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基于SCI收录的电化学水处理技术文献计量分析

宋冀营, 杨雨寒. 基于SCI收录的电化学水处理技术文献计量分析[J]. 环境保护科学, 2022, 48(5): 100-104. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2021080029
引用本文: 宋冀营, 杨雨寒. 基于SCI收录的电化学水处理技术文献计量分析[J]. 环境保护科学, 2022, 48(5): 100-104. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2021080029
SONG Jiying, YANG Yuhan. Bibliometric analysis of SCI literature on electrochemical technology for water treatment[J]. Environmental Protection Science, 2022, 48(5): 100-104. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2021080029
Citation: SONG Jiying, YANG Yuhan. Bibliometric analysis of SCI literature on electrochemical technology for water treatment[J]. Environmental Protection Science, 2022, 48(5): 100-104. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2021080029

基于SCI收录的电化学水处理技术文献计量分析

    作者简介: 宋冀营(1978-),女,博士、工程师。研究方向:生态学、图书馆学和文献计量学。E-mail:jysong@rcees.ac.cn
  • 基金项目:
    中国科学院文献情报能力建设专项(E0290425)
  • 中图分类号: X11

Bibliometric analysis of SCI literature on electrochemical technology for water treatment

  • 摘要: 文章以2011~2020年电化学水处理技术方面的SCI发文情况为依据进行分析。结果显示,电化学水处理领域的全球发文量呈逐年上升的趋势,中国的发文量占全球发文量的近40%,发文量和被引次数H指数均居全球第一。与中国合作关系较为紧密的有日本、新加坡、丹麦和瑞典等国家。研究主要集中在环境科学和生态学、工程和化学等领域,主要研究涉及海水淡化、饮用水、地下水、污水污泥、活性污泥、个人护理产品、药品和垃圾渗滤液等方面,且近一半的发文集中在20个期刊上。
  • 诺氟沙星是第三代喹诺酮类抗菌药物,具有广谱抗菌作用。近年来,由于诺氟沙星等抗生素的不合理使用,导致在部分水体、土壤和人体体液中均能检测到抗生素残留。诺氟沙星的毒理学研究表明,长时间使用会使细菌产生耐药性,进入食物链中危害人体健康,具有一定的生理生化毒性,已经给生态环境和人体健康造成了严重的威胁[1],因此需要严格控制环境中诺氟沙星的残留量,以保证生态环境的可持续性。目前,对于诺氟沙星的去除方法主要有光催化降解[2-4],超声强化电活化过硫酸盐[5],活性炭吸附[6-7],生物转盘反应[8],生物炭[9-11],活性污泥法[12]等。尽管这些方法具有高效的特点,但也存在设备要求高,过程复杂,耗时长等缺点。因此,开发一种简单、快速、性价比高的诺氟沙星去除方法十分必要。

    分子印迹技术也称分子模板技术[13-14],可以自定义结合位点,对模板分子的形状大小,官能团产生记忆效应,模板分子与功能单体形成多重结合位点,聚合过程中交联剂将其记忆下来,洗脱后留下相匹配的立体孔穴,可进行重复吸附。分子印迹技术广泛应用于固相萃取[15]、膜分离[16-19]、传感器[20-21]等领域,在生物大分子分离、手性化合物分离等方面有较大的应用潜力[22]。通过分子印迹技术制备的分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymer, MIP),具有抗恶劣环境能力强,稳定性好,使用寿命长等优点。关于分子印迹聚合物膜的研究已有相关报道[23],但制备过程复杂,制膜用材料种类多且合成条件要求高,不利于分子印迹膜材料的推广普及。

    目前分子印迹共混膜多用于催化和萃取中[24-25],未见其广泛应用于环境水处理中。本研究以诺氟沙星为模板分子,甲基丙烯酸为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,采用本体聚合法制备分子印迹聚合物,而后与聚砜铸膜液按比例混合制备出可以在低压力下对诺氟沙星有特异性截留作用的分子印迹共混膜,为去除生活用水中的诺氟沙星提供参考技术。

    聚砜购于上海塑料工业联合公司曙光化工厂为工业品;N-甲基吡咯烷酮(NMP,分析纯)、N,N-二甲基甲酰胺(分析纯)、三氯甲烷(分析纯)、偶氮二异丁晴(AIBN,分析纯)、甲醇(分析纯)和乙酸(分析纯)均购于天津大茂化学试剂厂;诺氟沙星(NFEX,分析纯)、氧氟沙星(分析纯)、红霉素(分析纯)、克百威(分析纯)和乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA,分析纯)均购于上海麦克林有限公司;甲基丙烯酸(MAA,质量分数99%)购于美国Alfa Aesar化学有限公司;实验用水均为去离子水。

    可调式涂膜器;JASCO-V630型紫外分光光度计;DZF真空干燥箱;膜性能评价仪;TDZ4-WS型台式离心机;JR-2型水浴锅;SCQ-2000超声波清洗器;Quanta 250型扫描电子显微镜;NicoLet 6700傅里叶变换红外光谱仪。

