Peran Nanomaterial dan Nanoteknologi dalam Pengolahan Air Limbah:Analisis Bibliometrik
Abstrak
Nanomaterials and nanotechnologies (NNs) telah membentuk proses pengolahan air limbah yang belum pernah terjadi sebelumnya. Metode bibliometrik dianggap sebagai cahaya yang sangat diperlukan untuk memandu arah dalam domain ilmiah. Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki peran NNs dalam pengolahan air limbah dengan teknik bibliometrik berdasarkan database SCI 1997-2016. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Cina (962), Amerika Serikat (324) dan Iran (140) adalah negara yang paling produktif. Chinese Academy of Sciences (149), Tongji University (49), dan Harbin Institute of Technology (40) dari China adalah institusi yang paling berkontribusi. China dan AS memainkan peran sentral dalam kerja sama lintas negara, tetapi tiga institusi teratas China menunjukkan vitalitas yang terbatas dalam komunikasi luar negeri. Rsc Advances (108) adalah jurnal paling produktif diikuti oleh Desalination (97) dan Desalination and Water Treatment (96). Arah penelitian NN dalam pengolahan air limbah terikat dengan NN baru. Metode persiapan baru dan struktur nano adalah dorongan kuat untuk kemajuannya. Nanomaterials seperti graphene, nanotube, nanopartikel magnetik, dan nanopartikel perak adalah hotpot di bidang ini. Penerapan NN saat ini dan potensial dalam pengolahan air limbah serta tantangan ditinjau berdasarkan hasil bibliometrik. Studi ini juga memberikan saran pemikiran masa depan kepada peneliti tentang pemilihan topik penelitian.
Latar Belakang
Sejak “nanomaterial” dan “nanotechnology” dikedepankan, keduanya telah menjadi fokus bidang ilmiah, baik di dalam maupun di seluruh disiplin ilmu. Diperdebatkan karena pendanaan penelitian berkelanjutan dan terobosan ilmiah untuk domain nanometer, NN baru mempromosikan pengembangan bidang-bidang seperti kimia [1] dan ilmu material, kedokteran dan farmakologi [2], elektronik dan fotonik, lingkungan dan energi [3]. Selain itu, NN juga memainkan peran penting dalam berkontribusi pada pengolahan air limbah karena luas permukaannya yang tinggi dan reaktivitasnya yang tinggi [4, 5].
Dengan peningkatan populasi yang terus meningkat dari standar hidup di seluruh dunia, limbah besar akan menimbulkan tantangan dan beban serius bagi masyarakat kita [6]. Sistem pengolahan air limbah adalah titik pertemuan antara limbah dan sumber air alami seperti sungai, danau, waduk, dan air tanah. Akibatnya, efektivitas sistem pengolahan air limbah akan menghasilkan dampak yang besar pada daur ulang air. Dalam banyak kasus, pengolahan air limbah yang tepat menjamin keamanan air minum [7] dan pemulihan sumber daya [8]. Oleh karena itu, tidaklah berlebihan untuk menjadikan inovasi teknologi sebagai tujuan utama dalam pengolahan air limbah. Untungnya, NN memberi kami lebih banyak opsi. Pengolahan air limbah generasi berikutnya dan sistem pasokan air yang mengandalkan NN dapat menjadi sangat efisien [9], ramah lingkungan, bebas koproduk [10] serta layak secara ekonomi [11]. NNs memberikan kinerja tinggi dalam pengolahan air limbah dengan aplikasi utama adsorpsi [12], membran dan proses membran [13], fotokatalis, desinfeksi dan kontrol mikroba, penginderaan dan pemantauan [14]. Mempertimbangkan fakta bahwa peningkatan nanopartikel yang direkayasa secara komersial akan menemukan jalan terakhir ke instalasi pengolahan air limbah, beberapa peneliti telah menunjukkan kekhawatiran tentang kemungkinan pengaruh pada proses pembuangan [15]. Untuk pemahaman yang lebih baik tentang peran NN dalam pengolahan air limbah, penilaian kuantitatif dan kualitatif diperlukan untuk pedoman ilmiah.
