2000—2021年廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域研究進(jìn)展與前沿分析

馬珮瑤，鄧志華，向 萍，李碧青

（1西南林業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院，昆明 650224；2西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，昆明 650224）

0 引言

在有限的氧氣條件下生物質(zhì)原料通過熱化學(xué)分解產(chǎn)生的富碳物質(zhì)被稱為生物炭[1]，其具有比表面積大、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)[2]，可以有效地吸附重金屬、有機(jī)小分子和離子等污染物[3]，可作為污染物吸附劑，土壤改良劑廣泛應(yīng)用于污染的吸附以及土壤的改良[4]、重金屬的吸附[5]以及能源與化工[6]等領(lǐng)域。同時(shí)，一些研究[7]發(fā)現(xiàn)生物炭還能夠應(yīng)用于生命科學(xué)及工程等領(lǐng)域。由于生物炭具有良好的理化性質(zhì)，在農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，生物炭可以改善土壤肥力，從而能夠減少營養(yǎng)物質(zhì)的流失，進(jìn)一步促進(jìn)作物生長[8]。在環(huán)境領(lǐng)域中，向受污染的土壤中加入一定比例的生物炭，可以通過改善土壤性質(zhì)，降低重金屬的可交換態(tài)離子含量，削弱一部分植物對(duì)于重金屬離子的吸收，從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。例如崔立強(qiáng)等[9]進(jìn)行了一系列的田間試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明將生物炭添加進(jìn)受重金屬污染的土壤中，生物炭可以明顯使得土壤中的重金屬有效形態(tài)降低。周建斌等[10]研究了生物炭對(duì)重金屬鎘的固定，結(jié)果表明生物炭可以通過沉淀、吸附反應(yīng)降低鎘的有效形態(tài)。

在中國，每年有上千萬噸的廢棄物被丟棄，垃圾通常通過焚燒處理，導(dǎo)致大量二氧化碳排入大氣，造成嚴(yán)重的污染[11]。作為環(huán)境友好型劑，利用廢棄生物質(zhì)材料制備成生物炭，用作土壤改良劑，可以用來修復(fù)污染土壤，提高土地的產(chǎn)量；用作吸附廢水的污染修復(fù)劑，可以修復(fù)污染水體[12]，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的資源化、碳封存[13]、污染緩解[14]。在促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，也具有十分良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，變廢為寶。近年來，學(xué)者們?cè)谛迯?fù)領(lǐng)域?qū)τ诶脧U棄物材料制備成生物炭進(jìn)行修復(fù)方面的研究也逐漸增多，已經(jīng)成為了生物炭修復(fù)污染的熱點(diǎn)方向之一。例如，ROBERTS等[15]選擇了多種具有代表性的廢棄生物質(zhì)原料例如能源作物、農(nóng)業(yè)廢棄物、庭院廢棄物等制備成生物炭，結(jié)果表明庭院廢棄物和農(nóng)業(yè)廢棄物排放的溫室氣體都為負(fù)值，并且庭院垃圾具有較好的經(jīng)濟(jì)性。DARBAN等[16]用馬鈴薯皮作為原材料，將馬鈴薯皮制備成生物炭，對(duì)伊朗伊斯法罕的某礦井周邊的土壤進(jìn)行修復(fù)，研究表明，利用馬鈴薯皮制成的生物炭能夠?qū)⒂坞x態(tài)的Cu和Pb轉(zhuǎn)化成為有機(jī)結(jié)合態(tài)，使其趨于穩(wěn)定態(tài)。SEPEHR等[17]采用葡萄枝作為原材料制備成生物炭，在投加量為10%時(shí)，Cd、Zn、Cu和Pb的可移動(dòng)性分別降低了47%、49%、70%和62%。該試驗(yàn)還進(jìn)行了利用橡樹制備生物炭，在添加了4%的生物炭長達(dá)3年內(nèi)，發(fā)現(xiàn)該生物炭依然對(duì)土壤中的重金屬保持著比較高的固化能力，并且該土壤中Zn和Cd的含量分別降低了77%和66%[18]，效果良好。侯艷偉等[19]對(duì)郴州和龍巖地區(qū)礦山周邊土壤進(jìn)行了研究，在該受重金屬污染的土壤中添加了利用水稻秸稈制成的生物炭后，重金屬鉛含量大幅下降，效果很好。MONIKA等[20]研究了由3種不同污泥制備的生物炭在投加后對(duì)土壤的pH、重金屬含量和生物活性的影響。研究結(jié)果表明，添加了生物炭后的土壤，pH有所提高，同時(shí)土壤中可游離態(tài)的重金屬含量有所降低，從而能夠有效地減少重金屬對(duì)于土壤微生物的毒害[21]。QIAO等[22]以玉米秸稈(MS)、向日葵秸稈(SS)、小麥秸稈(WS)、橘皮(OS)、葵花籽殼(SSS)和栗子殼(CS)等農(nóng)業(yè)植物廢棄物為原料低溫制備生物炭。結(jié)果表明，在300℃的條件下，以玉米秸稈(MS)制備的生物炭總孔隙率為92.8%，對(duì)Pb2+的吸附量為78.6 mg/g，去除率為98.3%。所制得的生物炭對(duì)不同濃度的亞甲基藍(lán)和Pb2+水具有良好的吸附性能。簡敏菲等[23]利用農(nóng)業(yè)廢棄物水稻秸稈作為原材料，采用了限氧裂解法制備生物炭。研究結(jié)果表明，提高熱解溫度之后，生物炭的產(chǎn)率和揮發(fā)分比例有所下降，而灰分含量和含碳量有所提高。SUWUNWONG等[24]將廢棄物茶葉渣500℃制成生物炭，又將生物炭改性成MnFe2O4/生物炭，對(duì)Pb2+離子的吸附率提高98%。

