0 引言
人类活动被认为是新污染物产生的主要原因，然而，目前并没有完善的法律、法规或标准来规定或监管在生产、建筑或其他活动中产生的、可能危及生命和生态环境的所有污染物
[1]。目前，全球主要关注的新污染物包括环境内分泌干扰物、持久性有机污染物（POPs）、微塑料和抗生素。
文献计量分析由普里查德于1969年首次
[2]提出，它是一种基于大量出版物，通过数理统计和可视化方法对科学研究的现状和趋势进行定量研究的有效工具
[3]。统计结果可以评估相关研究数量逐年的变化情况、关键国家的产出表现以及国际合作情况，识别该领域的热点话题，进而揭示未来的研究方向。如今，文献计量分析被应用于多个研究领域，如管理学
[4]、经济学
[5]、教育学
[6]、医学
[7]、环境科学
[8]等。已有文献报道了文献计量学在新污染物领域的应用，大多是针对某一类新污染物的技术处理，比如微塑料处理
[9]、持久性有机污染物处理
[10]以及内分泌干扰物处理
[11]。然而，针对新污染物处理的文献计量分析却很少有人探索。此外，大多数分析针对的是特定的生物技术，如纳米技术
[12]、生物降解技术
[13]、高效液相色谱法
[14]等，这对于全面回顾新污染物处理技术的演变是不够的。同时，仅仅基于研究论文的发表来预测新污染物处理技术明显存在不足，因为研究论文中的许多技术可能无法在实际项目中得到应用。因此，也有必要通过分析相关专利来进一步探索这些技术在潜在或实际应用方面的情况。
在本研究中，采用了文献计量学的综合方法，对有记录开始以来生物新污染物处理领域的出版物和专利进行了定量和定性评估，以揭示各类新污染物微生物处理技术的研究现状和趋势。具体来说，主要包括以下3个方面：1）分析了高被引文献的时空分布、技术发展趋势以及热点；2）确定了1957—2023年专利的分布情况，并呈现了新污染物处理技术的主要演变路径；3）阐述了新污染物处理的主流技术及其发展和应用趋势，为新时代新污染物处理的研究和应用提供参考。
1 数据来源与研究方法
1.1 数据来源
在论文数据方面，本研究聚焦“新污染物”主题，于2024年8月30日从Web of Science核心合集（WoS）数据库收集数据，鉴于研究论文与综述论文在学术成果中的主导地位，此次研究选取了这2种文献类型，经优化检索策略TS=((“persistent organic pollutant” OR “persistent organic pollutants” OR “endocrine disrupt” OR “endocrine disrupting” OR “Antibiotic resistance genes” OR “microplastics” ) AND (“microbiological degradation” OR“biodegradation” OR “monitoring” OR “treatment” OR “management” OR“detection” OR “environmental microbial biotechnology”))，最终获取了2000—2023年的37503篇论文。并对检索结果进行进一步筛选与提炼，确定3705篇高被引论文用于高频关键词分析。
在专利数据方面，于2023年12月31日从 incoPat数据库收集相关数据，该数据库以权威、广泛的专利收录著称，此次检索将“新污染物”设为主要关注领域，以TIABC=((“persistent organic pollutant” OR “persistent organic pollutants” OR “endocrine disrupt” OR “endocrine disrupting” OR “Antibiotic resistance genes” OR “microplastics”) AND (“microbiological degradation” OR “biodegradation” OR “monitoring” OR “treatment” OR “management” OR “detection” OR “environmental microbial biotechnology”))为检索策略，最终收集到1957—2023年的3304条专利记录。