    称取0.3194 g(1 mmol)NFXC溶于10 mL体积比为8∶2氯仿和N,N-二甲基甲酰胺混合剂中,加入0.5164 g(6 mmol)MAA。在转速550 r·min−1条件下磁力搅拌6 h,使NFXC和MAA充分作用,加入5.9466 g(30 mmol)EGDMA和20 mg AIBN,振荡待其完全混溶,转移至50 mL 离心管中,通氮15 min 以除尽氧气,防止聚合过程中发生副反应,60 ℃的条件下经24 h 完全热聚合反应得到聚合物。将得到的聚合物研磨并过100目筛,配制甲醇∶乙酸(9∶1, V∶V)溶液作为洗脱液,索氏提取24 h 去除模板分子,再用甲醇溶液洗至中性,真空干燥后即得诺氟沙星分子印迹聚合物。

    采用相转化法制备分子印迹共混膜。称取7 g预先干燥的聚砜溶入48 mL的NMP中,静止脱泡,得到澄清透明铸膜液,将分子印迹聚合物与铸膜液按比例混合,使两者处于均匀异相混合状态,再将共混液用刮膜器匀速涂在洁净、干燥的玻璃板上,蒸发10 s后,将玻璃板整体置于水凝固浴中凝结成膜,置于水中24 h去除多余溶剂,而后烘干保存。

    膜水通量是指单位时间内在一定压力下单位膜面积可通过溶液的体积流量,将制备完成的分子印迹共混膜置于膜性能分析仪中,室温条件,0.2 MPa 压力下用蒸馏水预压30 min,然后测定单位时间内通过膜的蒸馏水的体积,并用下列公式来计算膜水通量:

    J=VAΔt

    其中,J是水通量(L·m−2·h−1),V是溶液渗透的体积(L),A是有效膜表面积(m2),Δt是渗透时间(h)。

    膜截留率和水通量一样,也是膜性能表征的重要指标,配制10 mg·L−1诺氟沙星溶液,以醋酸为助溶剂,在室温条件下,0.2 MPa 压力下测试共混膜对诺氟沙星的截留率,过膜收集滤液,测其吸光度,对比标准曲线得出浓度后,用下列公式计算截留率:

    R=CfCpCf

    其中,R是分离百分比(%),Cp是渗透溶液中诺氟沙星浓度(mg·L−1),Cf是进料溶液中的诺氟沙星浓度(mg·L−1)。

    剪取一定大小的膜片在水中浸润,用滤纸吸干膜表面水分后,用电子天平称量湿膜的质量Ww,而后将膜置于干净的表面皿内,放入60 ℃的烘箱中干燥至恒重,同样用天平称量其质量,记下干膜质量Wd,按下式计算孔隙率:

    Pr=WwWdWw

    其中,Pr为膜的孔隙率(%);Ww为湿膜的质量(g);Wd为干膜的质量(g)。

    诺氟沙星分子印迹共混膜制备流程如图1所示,通过本体聚合法制备分子印迹聚合物,以诺氟沙星为模板分子,甲基丙烯酸为功单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,偶氮二异丁腈为热引发剂,聚合反应成稳定络合物,诺氟沙星便被固定在其中。由文献可知诺氟沙星与甲基丙烯酸以氢键相结合[26],通过洗脱液破坏其连接氢键,诺氟沙星分子便可随洗脱液脱离聚合物,留下立体孔穴作为特异性识别位点与诺氟沙星分子重新结合,实现对废水中诺氟沙星的吸附处理。将其与铸膜液混合制成分子印迹共混膜后,膜中孔结构相互连通,有利于分子的运输扩散,根据Piletsky门模型理论[27],溶液通过膜时,分子主要通过分子扩散和压力进入膜内,溶液在膜孔之间相互流通,膜内分子印迹聚合物可对模板分子充分吸附。

    图 1  分子印迹共混膜的制备示意图
    Figure 1.  Preparation of molecularly imprinted blend membrane

    利用扫描电子显微镜表征聚合物与共混膜微观结构如图2所示。从图2a中可以看到,前期制备的分子印迹聚合物为不定型状态,表面致密紧实;图2b为分子印迹共混膜微观形貌图,表面已形成细小膜孔结构,可供液体流动;图2c为共混膜横截面微观结构图,可以观察到聚合物镶嵌在共混膜结构之中,没有发生形状的变化。

    图 2  (a)聚合物表面微观形貌 (b)分子印迹共混膜表面形貌 (c)分子印迹共混膜截面形貌
    Figure 2.  (a) SEM of MIP surface (b) SEM of MIPM surface (c) SEM of MIPM cross-section

    利用傅里叶红外光谱法研究了诺氟沙星分子印迹聚合物的结构,MAA、EGDMA、分子印迹聚合物洗脱前后的红外光谱如图3所示。曲线a为MAA的红外光谱图,1623 cm−1 处为C=C双键伸缩振动峰,1701 cm−1处为羧基中C=O伸缩振动峰,2999 cm−1处图为羟基中—OH 伸缩振动峰。曲线b为EGDMA的红外光谱图,1642 cm−1处为C=C双键伸缩振动峰,1715 cm−1处为交联剂中C=O伸缩振动峰。

