活性炭行业分析报告Word格式.docx
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第三，吸附热的强度一般要比其他吸附剂低，吸附分子的解吸较容易，而且吸附再生时的能耗也比较低。
因此与其他吸附剂如硅胶矾土类吸附剂相比，活性炭的吸附对象更多，应用领域更广。
（2）可通过孔隙调节优化吸附效果
活性炭的吸附功能主要是通过活性炭的吸附孔隙实现，这些孔隙是在活化过程中基本微晶之间的空间清除各种含碳化合物、无序碳和微晶结构中部分碳所产生空隙，通常分为微孔、中孔和大孔孔隙。
一般来说，活性炭微孔孔隙的容积只有0.25～0.9cc/g，孔隙数量约为1,000万个/g，全部微孔表面积约为500～2,500m2/g。
活性炭吸附功能的强弱首先与其比表面积大小有关，一般来说比表面积大，吸附能力大。
而比表面积相同的活性炭，吸附能力不一定相同，这是由于它们的孔隙形状、孔径分布、表面化学性质及灰分存在差别。
最理想的活性炭是具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔，孔太小，吸附物质进不去；
孔太大，则单位体积的表面积减少。
活性炭生产企业可以根据被吸附对象的分子的大小，有针对性地进行特殊孔径调节处理，达到最好的配对吸附效果。
（3）活性炭的性质稳定
活性炭的主要成分是碳，化学性质非常稳定，能耐酸、碱，所以能在比较大酸碱度范围内使用；
活性炭不溶于水和其他溶剂，所以能在水溶液和许多溶剂中使用；
活性炭能经受高温和高压的作用。
（4）活性炭可再生循环利用属性
活性炭经脱色或吸附饱和，其内部的孔隙结构被吸附质堵塞后，可通过物理、化学或生物化学等方法对吸附饱和后失去活性的炭进行处理，恢复其吸附性能，从而实现活性炭的再生循环利用。
3、活性炭的应用领域
活性炭作为有着发达孔隙结构、巨大比表面积和优良的吸附性能的含碳物质，其所具有的吸附功能是其他物质所不可替代的。
自从上世纪初问世以来，活性炭的应用领域随着人们对其研究的不断深入而日益扩展，应用数量也不断递增。
活性炭最广泛、最传统的应用领域是作为吸附剂使用，其具体应用领域包括了食品工业、制药工业、饮用水水净化、废水处理、气体净化、化工冶炼等多个应用领域，从大类来讲，可分为液相吸附用和气相吸附用。
同时活性炭也经常被作为催化剂及催化剂载体进行应用；
此外，活性炭近年来也被开发成为高能量密度物质和电力能源的储存介质，在天然气吸附、电能存储等多个新兴领域得到应用。
虽然从理论上讲，含碳元素较高的材料均可以作为活性炭的原料，但是在诸多材料中，只有木质活性炭和煤质活性炭能够大规模地进行工业化生产和应用。
（1）木质活性炭与煤质活性炭在应用领域上的比较
如前所述，木质活性炭是由锯末、果壳等林产“三剩物”为原料制造的活性炭产品，煤质活性炭是由煤炭为原料制造的活性炭产品。
由于生产原料不同，木质活性炭与煤质活性炭在生产工艺、技术特点、产品特性等诸多方面存在不同，从而影响到应用领域也相对有所区分，具体来讲：
①在液相吸附领域：
煤质活性炭含有的重金属和灰分较大，产品纯度相对较低，并且由于主要采用物理法生产，孔隙主要为微孔，适宜小分子吸附，应用范围相对较窄，一般被用于液相吸附中的石化、冶金、印染、污水处理等工业领域；
