利用药用植物的潜力对抗疟疾：Feretia apodanthera Delille（茜草科）的体外和体内抗疟原虫活性

《Journal of Ethnopharmacology》：Harnessing the Potential of Medicinal Plants in the Malaria Fighting: In vitro and in vivo Antiplasmodial Activities of Feretia apodanthera Delille (Rubiaceae)

　　碳捕集循环湍流流化床中高密度Gelart B颗粒的数值模拟研究通过TET模型验证，展示了高密度颗粒在提升气固接触效率、减少核心环状结构、降低颗粒磨损方面的优势，连续运行碳去除率达99.42%，为工业应用提供新方法。

　　本研究探讨了在循环湍流流化床（CTFB）中使用重质Geldart B颗粒（K?CO?/γ-Al?O?）进行CO?捕集的过程。CTFB因其在高固体循环率下仍能保持均匀的固体分布和高效的气固接触而展现出巨大的应用潜力。然而，当前关于CTFB的研究主要集中于Geldart A/B颗粒，而对于重质Geldart B颗粒的应用仍存在诸多未解的问题，如明显的芯-环结构和颗粒对气体速度的敏感性导致的处理困难等。因此，本研究通过数值模拟，结合最近开发的两方程湍流模型（TET），系统地分析了重质Geldart B颗粒在CTFB中的CO?捕集行为，旨在揭示其在碳捕集过程中的优势，并为该技术的工业应用提供理论支持。

在工业应用中，气固流化床因其高效的传热和传质性能而被广泛采用。传统气固流化床主要分为四种流化状态：鼓泡流化、湍流流化、快速流化和气力输送。其中，湍流流化和快速流化因其良好的混合性能和传质效果，在工业中得到了广泛应用。湍流流化床（TFB）在气固混合方面表现出色，但其存在的强固体回混现象可能导致气体停留时间分布变宽，甚至在某些平面产生净向下气流。而快速流化床（CFB）虽然能够实现较高的气固流量，并在一定程度上缓解TFB的缺点，但其内部的气固流动模式呈现出明显的径向芯-环结构，导致气固接触效率降低，从而影响传热和传质过程。

为克服TFB和CFB各自的局限性，同时结合其优势，Zhu等人提出了新型的循环湍流流化床（CTFB）。相比传统的TFB和CFB，CTFB具备较高的固体循环率、在水平截面上无净向下气流的特性，以及在径向和轴向方向上具有较高固体浓度和均匀分布的流动模式。这些特性使得CTFB在传热和传质过程中表现出更强的优势，为碳捕集技术的发展提供了新的思路。

目前，CTFB相关的研究多集中于易于流化的Geldart A和B颗粒，而对高密度的重质Geldart B颗粒的研究较少。这是因为高密度颗粒在流化过程中更容易出现聚集现象，从而影响其流动特性。然而，本研究认为，这种高密度特性在特定条件下可能转化为优势。例如，高密度颗粒在湍流环境中表现出更大的惯性，从而减少其在流动过程中的聚集倾向，并提高气固接触效率。此外，高密度颗粒在流化过程中所表现出的较低磨损率，使其在需要减少颗粒损耗的场合更具应用价值。

Geldart B颗粒根据其密度可分为重质和轻质两种类型。重质Geldart B颗粒的密度高于2650 kg/m3，而轻质Geldart B颗粒的密度则接近或低于该值。根据Chen等人的实验研究，对于具有相似密度的Geldart B颗粒，较大颗粒能够承受更高的气体速度。因此，可以合理推测，重质Geldart B颗粒相比Geldart A和轻质Geldart B颗粒，对气体速度的变化表现出更高的耐受性。这意味着在高气体速度条件下，重质Geldart B颗粒仍能维持稳定的流化状态，从而实现更高的气体流量和更高效的传质过程。

