邓晶 任爽 李雅

摘要从文献计量学的角度，利用TDA分析软件对Fe3O4磁性复合材料吸附重金属相关论文的年份、国家、机构、学科及关键词等进行了统计分析。

关键词Fe3O4；吸附；重金属；文献计量学分析

中图分类号G255；X52文献标识码A文章编号0517-6611（2017）19-0221-05

Research Trend Analysis on Heavy Metals Adsorbed by Fe3O4 Magnetic Composite Materials Based on Bibliometric Analysis

DENG Jing1，REN Shuang2*，LI Ya1

（1.Library， Northwest A&F University，Yangling，Shaanxi 712100； 2.College of Natural Resources and Environment， Northwest A&F University，Yangling，Shaanxi 712100）

AbstractBased on literature metrology，statistical analysis was made of years， countries， organizations， subjects， key words and so on of published papers about heavy metals adsorbed by Fe3O4 magnetic composite materials using TDA software.

Key wordsFe3O4；Adsorption；Heavy metals；Bibliometric analysis

与传统吸附材料相比，磁性吸附材料在外加磁场的作用下可以促进吸附剂的絮凝作用，有利于对污染物的吸附以及吸附剂的分离回收和重复利用，可避免材料的浪费及二次污染，具有广阔的应用前景[1]。

Fe3O4有价格低廉的原料来源，制备方法简单，是最常见的磁性材料之一。由于Fe3O4颗粒具有表面原子配位不足的特点，对金属离子有很强的吸附能力。然而，Fe3O4的强磁性及较高的比表面积使得Fe3O4颗粒易于聚集，为了提高其在水溶液中的分散性以及在酸碱中的稳定性，可通过将磁性颗粒负载在常见的吸附材料上或用有机物将其修饰改性，制备成复合吸附剂以避免颗粒的团聚，或通过表面修饰的官能团增大吸附剂的吸附性能，由于其回收操作简便，已被广泛用于吸附污水中的重金属[2-3]。

文献计量学是用数理统计的方法定量的对大量文章进行分析研究，通过对科研竞争力和热点研究进行评估，来预测学科未来的发展态势[4]。21世纪以来，大量学者通过文献计量法，对学科领域的论文进行统计，进行前沿态势分析，为科研工作者的选题及实验的开展提供有力支持[5]，并辅助科研管理者提出正确的科研决策[6]。王丽等[7]从文献计量学的角度出发，通过对Web of Science数据库中石墨烯相关论文的发文国家、作者、机构、研究领域等数据进行了统计分析，分析了国内外的研究现状及研究热点。魏珣等[8]采用文献计量法整理了近50年来的世界家畜遺传育种研究相关的文献和专利，从多个层面进行解读，总结出该领域的研究历史及研究热点。

笔者通过对已发表的与Fe3O4磁性复合材料对重金属吸附的相关的国内外文献进行检索，采用文献计量法识别大量文献中研究热点，探讨Fe3O4磁性复合材料研究的发展规律，分析Fe3O4磁性复合材料研究前沿态势和脉络，以期为该领域的研究人员和相关部门提供参考和帮助。

1数据来源与分析方法

1.1数据来源

英文文献数据来源通过检索美国Web of Science核心数据库，截止2016年6月22日收录“TS=[（magnetic or Fe3O4）and（Bentonite or montmorillonite or "activated carbon" or zeolite or Clay or resin or biochar）and（sorption or adsorption or removal）and（"Cr（Ⅵ）"or chromium or "Pb（Ⅱ）" or lead or plumbous or "Hg（Ⅱ）" or mercury or "Cd（Ⅱ）" or cadmium or "Ni（Ⅱ）"or nickel or "As（Ⅲ）" or arsenic or "Heavy metal"）]。精炼依据：研究方向=（CHEMISTRY OR ENGINEERING OR MATERIALS SCIENCE OR ENVIRONMENTAL SCIENCES ECOLOGY OR SCIENCE TECHNOLOGY OTHER TOPICS OR WATER RESOURCES OR POLYMER SCIENCE OR AGRICULTURE OR NUCLEAR SCIENCE TECHNOLOGY OR SPECTROSCOPY OR METALLURGY METALLURGICAL ENGINEERING OR THERMODYNAMICS OR ARCHAEOLOGY）”的相关文献，以检索出的共807篇有关Fe3O4磁性复合材料吸附重金属的文献为研究对象。

