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性炭的回收开始得到了人们的重视。
如果用过的
活性炭无法回收,还会对环境造成二次污染。
因此,做好活性炭的回收再利用尤为重要。
活性炭的再生,就是将饱和吸附各种污染物的活性炭经
过特殊处理,使活性炭恢复绝大部分的吸附能力,以便重新用于吸附过程,降低生产成本,减少资源
的浪费。
活性炭的各种再生方法可以分为两类。
一是设法使吸附质脱附,即通过创造与低负荷相对应的条件,引人物质或能量使吸附质分子与活
142
收稿日期:
2008-03—17性炭之间的作用力减弱或消失,除去可逆吸附质;
二是依据热分解或氧化还原反应原理,破坏吸附质的结构而达到除去吸附质的目的。
1加热再生法
加热再生法是发展历史最长、应用最多的一种再生方法。
根据有机物在加热过程中分解脱附的温度不同,加热再生分为低温加热再生和高温加热再生。
1.1低温加热再生法。
对于吸附沸点较低的低分子碳氢化合物和芳香族有机物的饱和炭,一般用100℃一2000C蒸汽吹脱使炭再生,再生可在吸附塔内进行。
脱附后的有机物蒸汽经冷凝后可回收利用。
常用于气体吸附的活性炭再生。
蒸汽吹脱方法也用于啤酒、饮料行业工艺用水前级处理的饱和活性炭再生。
1.2高温加热再生法。
在水处理中,活性炭吸附的多为热分解型和难脱附型有机物,且吸附周期
长。
高温加热再生法通常经过8500C高温加热,使吸附在活性炭上的有机物经碳化、活化后达到
再生目的,吸附恢复率高、且再生效果稳定。
因此,对用于水处理的活性炭的再生,普遍采用高温
加热法。
经脱水后的活性炭,加热再生全过程一
般需经过下述3个阶段。
①干燥阶段。
将含水率在50%一86%的湿
炭,在100'E一1500C温度下加热,使炭粒内吸附水蒸发,同时部分低沸点有机物也随之挥发。
在
浅析活性炭再生技术郭世财
此阶段内所消耗热量占再生全过程总能耗的50%一70%。
②焙烧阶段,或称碳化阶段。
粒炭
被加热升温至1500c一700℃。
不同的有机物随
温度升高,分别以挥发、分解、碳化、氧化的形式,从活性炭的基质上消除。
通常到此阶段。
再生炭的吸附恢复率已达到60%一85%。
③活化阶段。
有机物经高温碳化后,有相当部分碳化物残留在活性:
芡微孔中。
此时碳化物需用水蒸汽、二氧化
碳等氧化性气体进行气化反应,使残留碳化物在
850。
C左右气化成CO:
,CO等气体。
使微孔表面得到清理,恢复其吸附性能。
残留碳化物与氧化性气体的反应式如下:
C+02一C02tC+H20—COt+H2t
C+C02越CO
t
高温再生过程中,氧对活性炭的基质影响很大,因此必须在微正压条件下运行。
过量的氧将使活性炭烧损灰化,而过低的氧量又将影响炉内
温度和再生效果。
因此,一般的高温加热再生炉内对氧必须严格控制,余氧量小于l%,CO含量为2.5%左右,水蒸汽注入量为0.2一lkg/kg活性
炭(根据炉型确定)。
活性炭再生设备的优劣主
要体现在:
吸附恢复率、炭损率、强度、能量消耗、辅料消耗、再生温度、再生时间、对人体和环境的影响、设备及基础投资、操作管理检修的繁简程度。
此外,任何活性炭高温加热再生装置中都需
要妥善解决的是防止炭粒相互粘结、烧结成块并造成局部起火或堵塞通道,甚至导致运行瘫痪的现象。
2化学再生法
对于高浓度、低沸点的有机物吸附质,应首先
考虑化学法再生。
2.1无机药剂再生。
是指用无机酸(硫酸、盐
酸)或碱(氢氧化钠)等药荆使吸附质脱除,又称
酸碱再生法。
例如吸附高浓度酚的炭,用氢氧化
钠溶液洗涤,脱附的酚以酚钠盐形式被回收。
吸
附废水中重金属的炭也可用此法再生,这时再生药剂使用HCI等。
2.2有机溶剂再生。
用苯、丙酮及甲醇等有机溶
剂,萃取吸附在活性炭上的吸附质。
例如吸附高浓度酚的炭也可用有机溶剂再生。
焦化厂煤气洗