而木质活性炭的灰分低、杂质少、易提纯，化学法生产工艺下容易调整活性炭的孔隙分布结构，微孔、中孔均发达，应用广泛，尤其在食品饮料、医药等对吸附性能要求较高、对产品安全性要求较高的领域应用是煤质活性炭无法替代的。
②在气相吸附领域：
煤质活性炭的产品强度较大且便于回收利用，因而经常被用作气相吸附；
木质活性炭强度较低，传统上不用于气相吸附，但是，随着技术的进步和生产工艺的改进，木质活性炭的应用目前也已经扩大至一些新兴的气相吸附领域如油气回收，家用空气净化等，并且随着人们对健康、环保重视程度的提高，其在气相吸附领域的应用空间将进一步增长。
③从长期趋势来看：
原煤资源是不可再生的，煤质活性炭资源有限且生产过程中大量增加二氧化碳排放量，因此产品价格受原料及环保成本推动呈上涨趋势；
而木质活性炭因主要原料为林产“三剩物”，可再生利用，且价格因技术进步可望趋于相对下降，因此木质活性炭的长期竞争优势高于煤质活性炭。
木质活性炭与煤质活性炭在生产工艺、技术特点、产品特性等诸多方面存在不同，因此从行业上看，二者分属不同的工业领域，前者属于林产化工行业，后者属于煤化工行业。
同时，由于煤质活性炭和木质活性炭在下游应用领域的不同，下游客户与煤质活性炭生产企业也各不相同，下游用户主要集中食品饮料、医药等领域，而煤质活性炭生产企业的客户集中在化工、印染、污水处理等工业领域。
（2）活性炭在液相吸附方面的应用
活性炭表面呈疏水性这一基本性质，使它能从水中吸附各种物质，从而在水溶液净化中得到广泛应用。
活性炭在液相吸附方面的应用根据其功能不同，大致上可分为3类：
①精制：
在以有效成分或成分组为主的液体中，将所含的无效成分或有害成分组通过活性炭表面吸附除去，以提高液体的价值，或经后处理工序，使所得最终产品的价值提高。
②回收（或捕集）：
从由几种成分组成的液体中，将有效成分或成分组及附于活性炭中，作为更浓或更纯的状态解吸而利用或再使用。
③分离：
将几种成分所组成的液体，利用活性炭的吸附作用分成不同的成分或成分组，以提高各部分的价值。
活性炭在液相吸附方面的各具体应用领域如下：
①食品饮料工业
活性炭在食品饮料工业中具有脱色、脱臭、除去胶体、提高结晶、增强稳定性、调香以及有效物质再回收利用等多种功用，因此被广泛应用于制糖、乳制品、酿造、食用油以及食品添加剂等食品饮料工业中的各个领域。
由于木质活性炭灰分低、杂质少、纯度高，目前国内食品饮料工业所需活性炭主要以磷酸法木质粉状活性炭为主。
活性炭在食品饮料工业中的应用领域及精制效果如下表所示：
A．制糖工业
活性炭具有脱色等多种净化效果，故在20世纪初期制糖工业就已普遍使用活性炭净化脱色。
糖液中含有多种有色物质，如类黑晶、焦糖和铁多酚络合物等，其中焦糖、无定型类黑精对糖的色值影响最大，而色值是糖的主要技术指标，在生产过程中必须达到相应指标。
活性炭孔隙结构发达，且大孔、中孔、微孔并存，使其对各种有色物质均可以有效脱除，对类黑晶的脱附效果尤其出色，因而被广泛应用于甘蔗糖、甜菜糖、淀粉糖、乳糖、糖蜜、木糖、木糖醇的脱色，是目前发现脱色效果最好的吸附剂之一。
除脱色之外，活性炭还能够脱除糖液中的胶质和表面活性物质，从而使糖液体增加表面张力，降低黏度，减少蒸发时的泡沫，提高洁净速度，改善食糖结晶与糖蜜的分析效果。
糖用活性炭的脱色性能目前国内通常是通过检测焦糖脱色力来评价。
B．食品添加剂工业
活性炭在食品添加剂领域的应用主要为脱色、脱臭、除去胶质和提高产品的稳定性。