Dalam beberapa tahun terakhir, metode bibliometrik telah diidentifikasi sebagai strategi baru untuk mengetahui poin-poin yang berguna secara cepat dan tepat dari informasi yang masif. Ini dapat digunakan untuk mengevaluasi perkembangan domain secara matematis selama periode tertentu. Zyoud dkk. [16] menawarkan panduan untuk penelitian masa depan tentang toksisitas lithium dengan mempelajari publikasi relatif selama hampir satu abad dengan metode bibliometrik. Zhang dkk. [17] membuat analisis bibliometrik dalam jejak air dan menemukan bahwa faktor-faktor seperti hubungan air-makanan-energi dan mekanisme penggerak variasi jejak air mendorong pengembangan bidang ini. Yataganbaba dkk. [18] memperkenalkan langkah-langkah bibliometrik ke dalam materi perubahan fase dan subjek enkapsulasi dan memberikan wawasan untuk penelitian masa depan. CiteSpace dirancang sebagai perangkat lunak visualisasi domain pengetahuan [19]. Dan konsep sentral dari alat ini adalah burst detection, betweenness centrality, dan jaringan heterogen [20]. Selain itu, dapat menyajikan hasil dalam format visual yang mudah dipahami melalui diagram [21]. Sebagai akibat dari alasan di atas, CiteSpace semakin populer di kalangan peneliti ilmiah [22, 23].
Mengingat pertumbuhan eksponensial signifikansi dan jumlah publikasi, analisis kritis studi masa lalu, saat ini, dan masa depan sangat mendesak. Makalah ini mencoba untuk menyelidiki perkembangan NN dalam studi ilmiah terkait pengolahan air limbah dari tahun 1997 hingga 2016 dengan teknik gabungan metode bibliometrik dan CiteSpace.
Metode
Sumber Data
Koleksi Inti Web of Science mencakup sebagian besar jurnal penting dan diterapkan secara luas di berbagai bidang ilmiah [24, 25]. Untuk mendapatkan informasi yang memenuhi syarat tentang topik NN dalam pengolahan air limbah, sumber data kami diambil dari basis data Science Citation Index Expanded (SCI). Bertujuan pada catatan yang andal dan akurat, "nano*" dan "pengolahan limbah" atau "pengolahan air limbah" atau "pembuangan limbah" atau "pembuangan air limbah" digunakan sebagai strategi pencarian. Pencarian dilakukan pada 30 Juni 2017, dan publikasi dipilih dalam rentang waktu 1997 hingga 2016. Kemudian dikumpulkan 2604 catatan.
Analisis Bibliometrik
Bibliometrika adalah teknik komprehensif yang berkaitan dengan metode matematika dan statistik untuk mengetahui distribusi publikasi, variasi, dan hubungan secara kuantitatif berdasarkan database publik [26]. Dengan membagi informasi yang valid, analisis lebih lanjut tentang karakteristik literatur dan pengetahuan yang mendasari akan dimungkinkan.
Analisis jaringan sosial adalah alat yang berguna untuk representasi dan analisis data relasional [27]. Ini menyediakan metode pengukuran kuantitatif pada beberapa hubungan antara peran sosial yang berbeda. Geph adalah perangkat lunak prevalensi untuk analisis jaringan sosial [28]. Dan dalam studi ini akan diterapkan untuk menampilkan jaringan kerja sama di antara negara/wilayah dan lembaga produktif teratas.
Analisis Visualisasi
Analisis visualisasi mengacu pada penyajian sejumlah besar data pada peta dengan berbagai alat pemodelan jaringan [23]. Dalam studi berikut, CiteSpace akan digunakan untuk studi kata kunci yang terjadi bersamaan. Dan ArcGIS akan digunakan untuk menggambarkan distribusi institusi di seluruh dunia.
Hasil dan Diskusi
Karakteristik Publikasi Penelitian
Dari 2604 catatan tentang NN dalam pengolahan air limbah, "Artikel" menyumbang 91,90% (2393 catatan) sementara Review and Proceedings Paper masing-masing menyumbang sekitar 7,45% (194 catatan) dan 5,45% (142 catatan). Catatan jenis lain dibuat kurang dari 1% termasuk abstrak rapat, bab buku, item berita, bahan editorial dan koreksi. Dalam tulisan ini, hanya artikel yang dipelajari lebih lanjut.
Artikel yang dicetak dalam bahasa Inggris adalah 98,96% dari total catatan, kemudian Cina 0,71%. Proporsi kelima bahasa lainnya termasuk Prancis, Jerman, Melayu, Polandia, dan Spanyol kurang dari 0,4%. Mengingat banyak penulis Cina berpartisipasi dalam penelitian NN dalam pengolahan air limbah, makalah berbahasa Inggris dan Cina dipertimbangkan.