涤废水用活性炭处理后的饱和炭也可用有机溶剂
再生。
采用药剂洗脱的化学再生法,有时可从再生
液中回收有用的物质,再生操作可在吸附塔内进行,活性炭损耗较小,但再生不太彻底,微孔易堵塞,影响吸附性能的恢复率,多次再生后吸附性能嘎显降低。
3生物再生法
利用经过驯化培养的菌种处理失效的活性
炭,使吸附在活性炭上的有机物降解并氧化分解
成CO:
和H:
0,恢复其吸附性能,这种利用微生
物再生饱和炭的方法,仅适用于吸附易被微生物分解的有机物的饱和炭,而且分勰反应必须彻底,
'即有机物最终被分解为CO:
0,否则有被活性炭再吸附的可能。
如果处理水中含有生物难降解或难脱附的有机物,则生物再生效果将受影响。
近年来,利用活性炭对水中有机物及溶解氧的强吸附特性,以及活性炭表面作为微生物聚集繁殖生长的良好载体,在适宜条件下,同时发挥活性炭的吸附作用和微生物的生物降解作用,这种协同作用的水处理技术称为生物活性炭。
这种方法可使活性炭使用周期比通常的吸附周期延长多倍,但使用一定时期后,被活性炭吸附而难生物降解的那部分物质仍将影响出水水质。
因此在饮用
水深度处理运行中,过长的活性炭吸附周期将难
以保证出水水质,定期更换活性炭是必须的。
4电化学再生法
电化学再生法是一种正在研究的新型活性炭再生技术。
该方法将活性炭填充在两个主电极之
间,在电解液中加以直流电场,活性炭在电场作用
下极化,一端成阳极,另一端呈阴极,形成微电解
槽,在活性炭的阴极部位和阳极部位可分别发生
还原反应和氧化反应,吸附在活性炭上的污染物
大部分被分解,小部分因电泳力作用发生脱附而使活性炭再生。
再生操作采用间歇搅拌槽电化学反应器或固定床反应器。
该方法操作方便且效率高、能耗低、炭损失少,受处理对象局限小,可以避
免二次污染。
电化学再生法再生效率好坏,主要影响因素
有活性炭所处的电极,所用辅助电解质的种类,辅助电解质的含量,电化学再生电流的大小和再生
143
青海环境第18卷第3期(总第69期)2008年9月
时『日J岢o
5超声波再生法
由于活性炭热再生需要将全部活性炭、被吸附物质及大量的水份都加热到较高的温度,有时甚至达到汽化温度,因此能量消耗很大,且工艺设备复杂。
其实,如在活性炭的吸附表面上施加能鼍,使被吸附物质得到足以脱离吸附表面,重新回
到溶液中去的能量,就可以达到再生活性炭的目的。
超声波再生就是针对这一点而提出的。
超声
波再生的最大特点是只在局部施加能量。
而不需将大量的水溶液和活性炭加热,因而施加的能量
很小。
。
超声波再生仅对物理吸附有效。
6催化湿式氧化再生法
催化湿式氧化再生法是在热再生法基础上发
展起来的一种新技术,主要研究思路是在活性炭投入吸附前,预先在活性炭上负载上具有催化氧化作用的物质,以降低活性炭上有机吸附质的分解温度,从而能有效地实现低温再生和在线操作。
催化湿式氧化再生法的再生效率,主要取决于所用催化剂的类型、投加量及稳定性、反应温度、反
应时间等因素。
(上接第119页)
二形成全社会保护和建设生态环境的良好氛围。
3.7切实加强环保机构、队伍建设。
为确保生态环境保护工作的需要,必须努力改变当前环保机
144
构缺乏、队伍建设软弱、工作手段落后的被动局
面,狠抓环保队伍的培训,不断增强执法人员履行岗位职责的能力,提高环保干部队伍的整体素质。
作者:
郭世财,GUOShicai
作者单位:
青海省湟中县环境保护监测站,青海,湟中,810001刊名:
英文刊名:
JOURNALOFQINGHAIENVIRONMENT年,卷(期:
2008,18(3引用次数:
1次
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1.会议论文刘景海.胡勇提金活性炭的再生2001
本文扼要介绍了用活性炭提金的吸附性能、质量指标,提金活性炭的再生,再生设备与工艺及其发展方向、应用前景.
