VOCs 尾气光催化治理技术研究进展与文献计量学分析

2022-12-16段斌

石油化工应用 2022年10期

马虹，段斌

（宁夏绿源长青环保科技有限公司，宁夏银川 750001）

挥发性有机物（VOCs）沸点较低、易挥发、分子质量小，多具有刺激性气味和毒性，是形成空气污染的前提[1-4]。现阶段，我国对于VOCs 废气治理已经取得一定成果，但是无法将其从根源上去除，因此针对VOCs废气治理仍需开展更深层次的研究。基于光催化分解原理的VOCs 处理技术包括光催化氧化法、低温等离子体-光催化法、吸附-光催化法、光催化-生物联合法等[5-10]。

为研究VOCs 光催化研究发展阶段及现状，本文提出采用Co-Occurrence9.9（COOC9.9）[11]和VOSviewer可视化软件对光催化治理VOCs 研究的线索进行追溯，通过发文量、关键词以及研究热点等剖析国内研究现状，与国内光催化技术应用发展情况进行综合分析，预测后续研究热点及方向，为相关研究人员提供参考。

1 研究方法和数据来源

1.1 研究方法

为探讨VOCs 光催化研究的发展现状，采用文献计量分析法进行分析。具体操作如下：首先对下载的文献进行数据清洗；其次，利用Co-Occurrence9.9（COOC9.9）软件对关键词进行共现分析；最后，使用VOSviewer 软件对文本分析结果进行核实以及可视化分析。

1.2 数据来源

数据来源于CNKI 数据库，为保证文献分析的全面性、系统性与准确性，以主题词为检索方式。基于此，对检索后的文献进行筛选、合并、删除、提取、去重以及整理，最后得到650 篇文献作为研究样本。

数据库：CNKI 中国学术期刊网络出版总库、博士、硕士学位论文全文数据库等。

检索方式：VOCs 光催化。

文献类型：期刊、硕博士论文。

时间跨度：1999 年6 月-2021 年11 月。

筛选后的结果：中文期刊论文3 309 篇。

清洗后的结果：中文期刊论文650 篇。

2 研究结果对比分析

2.1 发文量及发文趋势

通过对比国内自1999 年至今研究趋势，可以明确看出VOCs 光催化相关研究成果呈逐年上升趋势，尤其以2015 年为明显分界点，发文量进入了快速增长阶段。对发文量及发文趋势进行分析，得出国内VOCs 光催化研究分为以下四个阶段。

2.1.1 萌芽期 1999-2008 年，10 年累计发文量仅为106 篇，表明相关研究成果极少，且涉足此领域研究人员较少。VOCs 光催化技术领域尚为前沿技术研究方向。

2.1.2 发展期 2008-2015 年，7 年累计发文量超过200 篇，对比萌芽期增长2 倍有余，表明研究成果出现快速增长，涉足研究人员迅速增加。表明VOCs 光催化技术进入示范推广期。

2.1.3 快速增长期 2015-2018 年，3 年累计发文量超过180 篇，对比萌芽期增长1.5 倍，年发文量为发展期年发文量1～2 倍，发文数量出现快速增长，表明此阶段研究成果的发表已进入快速增长期，VOCs 光催化技术应用进入大规模推广期，技术应用门槛降低。

2.1.4 稳定期 2018-2020 年，3 年年发文量稳定在70 篇左右，累计超过200 篇，对比快速增长期发文量保持稳定，表明光催化技术成为VOCs 主流治理技术方向，且大规模推广应用进入了深度研究与维护阶段，研究人员对相关催化剂、设备制造、过程评估等开始进行基础研究。

2.2 关键词共现分析

为了解VOCs 光催化研究的起源和发展现状，运用Co-Occurrence9.9（COOC9.9）和VOSviewer 软件对关键词进行可视化图谱分析。

对650 篇中文期刊关键词进行筛选、合并、删除操作后，筛选前33 个出现次数较高的关键词（表1），并绘制树形图，见图1。

表1 关键词频次表

图1 关键词树形图

由图1 可以看出，甲苯、VOCs、催化燃烧、挥发性有机物、催化氧化等为研究频次及成果最多，在总统计中文文献650 篇中出现概率达到了53.38%，由此充分说明国内相关研究主要集中于这五个方面。