Seperti yang diamati pada Gambar. 1, histogram menunjukkan variasi artikel yang terkait dengan NN dalam pengolahan air limbah antara tahun 1997 dan 2016. Periode 5 tahun pertama menunjukkan tingkat jumlah publikasi yang rendah, dengan rata-rata 5 per tahun. Antara 2002 dan 2006, jumlah publikasi rata-rata adalah sekitar 25, hanya lima kali lipat dari periode lalu. Setelah peningkatan yang stabil dari 48 pada tahun 2007 menjadi 74 pada tahun 2009, rekor publikasi tahunan menembus 100 dan mencapai 138 pada tahun 2011. Selama 5 tahun berikutnya, laju publikasi meningkat pesat dan substansial. Oleh karena itu, terungkap bahwa topik ini telah menarik minat yang meningkat di bidang ilmiah. Kurva pas pada Gambar. 1 memberikan gambaran tentang pertumbuhan eksponensial di domain ini. Dan hubungan yang tepat antara tahun (x) dan jumlah publikasi (y) telah didaftar dengan bentuk matematis. Ini menjamin penelitian tentang NN dalam pengolahan air limbah akan tetap menjadi topik hangat di tahun-tahun mendatang.
Jumlah publikasi tahunan enam negara produktif teratas selama 1997–2016. TP:jumlah total publikasi. Nomor setelah negara adalah total publikasi negara ini di bidang ini selama rentang waktu
Diagram garis pada Gambar 1 menunjukkan kinerja keluaran publikasi tahunan dari enam negara paling produktif. Meskipun pada tingkat penerbitan yang rendah, Amerika Serikat memainkan peran pelopor di bidang ini selama dekade pertama secara umum. Setelah itu, jumlah publikasi di China mengalami dan terus meningkat pesat pada dekade berikutnya dan menempati posisi terdepan dengan 962 artikel. Hal ini tidak terlepas dari Rencana Pengembangan Iptek Nasional Jangka Menengah dan Panjang (2006–2020) yang telah membawa nanomaterial dan nanoteknologi lingkungan ke lokasi yang strategis. Tren pertumbuhan juga diamati di AS, meskipun dengan bentuk yang jauh lebih ringan. Pada akhir 2016, AS memiliki total publikasi 324. Namun, jumlah makalah tentang NNs dalam pengolahan air limbah oleh Iran (140), India (105), Korea Selatan (104), dan Spanyol (101) tidak menunjukkan peningkatan yang jelas hingga 5 tahun terakhir. Dan kesenjangan yang jelas dapat diamati antara mereka dengan dua negara teratas. Akibatnya, dapat digambarkan bahwa negara-negara yang sangat produktif berkontribusi dalam pengembangan domain ini secara keseluruhan.
Kontribusi Negara/Wilayah
Alamat dan afiliasi yang dilampirkan pada setiap catatan dapat dianggap sebagai informasi yang efektif untuk evaluasi negara/wilayah dan lembaga. Karena alamat penulis tidak ada, hanya 2391 artikel yang diterapkan untuk analisis di bagian ini. Selama dua dekade, 83 negara/wilayah memiliki catatan publikasi tentang NNS dalam pengolahan air limbah. Dan 20 negara/wilayah teratas menyumbang 83,95% dari total publikasi.
Pada Tabel 1, 20 negara/wilayah paling produktif diberi peringkat menurut catatan publikasi mereka, jumlah dan persentase publikasi tanpa dan dalam kerjasama internasional, jumlah publikasi yang diterbitkan oleh penulis pertama dan penulis koresponden, dan informasi indeks-h. Dalam setiap aspek, Cina menunjukkan keunggulan atas Amerika Serikat, negara produktif kedua di antara daftar tersebut. Patut dicatat bahwa AS mendapatkan kolaborasi dan kinerja indeks-h yang cukup besar, dengan hanya sepertiga jumlah publikasi China. Mempertimbangkan bahwa h-index dapat digunakan sebagai indikator untuk mengukur dampak dan kuantitas catatan publikasi, ini menunjukkan bahwa AS mungkin memiliki proporsi publikasi berkualitas tinggi yang lebih besar daripada China. Dibandingkan dengan AS, Iran jelas tertinggal dalam semua aspek. Dan untuk peringkat kolaborasi dan h-index, Iran hanya menempati posisi kedua puluh dan kesebelas. Selain China dan Amerika Serikat, Australia, yang menempati urutan ketujuh dalam jumlah publikasi, menampilkan kegiatan yang paling banyak dibandingkan negara lain. Meskipun tidak menunjukkan keunggulan dalam jumlah publikasi total, Australia, Singapura, Jerman, dan Kanada mendapatkan peringkat h-index yang relatif lebih tinggi.