    图 3  甲基丙烯酸(a)、乙二醇二甲基丙烯酸(b)、分子印迹聚合物洗脱后(c)和洗脱前(d)的红外光谱图
    Figure 3.  FT-IR spectra of MAA (a), EGDMA (b), MIP after (c) and before elution (d)

    由曲线a和b可知,功能单体和交联剂的红外谱图存在明显差别。曲线c、d分别为诺氟沙星分子印迹聚合物洗脱后和洗脱前的红外光谱图,曲线c中962 cm−1处为—COOH吸收峰,1151 cm−1处为—OH 面外弯曲振动峰,1631 cm−1处为C=C伸缩振动峰,1733 cm-1处为羧基吸收峰,这些峰在曲线d中同样存在,说明聚合物结构主要是由MAA和EGDMA反应制得。从曲线d可以观察到,在930、1260 、1578 cm−1处呈现了分别代表诺氟沙星分子N—H,—OH和N—H等特征官能团的特征峰[28],由此可推断样品为结合有模板分子诺氟沙星的分子印迹聚合物结构。曲线c中没有出现这些特征峰,说明经过洗脱后诺氟沙星已从聚合物中脱离出去。

    为保证分子印迹聚合物具有更好的吸附性能,对分子印迹共混膜的制备方法进行优化。改变模板分子诺氟沙星和功能单体甲基丙烯酸的聚合摩尔比,固定其它添加比例,聚合条件不变,测试不同合成比例聚合物的吸附量,选出吸附量最大的配比进行优化。取不同条件制备的分子印迹聚合物各100 mg,分别加入到10 mL以乙酸作为助溶剂浓度为1 g·L−1的诺氟沙星溶液中。将离心管置于25 ℃恒温振荡箱中,振荡吸附,经过不同时间取出离心管,离心后取上清液,检测其吸光度并根据标准曲线计算其浓度,绘制动力吸附曲线。对比不同合成比例的吸附平衡时间和最大吸附量,选择最优比例。

    图4中可以看到,4种不同配比分子印迹聚合物的吸附动力学曲线趋势相似,在前60 min内吸附量快速增长,而后缓慢上升,最终达到吸附平衡状态。而随着诺氟沙星与甲基丙烯酸摩尔比的增加,单位时间内聚合物对诺氟沙星的最大吸附量逐渐增加,当摩尔比为1∶6时达到最大值。此后随着摩尔比的增加,最大吸附量呈下降趋势。这是因为过多的甲基丙烯酸在聚合过程中自身相互缔合,促使聚合物的非特异性结合变强,从而对诺氟沙星的吸附量不断降低。本研究选取摩尔比1∶6为分子印迹聚合物的最优合成配比,最大吸附量为 31.41 mg·g−1

    图 4  分子印迹聚合物吸附动力学图
    Figure 4.  Adsorption kinetics of MIP

    将分子印迹聚合物与铸膜液按不同比例混合,分子印迹聚合物在共混膜干膜中的质量百分数分别为0%、5.56%、14.62%、22.72%、37.50%、46.27%、53.90%、59.88%、63.84%和67.16%。在室温25 ℃和0.2 MPa条件下,考察不同比例对膜吸附性能的影响,按相同比例分别刮取3张相同大小膜,分别进行3次膜性能评价,取其平均值绘制图线,如图5所示。

    图 5  分子印迹共混膜性能比较:(a)膜截留率,(b)膜水通量和(c)膜孔隙率
    Figure 5.  Comparison of properties MIPM (a) retention rate, (b) water flux and (c) porosity

    图5a为共混膜对诺氟沙星的截留率,以乙酸为助溶剂配制浓度为100 mg·L-1的模拟废水分别过膜。随着聚合物添加量的增加,截留的诺氟沙星数量也逐渐增加,当添加量为59.88%时基本达到对该浓度废水的最大吸附量。图5b为膜水通量变化趋势,随着聚合物添加量的增加,水通量呈明显下降趋势。由于分子印迹聚合物具有致密结构,随着添加量的增加使得共混膜结构更加致密,孔隙率逐渐减小(见图5c),导致膜水通量逐渐下降。当聚合物添加量增至63.84%时,膜孔隙率无明显变化,此时膜水通量趋于稳定。

