BIOCHAR | 生物炭制备研究的文献计量学综述——基于2006-2019年文献发表情况

生物炭发文量分析表明，在2006-2019年间关于生物炭制备的文献共1434篇（图1）。自2014年以来，由于生物炭在生物能源生产、肥料生产、废弃生物质利用和温室气体排放等方面发挥着重要作用，研究者对生物炭制备越来越重视，发文数逐年增长。

图1 2006-2019年发文量变化趋势

文章发表学科类别和期刊分布分析表明，生物炭制备相关文献分布在64个学科类别中（表1），以“环境科学与生态学”主题为主，占总发文量的24.06%。以“工程”主题为主的文献占比为18.48%，其次是“农业”(18.41%)、“能源与燃料”(10.81%)、“化学”(9.41%)、“科学与技术”(9.00%)、“材料科学”(4.18%)。说明目前生物炭应用的重要领域主要为环境和生物能源领域。

期刊分布分析表明文章发表在379种不同的期刊上（表2），Bioresource Technology 是发文量最多的期刊，总发文量超过5.30%，其次是Science of The Total Environment（3.56%），Journal of Environmental Management（3.21%）和Environmental Science and Pollution Research（3.07%）。发文量最多的期刊与环境和生物能源密切相关。

作者发文量分析结果显示（表3），在过去的14年中有5046位作者参与了生物炭制备领域的研究。韩国Korea University的Yong Sik Ok发文量最多，到目前为止约有40篇（H指数最高）；其次是University of Florida的Gao Bin，发表了18篇文章，H指数排名第二（58）；接下来依次是Masek Ondrej（17篇，H指数20），Joseph Stephen（17篇，H指数31），Wang Liang（16篇，H指数18），Cornelissen Gerard（16篇，H指数47）。

通过对文章作者地域分布分析，确定生物炭制备研究的国家或地区的合作关系（图2）。共有81个国家或地区的作者发表了有关生物炭制备的论文，中国发文量最多（450篇），占总发文量的31%，在生物炭制备研究领域发挥重要的作用；其次是美国和澳大利亚。大多数文章成果由国家单独发表，国家和地区独立发文量达885篇，占总发文量的62%。来自西亚、南亚、非洲、东欧和南美洲南部的学者对此领域的关注度较低，研究相对较少。进一步对国家或地区的合作关系谱图进行分析表明（图3），中美两国的国际合作最为密切，是生物炭制备研究领域联系最为密切的两个国家，与中国的国际合作国家主要集中在美国、澳大利亚和加拿大。

图2 2006-2019年不同国家或地区的文献数量分布

图3 2006-2019年不同国家或地区的合作关系谱图

进一步对该领域文献被引次数进行分析，整理总被引排名前20的文章（表4）。其中被引500次以上有4篇文献，被引300次以上有10篇文献。在这20篇文献中，来自美国的有6篇，其次是中国（5篇）、澳大利亚（3篇）和加拿大（2篇）。中美研究者发表的文献被引次数相对较多。在学科方面，排名前20的文献中有12篇涉及农业，说明生物炭主要用于农业应用和生产。引用次数最多的文献是Mohan,Dinesh等发表在Bioresource Technology 期刊上的综述文章“Organic and inorganic contaminants removal from water with biochar a renewable low cost and sustainable adsorbent - A critical review”，主要论述了生物炭不同制备方法的特点，包括缓慢热解、快速热解、气化和水热等方法。

利用VOSviewer软件对关键词进行聚类，分析生物炭制备的研究热点，共得到8个聚类（图4）。“热解”是主要的聚类，出现频率在所有关键字中居首位，表明热解法是最主要的生物炭制备方法。其次是“快速热解”、“慢速热解”、“热解温度”，主要研究热解速率和温度对生物炭制备的影响，表明热解温度对生物炭制备的影响很大。“催化剂”出现的频率较高，催化剂由于能改善生物质热解过程，提升生物炭性质而逐渐得到重视。此外，红色聚类中还出现了“微波热解”，为生物质固体热解提供了一个更好的替代方式，可以在热源与被加热材料不进行物理接触的情况下将电磁能转化为热量，使得在热解过程中可以获得相对较高的升温速率，在较低的热解温度下实现更高程度的生物炭碳化，改善生物炭的理化性质。紫色聚类中出现了“水热碳化”，是制备生物炭的另一种方法，此方法不需要创造限氧环境，使得热解条件更加简单，得到的生物炭表面具有较高的芳构化程度和较多的含氧基团。

图4 生物炭制备的关键词聚类图谱

生物炭制备的原料来源非常广泛，生物炭制备方法的不同除了会对其特性产生影响外，不同的热解条件也会影响其特性和应用，如热解原料、热解温度和热解时间（图5）。在生物炭原料来源方面，生物炭的理化性质因原料本身特性的不同而有很大的差异。因此生产用于某些特定环境应用的生物炭，选择合适的原料是至关重要的。比如木材生物质炭具有较高的比表面积和较低的灰分含量，农作物衍生生物炭对环境污染物具有良好的吸附效果，同时也可以作为土壤肥料；畜禽粪便、猪粪等动物粪便生物炭一般含氮量高，但稳定性差。在热解方式方面，热解温度已被认为是影响生物炭特性的最关键因素，对生物炭产量和物理化学性质影响较大。随热解温度的升高，生物炭产率降低，pH升高，芳香碳结构和纳米孔径增大，生物炭中的C-O键、O-H键等含氧官能团数量降低，碱性官能团数量增加。

图5 生物炭的主要制备方法

最后，利用VOSviewer软件对生物炭制备关键词随时间变化的关系谱图进行聚类（图6），分析生物炭制备的未来发展方向。大致可以划分为3个阶段，第一个阶段为2014-2015年，主要研究生物炭快速热解、快速热解碳化；第二阶段为2016-2017年，主要研究热解温度和升温速率对生物炭比表面积、官能团等结构性质的影响。第三阶段为2018-2019年，主要讨论磁性生物炭等新型生物炭的制备，重点研究了微波、催化热解、水热碳化等制备生物炭的新方法，也预示了生物炭制备的新研究趋势。

图6 生物炭制备关键词随时间变化的研究热点和趋势

论文链接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s42773-021-00091-5

BIOCHAR简介

BIOCHAR于2019年3月创刊，期刊编委会由生物炭领域世界知名专家组成，沈阳农业大学陈温福院士担任主编，美国阿肯色大学李延斌教授和沈阳农业大学孟军教授担任执行主编，中国农业大学张福锁院士、中国林业科学研究院蒋剑春院士、韩国高丽大学Yong Sik Ok教授、德国伍珀塔尔大学Jörg Rinklebe教授、佛山科学技术学院王海龙教授、美国马萨诸塞大学邢宝山教授共同担任副主编。

期刊涵盖农业科学、环境科学、材料科学等领域，下设生物炭制备、生物炭材料、生物炭与可持续农业、生物炭与生态环境、生物炭与气候变化、生物炭与农村发展等栏目，接收综述、观点、原创研究、快报、短评等文章。

创刊至今，BIOCHAR坚持高水平、国际化、严标准的办刊策略，得到了国内外同行学者的广泛认可。2020年7月，期刊成功入选中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目，并先后被Scopus以及SCI等多家国际知名数据库收录。BIOCHAR作为全球第一本生物炭领域期刊，将为推动相关学科发展起到积极的作用，并将有助于我国相关领域的国际影响力的提升。

期刊网址：

https://www.springer.com/42773