Analisis jaringan sosial kemudian diterapkan untuk menganalisis hubungan penulisan bersama di antara 30 negara/wilayah produktif teratas. Dan hasilnya ditampilkan pada Gbr. 2. Khususnya, AS dan China bekerja paling dekat di antara semua negara/wilayah. Mereka telah menghasilkan 66 publikasi yang ditulis bersama. Selain itu, kerja sama antara China dan Hong Kong, Arab Saudi, dan Inggris juga luar biasa. Tidak seperti Cina yang melakukan kerjasama yang relatif intens dengan negara/wilayah tertentu, AS tetap menjalin hubungan dengan lebih banyak negara/wilayah meskipun dengan kepadatan yang lebih sedikit.
Jaringan kerja sama dari 30 negara/wilayah produktif teratas
Kontribusi dan Distribusi Lembaga
Menurut informasi dari alamat penulis, 1871 institusi telah menunjukkan minat pada NN dalam pengolahan air limbah. Dan File tambahan 1:Gambar S1 mengilustrasikan semua institusi yang diambil di seluruh dunia. Daerah dengan kepadatan sebaran yang tinggi terutama berasal dari tiga kawasan ekonomi utama, yaitu Eropa, Asia Timur, dan Amerika Utara. Eropa memiliki jumlah institusi terbesar diikuti oleh Asia Timur dan Amerika Utara masing-masing.
Seperti yang tercantum dalam Tabel 2, sekitar dua pertiga dari 30 lembaga teratas berasal dari China, dan dua dari Singapura, satu dari Iran, Malaysia, dan AS. Chinese Academy of Sciences memberikan kontribusi publikasi terbanyak di bidang ini (149) diikuti oleh Universitas Tongji (49) dan Institut Teknologi Harbin (40). Lebih dari setengah dari total artikel (54,75%) melibatkan kolaborasi multi-lembaga. Pemeringkatan nomor publikasi untuk lembaga penulis pertama, korespondensi, dan lembaga penulis sesuai dengan jumlah jumlah publikasi pada umumnya. Meskipun patut dicatat bahwa Universitas Zhejiang dan Universitas Negeri Arizona, tidak tampil luar biasa dalam jumlah publikasi total, masing-masing menempati peringkat kedelapan dan kesembilan di negara penulis pertama dan negara penulis yang sesuai. Dalam hal peringkat indeks-h, Chinese Academy of Sciences mempertahankan tempat pertama. Namun demikian, National University of Singapore, Tonji University, Shanghai Jiao Tong University, dan Nanyang Technological University dengan berbagai peringkat memiliki h-index yang sama (16 atau 17).
Seperti yang ditunjukkan dalam File tambahan 1:Gambar S2, Akademi Ilmu Pengetahuan China, China, dan Universitas Sains dan Teknologi China memiliki hubungan kerja sama yang kuat. Perlu dicatat bahwa sebagian besar kolaborasi terjadi di antara lembaga-lembaga Tiongkok. Sebagai pusat jaringan, Chinese Academy of Science menjalin kemitraan dengan hampir semua institusi dalam negeri tetapi komunikasi dengan luar negeri terbatas. Selain itu, Harbin Institute of Technology, China, juga menjalin kerjasama yang baik dengan enam institut lainnya. Selain itu, ETH, Swiss dan Universitas Negeri Arizona, Universitas Islam Azad dan Universitas Teknol Malaysia hanya menunjukkan kolaborasi satu sama lain tetapi kehilangan koneksi dengan seluruh jaringan kerja sama. Perlu ditegaskan bahwa Duke University dari Amerika Serikat tidak ditemukan pada Gambar 3. Ini berarti tidak bekerja sama dengan 30 institusi teratas lainnya.