中文文献检索中国知网CNKI数据库，截止2016年6月26日收录“主题=（磁性+磁性材料+Fe3O4）*（吸附剂+脱污剂+蒙脱石+膨润土+黏土+活性炭+沸石+树脂+生物炭）*（吸附+脱污）*（重金属+铬+铅+镉+汞+砷+镍）”，从主题排序前250篇文献中剔除不相关及重复文献，最终得到141篇有关Fe3O4磁性复合材料的科技文献为研究对象。

上述中外文文献包括题目、作者、作者单位、机构、发表年、关键词等信息。

1.2分析方法

采用Thomson Data Analyzer（TDA）以及Ucinet、Netdraw等软件对Web of Science数据库和CNKI数据库的数据进行检索、数据挖掘、提取、清洗和可视化分析，作为确定研究领域的研究趋势和研究热点的参考依据[9]。

2结果与分析

2.1研究文献的年度分析

通过检索和筛选到的1992—2016年共807篇英文文献和141篇中文文献，年度增长趋势见图1。对发文数量进行分析，发现最早的文献发表于1992年。从发文年代来看，Fe3O4磁性复合材料吸附重金属的研究经历了3个阶段：①1992—2004年，为Fe3O4磁性复合材料研究的起步阶段，文章数量发展缓慢，每年英文发文量均不超过10篇，中文文章在除2002年发表1篇外，其他年份均未见发表文章。②2005—2009年，Fe3O4磁性复合材料的研究得到了发展，发文数量开始呈现增长趋势，5年内共发表英文文献120篇，中文文献为19篇。③2010年以后，Fe3O4磁性复合材料对重金属吸附的研究呈现近似于线性的快速增长态势，发表的论文数量显著增加，年英、中文文献发表数量分别在50、10篇以上。2015年共发表英文文献132篇和中文文献31篇，处于研究的高峰期（2016年文献不全，数据仅作为参考），说明在未来一段时间内Fe3O4磁性复合材料的研发和对重金属污染的吸附研究仍将持续走热。

2.2论文主要国家地区分布情况

根据Web of Science搜索英文文献结果统计（按第一作者统计），共有美国、法国、中国等65个国家和地区发表了Fe3O4磁性复合材料吸附重金属的文献。在不同阶段，发表文献数量前10位的国家或地区如表1所示。由表1可知，1992—2004年，美国、法国和中国分别位居发文量前3位，美国在经济、科技等领域实力雄厚，聚集了大量优秀的研究人员，在许多研究领域都处于领先地位，在该研究领域也同样处在领先水平；2005—2009年，中国相关研究文献快速增加，并超过美国，位列第一，反映出中国已逐步成为Fe3O4磁性复合材料吸附重金属研究的最主要国家；2010—2016年，发文量排名前3位的国家分别是中国（45.1%）、美国（13.9%）和伊朗（10.4%），中国的文献发表量是美国的3倍多，领先优势较为明显，说明中国在该领域的研究呈“先追踪，后发展”的态势。从表1可以看出，2005年以后，发展中国家的论文数量明显多于发达国家，这是因为在20世纪80年代前后发达国家相继出台相应的法规，采取强有力的措施防止重金属污染，而发展中国家对重金属的控制和治理工作起步较晚[10]，研究滞后于发达国家。

2.3机构合作社会网络分析

研究机构之间的合作与交流，不仅可以拓宽科研人员的研究领域和视野，促进科研水平的提高，而且可以使科学问题被广泛关注，优势互补，加快科研进程。图2a～c分别为1992—2004年、2005—2009年、2010—2016年3个阶段的Web of Science论文机构合作社会网络分析图谱，图2d为2010—2016年CNKI论文机构合作社会网络图。图中圆圈大小表示机构发表文章数量，机构与机构之间连接线的粗细表示合作发文规模[5]。