    综上所述,聚合物添加量为63.84%时,膜截留率、水通量和孔隙率都基本趋于稳定,因此选取63.84%作为本研究的最优聚合物添加比例。

    选取不同有机污染物分子对制备的分子印迹共混膜进行选择性截留测试,分别配制浓度为100 mg·L−1的模拟废水,添加等体积的乙酸作为助溶剂。在室温0.2 MPa下过膜,测试分子印迹共混膜对4种物质的选择性截留率,以空白共混膜为对照组。如图6所示,选取与诺氟沙星同为喹酮类药物的氧氟沙星作为第二组对照,选取同为抗生素但属于不同种类的红霉素作为第三组对照,选取不同种类且结构不相似的农药克百威做为第四组对照。由图6可知,分子印迹共混膜对诺氟沙星具有较高的特异性截留率,说明聚合物中的识别孔穴可对模板分子进行特异性截留且具有较高的选择性。而对于其它分子只有膜孔结构的物理截留作用,但没有选择性。此外我们添加了活性炭共混膜作为截留对照,发现其虽然有较好的截留性能但缺少特异识别性,且截留过后无法对其进行洗脱不适于回收再利用。综上可知,分子印迹共混膜具有良好的选择吸附性能。

    图 6  分子印迹共混膜选择截留率测试
    Figure 6.  Selective interception test MIPM

    配制浓度为10 mg·L−1的诺氟沙星模拟废水进一步考察分子印迹共混膜的重复使用性。在室温25 ℃和0.2 MPa压力下进行膜性能测试,实验重复进行五组,每组用甲醇∶乙酸(9∶1, V∶V)作为洗脱液洗脱。如图7所示,为洗脱5次对诺氟沙星截留率和膜水通量的影响趋势图。随着洗脱次数的增加,分子印迹共混膜对诺氟沙星的去除性能有一定的下降,可能是因为在重复洗脱的过程中破坏了少量聚合物中的印迹结合位点,但反复洗脱多次后逐渐趋于稳定并始终维持在80%以上,水通量基本维持不变的状态。洗脱次数对NIPM的截留率和水通量影响不大,因为NIPM对照组中不含任何结合位点,洗脱不会对其产生破坏作用。因此,洗脱次数对膜性能有一定的损耗作用,但共混膜仍维持较高的截留效率,具有很好的重复使用性。

    图 7  洗脱次数对分子印迹共混膜性能的影响
    Figure 7.  Effect of elution times on the properties of MIPM

    本研究以诺氟沙星为模板分子,利用本体聚合法制备了分子印迹聚合物,而后将其作为特异性截留材料与铸膜液混合,采用相转化法制备分子印迹共混膜,并用于特异性截留水中诺氟沙星。实验表明,诺氟沙星分子印迹聚合物对诺氟沙星具有特异吸附性,在诺氟沙星分子与功能单体摩尔比为1∶6条件下制备的聚合物具有最大平衡吸附量,分子印迹聚合物在共混膜干膜中的质量百分数为63.84%时,具有良好的水通量和截留性能。重复洗脱5次后,水通量维持不变,虽然截留性能稍有损耗,但仍维持在80%以上,具有良好的可重复使用性。在结构类似物中也具有较高的特异性截留性能。

  • 图 1  电化学水处理领域全球发文量及趋势

    图 2  电化学水处理领域全球发文国家合作关系

    图 3  2019~2020年电化学水处理领域关键词聚类分析

    图 4  2019~2020年电化学水处理领域被引频次﹥20次关键词聚类分析

    图 5  电化学水处理领域Top10国家发文量和影响力分析

    表 1  SCI收录电化学水处理文献检索结果

    检索内容和检索式检索结果
    电化学技术在水处理中的应用TS=("electro* chemi* technolog*" or "electro* redox*" or "electro* oxida*" or "electro*......) and TS=(“*water* *treatment*” or “*water* purif*” or “*water* cleans*”......)2 034
    电化学技术处理污水、废水TS=("electro* chemi* technolog*" or "electro* redox*" or "electro* oxida*" or .......) and TS=(wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “contaminat* water*” or.......) and TS=(*treatment or purif* or cleans* or remov* or disinfect* or steriliz* or remediat*......)3 767
    电化学技术处理工业废水TS=("electro* chemi* technolog*" or"electro* oxida*" or "electro* flocculat*" or.......) and TS=(wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “water pollut*” or ......) and TS=(Industr* or metallurg* or produc* petrochemical or petroleum or “natural gas” or desalinat* or ......)1 479
    电化学技术处理农业、畜牧业废水TS=("electro* chemi* technolog*" or "electro* redox*" or "electro* oxida*" or "electro* coagulat*"or ......) and TS=(wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “water pollut*” or......)and TS= (agricultur* or farmland or rural or pesticide* slaughterhouse*or ......)90
    电化学技术处理医疗废水TS=("electro* chemi* technolog*" or"electro* oxida*" or "electro* coagulat*"or.......) and TS=(wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “water pollut*”or......) and TS=(municipal* or domestic* or sanitary)196
    电化学技术处理生活污水TS=("electro* chemi* technolog*" or "electro* redox*" or "electro* coagulat*" ...... and TS=(wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “water pollut*”or......) and TS=(hospital or medic* or pharmac*or......)349
    合计8 232
    查重4 177
    检索内容和检索式检索结果
    电化学技术在水处理中的应用TS=("electro* chemi* technolog*" or "electro* redox*" or "electro* oxida*" or "electro*......) and TS=(“*water* *treatment*” or “*water* purif*” or “*water* cleans*”......)2 034
    电化学技术处理污水、废水TS=("electro* chemi* technolog*" or "electro* redox*" or "electro* oxida*" or .......) and TS=(wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “contaminat* water*” or.......) and TS=(*treatment or purif* or cleans* or remov* or disinfect* or steriliz* or remediat*......)3 767
    电化学技术处理工业废水TS=("electro* chemi* technolog*" or"electro* oxida*" or "electro* flocculat*" or.......) and TS=(wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “water pollut*” or ......) and TS=(Industr* or metallurg* or produc* petrochemical or petroleum or “natural gas” or desalinat* or ......)1 479
    电化学技术处理农业、畜牧业废水TS=("electro* chemi* technolog*" or "electro* redox*" or "electro* oxida*" or "electro* coagulat*"or ......) and TS=(wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “water pollut*” or......)and TS= (agricultur* or farmland or rural or pesticide* slaughterhouse*or ......)90
    电化学技术处理医疗废水TS=("electro* chemi* technolog*" or"electro* oxida*" or "electro* coagulat*"or.......) and TS=(wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “water pollut*”or......) and TS=(municipal* or domestic* or sanitary)196
    电化学技术处理生活污水TS=("electro* chemi* technolog*" or "electro* redox*" or "electro* coagulat*" ...... and TS=(wastewater* or “waste water*” or “water contaminat*” or “water pollut*”or......) and TS=(hospital or medic* or pharmac*or......)349
    合计8 232
    查重4 177
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    表 2  10年内电化学处理水污染相关文章全球及Top10国发文量分析