目前，隨著科學(xué)計(jì)量學(xué)的快速發(fā)展，該方法被廣泛的應(yīng)用于文獻(xiàn)分析，為大數(shù)據(jù)的可視化研究提供了相當(dāng)可靠的途徑，進(jìn)而可以對(duì)某領(lǐng)域的科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及水平進(jìn)行評(píng)價(jià)[25]。由陳超美教授于2004年推出的基于Java環(huán)境的引文網(wǎng)絡(luò)分析工具Citespace，主要應(yīng)用于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的計(jì)量以及分析，該軟件可以準(zhǔn)確的識(shí)別及顯示科學(xué)發(fā)展的新動(dòng)態(tài)以及目前該領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢(shì)，因此，本文選取了Citespace作為最主要的分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[26]。但是該軟件只能勾勒出大概的研究領(lǐng)域情況，所以本文依據(jù)Citespace以及VOSviewer的分析結(jié)果，對(duì)結(jié)果結(jié)合對(duì)文獻(xiàn)的批判性閱讀進(jìn)行梳理，分析廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域的研究趨勢(shì)以及研究熱點(diǎn)，以期為未來廢棄物生物炭應(yīng)用研究領(lǐng)域提供一些借鑒以及啟示。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究以WoS和CNKI中核心合集2000至2021年的文獻(xiàn)進(jìn)行高級(jí)檢索。其中外文檢索式為[(TS=(waste biochar)AND TS=(adsorption))AND DT=(Article)]主題設(shè)置為waste biochar和adsorption，文獻(xiàn)類型為Article，共得檢索結(jié)果2711條。中文文獻(xiàn)檢索條件為（主題=廢棄物生物炭）OR（篇關(guān)摘=廢棄物生物炭吸附），檢索范圍設(shè)置為期刊，共得檢索結(jié)果266條。此次檢索的檢索時(shí)間為2021年12月1日，導(dǎo)入CiteSpace軟件進(jìn)行分析的文獻(xiàn)共2977篇。