从图2a可以看出，1992—2004年唯一的合作是Web of Science发文量第一的研究机构土耳其国内Hacettepe University（5篇），与Kirikkale University大学之间展开，主要研究磁性聚甲基丙烯酸甲酯对重金属的吸附，该阶段并未产生跨国合作研究。从图2b可以看出，2005—2009年，研究者开始重视在该研究领域的相互合作、交流，国际合作增强，其中作为我国科学技术方面最高学术机构的Chinese Academy of Sciences（中国科学院）与Hefei University of Technology等多个国内外机构合著论文的数量（10篇）显著高于其他机构，以Chinese Academy of Sciences为中心的合作单位主要的研究方向是将磁性材料负载到石墨烯、碳纳米管、生物炭等材料上制成复合材料对重金属进行吸附。从图2c可以看出，2010—2016年Chinese Academy of Sciences和Islamic Azad University這2所机构是研究Fe3O4磁性复合材料吸附重金属的主要力量。发文量最多的中国Chinese Academy of Sciences（41篇）保持着与Shanghai Jiao Tong University和 Shaoxing University等中国国内的多个机构的合作关系，发文量位居第2位的Islamic Azad University与南非的University of Johannesburg和印度的Indian Institutes of Technology等机构保持良好的合作关系，主要研究通过烷基表面修饰磁性颗粒对重金属进行吸附。各机构间的合作，有利于科研工作者之间的学习沟通和交流，有助于机构的研究领域紧跟国际前沿和热点，促进研究开展的广泛性，同时也可以看到，研究机构间的合作多在各国国内机构或2个国家的机构之间开展，可以预测加强多国家及多机构间的交流合作，各方优势互补，将大大推进学术研究的继续深入开展。

从图2d可以看出，我国研究Fe3O4磁性复合材料吸附重金属的主要研究机构为南开大学、同济大学及华南理工大学等，均与多个机构有着较为广泛合作关系，其中同济大学与上海应用技术学院合作关系紧密。这3所大学的研究领域紧跟Chinese Academy of Sciences和Islamic Azad University等国际主要研究机构的研究方向，以磁性颗粒负载到常见的吸附材料上或通过有机表面修饰磁性颗粒为主。从合作机构的地域分布来看，合作关系主要还是发生在省内或地区内，跨省、地区的合作比较弱，说明国内的合作研究存在较强的地缘性。

2.4学科分布分析

根据Web of Science数据库的研究方向，列出了3个时期的Fe3O4磁性复合材料吸附重金属研究所涉及的学科分布。从图3可以看出，各学科领域的论文数量都有所增长，化学学科的论文数量在3个时间阶段均排在第1位，这说明化学学科一直是Fe3O4磁性复合材料吸附重金属研究领域最为活跃。

从图3也可以看出，随着时间的推进，涉及的学科领域逐渐增多，这些学科领域大致可分为2个学科组：①侧重磁性复合材料的研究开发，涉及的主要学科领域包括化学、材

料科学、工程学等；②侧重对环境的保护，主要学科分布为

环境生态科学和水资源学等。在1992—2004年，主要集

中分布在化学、材料科学及工程学和高分子科学等，说明其研究尚处在基础研究上，而在应用研究上尚不普及，而环境生态科学尚未引起该研究方向的关注，排在学科领域的第10位；2005—2009年，排在前3位学科领域为化学、工程学及材料

科学，环境生态科学开始受到研究人员的关注而上升到第4

位，说明研究已经开始由基础研究向应用研究转变；2010—2016年，除了上述4个学科领域以外，水资源学升至第6位，说明研究开始处在化学、工程、材料科学等基础研究与环境生态科学、水资源学科等应用研究并重的阶段。由于当前重金属污染所导致的环境问题也已经引起了科学工作者的广泛关注，这些学科将可能在未来发挥更为重要的作用。

2.5研究主题社会网络分析

图4a～c为Web of Science论文关键词的社会网络分析，图4d为CNKI论文关键词的社会网络分析。图中圆点的大小代表论文数量的多少，圆点与圆点之间的连线粗细代表关联度的强弱。从图4可以看出，各个阶段“adsorption”均为关联分析的中心主题词。

