摘要:本文以中国知网(CNKI)数据库为检索对象,采用文献计量学方法,定量分析与比较高级氧化技术及几种典型方法文献数量年代分布、研究领域。结果显示,光催化氧化法文献总量和年产量均居首位,再依次是Fenton法、电化学氧化法、臭氧氧化法、催化湿式氧化法,前四种经历了发展期,电化学法前期文献数量高于Fenton和光催化,但后期滞后于起步晚的Fenton法和光催化法。光Fenton和电Fenton两种组合方法的研究文献最多,但对其研究主要停留在实验研究阶段,在实际工程应用中很少。
关键词:高级氧化技术;文献计量法;光催化氧化;Fenton
20世纪80年代出现的高级氧化技术(AOPs)被广泛应用于难降解有机废水处理。AOPs是在光、电、声、磁、催化剂等反应条件下,产生大量氧化性极强的性自由基(·OH)[1],产生的高电位可无选择的氧化绝大部分难降解化合物,实现污染物的分解去除,或提高污染物可生化性降低后续工艺处理难度[1-4]。AOPs方法众多,主要包括Fenton法、臭氧氧化法、电化学氧化法、催化湿式氧化法等,在众多方法齐头并进时,了解其发展历程及现阶段研究热点,有助于理清思路,为本领域技术创新与发展提供借鉴。
本文有别于传统的工科综述文献,而采用文献计量法,以“中国知网(CNKI)”为文献检索来源,以检索的20多年文献为研究样本,定量分析与比较高级氧化技术及几种典型方法文献数量年代分布、研究领域,以期为国内外学者的研究提供参考。
1文献检索来源与方法
文献计量学是情报学的一个分支,采用数学和统计学方法,从文献数量时间分布、变化规律等角度进行定量分析,探讨主题的特征、研究热点、发展规律的一门学科。在进入21世纪后,文献计量学被广泛应用于各学科领域发展趋势分析、研究热点统计、研究机构和作者影响力分析等,尤其是从2010年开始,慢慢从文科专业领域转向到理工科领域的应用,包括农业经济、生物科学等。但利用文献计量法研究AOPs发展目前尚未看到。
相关期刊推荐:《化学工程与装备》杂志创刊于1972年。杂志主要栏目有:专论评述、科研开发、工艺设备、分析测试、石油油气、生化医药、安全环保、材料科学、化学制剂、生产实践、人才教育、化学教育教学,现代管理等。读者分布范围主要在化学、化工、分析测试、医药、石油、油气、环保、食品、煤炭、装备制造、自动化仪表、相关教育教学和管理等领域。
本文以“中国知网(CNKI)”为文献检索来源,依据AOPs发展热点,以“高级氧化法”、“Fenton法”、“臭氧氧化法”、“电化学氧化法”、“催化湿式氧化法”等设为“主题”检索词,数据检索起始时间不限,检索截止时间2019年12月31日。
2结果与讨论
2.1AOPs文献年度分布
我国最早一篇是1997年广东化工杂志发表的《一种新的化学氧化技术--高级氧化过程》,这是我国高级氧化技术发展的里程碑之作。从文献年度分布图1发现高级氧化技术发展经历4个阶段:1987-2001年文献很少,基本每年文献都是个位数,共发表52篇文献,称为萌芽期;2002-2008年,每年较前一年增长平均速度50%,共发表638篇文献,是前15年的文献总数的12倍以上,称为发展期;从2009-2012年,每年发表文献数几乎持平,一个相对平稳期,共发表750篇文献,甚至2008年和2012年还出现了一个小的峰谷;从2013年起,每年文献明显增加,呈直线上升趋势,出现了一个井喷式发展,称为增长期。
上述发展历程与我国工业废水排放及环境保护政策发展紧密联系的。我国工业废水排放总量从1992年的233.85×108t降至2002年的183.99×108t,在到2012年上升到684.3×108t,呈现开口向上的二次抛物线趋势。2002年前工业废水排放量小,相关环境保护政策也未出台,不足以激发AOPs的研究发展。改革开放后进入21世纪我国工业发展经历了井喷式发展,2002年之后工业废水排放总量又逐年增加,工业废水排放量大大增加,引起的环境问题日益明显,极大激发了AOPs的发展,AOPs技术研究进入发展期。2014年环境保护部出台水污染防治行动计划,要求污水处理厂出水水质达到一级A标准,愈发严格的标准大大激发了AOPs的研究,从2014年起AOPs又获得了空前的发展。文献检索结果很好地印证了高级氧化技术发展历程。
