VOCs 尾氣光催化治理技術研究進展與文獻計量學分析

馬 虹，段斌

（寧夏綠源長青環保科技有限公司，寧夏銀川 750001）

揮發性有機物（VOCs）沸點較低、易揮發、分子質量小，多具有刺激性氣味和毒性，是形成空氣污染的前提[1-4]。現階段，我國對于VOCs 廢氣治理已經取得一定成果，但是無法將其從根源上去除，因此針對VOCs廢氣治理仍需開展更深層次的研究。基于光催化分解原理的VOCs 處理技術包括光催化氧化法、低溫等離子體-光催化法、吸附-光催化法、光催化-生物聯合法等[5-10]。

為研究VOCs 光催化研究發展階段及現狀，本文提出采用Co-Occurrence9.9（COOC9.9）[11]和VOSviewer可視化軟件對光催化治理VOCs 研究的線索進行追溯，通過發文量、關鍵詞以及研究熱點等剖析國內研究現狀，與國內光催化技術應用發展情況進行綜合分析，預測后續研究熱點及方向，為相關研究人員提供參考。

1 研究方法和數據來源

1.1 研究方法

為探討VOCs 光催化研究的發展現狀，采用文獻計量分析法進行分析。具體操作如下：首先對下載的文獻進行數據清洗；其次，利用Co-Occurrence9.9（COOC9.9）軟件對關鍵詞進行共現分析；最后，使用VOSviewer 軟件對文本分析結果進行核實以及可視化分析。

1.2 數據來源

數據來源于CNKI 數據庫，為保證文獻分析的全面性、系統性與準確性，以主題詞為檢索方式。基于此，對檢索后的文獻進行篩選、合并、刪除、提取、去重以及整理，最后得到650 篇文獻作為研究樣本。

數據庫：CNKI 中國學術期刊網絡出版總庫、博士、碩士學位論文全文數據庫等。

檢索方式：VOCs 光催化。

文獻類型：期刊、碩博士論文。

時間跨度：1999 年6 月-2021 年11 月。

篩選后的結果：中文期刊論文3 309 篇。

清洗后的結果：中文期刊論文650 篇。

2 研究結果對比分析

2.1 發文量及發文趨勢

通過對比國內自1999 年至今研究趨勢，可以明確看出VOCs 光催化相關研究成果呈逐年上升趨勢，尤其以2015 年為明顯分界點，發文量進入了快速增長階段。對發文量及發文趨勢進行分析，得出國內VOCs 光催化研究分為以下四個階段。

2.1.1 萌芽期 1999-2008 年，10 年累計發文量僅為106 篇，表明相關研究成果極少，且涉足此領域研究人員較少。VOCs 光催化技術領域尚為前沿技術研究方向。

2.1.2 發展期 2008-2015 年，7 年累計發文量超過200 篇，對比萌芽期增長2 倍有余，表明研究成果出現快速增長，涉足研究人員迅速增加。表明VOCs 光催化技術進入示范推廣期。

2.1.3 快速增長期 2015-2018 年，3 年累計發文量超過180 篇，對比萌芽期增長1.5 倍，年發文量為發展期年發文量1～2 倍，發文數量出現快速增長，表明此階段研究成果的發表已進入快速增長期，VOCs 光催化技術應用進入大規模推廣期，技術應用門檻降低。

2.1.4 穩定期 2018-2020 年，3 年年發文量穩定在70 篇左右，累計超過200 篇，對比快速增長期發文量保持穩定，表明光催化技術成為VOCs 主流治理技術方向，且大規模推廣應用進入了深度研究與維護階段，研究人員對相關催化劑、設備制造、過程評估等開始進行基礎研究。

2.2 關鍵詞共現分析

為了解VOCs 光催化研究的起源和發展現狀，運用Co-Occurrence9.9（COOC9.9）和VOSviewer 軟件對關鍵詞進行可視化圖譜分析。

對650 篇中文期刊關鍵詞進行篩選、合并、刪除操作后，篩選前33 個出現次數較高的關鍵詞（表1），并繪制樹形圖，見圖1。

表1 關鍵詞頻次表

圖1 關鍵詞樹形圖

由圖1 可以看出，甲苯、VOCs、催化燃燒、揮發性有機物、催化氧化等為研究頻次及成果最多，在總統計中文文獻650 篇中出現概率達到了53.38%，由此充分說明國內相關研究主要集中于這五個方面。

按照時間線對關鍵詞頻次做進一步趨勢分析，分類和剖析不同階段VOCs 光催化研究的熱點，發現VOCs、催化燃燒、光催化的研究成果隨著時間推進逐步成為了該項領域內的主要研究方向。