2.学位论文许剑海桐壳基活性炭吸附性能与微波再生工艺研究2009
本文在本课题组前期研究的基础上,选择了四种具有代表意义的桐壳基活性炭,采用比表面积和孔径分布测定、红外光谱分析、Boehm表面官能团滴定分析、吸附值测定等分析测试手段,对其细孔结构、化学组成和吸附性能进行了系统地表征,考察其对水中苯胺的吸附性能并对其再生工艺进行了探讨。
研究结果表明:
采用不同制备方法和条件所制得的桐壳基活性炭,其细孔结构和表面化学性质有很大的不同;
与商品活性炭相比,各种桐壳基活性炭具有较大的比表面积,较小的平均孔径,较窄的孔径分布和较高的表面酸性,易于吸附水中的极性有机物。
选择苯胺吸附值、活性炭产率、活化剂成本、炭活化温度、炭活化时间等为熵权密切值法的评价指标,对各种桐壳基活性炭进行了评价。
结果表明,微波-H3PO4法桐壳基活性炭的综合性能最佳,可用于吸附水中的苯胺分子;
其对苯胺的吸附性能受吸附时间、活性炭用量、苯胺溶液浓度和溶液pH值等条件影响较大;
本文还正交实验法对负载了苯胺的该桐壳基活性炭的微波再生工艺进行了探讨,结果表明,微波功率、辐射时间及苯胺负载量等因素都对再生性能产生影响,但不同的因素对不同再生性能的影响的显著性不同。
此外,本文还初步考察了管式炉--ZnCl2法桐壳基活性炭对模拟废水中的Pb2+的动态吸附性能,并探讨了活性炭填充量、Pb2+浓度、pH值、流速及共存离子对动态吸附性能的影响,为今后的进一步研究打下基础。
桐油是我国著名的特产,也是传统的大宗出口商品之一,它具有干燥迅速、耐高温、耐腐蚀等特点,广泛用于建筑,油漆、印刷(油墨、船舶、农用机械、电子工业和家俱等方面。
这种工业用植物油是由桐树果实经机械压榨,加工提炼制成的,因而,在生产过程中,将产生大量的桐壳(粕废弃物。
如何处置桐油加工过程中的副产物桐壳,已成为桐油生产中必须解决的重要问题之一。
目前,除了极小部分作为一种低级燃料再利用外,大部分的桐壳作为待处理的固体废弃物堆积在产地周围。
这不但浪费了大量的生物质资源,也对环境造成了一定的负担。
对此,本课题组以桐壳为原料,通过不同的加热方式,采用不同的活化剂,成功研制出了五种具有不同性能的桐壳基活性炭,为实现桐壳这一农林废弃物的资源化进行了有益的尝试。
本文在这种前期研究的基础上,选择了四种具有代表意义的桐壳基活性炭,分别采用比表面积和孔径分布测定、红外光谱分析、Boehm表面官能团滴定分析以及吸附值测定等各种分析和测试手段,对其化学组成,细孔结构和吸附性能进行了系统的表征,并与商品活性炭进行对比:
创新性地引进熵权密切值法,以苯胺吸附值、产率、活化剂成本、炭活化温度、炭活化时间为评价指标,对各种桐壳基活性炭制备过程中的产率、能耗、物耗以及对有机物(苯胺的吸附性能等方面的进行了综合评价;
又以苯胺为吸附质,对评价得出的具有最佳综合性能的桐壳基活性炭的有机物吸附性能进行研究,探讨了吸附时间、活性炭用量、苯胺溶液浓度、溶液pH值等吸附条件对其苯胺吸附性能的影响:
并在此基础上采用微波再生技术,以微波功率、微波辐射时间、苯胺负载量为因素,以吸附性能恢复率、活性炭再生得率、综合性能恢复率(吸附性能恢复率与再生得率之积为指标,通过正交实验法,探讨了负载苯胺的该桐壳基活性炭的微波再生工艺;
最后,为考察所制备的桐壳基活性炭对废水中的重金属离子的吸附能力,本文还选择管式炉一ZnCl2法桐壳基活性炭作为吸附剂,对模拟含pb2+废水进行了动态吸附实验,初步探讨了活性炭填充量、pb2+浓度、pH值、流速及共存离子对桐壳基活性炭动态吸附性能所产生的影响,为今后的进一步研究打下基础。