1.2 研究方法
1.2.1 文献计量法
本研究运用 VOSviewer 软件对新污染物研究进行文献计量分析与可视化研究。VOSviewer 由莱顿大学开发，是一款功能强大的工具，擅长构建文献计量网络和生成共现图谱。它凭借其用户友好的界面以及在技术聚类和地图可视化方面的高效率，被广泛认可。通过分析大规模书目数据，包括引文网络、合作作者关系以及关键词共现，该软件能够有效识别研究领域的图景和轨迹。
1.2.2 专利分析方法
本研究依托incoPat数据库开展专利分析，该数据库集成全球专利的法律状态、引文关系、技术运营等多维信息，为深度剖析技术发展提供了丰富的数据基础。研究首先系统采集专利的年度分布、区域布局及技术分类数据，以此全面勾勒新污染物处理技术的发展轮廓。专利引文网络分析是本研究的核心方法之一。通过梳理专利间的引用关系，能够精准定位关键技术节点，揭示技术知识的传播路径与迭代脉络，明晰核心技术对后续创新的驱动作用。研究运用incoPat数据库的引文分析、聚类及可视化工具，将专利引文网络转化为直观的技术演进图谱，从而识别技术发展的关键转折点与创新轨迹。此外，借助 incoPat数据库的高级分析功能，研究进一步挖掘技术趋势与创新热点，构建起对新污染物处理领域专利技术体系的全景认知，为把握行业技术发展方向提供科学依据。
2 新污染物基础研究态势分析
2.1 新污染物基础研究国际态势与合作网络全景透视
本研究通过统计分析，系统分析了新污染物研究领域学术论文的时间分布特征。研究表明，近年来该领域论文发表量呈现持续增长态势，近5年增速尤为显著。从地域分布来看，中国、美国、西班牙、德国和加拿大位列发文量前5（
图1）。其中，中国以领先优势位居全球首位，其发文趋势与全球总体增长趋势高度吻合，彰显出在该研究领域的强劲发展势头。
从
图2呈现的全球科研合作网络可见，在节点网络中位置维度下，中、美、法、德、加5国构成网络核心枢纽。这些科研强国凭借高频次跨国合作，形成紧密交织的学术协作网络，彰显其在国际科研合作中的主导地位。相较之下，白俄罗斯、摩尔多瓦及塞拉利昂等国处于网络外围，反映出其科研活动更多依赖本土资源，国际合作活跃度相对较低。网络节点大小直观映射各国论文产出规模，节点间连线的粗细程度则量化呈现双边科研合作的紧密程度，为观察全球科研协作格局提供可视化视角。
2.2 新污染物基础研究发展趋势与热点解析
基于SCI论文数据，系统揭示4大类新污染物处理基础研究的演进轨迹（
图3）。
1）在持久性有机污染物（POPs）治理领域，技术革新历经从传统物理分离到尖端绿色技术的跨越。20世纪80年代以混凝沉淀等物理手段为基础，碱催化技术初现雏形，例如，当时针对多氯联苯（PCBs）这类典型的POPs，混凝沉淀法通过加入絮凝剂，使污染物颗粒聚集沉淀，初步实现污染物与水体的分离，但该方法对溶解性较强的POPs去除效果有限；20世纪90年代，超临界水氧化、微波萃取等新型技术取得突破，超临界水氧化技术利用水在超临界状态下的特殊性质，将有机污染物完全氧化为无害的小分子物质。以二恶英治理为例，该技术可将二恶英类物质高效分解，其分解率可达99%以上，有效解决了传统方法难以处理的高毒性、难降解的二恶英问题。微波萃取技术则通过微波的热效应和非热效应，快速将POPs从固态或液态基质中分离出来，大大提高了萃取效率，缩短了萃取时间，且相比传统萃取方法，溶剂用量大幅减少，降低了二次污染风险；进入21世纪，光催化氧化与生物修复成为主流研究方向，光催化氧化技术利用光催化剂在光照下产生的强氧化性自由基，降解POPs。例如，二氧化钛（TiO2）光催化技术在处理含多环芳烃（PAHs）的土壤污染时表现出色。通过将TiO2纳米颗粒与受污染土壤混合，在紫外光照射下，PAHs被逐步降解为二氧化碳、水和无机盐，实现了土壤的净化。生物修复技术则借助微生物或植物的代谢作用降解POPs。例如，在处理含滴滴涕（DDT）的土壤时，研究人员发现某些特定的土壤微生物能够将DDT逐步转化为毒性较低的代谢产物，最终实现DDT的降解，这种方法不仅成本低，而且环境友好，不产生二次污染。近年来离子辐射、纳米修复及生物炭基催化等前沿技术不断涌现，持续拓展污染治理边界。