特别是在味精的精制过程中，活性炭能够有效去除来自发酵原料、发酵过程以及发酵液处理过程中产生的各种色素。
除味精外，使用活性炭进行精制的食品添加剂还包括糖精、核酸系列调味品、乳酸、柠檬酸、酒石酸、葡糖酸、抗坏血酸、果胶、明胶等。
C．酿造工业
酒类、果醋等酿造工业中也大量使用活性炭吸附去除杂质和异味。
活性炭可有选择地除去在酒类中的酸、糖醛、杂油醇等物质，并保持正常的香味和颜色，达到改善品质的作用。
在啤酒制造中，活性炭可脱除酚和无用的蛋白质，以改善啤酒的气味和口感，以及啤酒的颜色。
此外，酿造过程中使用活性炭对酿造用水进行处理，可防止产品产生沉淀、避免浑浊，并延长保存期。
D．食用油工业
在油脂加工中，为了保证食用油的商品功能和储存品质，必须进行精炼处理，即包括脱胶、脱酸、脱色、脱臭、脱蜡和脱固体酯的“六脱”精炼处理。
活性炭由于具有较强选择性的吸附作用，能够保持食用油营养成分（如维生素E）不被破坏前提下，有效去除食用油中的各种色素、臭味和有害物质（如黄曲霉素等），因此在食用油工业中广泛应用；
另外在使用活性炭对食用油进行精制过程中，不易产生对食用油的二次污染，如反式脂肪酸和重金属等污染物。
目前可用活性炭脱色脱臭的食用油包括菜籽油、花生油、黄豆油、玉米油、椰子油、棕榈油、葵花籽油、棉籽油等。
②医药工业
医药工业也是活性炭的一大用户。
由于药品的纯度要求相当高，所以对作为吸附剂的活性炭本身具有很高的纯度要求。
抗菌类药品、磺胺类药品等生产过程中都要经活性炭脱色提纯，尤其是注射剂必须经活性炭处理。
针剂液在生产过程中含有一种因杂菌的尸体或微生物产生的叫做“热原”的毒素（发热性物质），如不除去，注射后患者会感到发冷，接着体温上升、脉搏加快。
这种“热原”能通过一般的过滤装置且对热稳定，必须经活性炭处理才能把它除去。
另外，活性炭可以直接作为药品。
活性炭对人体外源性毒素（如食物中毒、农药等）和内源性毒素（如甘油三脂、肌肝、尿酸等）都有很好的吸附作用，活性炭因此可被用作解毒剂和清肠剂。
同时，活性炭也被作为其他药物的载体进行使用，如活性炭担载治癌药物直接注射治疗肿瘤具有显著疗效。
随着人们生活水平的提高及对医疗保健相关产品的日趋重视，活性炭在医药工业使用中将发挥越来越重要的作用，由于木质粉状活性灰分少，纯度高，是医药用活性炭主要来源。
③水处理业
活性炭具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，对水中溶解态有机物如苯类化合物、酚类化合物等具有较强的吸附能力，而且对其他方法难以去除的有机物，如色度、异臭、表面活性物质、除草剂、合成染料、胺类化合物以及许多人工合成的有机化合物都有较好的去除或回收效果。
活性炭用于水处理通常分为生活用水净化（即上水处理）和污水处理（即下水处理），污水处理又分为城市生活污水处理和工业废水处理两类。
A．生活用水净化（即上水处理）
早在20世纪20年代，活性炭就开始被用于生活用水处理，当时主要用于除去生活用水中的残留消毒剂——氯及用氯气处理产生的副产物和异臭、异味。
目前主要上水仍采用氯气消毒，作为消毒的副产物有卤代醋酸、三氯乙醛合水及三氯甲烷（THM）等。