活性炭表征结果表明:
在本课题组所制备的四种桐壳基活性炭中,管式炉-ZnCl2法制得的活性炭比表面积最大,为1468m2/g;
其次为微波-ZnCl2法,所制得的活性炭比表面积为1392m2/g;
最后分别是管式炉-H3PO4法和微波-H3PO4法,比表面积分别为1264和768m2/g。
与商品活性炭相比,所制备的桐壳基活性炭具有较大的比表面积和细孔总体积,较小的平均孔径,较窄的孔径分布和较高的表面酸性。
一般地,活性炭吸附苯和苯胺分子的可几孔径为0.99~2.1nm,而吸附亚甲基兰分子的可几孔径则为2.5~4.5nm,在本文所采用的四种桐壳基活性炭和商品活性炭中,同一种活性炭的苯和苯胺的摩尔吸附值均大于亚甲基兰的摩尔吸附值,这表明这五种活性炭的孔径小于2.5nm的细孔所占的比率较大。
此外,各种桐壳基活性炭对较强分子极性的苯胺和亚甲基兰等有机污染物,表现出较强的吸附能力,而对分子极性较弱的苯等有机物,吸附性能则较弱。
熵权密切值法综合评价结果表明,四种桐壳基活性炭的综合性能的大小顺序为:
微波-HaPO4法>
微波-ZnCl2法>
管式炉--ZnCl2法>
管式炉-H3PO4法。
在后续的研究中,将采用由熵权密切值法评价得出的具有最佳综合性能的微波—H3PO4法桐壳基活性炭为吸附剂,进行有机物(苯胺的吸附性能及其微波再生工艺的研究和探讨。
苯胺是一种重要的化工原料,但其毒性较大,在水体中含量超标时,将造成严重的水体污染,危害人类健康。
利用活性炭吸附法处理含苯胺的废水,不仅处理效率高、成本低,且不产生二次污染,还能对吸附饱和后的活性炭进行再生重复利用,因此受到广泛关注。
本文考察了微波-HaPO4法桐壳基活性炭对水中苯胺的吸附性能,研究结果表明:
该活性炭对水中苯胺的吸附等温线符合Langmuir等温式和Freundlich等温式,说明该吸附行为为单分子层吸附;
其饱和吸附量可达114.87mg/g,这说明了该活性炭适于吸附水中的苯胺;
随着活性炭与苯胺水溶液接触时间的延长,活性炭对苯胺的吸附量,在开始阶段急剧增加,之后增加逐渐减缓,5h后吸附基本达到了平衡;
增加活性炭的使用量,可提高活性炭对苯胺的吸附率,但降低其吸附量,相反,增加苯胺溶液的初始浓度,可提高吸附量但降低吸附率;
随着溶液pH值的增加,桐壳基活性炭对苯胺的吸附率逐渐增加,但当溶液的pn值达到7以后,吸附率随溶液pH值的增大变化则不再明显。
采用微波加热,具有升温速度快、加热效率高、能耗小、设备简单等特点,因而常应用于活性炭的制备和再生工艺中。
本文采用了微波法对载苯胺的微波一H3P04法桐壳基活性炭进行再生工艺研究,研究结果表明:
对于吸附性能恢复率,影响因素大小顺序则为负载量>
微波功率>
辐射时间,最佳再生工艺条件是微波功率700W、微波辐射时间2min、负载量24mg/g;
对于再生得率,影响因素大小顺序则为微波功率>
负载量>
辐射时间,其最佳再生工艺条件是微波功率500W、微波辐射时间3min、负载量92mg/g;
而对于综合性能恢复率,影响因素大小顺序则为负载量>
辐射时间,最佳的再生工艺条件是微波功率微波功率500W、辐射时间2min、负载量24mg/g。
最后,本文采用自行设计的填充柱式活性炭动态吸附装置,初步研究了管式炉-ZnCl2法桐壳基活性炭对模拟废水溶液中pb2+的动态吸附性能。
随着管式炉一氯化锌法桐壳基活性炭用量的增加,其对Pb2+的动态吸附率先增加而后趋于平缓,2g的活性炭填充量最为适宜;
pb2+的动态吸附率随模拟废水溶液pH值的增大先增大后缓慢减小,pH值为5.0时的动态吸附率最大;