1.2 研究方法

CiteSpace是一個(gè)基于Java環(huán)境的科學(xué)文獻(xiàn)分析工具[27]。利用協(xié)同分析理論和探路者網(wǎng)絡(luò)標(biāo)度，通過繪制一系列可視化圖譜，可以分析特定領(lǐng)域的文獻(xiàn)，探索相關(guān)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)[28]。它可以用來觀察某一研究領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，并通過將其可視化的方式加以呈現(xiàn)，以此來探尋某一學(xué)科領(lǐng)域演化過程的關(guān)鍵路徑[29]，從而可以直觀地了解各個(gè)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，還能夠顯示出在特定的時(shí)間跨度中，突然激增的新的研究話題情況[30]。文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)(Bibliometrics)可以用于定量地審查學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，并描述給定主題、領(lǐng)域、機(jī)構(gòu)或國家的分布模式[31]。運(yùn)用CiteSpace軟件分析時(shí)重要參數(shù)有主題聚類分析、高頻關(guān)鍵詞分析、關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析、聚類分析和時(shí)區(qū)圖譜分析[32]。

本研究利用WOS和CNKI原有的分析工具、CiteSpace 5.8.R1以及VOSviewer可視化分析等軟件[33]，對(duì)廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)文趨勢(shì)及總量、主要發(fā)文國家、機(jī)構(gòu)、發(fā)文期刊、作者以及他們之間的合作關(guān)系、研究熱點(diǎn)及研究重點(diǎn)的變化趨勢(shì)等進(jìn)行計(jì)量分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)文量及年度變化趨勢(shì)

發(fā)文數(shù)量可以直接地反映出科研人員對(duì)于某一領(lǐng)域的關(guān)注程度，在某種程度上，發(fā)文量可以表示廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展速度和發(fā)展程度[34]。通過對(duì)廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域2000—2021年間WOS和CNKI核心合集論文進(jìn)行計(jì)量分析發(fā)現(xiàn)（圖1），外文和中文文獻(xiàn)在廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域起步都相對(duì)較晚，外文文獻(xiàn)從2009年出現(xiàn)第一篇相關(guān)文章，但外文文獻(xiàn)發(fā)文量增加態(tài)勢(shì)明顯，特別是2015年以來，發(fā)文量有了成倍的增長，表明廢棄物生物炭的應(yīng)用越來越得到國際學(xué)術(shù)界的關(guān)注。而中文文獻(xiàn)發(fā)表的第一篇相關(guān)文章在2003年，但發(fā)文量增加較為緩慢，直至十年后發(fā)文量才有了明顯增加，在此之后逐步提高。

圖1 2000—2021年度廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)文量變化趨勢(shì)

2.2 主要研究力量

2.2.1 外文文獻(xiàn)發(fā)文國家分析 一個(gè)國家被SCI所收錄的論文數(shù)量可以反映出該國家對(duì)某一領(lǐng)域研究的科研貢獻(xiàn)程度，而論文的被引頻次可以基本映射出該國家的影響力。通過研究機(jī)構(gòu)和國家的發(fā)文量可直觀判斷某機(jī)構(gòu)或國家對(duì)廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注程度[35]。中國、美國、印度等90個(gè)國家發(fā)表了有關(guān)廢棄物生物炭應(yīng)用的研究論文。如表1所示，排在前十的發(fā)文國家發(fā)文總和為2662篇，占總量的98.19%。

由表1可得，發(fā)文量排在第一名的是中國，共1353篇，所占比例為49.908%，遠(yuǎn)超其他國家，這不僅突出了中國在廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域的重要地位，同時(shí)也表明了中國在廢棄物生物炭領(lǐng)域方面十分重視，并做了大量工作?？傮w來看，中國在廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域研究較為活躍并且具有優(yōu)勢(shì)地位。美國、印度和韓國作為人口和農(nóng)業(yè)大國，在廢棄物生物炭領(lǐng)域的研究也相對(duì)較多。由于農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了大量的農(nóng)林廢棄物，如何將這些廢棄物進(jìn)行資源化利用使得這些國家對(duì)廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)注度上升。

表1 廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域外文文獻(xiàn)發(fā)文量排名前十的國家