    t/a中国印度西班牙美国巴西伊朗墨西哥韩国加拿大土耳其合计中国所占比例/%
    2011621211171072123121519030
    2012671221151091115121018229
    20138316179118192113920633
    2014923314231351311131122831
    20151302329162111191112627834
    201616625212420121277329740
    2017189282325201511119934038
    20182172938312416887538340
    201926935332830216511544346
    20203516538323423456656446
    合计1 626278245220193127124117102793 111
    t/a中国印度西班牙美国巴西伊朗墨西哥韩国加拿大土耳其合计中国所占比例/%
    2011621211171072123121519030
    2012671221151091115121018229
    20138316179118192113920633
    2014923314231351311131122831
    20151302329162111191112627834
    201616625212420121277329740
    2017189282325201511119934038
    20182172938312416887538340
    201926935332830216511544346
    20203516538323423456656446
    合计1 626278245220193127124117102793 111
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    表 3  电化学水处理在不同研究领域发文数量及所占比例

    研究领域发文数量所占比例/%
    环境科学和生态学 640 15.3
    工程学 555 13.3
    电化学 382 9.1
    化学 365 8.7
    工程;环境科学与生态学 307 7.3
    工程;水资源 246 5.9
    工程;环境科学与生态学;水资源 234 5.6
    化学;工程学 151 3.6
    农业;生物技术与应用微生物学;能源与燃料 114 2.7
    化学;电化学 99 2.4
    其他 1 084 26.0
    研究领域发文数量所占比例/%
    环境科学和生态学 640 15.3
    工程学 555 13.3
    电化学 382 9.1
    化学 365 8.7
    工程;环境科学与生态学 307 7.3
    工程;水资源 246 5.9
    工程;环境科学与生态学;水资源 234 5.6
    化学;工程学 151 3.6
    农业;生物技术与应用微生物学;能源与燃料 114 2.7
    化学;电化学 99 2.4
    其他 1 084 26.0
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    表 4  2019~2020年电化学处理水污染相关文章研究方向及技术要点

    群组研究方向使用技术去除污染物技术要点和参数
    红色海水淡化,饮用水,地下水电氧化,吸附,电还原,电沉积重金属,六价铬,亚甲蓝,纳米颗粒,硝酸盐,亚硝酸盐,氮动力学,电极,活性炭,催化剂,石墨烯,碳纳米管,能量,电容去离子,传感器
    绿色污水污泥,活性污泥降解,电解,零价铁,微电解,生物降解氨,有机质,磷酸盐性能,微生物电解槽,反应器,酸碱度,温度,膜生物反应器,微生物群落,发电
    蓝色个人护理产品,药品,抗生素降解,电化学氧化,阳极氧化,光催化降解,臭氧氧化,电芬顿抗生素,偶氮染料,双酚A,有机污染物,磺胺甲恶唑,过硫酸盐掺硼金刚石,矿化作用,毒性,双氧水,羟基自由基,降解途径,BDD阳极
    黄色垃圾渗滤液电絮凝,电化学降解染料,苯酚,污染物,合成有机染料酸性,活性氯,阳极,表征,COD,能源消耗,二氧化铅电极,响应面法
    群组研究方向使用技术去除污染物技术要点和参数
    红色海水淡化,饮用水,地下水电氧化,吸附,电还原,电沉积重金属,六价铬,亚甲蓝,纳米颗粒,硝酸盐,亚硝酸盐,氮动力学,电极,活性炭,催化剂,石墨烯,碳纳米管,能量,电容去离子,传感器
    绿色污水污泥,活性污泥降解,电解,零价铁,微电解,生物降解氨,有机质,磷酸盐性能,微生物电解槽,反应器,酸碱度,温度,膜生物反应器,微生物群落,发电
    蓝色个人护理产品,药品,抗生素降解,电化学氧化,阳极氧化,光催化降解,臭氧氧化,电芬顿抗生素,偶氮染料,双酚A,有机污染物,磺胺甲恶唑,过硫酸盐掺硼金刚石,矿化作用,毒性,双氧水,羟基自由基,降解途径,BDD阳极
    黄色垃圾渗滤液电絮凝,电化学降解染料,苯酚,污染物,合成有机染料酸性,活性氯,阳极,表征,COD,能源消耗,二氧化铅电极,响应面法
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    表 5  电化学处理水污染相关文章全球Top20期刊发文量