Jaringan kerjasama 30 institusi produktif teratas
Publikasi tahunan dari lima lembaga produktif teratas selama dua dekade diilustrasikan dalam File tambahan 1:Gambar S2. Sebelum tahun 2005, hampir tidak ada catatan penerbitan yang ditemukan di antara lima lembaga teratas ini. Sejak itu, jumlah publikasi tumbuh pesat meskipun fluktuasi yang jelas dalam beberapa tahun. Pada tahun 2011 Akademi Ilmu Pengetahuan China mengambil langkah maju yang besar dan melampaui empat institut lainnya. Setelah itu, ia mempertahankan tingkat pertumbuhan yang lebih tinggi dan menempati peringkat teratas selama 5 tahun terakhir. Tren di antara lima lembaga paling produktif ini menunjukkan bahwa bidang ini semakin menjadi fokus perhatian peneliti di seluruh dunia.
Distribusi Kategori Subjek dan Jurnal
Semua artikel yang diambil dibagi di antara 44 kategori subjek. Seperti yang tercantum dalam Tabel 3, teknik menempati peringkat pertama dengan 1069 catatan diikuti oleh kimia dengan 757 catatan dan ilmu lingkungan dan ekologi dengan 702 catatan masing-masing. Seperti yang diilustrasikan dalam File tambahan 1:Gambar S3, jumlah enam kategori mata pelajaran produktif teratas terus meningkat setelah hampir tidak tumbuh selama periode 5 tahun pertama. Sebelum 2015, teknik naik dengan kecepatan yang relatif tinggi dan terus menempati posisi terdepan. Namun, kimia menunjukkan pertumbuhan yang mengejutkan setelah 2011 dan mengambil keuntungan dari ilmu lingkungan dan ekologi, dan teknik masing-masing pada tahun 2014 dan 2016. Alasan yang mungkin adalah bahwa para peneliti telah menyadari pentingnya mekanisme kimia dari perilaku NN dalam pengolahan air limbah. Peningkatan yang konsisten dalam ilmu lingkungan dan ekologi, dan sumber daya air menyiratkan efek penting dan potensial dari NN di area lingkungan. Kemakmuran teknik, ilmu material, serta sains dan teknologi—topik lainnya mungkin karena munculnya NN.
Sebanyak 2.393 artikel tersebut terbagi dalam 449 jurnal. Dan seperti yang tercantum dalam Tabel 4, kontribusi 20 jurnal teratas untuk semua publikasi adalah 47,20%. RSc Advances, jurnal komprehensif untuk ilmu kimia, adalah jurnal paling produktif dengan 108 catatan diikuti oleh Desalinasi, dan Desalinasi dan Pengolahan Air masing-masing dengan 97 dan 96. Menikmati reputasi yang sangat tinggi dalam domain lingkungan di seluruh dunia, Ilmu dan Teknologi Lingkungan berada di peringkat ketujuh dengan 76 catatan. Ini menyiratkan bahwa NNs semakin peduli sebagai masalah lingkungan. Selain itu, terlihat jelas bahwa sebagian besar jurnal yang tercantum dalam Tabel 4 memiliki nilai Faktor Dampak (IF) yang tinggi, dengan 65% di antaranya berkisar antara 4,2 hingga 9,5. Secara umum, IF dianggap sebagai indikator yang efektif untuk kualitas jurnal [29]. Oleh karena itu, ini menyarankan prevalensi topik ini di antara para ilmuwan terkemuka.
File tambahan 1 Gambar S4 menunjukkan kinerja publikasi lima jurnal teratas. Jelas, 2 dan 3 tahun terakhir menyaksikan tren melonjaknya Uang Muka RSc, serta Pengolahan Air dan Desalinasi. Desalinasi, bagaimanapun, mengalami penurunan tajam pada tahun 2012 dan tetap pada tingkat yang lebih rendah setelah itu dibandingkan periode 2005 hingga 2010. Selain itu, empat jurnal lainnya meningkat dalam fluktuasi sepanjang rentang waktu. Ini menunjukkan bahwa penelitian NN dalam pengolahan air limbah telah berkembang menjadi studi silang secara luas.
Bidang Penelitian Utama
Kata kunci sebuah makalah dapat menawarkan poin-poin efektif terkait dengan ide-ide utamanya. Deteksi burst di CiteSpace dapat mengambil kata kunci burst sebagai tanda tren yang muncul dari NN dalam pengolahan air limbah [30]. Pada bagian ini, hanya 2386 record yang dianalisis, karena 7 record lainnya tidak valid dengan informasi yang tidak lengkap.