中國的科研人員不僅僅只重視論文的數(shù)量，同時(shí)更加注重與各個(gè)國家交流、合作。圖2是廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域的重要發(fā)文國家之間的合作關(guān)系圖，該圖中某個(gè)國家發(fā)文數(shù)量的多少由圓圈直徑的大小所表示，發(fā)文量越高，則圓圈直徑越大，而連線的粗細(xì)程度則表示著國家與國家之間的合作密切程度，線段越粗，表示這兩個(gè)國家之間的合作越密切。

圖2 廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域重要發(fā)文國家間合作關(guān)系圖

2.2.2 重要研究機(jī)構(gòu)分析 期刊論文被重要數(shù)據(jù)庫如SCI收錄的數(shù)量以及論文的被引頻次可以反映該研究機(jī)構(gòu)的影響力和整體科研能力[36]。引用率較高意味著其內(nèi)容與該研究領(lǐng)域的關(guān)系更為密切[37]。

（1）外文文獻(xiàn)發(fā)文機(jī)構(gòu)分析。在廢棄物生物炭應(yīng)用研究領(lǐng)域外文文獻(xiàn)發(fā)文量排名前十的機(jī)構(gòu)分別為中國科學(xué)院(CHINESE ACADEMY OF SCIENCES)（140篇）、湖南大學(xué)(HUNAN UNIVERSITY)（67篇）、高麗大學(xué)(KOREA UNIVERSITY)（56篇）、埃及知識(shí)銀行電子知識(shí)庫(EGYPTIAN KNOWLEDGE BANK EKB)（54篇）、香港理工大學(xué)(HONG KONG POLYTECHNIC UNIVERSITY)（54篇）、佛羅里達(dá)州立大學(xué)(STATE UNIVERSITY SYSTEM OF FLORIDA)（52篇）、印 度 理 工 學(xué) 院 (INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SYSTEM IIT SYSTEM)（50篇）、沙特國王大學(xué)(KING SAUD UNIVERSITY)（50篇）、佛羅里達(dá)大學(xué)(UNIVERSITY OF FLORIDA)（49篇）、中南大學(xué)(CENTRAL SOUTH UNIVERSITY)（47篇）。其中中國科學(xué)院以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)位居第一，可見中國科學(xué)院在廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域做出的突出貢獻(xiàn)。中國的科研機(jī)構(gòu)占其中4個(gè)，表明中國對(duì)該研究領(lǐng)域極其重視，同時(shí)也可以看出，由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展產(chǎn)生越來越多的廢棄物，在基于可持續(xù)發(fā)展的條件下將廢棄物加以利用制備生物炭成為一大熱點(diǎn)。

（2）中文文獻(xiàn)發(fā)文機(jī)構(gòu)。在廢棄物生物炭應(yīng)用研究領(lǐng)域中文文獻(xiàn)發(fā)文量排名前十的機(jī)構(gòu)分別為北京林業(yè)大學(xué)（3篇）、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)（2篇）、廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所（2篇）、福建師范大學(xué)（2篇）、云南農(nóng)業(yè)大學(xué)（2篇）、蘭州大學(xué)（2篇）、國家復(fù)合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心（2篇）、西華師范大學(xué)（2篇）、云南五佳生物科技有限公司（2篇）、江漢大學(xué)（2篇）。

2.2.3 重要期刊來源 某一期刊在某一領(lǐng)域的發(fā)文數(shù)量以及該期刊的被引頻次代表著該期刊在某一領(lǐng)域的影響力，研究人員可以通過該領(lǐng)域的發(fā)文量及影響因子把握該研究領(lǐng)域的核心期刊，通常在該領(lǐng)域發(fā)文量較多的期刊水平普遍較高[38]，該期刊的影響因子越高，影響力也越大[39]。