活性炭在净水中的应用日益广泛，这是因为一方面活性炭对水中有机物有很好的吸附特性，对水中苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品、洗涤剂、合成染料以及许多人工合成的有机物等有较强的吸附能力，比如对COD（化学需氧量）、BOD（生化需氧量）、TOC（总有机碳量）等综合指标表示的有机物除去率一般达70%～90%；
另一方面活性炭处理自来水不会导致Ca、Mg的损失。
在美国和日本等发达国家和地区，饮用水净化活性炭吸附设施非常普遍；
我国的北京、上海、广州和深圳等城市正在推行上水活性炭净化，家庭活性炭净水器的应用也开始普及。
随着生活水平的提高，人们对上水的质量要求越来越严格，而且经济发展所造成的水源污染也越来越严重，因此预计未来几年，活性炭在上水净化领域的使用量将大幅提高。
B．城市居民生活污水及工业废水的处理（即下水处理）
近年来，随着城市化进程的不断加快，大量未经处理或处理未达标的城市污水直接排放到江河湖泊，导致水环境污染加剧。
为了治理城市居民生活污水，国家一般采用“二级”或“三级”处理，活性炭通常被应用于三级处理中的第三级处理，经过三级处理的水质可达到TOC<
5mg/L，CODMn<
10mg/L。
工业废水主要来自印染、炼油及石化、制药、焦化、冶金等行业。
由于工业企业的门类很多，不同企业生产的产品不同，工业废水所含污染物也千差万别，相应的处理方法也大不相同，工业废水处理通常也分为三级处理，活性炭在一级、二级、三级处理工序中均可使用，对于污染成分复杂的工业废水，多数情况下需要多种组合工艺进行处理，活性炭往往在组合工艺中最后的深度处理中应用。
目前，城市居民生活污水和工业废水的深度处理和回用是解决我国缺水问题的一种主要途径。
一般情况下，废水经过一级物化和二级生化处理即可达标排放，但若要对处理后的废水进行回用，则需进行三级深化处理。
在三级处理工序中，活性炭主要用来吸附脱除水中的残留的难以降解有机污染物（POPs，包括杂环、多环化合物及一些长链脂肪烃），使出水质达到生产回收的要求。
活性炭进行生活污水和工业废水的净化处理，不仅吸附剂本身可以回收后反复再生使用，而且能有效防止其他处理方法对江河湖海的二次污染，同时还可以将部分或全部的生产用水以及部分有用物质予以回收利用，对减少污染排放和节约有限资源具有重要意义。
因此，活性炭在城市居民生活污水和工业废水污水处理中的使用量日趋增长。
④化工、冶金、印染及橡胶等工业
许多石油化工和其他工业产品在加工过程中都不可避免地带有微量的色素和产生臭味以及引起产品在长期存放过程产生质量变化的杂质，为了脱色、除臭、去除杂质、提高产品稳定性、提高收率和纯度、有效实现物质再利用、防止副反应和防止渗透等。
活性炭以其独特的作用，被广泛应用于化工、冶金、印染、橡胶以及采矿等多个工业部门，而且应用领域日趋广泛，技术不断深化。
活性炭在各工业部门中的应用领域及精制效果如下表所示：
在冶金工业中，活性炭被用于高纯电解镍生产，利用具备更强吸附能力的氮化活性炭可有效地除去电解液中微量的铜、铅、锌等重金属杂质和有机物，确保质量，简化工艺，具有高产、优质、低耗的特点。
另外，用活性炭提取黄金等贵金属在国内外得到大量的应用：
目前我国黄金生产主要采用炭浆法和堆浸法，矿石中的金矿物经氰化物浸出后，生成溶于水的金氰络合物，大多数金氰络合离子可以被活性炭吸附，再经进一步处理后回收金。
由于活性炭可以直接从氰化含金溶液中有效地回收金，而且选择性好、适应性强、可以重复使用，因此得到广泛应用。