Garis waktu jaringan yang divisualisasikan berdasarkan kata kunci ditunjukkan pada Gambar 4. Warna lingkaran dan garis dalam jaringan sesuai dengan tahun berturut-turut di bagian atas gambar itu sendiri. Setiap titik mewakili sebuah simpul dalam jaringan. Dan node adalah kata kunci. Garis antara node menyarankan link yang terjadi bersama. Perlu ditekankan bahwa highlight node dengan bidang penelitian yang signifikan ditandai dengan trim ungu. Dan trim ungu yang lebih tebal menunjukkan frekuensi kemunculan bersama yang lebih tinggi [31]. Khususnya, adsorpsi (430), degradasi (306), nanofiltrasi (264), osmosis balik (132), membran (130), TiO2 (183), fotokatalisis (124), ultrafiltrasi (114) remosi (461) dan nanokomposit (157) adalah kata kunci frekuensi tinggi yang muncul di tahap sebelumnya. Hile, karbon nanotube (120), penyerapan (96), TiO2nanotube (72), degradasi fotokatalitik (71), fotokatalis (55), partikel nano perak (103), gabungan (139), sintesis hidrotermal (34), grafena oksida (60), grafena (43), lumpur limbah (37), transformasi (34) dan partikel nano magnetik (33) adalah kata kunci yang sering digunakan akhir-akhir ini. Ini menunjukkan bahwa mereka adalah fokus penelitian NN dalam pengolahan air limbah.
Tampilan garis waktu jaringan yang terkait dengan kata kunci yang muncul bersamaan
Kata kunci meledak merupakan indikator yang efektif dari hotspot penelitian di daerah yang dibahas [22]. Kata kunci meledak menyarankan kata kunci tertentu dalam kontak dengan peningkatan jumlah kata kunci lain dan telah memperoleh perhatian besar dari bidang ilmiah. Tabel 5 mencantumkan 20 kata kunci teratas dengan rentetan kata kunci paling kuat selama tahun 1997 hingga 2016. Tahun di kolom terakhir menunjukkan periode tertentu dari rentetan kata kunci. Sejumlah besar kata kunci mulai bermunculan sejak tahun 1998. Dan tiga teratas yang terkuat adalah nanofiltrasi , rmembalikkan osmosis , dan ultrafiltrasi dengan periode ledakan panjang masing-masing 14, 10 dan 13 tahun. Mengambil nanofiltrasi , misalnya, ledakan dimulai pada tahun 1998 dan berakhir pada tahun 2011. Itu berarti nanofiltrasi mendapat perhatian khusus dan pernah menjadi pusat penelitian selama periode 1998-2011. Secara umum, periode semburan kata kunci menunjukkan hasil sesuai dengan hasil pada Gambar 4. Demikian pula dengan kata kunci frekuensi tinggi, sebagian besar semburan kata kunci adalah tentang nanoteknologi inti pemurnian air dan penerapan NNs. Selain itu, ledakan kata kunci terbaru adalah komposit , grafena , dan lumpur limbah . Ini mungkin menunjukkan bahwa nanomaterial komposit dan graphene adalah tren yang muncul. Sementara itu, ruang lingkup studi NN meluas ke penelitian lumpur limbah.
Artikel Paling Banyak Dikutip
Publikasi yang paling banyak dikutip juga merupakan indeks yang berguna untuk menunjukkan minat penelitian dan hotpot bidang ilmiah [32]. 10 publikasi yang paling banyak dikutip selama rentang waktu tersebut, serta 3 publikasi teratas dalam setiap 3 tahun hampir semuanya tercantum dalam Tabel 6. Ilmu dan teknologi lingkungan, dan penelitian air adalah jurnal yang paling umum untuk 10 artikel teratas yang paling banyak dikutip, dengan 5 dan 3 pada masing-masing. AS berkontribusi paling banyak untuk semua kutipan yang terdaftar, dan China berada di urutan kedua.
Dengan menganalisis kutipan, ditemukan bahwa penggunaan berbagai NN untuk menghilangkan kontaminan dari air limbah secara konsisten tetap menjadi bidang panas. Pengembangan dan aplikasi nanomaterial baru adalah subjek yang populer di antara semua artikel yang disebutkan. Secara umum, hotpot yang ditemukan menurut publikasi yang banyak dikutip menunjukkan tren yang sama seperti di bagian 3.5. Dan ini sangat jelas dalam hal makalah yang banyak dikutip dalam 3 tahun terakhir. Dari sembilan makalah, empat studi didasarkan pada graphene pemanfaatannya dalam pengolahan air limbah. Selain itu, partikel nano magnetik , tabung nano karbon , dan spartikel nano perak juga terdaftar di kiri lima kertas. Selain itu, perlu dicatat bahwa efek negatif bahan nano baik bagi manusia maupun lingkungan juga telah menarik perhatian para peneliti. Ini menunjukkan bahwa para peneliti telah mempertimbangkan nanomaterial secara rasional, meskipun evolusi telah dibawanya ke masyarakat kita.