2）内分泌干扰物处理技术发展呈现多维度突破态势。自20世纪90年代膜处理工艺兴起后，活性污泥法、生物降解、光降解等多元化技术相继涌现。2016年电絮凝技术引入后，曝气塘系统、阳极氧化、非热等离子体处理及碳基纳米材料等创新手段持续迭代，构建起复合治理技术体系。
3）在抗生素污染控制领域，21世纪以来形成了化学氧化、物理吸附与生物处理协同发展的格局。早期臭氧氧化、活性炭吸附等技术奠定基础，近年来，人工湿地、超声-电氧化耦合、多相光催化等新型工艺快速发展，为抗生素高效去除提供了新路径。
4）微塑料污染治理技术呈现爆发式增长态势。物理分离技术持续优化，化学氧化与光催化降解技术不断升级，芬顿体系、电絮凝等高级氧化工艺广泛应用。生物处理技术突破显著，活性污泥法、膜生物反应器等工艺持续完善，同时磁性可回收催化剂、锚定肽等创新性技术的出现，为微塑料污染治理开辟了新方向。
高被引论文对于确定学术领域的开创性研究起着关键作用。高被引论文通常代表了该领域的核心研究成果和重要进展，这些论文经过了严格的同行评议，并被大量后续研究引用，说明其在学术界具有较高的认可度和影响力。因此，使用高被引论文进行分析，能够较好地捕捉到该领域的核心研究主题和热点问题。通过全面的文献检索，收集了3705篇高被引的重要论文。关键词共现分析有助于洞察不同研究主题之间的相互关系，并帮助预测研究中更为细致和重要的趋势。这种方法可以揭示特定术语之间的共同联系，突出尚未引起广泛关注的新兴术语，并强调当前和新兴的研究焦点。高被引论文的关键词共现如
图4所示，主要集中在个人护理用品、持久性有机污染物、内分泌干扰化学物、微塑料等领域。
在新污染物基础研究领域，高被引论文关键词共现分析揭示出个人护理用品相关研究备受关注，已然成为热点研究领域。这表明该领域的研究热度高、受关注度大，吸引了众多科研人员的目光，在整个新污染物研究体系中占据重要地位。然而，深入剖析后发现，现有研究存在明显的局限性，即针对个人护理用品中特定成分在环境中的转化机制及处理难点的研究较少。例如，常见的某些香料、表面活性剂等成分，它们在进入自然环境后，会经历一系列复杂的物理、化学和生物过程，这些过程目前尚未得到充分研究。而且在处理这些特定成分时，面临着诸如处理技术针对性不强、处理效率低下等难题，现有的研究并没有深入地去探讨和解决这些问题。
3 新污染物处理应用研究态势分析
3.1 新污染物处理专利技术时空分布特征分析
基于incoPat专利数据库的系统检索显示，自1957年专利记录起始至今，全球范围内共收录新污染物处理相关专利3304件。通过时序分析发现，专利申请量呈现出持续增长态势，其中2017—2021年出现显著的爆发式增长特征。统计数据表明，专利年申请量从2017年的69件迅速攀升至2021年的264 件，5年间增幅达282.6%，反映出该领域技术创新活动的加速演进（
图5）。进一步解析4类典型新污染物的专利布局发现，微塑料处理技术领域的专利增长尤为突出，近5年呈现指数级增长趋势，成为驱动行业技术革新的关键力量。在专利地理分布维度，中国凭借1389项专利（占比42.04%）确立了在全球新污染物处理技术领域的主导地位，彰显出强大的科研创新能力与产业转化实力。韩国和美国分别以333项（10.08%）和289项（8.75%）位列第2、3位，3国专利总量占比超过60%，形成了全球技术创新的核心阵营。这一格局的形成，不仅体现了各国在环境治理技术研发投入上的差异，也映射出区域产业发展对新污染物处理技术的迫切需求与战略布局。
3.2 新污染物处理专利技术演进分析
4大类新污染物研究相关专利的技术演变路径如
图6所示，具体内容如下。
1）持久性有机污染物（POPs）处理技术发展态势。