按照时间线对关键词频次做进一步趋势分析，分类和剖析不同阶段VOCs 光催化研究的热点，发现VOCs、催化燃烧、光催化的研究成果随着时间推进逐步成为了该项领域内的主要研究方向。

自2010 年开始关于VOCs 光催化的研究成果出现快速增加，研究方向呈现多点开花的分布，研究方向逐步细化。2015 年左右涉及甲苯的VOCs 光催化的应用研究得到了极大的关注，研究成果出现井喷式增加，且明显占据了主要地位，由此可以说明在2015 年前后相关研究人员对于包含甲苯的VOCs 光催化的研究进入高潮期，考虑可能是由于采用甲苯为溶剂或原料进行生产的工业项目大量开工，相关研究重点进行倾斜造成的。在2018 年前后，研究进入稳定期后研究关键词逐步向反应机理、降解机理以及催化剂制备方向转变，分析结果与上文发文量分析结果相同，进一步佐证了分析结果的可靠性。

同时经过调研，光催化剂制备及研究成为近几年的研究热门，国际与国内高水平期刊论文数量不断增多，研究成果的深入性进入到了一个新的层面，推动了光催化技术在诸如杀菌、废物处理、污水处理以及有机物合成等多个方向的快速发展，是今后一段时间内的研究热点。采用VOSviewer 可视化软件对关键词进行可视化分析，得到图2。由图2 可以明显看出，甲苯、VOCs、催化燃烧、光催化与其他关键词间相互关系最为密切且联系紧密，出现频次与上述研究结论相一致。

图2 关键词可视化图谱

综上所述，从研究阶段看，国内对于VOCs 光催化经历了四个阶段；从研究情况来看，甲苯、VOCs、催化燃烧、光催化是目前的研究热点；从研究前沿来看，催化剂机理、降解机理、催化剂制备等技术是今后VOCs光催化新的研究热点。

3 我国VOCs 有毒空气污染优先控制对策

加强VOCs 治理是我国控制O3和PM2.5 污染的有效途径，也是帮助企业实现节约资源、提高效益、减少安全隐患的有力手段。自从《大气污染防治行动计划》实施以来，我国相继出台了《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》、《重点行业挥发性有机物综合治理方案》、《2019 年地级及以上城市环境空气挥发性有机物监测方案》、《2020 年挥发性有机物治理攻坚方案》、《关于组织开展夏季臭氧污染防治强化监督帮扶工作的通知》等系列文件，主要以改善环境空气质量为核心，以重点地区为主要着力点，以重点行业（石化、化工、工业涂装、包装印刷以及油品储运销）和重点污染物为主要控制对象，推进VOCs 与NOx协同减排，强化新增VOCs 污染物排放控制，实施固定污染源排污许可，全面加强基础能力建设和政策支持保障，因地制宜，突出重点，源头防控，分业施策，建立VOCs 污染防治长效机制，促进环境空气质量持续改善和产业绿色发展；同时相继出台了VOCs 无组织排放控制、石油炼制、石油化工、制药工业等10 多项排放标准，限制涂料、油墨、胶黏剂、清洗剂等重点行业VOCs 含量的产品质量标准，全面加强了VOCs 治理的顶层设计。

结合《挥发性有机物（VOCs）污染防治技术政策》、《2016 年国家先进污染防治技术目录》（VOCs 防治领域）、《挥发性有机物治理实用手册》等相关文件，目前我国针对VOCs 有毒空气污染优先控制对策通过从不同行业的源头削减、过程控制、末端治理、排放限值监测监控、台账记录等全过程控制；为进一步采取对应措施处理VOCs 有毒有害物质提供重要基础保障。

4 结论与研究展望

4.1 结论

基于CNKI 数据库的650 篇中文文献，利用COOC9.9 和VOSviewer 软件对VOCs 光催化的研究进行可视化知识图谱分析，研究发现：（1）从研究阶段看，国内对于VOCs 光催化经历了四个阶段即萌芽期、发展期、快速增长期和稳定期；（2）从研究情况来看，甲苯、VOCs、催化燃烧、光催化是目前的研究热点；（3）从研究前沿来看，催化剂机理、降解机理、催化剂制备等技术是今后VOCs 光催化新的研究热点；（4）通过环境控制标准及核查机制严格控制VOCs 的排放。