Aplikasi Saat Ini dan Potensi NN dalam Pengolahan Air Limbah
Adsorpsi, filtrasi membran, dan penginderaan dan deteksi adalah empat fokus dalam 3.4-3.6 berdasarkan analisis bibliometrik. Itu didasarkan pada fungsi utama NN dalam pengolahan air limbah. Meskipun kontaminasi air meningkat dan muncul dari sumber yang beraneka ragam, mekanisme yang kami gunakan untuk menghilangkan masalah sedikit berbeda. Dengan demikian, kami secara kritis meninjau NN saat ini dan masa depan dari empat kategori yang disebutkan di atas. Potensi risiko NN tidak dijelaskan di sini karena melampaui ranah aplikasi.
Adsorpsi
Adsorpsi adalah pilihan yang lebih disukai daripada strategi air lainnya untuk kesederhanaan dalam operasi dan universalitas untuk kontaminan organik dan anorganik umum [33]. Struktur nano yang bergantung pada ukuran menjamin keunggulan yang melekat pada bahan nano di area permukaan spesifik yang sebanding atau situs aktif, yang merupakan hambatan lama untuk adsorben konvensional. Nano-adsorben berbasis karbon, biasanya karbon aerogel [34], karbon nanotube (CNT) [35], graphene [36], dan keadaan hibridisasinya [37] menjanjikan untuk pengolahan air limbah, dan kinerjanya yang sangat baik untuk logam berat dan organik. penghapusan kontaminan telah menunjukkan secara umum. Untuk hidrofobisitas permukaan grafitnya, nano-adsorben berbasis karbon membentuk agregat lepas, yang mengurangi luas permukaan efektif dan meningkatkan energi adsorpsi. Meskipun kelompok fungsional atau nanopartikel oksida logam diperkenalkan untuk menghilangkan kelemahan ini, pemulihan lengkap mereka dari air setelah proses adsorpsi tetap biaya operasional [38]. Regenerasi dan penggunaan kembali nano-adsorben berbasis karbon dapat dicapai dengan mengurangi pH air [39]. Kapasitas adsorpsi relatif stabil setelah regenerasi. Meskipun kemajuan yang mengesankan telah terjadi selama beberapa tahun terakhir, langkah-langkah produksi dan pemurnian sering memperkenalkan kontaminan dan kotoran, dan bahkan menyebabkan degradasi struktur. Selain itu, sintesis karbon nanopartikel dengan jaringan berpori yang diinginkan atau homogen masih menjadi tantangan utama bagi semua penelitian di bidang ini.
Dalam bentuk bubuk, nano-adsorben siap diintegrasikan ke dalam proses pengolahan yang ada di reaktor bubur apapun yang berkaitan dengan proses pencampuran. Sementara teknologi pemisahan yang cocok diperlukan untuk memisahkan dan memulihkan nano-adsorben. Beberapa perbaikan telah dilakukan untuk memperbaiki nanopartikel dalam pelet/manik-manik untuk membentuk sistem nano-loaded. Proses pemisahan lebih lanjut dapat diabaikan dalam keadaan, masalah tentang keterbatasan perpindahan massa dan kehilangan head, bagaimanapun, akan muncul.
