煤电厂汞排放和履约国际汞公约的急迫性。

3.3.2 机构论文数量分析

由图4可见在1990～2019年间发文量Top10机构，分属4个国家，只有中国是发展中国家，其余3个为发达国家。具体为中国5家(华中科技大学、华北电力大学、清华大学、中国科学院、东南大学)占Top10机构发文总量的比例高达69.6%；美国3家(能源部、西肯塔基大学、环保署)占比16.7%；还有加拿大阿尔伯塔大学和韩国延世大学，分别占比8.4 %和5.3%。

从年度分布变化来看，在1990～2019年期间排名前四位的机构是华中科技大学、华北电力大学、美国能源部、清华大学；而到2010～2019年的近10年里，华中科技大学和华北电力大学的发文量一直稳居全球第一和第二位，美国能源部、美国环保署、韩国延世大学跌出机构Top10，被中国的上海电力大学、浙江大学、中南大学取代，表明近10年里以华中科技大学、华北电力大学、清华大学等为代表的中国机构在该领域发文数量和科研水平处于前沿地位。

图3 1990～2019年燃煤电厂与汞研究领域发文量Top10国家排名

3.3.3 研究实力的四象限图比较

论文篇数是反映国家/机构关注度的数量指标，被引频次是反映论文水平的质量指标，H指数是评价科研论文绩效的综合性指标，3项指标联合运用可综合评判成果产出数量、质量和学术影响力。本研究以1990～2019年该领域的国家/机构论文篇数为横轴，以篇均被引频次为纵轴，两者分别以均值为轴中心点，建立研究力量评价的坐标体系，同时设置圆点大小来表征论文的H指数高低[6]。

图4 1990～2019年燃煤电厂与汞研究领域发文量Top10机构排名

从图5的国家层面分析，第1象限的美国其发文的数量和质量都高于均值，H指数最大，领域学术影响力较高；第2象限的加拿大、韩国、西班牙、日本和德国发文量虽低于均值，但论文质量较高，篇均被引高于均值；第3象限的英国、澳大利亚和波兰的发文数量有待增加、论文质量有待提升；第4象限的中国虽然发文总数居第2位，但篇均被引稍低于均值，其H指数较高与发文量较大有关。

图5 1990～2019年燃煤电厂与汞研究领域发文量Top10国家研究实力比较

从图6的机构层面分析，第1象限的清华大学、美国能源部其论文数量、质量都超过均值，H指数显著高于其余8个机构；第2象限的中国科学院、加拿大阿尔伯塔大学、韩国延世大学篇均被引频次高于均值，论文质量较高；第3象限的美国环保署、中国东南大学被引较少，逐步边缘；第4象限的华中科技大学、华北电力大学、美国西肯塔基大学发文量高于均值，质量仍有待提升。

3.4 高影响力文献

论文被引频次既是获得学术认可、衡量影响力的标志，也是挖掘前沿热点、追踪发展动向的指标。通过检索WoS数据库样本的被引频次后降序排列，查找1990-2019年燃煤电厂与汞研究的Top10高影响力文献。

图6 1990～2019年燃煤电厂与汞研究领域发文量Top10机构研究实力比较

从第一作者的国家来源分析，7篇来自发达国家(美国5篇，荷兰和加拿大各1篇)，另外中国2篇、印度1篇；从期刊来源分析，主要发表于7种期刊，其中Fuel Processing Technology和Environmental Science & Technology分别载文3篇和2篇，其余5篇发表于另外5种不同刊物；从发表时间分析，2篇发表于2010年，8篇散布于1994～2015年间。其中被引频次居首位的是美国人Pavlish JH于2003年发表在Fuel Processing Technology上题为Status review of mercury control options for coal-fired power plants的论文，被引达741次。

4 结论与展望

综合文献统计和图谱分析，对燃煤电厂与汞的研究自1998年后增加，2003～2010年主要是汞的沉积与输送等污染控制研究，2011年后开始关注汞形态和重金属，2017～2019年是注重烟气脱硫、减排的影响和有害微量元素。近来全球有关燃煤电厂与汞的研究进入稳步增长、高产积累态势，研究热点集中于汞、形态、氧化、燃烧、排放、元素汞、去除、烟气、吸附、飞灰等关键词。

在该领域内，美国和中国累计发文量位列第一、第二。尤其近10年来，中国以华中科技大学、华北电力大学等为代表的机构发文量增长最快，尤以清华大学发文量大、被引高且在该领域内研究属顶尖水平。但展望未来，在新的国内和国际形势下，我国作为汞排放大国，防控形势复杂严峻，国际汞公约履约与成效评估仍任重而道远。