2.2比较五种典型的AOPs技术年度分布
分析目前我国AOPs的种类、各方法研究情况及研究的热点,可以为今后相关学者的研究提供思路和方向。检索5种高级氧化技术从1995-2019年间文献数量分布,统计如图2所示。光催化降解法累计发表文献21319篇最多,Fenton技术次之,发表文献累计14862篇。再依次是电化学技术、臭氧氧化技术、催化湿式氧化技术,发表文献为12944、8297、1086篇。从5种AOPs技术的文献年代分布曲线可以看出,目前研究的主体是光催化降解法、Fenton法、电化学法。
从文献年度变化趋势可推出,前4种技术都经历了从萌芽期到快速发展期,且分水岭出现在2002年左右,而排名最后的催化湿式氧化法还处于萌芽期,还未经历快速发展期。对比前4种AOPs技术发展期速度,可以看出臭氧氧化法发展期的发展速度是最慢的,尤其是最近几年文献数量增长速度很低,趋于稳定期,说明前三种技术仍是目前研究的热点与主体,处于高速发展期。电化学法作为传统化学学科,起步最早,前期文献数量高于Fenton和光催化,但在后期应用在污染物处理领域发展过程中,滞后于起步晚的Fenton法和光催化法,从文献数量统计,分水岭出现在2001-2004年左右。
2.3主要研究领域及方向
4种典型AOPs技术文献主要研究领域排前10名如表所示,每种技术涉及的研究领域广泛,每种技术在化学和环境科学与资源利用领域应用位于前列,并逐步向其他学科领域发展,学科交叉成为趋势,再对比四种AOPs技术在有机化工、轻工业手工业、燃料化工、石油天然气工业、无机化工领域应用现状。光催化氧化法中:有机化工>无机化工>轻工业手工业,燃料化工和石油天然气工业领域排在10名后。Fenton技术中:有机化工>轻工业手工业>燃料化工>石油天然气工业>无机化工,轻工业手工业、燃料化工、石油天然气工业排在前面。电化学氧化法:无机化工>有机化工>轻工业手工业,与其他四种AOPs不同,无机化学领域排在首位,燃料化工和石油天然气工业领域排在10名后。臭氧氧化:轻工业手工业>有机化工>燃料化工>石油天然气工业>无机化工,轻工业手工业领域排在五类首位。
这与几种AOPs技术在水处理研究方向紧密相关。光催化降解有机磷农药废水的研究较早,目前关于纺织印染废水降解研究最多,如亚甲基蓝、罗丹明B等染料废水。但光催化法存在光源利用率低、反应速度慢、费用高等缺点,多限于实验研究阶段,真正的实际应用很少。光催化氧化去除气相有机污染物也是近几年交叉学科研究趋势,针对大气有机污染物、化石燃料脱硫及温室效应等方面控制有较好效果。Fenton法是一种环境友好的AOPs技术,已成功应用于染料、农药、垃圾渗滤液等难降解废水的处理,光-Fenton法、电-Fenton和Fenton生化法组合成为该技术的主流研究方向,同时开始有学者将Fenton试剂应用土壤修复领域,如刘楚琛等[5]用Fenton试剂降解土壤CPs。电化学氧化法适合处理电导率较高废水,发展到现在并未大规模应用,存在电极材料腐蚀易耗、效率低价格高等问题,目前研究热点集中于新型材料的制备及工程示范。臭氧及其联用工艺是目前研究最为广泛的去除药物和护理品废水(PPCPs)的方法,单独的臭氧氧化效果并不理想,常见的是臭氧与其他方法耦合,金属催化臭氧氧化、UV-O3、O3-H2O2等。
3结论
基于CNKI数据库,利用文献计量学的方法,可以很好地分析高级氧化技术发展规律,研究前言与热点,摸清该领域的发展态势和未来前景。光催化氧化法和Fenton法目前研究重点,每种AOPs的应用领域各有侧重点,光催化氧化去除气相有机污染物、Fenton试剂应用于土壤修复领域,是近几年交叉学科研究趋势。——论文作者:程聪,吴来燕
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