    期刊发文量/篇2020 IF5年IF
    Chemical Engineering Journal22213.27311.629
    Chemosphere1907.0866.451
    Electrochimica Acta1746.9016.385
    Desalination And Water Treatment1571.2541.027
    Journal Of Hazardous Materials14810.5889.608
    Separation And Purification Technology1407.3126.437
    Water Research12711.23610.177
    Environmental Science And Pollution Research1164.2233.509
    Bioresource Technology1129.6427.820
    International Journal Of Electrochemical Science1091.7651.366
    Journal Of Electroanalytical Chemistry834.4644.105
    Water Science And Technology791.9151.796
    Science Of The Total Environment777.9636.938
    International Journal Of Hydrogen Energy735.8164.063
    Environmental Science & Technology729.0288.079
    Rsc Advances713.3613.206
    Environmental Technology643.2472.880
    Applied Catalysis B-Environmental5819.50317.995
    Journal Of Environmental Management516.7896.393
    Journal Of Environmental Chemical Engineering485.9095.361
    期刊发文量/篇2020 IF5年IF
    Chemical Engineering Journal22213.27311.629
    Chemosphere1907.0866.451
    Electrochimica Acta1746.9016.385
    Desalination And Water Treatment1571.2541.027
    Journal Of Hazardous Materials14810.5889.608
    Separation And Purification Technology1407.3126.437
    Water Research12711.23610.177
    Environmental Science And Pollution Research1164.2233.509
    Bioresource Technology1129.6427.820
    International Journal Of Electrochemical Science1091.7651.366
    Journal Of Electroanalytical Chemistry834.4644.105
    Water Science And Technology791.9151.796
    Science Of The Total Environment777.9636.938
    International Journal Of Hydrogen Energy735.8164.063
    Environmental Science & Technology729.0288.079
    Rsc Advances713.3613.206
    Environmental Technology643.2472.880
    Applied Catalysis B-Environmental5819.50317.995
    Journal Of Environmental Management516.7896.393
    Journal Of Environmental Chemical Engineering485.9095.361
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  • [1] DOS S, ALEXANDRO J, KRONKA M S, et al. Recent advances in electrochemical water technologies for the treatment of antibiotics: A short review[J]. Current Opinion in Electrochemistry, 2021, 26: 100674. doi: 10.1016/j.coelec.2020.100674
    [2] TRELLU C, VARGAS H O, MOUSSET E, et al. Electrochemical technologies for the treatment of pesticides[J]. Current Opinion in Electrochemistry, 2021, 26: 100677.
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    [5] 张瑞, 赵霞, 李庆维, 等. 电化学水处理技术的研究及应用进展[J]. 水处理技术, 2019, 45(4): 11 − 16.
    [6] 胡承志, 刘会娟, 曲久辉. 电化学水处理技术研究进展[J]. 环境工程学报2018, 12(3): 677-696.
    [7] 杨雨寒. 基于文献计量的我国水处理研究发展态势分析[J]. 环境工程学报, 2019, 13(5): 1245 − 1260. doi: 10.12030/j.cjee.201903076
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-17
  • 刊出日期:  2022-10-20
宋冀营, 杨雨寒. 基于SCI收录的电化学水处理技术文献计量分析[J]. 环境保护科学, 2022, 48(5): 100-104. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2021080029
引用本文: 宋冀营, 杨雨寒. 基于SCI收录的电化学水处理技术文献计量分析[J]. 环境保护科学, 2022, 48(5): 100-104. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2021080029
SONG Jiying, YANG Yuhan. Bibliometric analysis of SCI literature on electrochemical technology for water treatment[J]. Environmental Protection Science, 2022, 48(5): 100-104. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2021080029
Citation: SONG Jiying, YANG Yuhan. Bibliometric analysis of SCI literature on electrochemical technology for water treatment[J]. Environmental Protection Science, 2022, 48(5): 100-104. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2021080029