此外，尽管CTFB在气固混合方面具有相对均匀的特性，但在径向方向上，固体浓度仍呈现出中心较低、壁面较高的分布趋势。这种不均匀性可能导致气体在床层中心区域的流动受到限制，从而降低整体的气固接触效率。为解决这一问题，研究者提出了使用分形气体分布器的方法，以改善床层内的流动均匀性。然而，这种方法需要额外的设计和维护成本。值得注意的是，Kashyap等人在实验中发现，在高表观气体速度和高固体流量条件下，Geldart D颗粒在IIT上升管中的循环能够有效减少芯-环结构的形成。他们认为，这是由于Geldart D颗粒的高密度导致其较大的惯性，从而避免了聚集现象。这一现象在CTFB中同样适用，因此重质Geldart B颗粒有望缓解Geldart A和轻质Geldart B颗粒在CTFB中所表现出的流动不均匀性，进而提高气固接触效率。

K?CO?/Al?O?作为常见的碳捕集吸附剂，因其良好的抗磨损性能而受到关注。根据Zhao等人的实验研究，这种吸附剂在流化床实验中表现出极低的颗粒磨损率，其颗粒尺寸变化率仅为1.5 × 10?3 mm/h。这一特性使得K?CO?/Al?O?在需要减少颗粒损耗的场合具有显著优势。基于此，Chaiwang等人进一步在CTFB系统中研究了K?CO?/γ-Al?O?的CO?捕集性能，并采用了重质Geldart B颗粒（密度为3900 kg/m3，颗粒直径为150 μm）。在该实验中，假设K?CO?完全覆盖在γ-Al?O?颗粒的表面，且所有磨损均发生在K?CO?层，结果表明K?CO?层的厚度变化仅为7%，而整体颗粒尺寸的变化率仅为0.5%。这一结果表明，重质Geldart B颗粒在CTFB中的应用具有良好的稳定性和抗磨损能力，为CO?捕集提供了新的材料选择。

尽管CTFB的研究在实验方面取得了一定进展，但数值模拟研究仍较为有限。现有的CTFB模拟工作主要集中在气固流动特性和其与传热或传质的耦合行为上，而同时模拟流动、传热和传质的综合研究则较为少见。这主要是由于CTFB中强烈的湍流现象使得耦合模拟变得复杂，对计算模型提出了更高的要求。因此，准确的传热和传质模拟需要精确的气固流动计算。以往的CTFB模拟普遍采用广为人知的Gidaspow或EMMS等阻力模型，这些模型在Geldart A和轻质Geldart B颗粒的模拟中表现良好。然而，对于重质Geldart B颗粒而言，其高密度特性显著减少了颗粒的聚集倾向，使得EMMS计算的阻力几乎等同于Gidaspow模型。但另一方面，重质Geldart B颗粒的高惯性也对Gidaspow模型的适用性提出了挑战。

为解决这一问题，本研究采用了基于CMT-TET模型的模拟方法。CMT-TET模型在多相流模拟中表现出较高的准确性，已被广泛应用于湍流流化床、循环流化床和鼓泡床等系统的模拟。该模型能够直接计算湍流传热和传质扩散系数，从而准确描述湍流对传热和传质过程的影响。结合适当的气固相互作用模型（如Syamlal-O'Brien阻力模型），CMT-TET模型可以有效模拟重质Geldart B颗粒在CTFB中的流动、传热和传质行为。此外，本研究通过对比不同网格尺寸下的模拟结果，验证了所采用的网格独立性研究方法的可靠性，确保了模拟结果的准确性。

通过本研究的数值模拟，我们发现重质Geldart B颗粒在CTFB中的应用能够显著提高CO?捕集效率。模拟结果表明，在连续运行模式下，碳捕集率可以达到99.42%。这一结果不仅验证了模型的可靠性，也揭示了重质Geldart B颗粒在CTFB中的独特优势。其高密度特性有助于减少芯-环结构的形成，提高气固接触效率；同时，其较低的磨损率也有助于降低设备维护成本，延长吸附剂的使用寿命。

综上所述，本研究通过数值模拟的方法，系统分析了重质Geldart B颗粒在CTFB中的CO?捕集行为，揭示了其在高气体流量和高效传质方面的潜力。研究结果表明，使用重质Geldart B颗粒能够有效缓解传统CTFB中出现的流动不均匀性问题，提高气固接触效率，并降低颗粒磨损率，从而为CTFB在碳捕集领域的应用提供了新的思路和理论支持。此外，本研究还验证了所采用的模拟方法在CTFB中的适用性，为未来相关研究和工程应用提供了可靠的工具。