在石油化工工业中，许多产品如精制汽油、溶剂汽油、高级润滑油、高级矿蜡、制冷用氨水、芳烃等的脱色、去除有机硫化合物，都要用活性炭进行处理。
在无机化学工业中，如磷酸、盐酸、硼酸、明矾、碳酸盐、过氧化氢的食用级、医用级产品也必须用活性炭进行处理。
在其他工业，如染料工业中的染料中间体溶液、染织物洗涤液等也都用活性炭进行精制或防止已印染的花的色泽受到影响。
（3）活性炭在气相吸附方面的应用
活性炭用作气相吸附剂，始于第一次世界大战的防毒面具，随后逐步应用于化学、医药等工业中。
活性炭在气相吸附方面的应用也类似于在液相吸附方面的应用，大致上分为精制、回收（捕集）和分离三类。
①工业用气体吸附
活性炭具有较强的气相吸附机能，能从低分子、低沸点气体为主要成分的气体中除去高分子、高沸点气体杂质，除去硫化物、氮氧化物、臭氧、光化学氧化剂、油分等。
A．工业用原料瓦斯的脱硫
煤、石油、天然气等工业用原料瓦斯中，或多或少地含在有硫化物，最常见的是硫化氢，此外还有甲基硫醇、乙基硫醇、二硫化碳、硫化碳酰等。
活性炭在常温下具有加速硫化氢转化为硫的催化作用，并使硫被吸附。
沉积后在活性炭上的硫，用硫化铵等溶剂萃取回收，活性炭可重复使用。
利用活性炭精制方法的优点是可在简单的操作中得到高纯度的硫，硫化氢与活性炭的反应快，接触时间短，处理气体量大。
B．碳酸饮料用二氧化碳气体的精制
二氧化碳是制造饮料的原料，因此需要特别严格地除去其中夹杂的异臭、异味，用活性炭能除去由发酵槽生产的二氧化碳气体中影响味道的气味的物质。
活性炭的精制效果非常好，能生产出没有任何异臭和异味的二氧化碳气体。
C．工业用空气的精制
食品工业中，为除去水中的铁质杂质，往往向水中通入经净化的空气。
如果使用一般的机械式分油器，仅能除去压缩空气中60%-70%的油雾，而用活性炭过滤器处理时，可将微量的油雾及臭气都能除去。
用活性炭进行的空气精制操作能在常温下进行，而且能耗低；
同时，精制液化用的空气时，可采用两个活性炭填料塔轮流进行吸附和脱附操作，实现活性炭的循环利用。
②溶剂回收
近年来，随着全球工业化趋势的加速，使用溶剂的行业及其使用的溶剂种类越来越多。
丙酮、苯、甲苯、二甲苯、醇类、酯类、甲基乙基甲酮（MEK）、异丁基甲基甲酮（MIBK）等有机溶剂，在涂料、印刷、医药、造纸、纺织以及化工等领域中大量应用。
工业生产中的较多有机溶剂属于挥发性有机物（VOCs），大多具有毒性，部分物质已经被列为致癌物。
因此防止这些溶剂在使用过程中蒸发，进行回收及无害化处理，有利于降低生产成本，改善劳动卫生条件，同时减低环境污染，具有重要意义。
与分子筛沸石、活性氧化铝等吸附剂相比，活性炭吸附具有很强的选择性、机械强度、热稳定性和化学稳定性，以及较大吸附容量的特点，是目前溶剂回收的最有效方法。
目前采用活性炭吸附法净化、回收VOCs的工业应用比较成熟。
活性炭回收溶剂技术的应用范围如下表所示：
③油气回收
汽油等轻质油品挥发性强，在存储、运输及使用过程中存在着较为严重的油气蒸发损耗问题。
油品储运过程中的损耗量一般为1‰～4‰，既浪费了宝贵的石油资源，又造成严重的大气污染。
利用性能优良的吸附剂对油气进行有选择性吸附，实现油气的吸附回收，是一种有效的油气回收技术，木质颗粒活性炭具有发达的中孔结构、较强的脱附能力以及高强度、耐磨和透气等特性，尤其适合于从气体中进行油气的吸附回收。