POPs的处理技术随着科学知识的进步，从传统走向现代。最初，酶法和双氧水处理等微生物降解方法为环境修复奠定了基础。燃烧和氧化等传统的物理化学技术虽然有效，但存在高能耗和二次污染等缺点。纳米光催化技术、热解和等离子体处理等技术的出现提高了污染物处理的效率和彻底性。在检测技术方面，传统的色谱和传感方法提高了监测效率和预警能力。微波水热反应、超流体技术和拉曼光谱等现代分析技术进一步提高了分析化学的准确性和灵敏度。超临界水氧化和非竞争性免疫分析等前沿技术不仅提高了污染物修复效率，还提高了分析方法的特异性和精确性。纳米光催化技术的创新突破点在于利用纳米材料独特的光学和催化性能，显著提升了对POPs的降解效率。与传统处理技术相比，纳米光催化剂能够在更温和的条件下进行反应，降低了能源消耗。这一技术创新推动了整个POPs处理行业向绿色、高效方向发展，促使科研人员致力于开发更多基于纳米材料的环境修复技术。同时，相关企业也加大了对纳米光催化材料研发和生产的投入，改变了行业内的技术竞争格局，使得掌握纳米光催化核心技术的企业在市场中占据优势地位。
2）内分泌干扰物处理技术发展态势。
内分泌干扰物的处理技术从基础的氧化和吸附方法发展到活性污泥法和膜生物反应器等集成系统。这些系统通过多种化学、物理和生物机制有效去除污染物，为环境修复提供了有力的技术支持。在环境分析和检测方面，从使用红外光谱进行基础的定性评估，取得了重大进展，发展到气相色谱-质谱联用（GC-MS）和液相色谱-质谱联用（LC-MS）等高灵敏度技术。高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）的发展提高了检测灵敏度，加强了环境监测工作。HPLC-MS 技术的创新在于将高效液相色谱的分离能力与质谱的高灵敏度检测能力相结合，能够对内分泌干扰物进行更精准的定性和定量分析。与传统检测技术相比，其检测限更低，能够检测到环境中痕量的内分泌干扰物。这一技术创新对内分泌干扰物处理行业产生了深远影响，它改变了环境监测的标准和方法，促使相关企业和机构更新检测设备，提高监测水平。同时，也为内分泌干扰物处理技术的研发提供了更准确的评估依据，推动了处理技术向更高效、更精准的方向发展，提升了整个行业的技术水平和竞争力。电解、光催化和植物技术等新的污染控制和监测方法利用电力、光能和植物的净化功能，为环境治理和生态监测提供创新解决方案。这些先进技术的发展标志着环境修复和分析检测的重大进展，为高效、环保的污染控制提供了关键支持。
3）抗生素处理技术发展态势。
抗生素处理技术从基础的氧化和吸附方法发展到先进的微生物降解技术，减轻了环境污染负担。随着技术进步，纳米光催化、高级氧化、太阳能加热膜电解、厌氧消化和电化学装置等新兴环境治理技术应运而生。这些技术利用纳米材料、光能和电能等新能源和原理，实现高效污染物去除和资源回收。在污染物检测和分析方面，拉曼光谱、离子辐射和高通量测序等现代分析方法显著提高了精确度和灵敏度。基于PCR的方法、DNA芯片、氯化、好氧堆肥和膜生物反应器等现代生物技术的应用，不仅推进了环境修复和分析检测，还为生物学研究提供了新工具。太阳能加热膜电解、厌氧消化、电化学装置和合成蛋白等前沿技术的探索，将环境治理和分析检测提升到新水平。太阳能加热膜电解技术的创新之处在于利用太阳能作为能源，实现了抗生素处理过程中的能源自给，降低了处理成本，同时减少了对传统能源的依赖，具有显著的环保效益。这一技术的出现，为抗生素处理行业提供了一种可持续的处理方式，推动了行业向绿色能源应用方向发展。厌氧消化技术则通过微生物的厌氧代谢作用，不仅能够降解抗生素，还能实现资源回收，产生沼气等能源物质。这一创新改变了传统抗生素处理只注重污染物去除的观念，促进了行业向资源循环利用方向转变。电化学装置和合成蛋白等技术的探索，为抗生素处理和分析检测提供了新的途径和工具，拓展了行业的技术边界，激发了更多的创新研究，推动了整个行业的多元化发展。
4）微塑料处理技术发展态势。