随着废水中pb2+浓度的增大,Pb2+的动态吸附率先升后降,而动态吸附量则增大到一定程度后趋稳,这与微波--H3PO4法桐壳基活性炭对水中苯胺的吸附性能明显不同;
pb2+的动态吸附率随着废水流速的不断增大而降低,但降低流速也将降低使废水处理效率,因而本文宜选择5ml/min的模拟废水流速:
温度对动态吸附性能影响不大,故含pb2+废水的处理可在常温下进行;
废水中其它离子的存在将对pb2+的动态吸附产生一定影响,且共存离子浓度越大影响越显著,呈现了一种竞争吸附行为,温度在一定程度上能增强这种竞争吸附行为,使活性炭对Pb2+的吸附量减少。
本实验有待进一步深入探讨。
3.期刊论文吴慧英.施周.陈积义.马燕娜.WUHui-ying.SHIZhou.CHENJi-yi.MAYan-na微波辐照再生载苯酚活性炭的实验研究-环境科学研究2008,21(6
在无载气、无预处理条件下,将载苯酚的饱和活性炭放入微波炉中再生.通过改变微波辐照功率、辐照时间、能量密度、活性炭处理量和活性炭再生
利于活性炭再生和能量利用.10g饱和活性炭在700W微波辐照功率下再生5min,再生率为74%,而在300W微波辐照功率下再生45min,再生率可达96%;
此外,活性炭再生量越大,能量利用率也越高.研究还表明,微波辐照能实现活性炭的反复多次再生,再生炭的吸附性能可部分或完全恢复.微波再生载苯酚活性炭过程中,部分苯酚随水分蒸发,大部分苯酚经高温裂解为CO2,少部分裂解为链状有机物或缩合为环状有机物.
4.学位论文邹学权水处理用活性炭的微波改性与再生2008
氯酚类有机化合物种类繁多,是一类典型的水体“三致”污染物,其降解及消除一直受到广泛的关注,采用吸附方法去除氯酚也一直是人们的研究热点.活性炭具有高度发达的孔隙结构和极大的比表面积,对分子具有极强的吸附能力,是目前最常用的吸附材料之一。
为了适应不同的吸附要求,需要对活性炭进行不同性质的改性处理,以调整活性炭的孔隙结构和表面化学性能,活性炭的微波改性就是一种近年来比较流行的改性方式,同时,由于微波加热具有加热速度快、选择性强、可直接作用到样品上等特点,国内外学者已将微波加热技术应用于活性炭再生工艺并就此展开了大量研究。
本文主要对微波技术在氯酚水处理活性炭的改性和再生中的应用进行了深入研究,考察微波改性和再生对活性炭吸附性能的影响,并与其它改性方式与再生方法进行了比较,借助N2等温吸附、元素分析、XPS、XRD、FTIR、SEM、Boehm滴定等手段研究了活性炭改性与再生前后表面结构与化学变化规律,同时通过2,4-DCP等温吸附实验,考察了活性炭改性与再生前后对2,4-DCP的吸附性能,并结合表征分析,探讨了活性炭微波辐照改性与再生对2,4-DCP吸附的影响机理;
本文最后还考察了炭载金属对2,4-DCP分解的影响。
结果表明:
1、微波改性后活性炭对2,4-DCP的吸附性能增强,最大饱和吸附量增幅在12.5%左右;
2,4-DCP在改性前后活性炭上的吸附模式发生了变化,由原先的Langmuir吸附转变为Freundlich吸附。
活性炭微波处理后比表面积变化不大,孔容略有缩小,孔径分布变化不大,只是向小孔方向发生稍微的移动;
改性后活性炭表面氧含量大幅减少,石墨化程度提高,C=O含量增多,碱性以及疏水性能增强。
2、渗氮改性后活性炭对2,4-DCP的吸附能力增强明显,增幅可达22.70%,而氧化处理的活性炭则吸附性能减弱,其中浓硝酸改性活性炭吸附性能最弱;
活性炭渗氮改性后比表面积与孔容均变大,而H2O2改性活性炭则变化不大,但在孔隙结构方面得到了部分改善,主要是由于H2O2的氧化腐蚀打通了封闭的细小微空,积累孔容也略有增加;