由图4a可知，1992—2004年，“adsorption”和“copper”“cadmium”和“montmorillonite”之间联系较为紧密，说明磁性复合吸附材料主要是通过蒙脱土作为传统的复合材料基质，吸附的重金属污染物主要为铜和镉。由图4b可知，2005—2009年“adsorption”周围的连线逐渐增多，与“kinetics”“thermodynamics”“nanoparticles”“resins”“glycidyl methacrylate”“arsenic”“chromium”“mercury”等关键词直接的连线较粗，说明以树脂作为负载材料和以甲基丙烯酸缩水甘油酯为修饰剂的研究逐渐兴起，吸附对象扩展到对砷、铬、汞等重金属的吸附，而动力学、热力学等关键词的出现说明科研人员开始进行吸附机理的研究。从这一时间段开始，磁性复合材料的研究逐渐分为2个方向：①磁性颗粒的无机负载；②对磁性颗粒的有机包覆。2010—2016年的研究主题显著增多（图4c），与中心主题“adsorption”之间的联系较为紧密的主题有“chitosan” “nanoparticles” “biochar”“carbon nanotubes”“activated carbon”“graphene”“lead”“cadmium”“arsenic”“chromium”“mercury”“copper”“kinetics”“thermodynamics”等。与前两阶段相比，复合的材料出现新进展，壳聚糖作为无毒且生物相容性好的修饰剂，生物炭、碳纳米管、石墨烯等新型复合材料的研究逐渐成为研究热点。与前2个阶段相比，对重金属的研究种类显著增多，标志着应用研究的广泛性，在近年来环境污染逐渐多种重金属复合污染现状下，呈现出同时吸附多种重金属的复合材料成为研究领域的热点的态势。这一阶段表征新的材料、广泛的应用和深入的吸附机理研究并重的特点，进一步证实了上述主题已经成为该研究领域当前研究的热点和创新性的增长点，这与2010—2016年文献数量急剧增加相对应。从图4d可以看出，国内研究可以看出吸附中心词“吸附”与“壳聚糖”“纳米颗粒”“石墨烯”“镉”“砷”“铬”“铜”“重金属”“动力

学”之间的连线较粗，

说明它们之间高度相关，其中主题词中“壳聚糖”“镉”“砷”“铬”“铜”“纳米颗粒”“动力学”“石墨烯”等均与Web of Science在第

2010—2016年

的統计数据和热点特征趋势相一致，说明我国

的CNKI发表论文的研究主题能够紧跟世界研究热点而开

展，这与机构合作社会网络分析的结果相互验证。

对2010—2016年与研究主题相关的论文进行阅读整理后发现，关于Fe3O4磁性复合材料的研究在一定程度上反映了几大主题，并在未来的一段时间内成为研究发展的主要方向：①磁性复合材料的研究基础理论与技术，主要分为磁性颗粒的无机负载和对磁性颗粒的有机包覆，纳米复合材料和无毒且环境相容性好的新型复合材料逐渐兴起；②磁性复合材料对重金属的吸附机理，主要研究对污染物的动力学、热力学研究分析吸附机理并研究利用各种仪器对材料的机构和吸附特征进行表征；③磁性复合材料在环境领域的应用研究，环境中多种重金属复合污染问题日益突出，对多种重金属共同吸附的材料研究受到广泛关注。

3小结与展望

Fe3O4磁性复合材料吸附重金属在2010年以后持续快速增长，已经成为国内外的研究热点领域，研究主体由发达国家向发展中国家转变，中国和美国在论文数量和机构分布上优势显著，机构之间的合作增强。研究领域侧重于磁性复合材料的研究开发的化学、工程学及材料科学领域以及侧重于对环境的保护环境科学、水资源领域。研究内容由吸附效应研究深入到吸附机理研究，磁性复合的材料开始出现多元化和新型化，对污染物的吸附种类增多，呈现新材料、新应用和深入的吸附机理研究并重的特点。我国的CNKI发表论文的研究主题可以紧跟国际研究热点。

Fe3O4磁性复合材料的发展将以同时对磁性颗粒无机负载和有机包覆制备的复合吸附材料为主，利用新型仪器分析复合材料的结构特征，从微观角度重金属的吸附机理进行测定表征测定，以及面对环境中多种重金属共同污染及有机-重金属复合污染等现实问题而研究开发可以同时吸附有机-重金属的吸附剂、对不同重金属具有选择性吸附的材料的研究将成为今后该研究的主要方向。

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