微塑料处理技术从传统的物理和化学方法发展到现代的高科技方法。传统的水处理技术，包括过滤、吸附、混凝沉淀、氯化和紫外线消毒，构成了水净化的基础。浮选和人工湿地技术通过模拟自然生态过程实现高效的污水净化。酶水解检测和酶降解微塑料等生物技术的应用，为微塑料污染提供了新的解决方案。虹吸、沉淀、电絮凝和浮选-离心等物理化学方法进一步丰富了水处理技术。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱等现代光谱分析技术为污染物检测提供了定性分析工具。能量色散X射线分析和双击热解气相色谱-质谱联用（Py-GC/MS）提高了检测的灵敏度和精确度。气相色谱-质谱联用（GC/MS）、热裂解质谱（Py-MS）和高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）等联用技术将分离科学与质谱相结合，提升了分析能力。特别是Py-GC/MS等创新技术，推动环境管理和分析实践达到新水平。Py-GC/MS 技术的创新在于能够将微塑料热解后进行气相色谱-质谱分析，实现对微塑料的精准定性和定量分析，其高灵敏度和精确度能够检测到不同类型和来源的微塑料。这一技术创新为微塑料污染治理提供了更准确的数据支持，使得环境管理者能够更全面地了解微塑料污染状况，从而制定更有效的治理策略。在行业内，Py-GC/MS技术的应用推动了微塑料监测标准的完善，促使相关检测仪器制造商不断改进和升级产品，提高了行业的检测水平；同时，也为微塑料处理技术的研发提供了更精确的评估手段，加速了新型微塑料处理技术的开发和应用，推动了微塑料污染治理行业的快速发展。
4 展望与结论
4.1 展望
基于对学术文献和专利数据的双重视角综合分析，可以预测未来研究的发展方向。1）研究重点：新污染物对环境和健康带来的新危害已引起全球高度关注，这些污染物对生态安全和人类福祉构成威胁。与传统污染物不同，它们作为新型环境问题，需要更复杂的监测和处理技术。未来研究应优先开展新污染物的生物毒性、来源分布、特征机制和作用途径的基础研究。这些研究领域将增强我们对新污染物多方面影响的理解，并为制定更有效的管理策略提供依据。2）技术创新方向：为了减轻新污染物的不利影响，未来的技术创新应侧重于开发提高污染物去除效率的方法。具体的创新领域包括：环境风险评估与控制：开发评估和控制有毒有害化学品环境风险的先进技术。监测和预警系统：创建能够实时检测新污染物的复杂监测和预警系统，从而实现主动的环境管理。污染物去除效率：探索提高污染物去除效率的新方法和技术，如高级氧化工艺、纳米修复和生物技术方法。这些创新方向旨在解决与新污染物相关的复杂问题，并为环境保护的可持续和有效解决方案的发展做出贡献。
4.2 结论
基于对2000—2023年发表的37503篇关于新污染物研究的科学文章的文献计量分析，以及对1957—2023年期间授予的3304项专利的技术分类，绘制了一个全面的知识图谱，阐明了研究的现状和预期轨迹。中国和美国已崛起为新污染物微生物修复领域的领先国家。在SCI论文领域，研究重点包括可生物降解的微塑料、健康风险、废水排放、塑料循环和生物降解。在专利活动方面，中国占据主导地位，其次是韩国。该领域的研究核心围绕新污染物的处理技术，目标监测、预警系统和降解技术的技术进步将塑造该领域的未来方向。
从研究方法来看，文献计量分析和专利技术分类为新污染物研究提供了双重视角。文献计量分析侧重于学术研究的深度和广度，揭示了当前研究的热点和趋势。例如，SCI论文中对可生物降解微塑料的研究表明，学术界对微塑料的环境行为和生态影响给予了高度关注。这些研究不仅探讨了微塑料的来源和分布，还深入研究了其对生态系统和人类健康的潜在风险。这种学术研究为政策制定和技术创新提供了理论基础。
专利分析则更关注技术的创新和应用。中国在专利活动中的主导地位表明，其在新污染物处理技术的研发和应用方面取得了显著进展。例如，中国在微生物修复技术方面的专利数量较多，这反映了中国在将学术研究成果转化为实际应用方面的高效能力。专利技术的分类也揭示了该领域的技术发展趋势，如目标监测、预警系统和降解技术的创新，这些技术的进步将直接影响新污染物治理的实际效果。
广东省科学院打造综合产业技术创新中心行动资金项目(2022GDASZH-2022030601)
广东省科学院打造综合产业技术创新中心行动资金项目(2024GDASZH-2024010101)
PDF
(7119KB)