該領(lǐng)域共有396種來源出版物，根據(jù)期刊的發(fā)文數(shù)量從高到低進(jìn)行排序，發(fā)文量TOP5期刊如表2所示。發(fā)文量前3的期刊依次為BIORESOURCE TECHNOLOGY、SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT、ENVIRONMENTAL SCIENCE AND POLLUTION RESEARCH，分別占所檢索文獻(xiàn)總數(shù)的6.227%、5.601%、4.827%，可以表明這些期刊是研究人員的潛在投稿期刊，同時(shí)也可以說明這些期刊在廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域的影響力相對(duì)較大。在發(fā)文量排名前5的期刊中，截止2020年影響因子最高的是BIORESOURCE TECHNOLOGY，影響因子為9.642，SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT位居第二，影響因子為7.963，一定程度上表明這些期刊在廢棄物生物炭應(yīng)用研究領(lǐng)域的關(guān)注程度相對(duì)重視。

表2 廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域外文發(fā)文量排名前5的期刊

從載文期刊可以看出，中文文獻(xiàn)主要側(cè)重于農(nóng)業(yè)工程以及環(huán)境科學(xué)方面的研究，《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》為該領(lǐng)域分析出的研究論文載文量最多的刊物，共載文15篇，同樣也是同期發(fā)文量所占比例最高的刊物，為5.5%，其次為《環(huán)境科學(xué)》，載文11篇，在同期發(fā)文量中所占的比重為4%。表明了廢棄物生物炭領(lǐng)域與農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域的交叉融合。而另一方面，目前中國尚缺乏針對(duì)廢棄物生物炭領(lǐng)域的?？?，這也是中國在生物炭等相關(guān)領(lǐng)域中研究機(jī)構(gòu)當(dāng)前以及今后的重要任務(wù)（表3）。

表3 廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域中文發(fā)文量排名前5的期刊

2.2.4 重要作者分析 作者在某一領(lǐng)域中發(fā)表論文的數(shù)量以及論文的被引次數(shù)在某種程度上能夠反映出該作者在某一領(lǐng)域的影響力[40]。一篇文章的高被引頻次能夠客觀地反映出該這篇文章的在學(xué)術(shù)上的影響力以及在這個(gè)領(lǐng)域?qū)W術(shù)交流中的作用與地位[41]。當(dāng)前一篇文章的被引用率成為了國際上普遍采用的評(píng)價(jià)作者科研水平的標(biāo)準(zhǔn)[42]。

利用Citespace分析廢棄物生物炭應(yīng)用的作者群體，由圖3可得，在外文文獻(xiàn)中YONG SIK OK、DANIEL C W TSANG、GUANGMING ZENG等是發(fā)文較多的作者。結(jié)果表明，英文文獻(xiàn)中大多作者群體的分布較為緊密，網(wǎng)絡(luò)連線較多，表明了科研團(tuán)隊(duì)與科研團(tuán)隊(duì)之間的學(xué)術(shù)交流相對(duì)較多。而在中文文獻(xiàn)中作者群體在總體上呈現(xiàn)出大分散小集中的態(tài)勢(shì)，團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的交流合作較為緊密，而團(tuán)隊(duì)與團(tuán)隊(duì)之間的合作卻相對(duì)匱乏。

圖3 廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域文章的主要作者

廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域共涉及561位作者，結(jié)合發(fā)文量和被引次數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo)，基本可以確定廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域的重要作者。作者YONG SIK OK發(fā)文量最高，達(dá)到68篇，被引頻次最高的一篇名為“Effects of pyrolysis temperature on soybean stover-and peanut shell-derived biochar properties and TCE adsorption in water”[43]，總被引頻次達(dá)到643次，是該領(lǐng)域的引領(lǐng)人物。作者趙立欣、孟海波所在的中國農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)院較為權(quán)威，與其他科研團(tuán)隊(duì)合作交流也較多。來自福建師范大學(xué)的作者王維奇在此領(lǐng)域發(fā)文量最高，其發(fā)表的《生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征及其應(yīng)用研究進(jìn)展》被引頻次達(dá)到333次。