HNO3处理活性炭总孔容与比表面积均大幅下降,因为高浓度硝酸的强氧化作用使得活性炭的微孔结构坍塌;
活性炭经氧化处理后,样品中氧元素含量迅速升高,表面酸性增强,COOH含量大幅提高,π-π*作用显著增强,而渗氮处理则与之作用相反。
3、用间歇实验方法对渗氨和微波改性活性炭测得的吸附平衡数据和吸附动力学数据分别用Freundlich方程和拟二级动力学方程进行拟合,相关度较高;
通过对热力学参数的计算可知这两种改性活性炭对水中2,4-DCP的吸附是放热的自发进行的过程,尽管活性炭渗氮和微波改性后其表面化学性质的变化有利于2,4-DCP在其上的化学吸附,但整个吸附过程仍是由物理吸附主导。
4、经过一次微波再生后的活性炭对2,4-DCP的吸附能力较原始活性炭有一定的提高,而再生3次和6次的活性炭对2,4-DCP吸附性能则明显降低,这种吸附性能的变化与再生活性炭孔隙的变化有关,同时也受到活性炭表面化学性质的影响;
随微波功率与微波辐照时间的增加,吸附于活性炭表面的2,4-DCP的去除率增加;
2,4-DCP在再生过程中一部分发生脱附,绝大部分通过热解方式去除,热解过程中形成的积炭容易堵塞活性炭孔隙结构,造成活性炭孔容、比表面积下降,影响其对2,4-DCP的再吸附能力。
5、微波再生技术具有与常规加热方式再生更优越的性能,不仅再生耗时少,而且可以保持活性炭原有孔隙结构。
经过多次微波再生后,活性炭对2,4-DCP的吸附容量仍保持在相当高的水平;
而电加热再生容易造成活性炭孔隙坍塌,一方面使活性炭孔隙结构不利于2,4-DCP的吸附,另一方面也造成了活性炭再生过程中炭损耗量的增加。
6、炭载铁催化剂对2,4-DCP的微波降解具有更高的反应活性。
负载金属均以单质与氧化物共存的形式均匀附着在活性炭载体表面,其中铁的氧化物及铁在高温下与表面碳原子形成的羰基铁等都是可以强烈吸收微波的物质,在微波场中升温迅速,利于2,4-DCP的降解;
而铜的存在对微波具有反射作用,不利于2,4-DCP的微波降解。
5.期刊论文吴浪.张永春.费小猛.周锦霞.宋伟杰.白宏亮.WULang.ZHANGYong-chun.FEIXiao-meng.SONGWei-jie.ZHOUJin-xia.BAIHong-liang脱硫化氢活性炭的再生方法研究-广州化学2005,30(4
采用了溶剂再生法和气体再生法对脱硫化氢失活后的活性炭进行再生,溶剂再生时所用的溶剂为H2O2溶液、HNO3溶液以及NaOH溶液.结果表明,NaOH溶液不能使活性炭得到再生,而H2O2溶液、HNO3溶液能够通过氧化的方法使活性炭得到再生.气体再生时所用的气体分别为高纯N2,含20%O2的N2,H2,它们再生的原理分别是热再生,通过氧化单质硫再生和通过还原单质硫再生.再生效果最好的是30%的HNO3溶液和H2,它们能将活性炭孔道内的单质硫分别脱出69.8%和81.2%,再生后的活性炭中硫容量能达到原来的70%以上.再生后活性炭的比表面积和pH值是再生性能的两个重要指标.
6.学位论文陈积义微波辐射处理高浓度苯酚废水及再生活性炭的试验研究2007
本论文对微波辐照/活性炭工艺处理高浓度苯酚废水及直接微波法再生活性炭的效果与影响因素进行了系统研究,并对其作用机理进行了研究和探讨。
在没有外加任何氧化剂的条件下,论文考察了不同的微波功率、辐照时间、活性炭量、原水苯酚浓度及pH值下微波辐照/活性炭工艺处理高浓度苯酚废水的除污效果
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