基于SCI收录的电化学水处理技术文献计量分析

    作者简介: 宋冀营(1978-),女,博士、工程师。研究方向:生态学、图书馆学和文献计量学。E-mail:jysong@rcees.ac.cn
  • 1. 中国科学院生态环境研究中心文献信息与学术传播中心,北京 100085
  • 2. 中国科学院文献情报中心,北京 100190
基金项目:
中国科学院文献情报能力建设专项(E0290425)

摘要: 文章以2011~2020年电化学水处理技术方面的SCI发文情况为依据进行分析。结果显示,电化学水处理领域的全球发文量呈逐年上升的趋势,中国的发文量占全球发文量的近40%,发文量和被引次数H指数均居全球第一。与中国合作关系较为紧密的有日本、新加坡、丹麦和瑞典等国家。研究主要集中在环境科学和生态学、工程和化学等领域,主要研究涉及海水淡化、饮用水、地下水、污水污泥、活性污泥、个人护理产品、药品和垃圾渗滤液等方面,且近一半的发文集中在20个期刊上。

English Abstract

  • 20世纪50年代后,工业的发展和人类生活条件的改善得到不断推进,同时也制造了很多化学污染物,加剧了水资源的污染。开采业、农业、畜牧业、食品加工业、印染业 、医疗产业和城市生活垃圾渗透液等都产生了大量、复杂、有毒、持久性的和难去除的污染物,这些污染物通过废水、污水进入了地表水源或者地下水,破坏了生态环境[1-4]。治理水污染,使废水、污水能够再利用,提高水资源利用效率是解决水资源匮乏、保护生态环境的重要途径。电化学技术是通过在特定的电化学反应器中外加电场调控电子定向转移,使水中污染物在反应器中发生特定的物理、化学反应,从而被去除的过程。包括电氧化、电还原、电渗析、电絮凝、电吸附、电气浮、内电解和电芬顿等常用技术。相对传统处理方法,用电化学处理水污染有着可避免二次污染、可深度并有选择性的去除污染物、处理条件温和易实现自动化和规模化、且可与其他处理方法相结合,形成降解能力强的复合处理工艺等优点。还可以有效地回收污水、废水中的金属离子、营养物质、硫、氢和化合物,使废水资源化。电化学技术已经成为目前处理污水、废水的优选技术[5-6]

    本研究对电化学水处理相关的SCI期刊论文进行检索和分析,总结电化学水处理领域的国际论文的发文特点和趋势,揭示该领域的研究前沿发展方向,以期为科研人员的研究规划和国际合作提供科学支撑。

    • 数据来源于科睿唯安(Clarivate Analytics)的Web of Science核心合集的SCI数据库(SCI-Expanded,http://apps.webofknowledge.com)。检索时间为2021年5月,检索年限为2011~2020年。经查重后获得4 177条数据,检索结果见表1。 以主题做为检索字段,以电化学技术和污水、废水处理为检索式进行检索,得到结果最多、最为全面,为3 767条。通过进一步限制检索范围,分别检索电化学处理技术在工业废水、农业废水、城市废水和医疗废水中的应用频率[7] ,结果显示,用电化学技术处理工业废水的应用更为频繁和广泛,检索出1 479条。电化学水处理技术在农业、畜牧业污水的处理中应用面不大,只检索到90条数据。该技术在处理城市生活污水和医疗废水中也有一定的应用,分别检索到349和196条数据。

    • 根据Web of Science的检索结果,2011~2020这10年间,在电化学处理水污染的方面,全球共发文4 177篇,见图1。总发文量由2011年的204篇增长到2020年768篇,呈逐年递增的趋势。

      发文量最多的前10的国家分别是中国、印度、西班牙、美国、巴西、伊朗、墨西哥、韩国、加拿大和土耳其,共3 111篇,占总发文量的74.45%。其中,中国1 626篇,明显领先于其他国家,占全球总发文量的38.93%,尤其2019和2020年发文量占到全球的近1/2。其他9国发文量也呈逐年上升的趋势,特别是近5年发文量逐年增加,见表2

      用知识图谱可视化软件VOSviewer分析全球发文国家的合作关系,见图2。与People r China合作关系较为紧密的有Japan、Singapore、Danmark、SSweden等国家。与USA存在合作关系的国家较多,除了与Australia合作较多,还有很多亚洲国家,如India、South Korea、Vietnam、Thailand等国家及Taiwan Province of China。Sapain与Brazil、Mexcio、Colombia、Chile的合作更为紧密。另外,Canada、France、Mocrocco等也存在广泛的合作关系。而Iran、Turkey、Germany、Portugal、Greece等国家也组成了一个合作小组。

    • 基于Web of Science的学科分类,电化学水处理方面的研究主要涉及环境科学和生态学、工程和化学等领域,见表3。其中,环境科学和生态学领域以及工程领域的发文量超过总发文量的10%,分别为15.3%和13.3%。环境科学和生态学、工程、电化学、化学、工程-环境科学和生态这5个领域的发文总和占有全部发文量的一半以上。另外,电化学水污染的研究在工程-水资源、工程-环境科学和生态-水资源、化学-工程、农业-生物技术和微生物应用-能源和燃料、化学-电化学这些领域的发文量也占有一定的份额,大约占总发文量的20.2%。