2.3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

高頻關(guān)鍵詞可以高度概括論文的中心，呈現(xiàn)某研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)[44]。關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析是對(duì)一組詞兩兩統(tǒng)計(jì)它們?cè)谕晃墨I(xiàn)中出現(xiàn)的頻次。對(duì)關(guān)鍵詞的分析可以反映該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和目前該領(lǐng)域的研究方向[45]。文獻(xiàn)分析圖中節(jié)點(diǎn)的大小代表了以往文獻(xiàn)中話題出現(xiàn)的頻率，當(dāng)節(jié)點(diǎn)越大時(shí)，意味著該話題出現(xiàn)的頻率越高，而這些節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的連線則表示關(guān)鍵詞與關(guān)鍵詞出現(xiàn)在了同一篇文章中[46]。

2.3.1 外文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜 對(duì)WOS結(jié)果進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，得出2000—2021年廢棄物生物炭領(lǐng)域外文文獻(xiàn)的研究熱點(diǎn)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 廢棄物生物炭領(lǐng)域外文主要關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

由Citespace以及VOSviewer分析得知，在進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析中，吸附和生物炭作為本研究的主題關(guān)鍵詞，占有十分重要的地位，出現(xiàn)頻次分別達(dá)到了1768和1573次，排在所有出現(xiàn)的關(guān)鍵詞中前兩位。除了adsorption（吸附）、biocha（r活性炭）外，排名前10位的關(guān)鍵詞依次是remova（l去除）、waste wate（r廢水）、activated carbon（活性炭）、sorption（吸附）、aqueous solution（水溶液）、pyrolysi（s熱解）、wast（e廢物）、water（水）、kinetic（s動(dòng)力學(xué)）、heavy meta（l重金屬）。說明利用廢棄物生物炭處理水、以及廢棄物生物炭吸附重金屬也是廢棄物生物炭應(yīng)用的重要因素之一，也是該領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的研究對(duì)象。

2.3.2 中文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜 對(duì)CNKI結(jié)果進(jìn)行關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析，得出2000—2021年廢棄物生物炭領(lǐng)域中文文獻(xiàn)的研究熱點(diǎn)，結(jié)果如圖5所示。

圖5 廢棄物生物炭領(lǐng)域中文主要關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

由Citespace分析得知，在進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析中，生物炭作為本研究的主題關(guān)鍵詞，占有十分重要的地位，出現(xiàn)頻次達(dá)到了163次，排在所有出現(xiàn)的關(guān)鍵詞中第一位。除了生物炭外，排名前10位的關(guān)鍵詞依次是廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、農(nóng)林廢棄物、吸附機(jī)理、重金屬、有機(jī)廢棄物、資源化利用、生物質(zhì)。說明利用農(nóng)林廢棄物制備生物炭是目前一大熱點(diǎn)，同時(shí)將廢棄物資源化利用、以及用廢棄物生物炭吸附重金屬也是該領(lǐng)域的重心。

2.4 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

時(shí)區(qū)圖譜分析可以將所分析的數(shù)據(jù)按照關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)的時(shí)段，把關(guān)鍵詞作時(shí)區(qū)顯現(xiàn)，進(jìn)一步展現(xiàn)關(guān)鍵詞的時(shí)區(qū)演變，得到該領(lǐng)域的研究前沿與發(fā)展趨勢(shì)[47]。而關(guān)鍵詞突變，Burst Terms（突現(xiàn)詞）用于監(jiān)測(cè)一定時(shí)期內(nèi)頻次變動(dòng)率較大的詞，則可以了解領(lǐng)域內(nèi)的研究前沿，從而來確定研究前沿和趨勢(shì)[48]。突現(xiàn)關(guān)鍵詞出現(xiàn)和存續(xù)時(shí)間可以反映研究熱點(diǎn)的演進(jìn)歷程[49]。由于只有外文文獻(xiàn)存在關(guān)鍵詞突現(xiàn)，因此只分析外文文獻(xiàn)中廢棄物生物炭領(lǐng)域關(guān)鍵詞突現(xiàn)情況（圖6）。