自2010 年開始關于VOCs 光催化的研究成果出現快速增加，研究方向呈現多點開花的分布，研究方向逐步細化。2015 年左右涉及甲苯的VOCs 光催化的應用研究得到了極大的關注，研究成果出現井噴式增加，且明顯占據了主要地位，由此可以說明在2015 年前后相關研究人員對于包含甲苯的VOCs 光催化的研究進入高潮期，考慮可能是由于采用甲苯為溶劑或原料進行生產的工業項目大量開工，相關研究重點進行傾斜造成的。在2018 年前后，研究進入穩定期后研究關鍵詞逐步向反應機理、降解機理以及催化劑制備方向轉變，分析結果與上文發文量分析結果相同，進一步佐證了分析結果的可靠性。

同時經過調研，光催化劑制備及研究成為近幾年的研究熱門，國際與國內高水平期刊論文數量不斷增多，研究成果的深入性進入到了一個新的層面，推動了光催化技術在諸如殺菌、廢物處理、污水處理以及有機物合成等多個方向的快速發展，是今后一段時間內的研究熱點。采用VOSviewer 可視化軟件對關鍵詞進行可視化分析，得到圖2。由圖2 可以明顯看出，甲苯、VOCs、催化燃燒、光催化與其他關鍵詞間相互關系最為密切且聯系緊密，出現頻次與上述研究結論相一致。

圖2 關鍵詞可視化圖譜

綜上所述，從研究階段看，國內對于VOCs 光催化經歷了四個階段；從研究情況來看，甲苯、VOCs、催化燃燒、光催化是目前的研究熱點；從研究前沿來看，催化劑機理、降解機理、催化劑制備等技術是今后VOCs光催化新的研究熱點。

3 我國VOCs 有毒空氣污染優先控制對策

加強VOCs 治理是我國控制O3和PM2.5 污染的有效途徑，也是幫助企業實現節約資源、提高效益、減少安全隱患的有力手段。自從《大氣污染防治行動計劃》實施以來，我國相繼出臺了《“十三五”揮發性有機物污染防治工作方案》、《重點行業揮發性有機物綜合治理方案》、《2019 年地級及以上城市環境空氣揮發性有機物監測方案》、《2020 年揮發性有機物治理攻堅方案》、《關于組織開展夏季臭氧污染防治強化監督幫扶工作的通知》等系列文件，主要以改善環境空氣質量為核心，以重點地區為主要著力點，以重點行業（石化、化工、工業涂裝、包裝印刷以及油品儲運銷）和重點污染物為主要控制對象，推進VOCs 與NOx協同減排，強化新增VOCs 污染物排放控制，實施固定污染源排污許可，全面加強基礎能力建設和政策支持保障，因地制宜，突出重點，源頭防控，分業施策，建立VOCs 污染防治長效機制，促進環境空氣質量持續改善和產業綠色發展；同時相繼出臺了VOCs 無組織排放控制、石油煉制、石油化工、制藥工業等10 多項排放標準，限制涂料、油墨、膠黏劑、清洗劑等重點行業VOCs 含量的產品質量標準，全面加強了VOCs 治理的頂層設計。

結合《揮發性有機物（VOCs）污染防治技術政策》、《2016 年國家先進污染防治技術目錄》（VOCs 防治領域）、《揮發性有機物治理實用手冊》等相關文件，目前我國針對VOCs 有毒空氣污染優先控制對策通過從不同行業的源頭削減、過程控制、末端治理、排放限值監測監控、臺賬記錄等全過程控制；為進一步采取對應措施處理VOCs 有毒有害物質提供重要基礎保障。

4 結論與研究展望

4.1 結論

基于CNKI 數據庫的650 篇中文文獻，利用COOC9.9 和VOSviewer 軟件對VOCs 光催化的研究進行可視化知識圖譜分析，研究發現：（1）從研究階段看，國內對于VOCs 光催化經歷了四個階段即萌芽期、發展期、快速增長期和穩定期；（2）從研究情況來看，甲苯、VOCs、催化燃燒、光催化是目前的研究熱點；（3）從研究前沿來看，催化劑機理、降解機理、催化劑制備等技術是今后VOCs 光催化新的研究熱點；（4）通過環境控制標準及核查機制嚴格控制VOCs 的排放。

4.2 未來研究展望

綜上所述，VOCs 有毒氣體主要會對人體健康和環境造成嚴重危害，因此，在發展工業的同時，為保障人體健康和環境質量，應該對VOCs 有毒污染物進行優先治理，從而促進我國工業和諧、穩定、可持續發展。