      为了揭示研究现状和前沿,本文对2019和2020年的发文提取关键词,并用VOSviewer对关键词进行聚类分析,见图3。小球越大表示此关键词出现的次数越多,小球之间的连线表示两关键词间存在一定相关性。2019~2020年,根据发文关键词的数量多少及相关性,可将全球的研究区分为4个群组。研究热点分别为红色群组的“吸附”“氧化”“水溶液”等;绿色群组的“性能”“微生物电解槽”“除磷”等;蓝色群组的“降解”“电化学氧化”“掺硼金刚石(电极)”等;黄色群组的“去除”“电絮凝”“酸性”等。

      进一步对关键词群组进行分析,总结每个群组研究主要内容、使用的技术和去除的主要污染物,以及所关注的技术要点和参数,见表4

      为了更近一步预测研究趋势和应用范围,对2019和2020年被引频次>20次的发文,剔除广泛性和普遍性使用的关键词后再次进行聚类分析,见图4。红色小球表示个人护理产品和药品,绿色小球表示污水污泥,黄色小球表示海水淡化和地下水,紫色小球表示垃圾渗滤液和饮用水,这几方面仍然是近年的主要研究方向。而主要污染物的去除将会集中在抗生素(包括四环素)、微生物污染物、苯酚、金属铬及六价铬、双酚A和残留农药等方面。在微生物燃料电池制备和绿色合成技术上的应用将会受到更多的关注。

    • 2011~2020年,全球电化学水处理方面的4 177篇文章共发表在492个期刊上。超过半数的文章发表于Top20期刊,见表5。Top20期刊中发文量﹥100的有10个刊,发文量占全部发文量的35.8%。其中发文量最多的是Chemical Engineering Journal,发文222篇,该刊2020年影响因子为13.273,5年影响因子为11.629。Top20影响因子最高的刊是Applied Catalysis B-Environmental,2020年影响因子为19.503,5年影响因子为17.995。

    • 对比了发文量Top10国家的发文期刊平均影响因子,见图5,发文期刊平均影响因子超过5.0的国家有5个。其中最高的是美国,平均IF为6.82。其次是西班牙,也达到了6.23。另外IF>5的国家分别为韩国5.71、中国5.36和加拿大5.21。说明这些国家的整体发文质量较高。通过对比发文量Top10国家文章被引次数H指数,H指数最高的国家为中国,为65,其次为美国49,西班牙45。另外,印度和巴西的H指数也超过了30,分别为38和30。总体来说,中国的发文量和H指数为全球第一,表明全球科研影响力最大。但美国和西班牙发文质量较高,对科研的贡献较大。

    • (1)2011~2020年,电化学水处理领域的全球发文量明显呈逐年上升的趋势,说明全世界越来越多的国家和地区都在关注并应用这项目前处理水污染的优选技术。发文量最多的前十的国家分别是中国、印度、西班牙、美国、巴西、伊朗、墨西哥、韩国、加拿大和土耳其。涵盖亚洲(尤其是东亚和南亚一代)、欧洲、北美洲、南美洲4个大洲,并且这些国家间也有很多直接、间接的合作。说明这项技术在这些地域应用领域更为广泛,技术也更为成熟。

      (2)2011~2020年,电化学水处理领域全球发文量最多的国家是中国,占全球发文量的近40%。这与我国多年来一直坚持以环境保护为基本国策,各级政府都重视环境保护、逐渐加大环境保护方面的技术研发和生产投入力度有关。特别是2018年《中共中央 国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》的提出,更是进一步促进了水污染领域研究成果的产出,2019和2020年,中国的发文量占全球发文量的1/2。

      (3)2011~2020年,电化学水处理领域的发文超过一半集中在环境科学和生态学、工程、电化学、化学、工程-环境科学和生态这5个领域。主要研究涉及海水淡化、饮用水、地下水、污水污泥、活性污泥、个人护理产品、药品和垃圾渗滤液等方面;技术手段较常用的有电氧化、电还原、电絮凝、电吸附和微电解等;去除的污染物有重金属、硝酸盐、磷酸盐、有机污染物、染料和抗生素等。今后的研究中,微生物燃料电池制备和绿色合成技术上的应用将会受到更多的关注。

      (4)2011~2020年,全球电化学水处理方面的4 177篇文章共发表在492个期刊上。其中发文量最多的是Chemical Engineering Journal,发文222篇,该刊2019年影响因子为10.652,5年影响因子为9.42。对比了发文量Top10国家的发文期刊平均影响因子和H指数来评估各个国家的科研实力和影响力,结果显示中国的发文量和H指数为全球第一,全球科研影响力最大。但美国和西班牙发文期刊影响因子总体较高,说明这两国的科学技术更为先进,对学术的贡献较大。

    参考文献 (7)

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