圖6 廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖譜

通過Citespace軟件分析算出共有35個(gè)主題關(guān)鍵詞，廢棄物生物炭第一次出現(xiàn)的年份為2009年，因此此圖選取自2009年開始出現(xiàn)的20個(gè)關(guān)鍵詞主題進(jìn)行分析。較為重要的主題關(guān)鍵詞分別為black carbon（黑碳）、soil（土壤）、charcoal（木炭）和sorption mechanism（吸附機(jī)理），可以得出學(xué)者們對(duì)生物炭應(yīng)用于土壤的研究較為提前，同樣也能表明廢棄物生物炭的吸附機(jī)理也是一個(gè)研究重點(diǎn)。同時(shí)，此圖也側(cè)面認(rèn)證了從2009年開始對(duì)于該領(lǐng)域的研究就比較多樣化、專業(yè)化。而在近幾年，大量研究學(xué)者開始關(guān)注humic acid（腐殖酸）、magnetic separation（磁分離）、volatile organic compound（揮發(fā)性有機(jī)化合物）方面，說明磁改性廢棄物生物炭、廢棄物生物炭對(duì)于腐殖酸的影響以及利用廢棄物生物炭處理揮發(fā)性有機(jī)化合物是目前廢棄物生物炭領(lǐng)域的研究前沿。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

本文利用Citespace以及VOSviewer可視化軟件，基于WOS和CNKI核心數(shù)據(jù)庫，對(duì)自2000—2021年廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)表的2977篇相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：

（1）自2003年開始，廢棄物生物炭應(yīng)用研究領(lǐng)域的中外文發(fā)文量逐漸增長，學(xué)術(shù)界對(duì)該領(lǐng)域逐漸重視。來自中國的研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者在廢棄物生物炭應(yīng)用研究領(lǐng)域做出了巨大貢獻(xiàn)，美國和印度也為主要貢獻(xiàn)國家。同時(shí)，國內(nèi)外的廢棄物生物炭應(yīng)用研究主要圍繞中國科學(xué)院展開。

（2）2000—2021年期間廢棄物生物炭應(yīng)用領(lǐng)域研究開展了利用農(nóng)林廢棄物制備生物炭、利用生物炭修復(fù)土壤、利用生物炭吸附重金屬等研究，擁有寬廣的研究視角，寬泛的研究內(nèi)容，可以后續(xù)的深入研究提供一些指導(dǎo)性意見。

（3）研究熱點(diǎn)主要圍繞利用農(nóng)林廢棄物制備生物炭、利用生物炭修復(fù)土壤等關(guān)鍵詞展開。圍繞廢棄物生物炭應(yīng)用展開熱解溫度對(duì)生物炭的影響、生物炭的改性以及生物炭對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物及其吸附機(jī)制的影響等多角度探究為該領(lǐng)域的研究前沿。

3.2 展望

生物炭被定義為一種富含碳的多孔物質(zhì)[50]，由于其出色的自身性能，擁有著十分廣闊的應(yīng)用前景。以成本較低的廢棄物作為原材料來制備成生物炭并加以利用的技術(shù)也日漸成熟起來，目前將廢棄物制備成吸附劑[51]、土壤改良劑[52]和新型燃料[53]等一系列資源化的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，將廢棄物生物炭發(fā)展成為可代替常規(guī)性炭的材料還仍需繼續(xù)努力。同時(shí)，對(duì)于生物炭成本的降低、生物炭的制備條件[54]以及生物炭材料的選擇等方面仍然需要去繼續(xù)探索以及研究。因此，在今后的研究過程中還應(yīng)該進(jìn)一步的探索更多性能更好的廢棄物生物炭在實(shí)際應(yīng)用過程中的潛在用途，尤其是要以“廢物資源化利用”[55]為重要的指導(dǎo)思想，將廢棄物制備成生物炭不僅能夠找到一個(gè)新的途徑來解決廢棄物無法合理處置的難題，還可以為廢棄物生物炭及其復(fù)合材料在環(huán)保[56]、農(nóng)業(yè)等眾多的領(lǐng)域中得到更加有效的運(yùn)用提供重要的支撐。