Filtrasi Membran
Sebagai konstituen umum dari sistem pengolahan air dan air limbah, proses membran dibagi menjadi mikrofiltrasi (MF), ultrafiltrasi (UF), dan nanofiltrasi (NF) berdasarkan ukurannya [40]. Karena bagian penting dari proses membran adalah bahan filtrasi, NN berkontribusi pada proses filtrasi air yang lebih efisien (membran nanofiber, membran nanokomposit, membran film tipis nanokomposit (TFN) [40]. Konsumsi energi yang tinggi, pengurangan masa pakai, dan kegagalan filtrasi yang disebabkan oleh pengotoran membran merupakan tantangan utama proses membran. Membran yang dimodifikasi dengan bahan nano fungsional dianggap sebagai peluang yang menjanjikan untuk menghadapi dilema ini. Dengan mendekorasi dengan nanopartikel anorganik, seperti alumina [41], silika [42], zeolit, dan TiO [43], hidrofilisitas membran [44] ditingkatkan untuk menghindari pengotoran. Membran TFN, sebuah konsep baru dari kelompok penelitian Hoek, dimulai dengan menanamkan nanopartikel zeolit NaA ke dalam lapisan poliamida untuk membentuk membran komposit [45]. Dan peningkatan fluks membran yang signifikan dicapai dibandingkan dengan membran TFC umum [45]. Namun, studi yang berarti tentang bagaimana nanomaterial meningkatkan karakteristik lapisan poliamida membran TFN diharapkan di bidang ini. Dan nano-Ag juga ditambahkan pada membran polimer untuk mencegah pembentukan biofilm [46] dan membunuh virus [47] pada permukaan membran. TiO2 berbasis nanomaterial dan nanopartikel katalis logam/bi-logam seperti besi valensi nol nano (nZVI) adalah katalis umum terhadap degradasi kontaminan, sehingga menggabungkannya ke dalam membran akan secara efektif mengurangi retensi residu.
Sensor dan Deteksi
Sejumlah besar senyawa organik sintetik, seperti PAH, PCB, dan PBDE, menyebabkan pencemaran air dalam konsentrasi yang sangat rendah. Tantangan utama untuk pengolahan air limbah adalah merasakan dan mendeteksinya dengan cepat dan akurat. Bagi banyak orang, bahan nano adalah penyerap yang sangat baik; mereka memusatkan polusi untuk memenuhi ambang deteksi. CNT telah digunakan dalam sampel air nyata untuk deteksi senyawa organik [48]. Au-TiO2 nanokomposit menunjukkan linier yang baik dengan insektisida organofosfat (OPs) pada tingkat 1,0 ng/ml [49]. Array nanotube multifungsi berdasarkan TiO2 digunakan untuk mendeteksi herbisida 4-klorofenol (4-CP), asam diklorofenoksiasetat (2,4-D) dan metil-parathion (MP) [50]. Patogen dan virus juga telah dianggap sebagai ancaman jangka panjang dalam air limbah. Karena rasio permukaan / volume yang besar dalam perangkat ukuran nano, biosensor nano yang bergantung pada NN cepat dan tepat waktu dalam beberapa diagnosis patogen dan virus. Titik kuantum [51], nanotube karbon [52], oksida graphene [53], silika [54], dan nanopartikel logam [55, 56] adalah dasar yang kuat untuk sensor dan teknologi deteksi. Tantangan saat ini ditujukan untuk menghilangkan deteksi palsu patogen dan virus dalam sampel air limbah yang rumit. Selain itu, penelitian dan pengembangan detektor portabel dan dapat digunakan kembali juga akan menjadi upaya kreatif.
Kesimpulan
Teknik bibliometrik diterapkan untuk menyelidiki perkembangan NN dalam pengolahan air limbah. Jumlah publikasi mengalami peningkatan eksponensial selama dua dekade yang diperiksa. Cina adalah negara paling produktif dan mencakup 40,22% (962) dari total artikel dengan indeks-h tertinggi (62). Namun, AS, dengan hanya sepertiga jumlah publikasi China, mencapai perkiraan indeks-h (55). Selain itu, baik Cina maupun Amerika Serikat juga mengambil keuntungan luar biasa dari negara/wilayah lain dalam kerjasama internasional. Dan hubungan kerjasama terkuat diamati di antara mereka. Chinese Academy of Science had strongest collaborative ability, but it showed limited communication with overseas institutions.
Graphene, nanotube, magnetic nanoparticle, and silver nanoparticle are hotpots in recent years. And NNs is developing toward a more detailed and sophisticated classification in spatial structure. Different from traditional NNs, nanocomposites with multicomponent or multi-element emerged with optimization and precise control of processing. Researchers are trying to design nanomaterials rather than to prepare them. However, when it comes to practical application, wider commercialization of NNs is urgently needed. Nanoparticles with hazardous and toxic bring risk to environmental safety and public health. Synchronous recovery technology is urgently needed to eliminate its negative effects and realize resources recycle. Though some NNs have been widely applied in water and wastewater treatment, we are far from making the most of them commercially.
Singkatan
CP:
The number of internationally collaborative publications
FP:
The number of publications as first author’s country
NNs:
Nanomaterials and nanotechnologies
R (%):
The rank (the ratio of the number) of a certain item
R(h-index):
The rank (the value of h-index) of a certain item’s
RP:
The number of publications as corresponding author’s country