活性炭在油气回收方面的具体应用主要表现在两个方面，即车用活性炭和油气储运活性炭吸附装置。
为防止油气挥发造成的能源浪费和环境污染问题，欧美国家早在20世纪70年代制定了法规，要求在汽车上安装装填活性炭的碳罐对汽油蒸汽进行吸附，以防止燃油的挥发污染。
近年来，随着汽车工业的飞速发展，以及各国环境保护排放标准的日趋严格，车用活性炭碳罐的应用技术及普及率以不断提高，并保持较快的增长趋势。
从20世纪60年代起，美国等发达国家就开始将油气回收处理作为降低油品蒸发损耗的重点措施加以研究推广。
我国20世纪80年代起开始这一方面的应用，并于2007年制定了《加油站大气污染物排放标准》，对石油和成品油储运销售及加油站的大气污染物排放进行严格限制，北京等地也制定了地方标准对储油罐、加油站等设施的污染物排放进行严格控制。
随着国家对环保及节能减排的日益重视，油气回收活性炭将得到极大的发展。
④大气污染的防治
活性炭在大气污染防治领域的应用主要包括烟气净化、防止核能设施的放射性气体污染以及如上所述的油气回收等几个方面。
活性炭具有发达的孔隙结构，其孔隙结构中的大孔、中孔、微孔并存的结构特点使其具有广谱吸附性，对燃煤烟气中含有多种有害物质（SO2、NOx、烟尘粒子、汞、二恶英以及挥发性有机物等）可同时进行脱除净化。
在众多的烟气脱硫、脱硝、脱汞技术中，活性炭法技术方法日趋成熟，净化效果突出，在国内外已有不少商业化运行的装置，但其成本比目前的湿法脱硫要高，因此并未被广泛采用。
但随着各国烟气排放标准日趋严格，性能优越的活性炭干式同时脱硫脱硝技术是能够与目前的湿法脱硫技术竞争，特别是对于用水困难的地区更具意义。
在核电站中，为避免产生的氙气、氪气及放射性碘等放射性物质泄漏造成危害，稀有气体阻滞装置中装填有厚度为几十米、质量达数千吨的活性炭进行脱除，保证对放射性气体的100%捕集并在装置中有充分的时间衰变为不具有放射性的同系物。
另外，为避免出现核泄漏危险，在工作室的中央空调系统集中部和各通风口处，还设有装填浸渍活性炭的放射性气体捕集过滤器，用来去除放射性气体。
⑤室内空气净化
人们一直认为空气污染严重的是室外，而事实上，办公室、居室、饭店、影剧院、火车站、机场、码头等建筑物的室内环境对人们健康的影响远比室外要大得多，人的一生大部分时间是在室内度过的，因此，室内环境质量的好坏直接影响到人体健康。
科学技术的进步使得建筑物的气密度越来越好，室内装修以及越来越多的办公设备和家用电器进入室内，导致室内空气成分更加复杂。
活性炭具有优异的结构与性能特征，其吸附容量大、吸附速度快，容易再生，且不易粉化，对挥发性有机化合物、甲醛、烷烃和无机气体如SO2、NOx、H2S、CO等有很强的吸附能力，能够有效降低装修、吸烟烟气以及其他臭气等污染源对人体健康的影响，是目前室内空气净化器中重要的吸附材料。
⑥防毒保护
防毒保护是活性炭最早的气相应用领域之一，从第一次世界大战时起，活性炭就被用作防毒面具，至今仍被广泛使用。
与早期相比，现在的防毒保护用活性炭的性能已有很大提高，除最初的军事用途的防护毒气外，还应用于工业生产、生化、医疗及核工业等各个领域。
（4）活性炭在催化方面的应用
活性炭本身有各种催化作用，可作为催化剂单独使用。
活性炭是耐热、耐酸、耐碱的孔隙结构发达的固体，因而可用作催化剂载体。
活性炭可与附载的其他物质形成络合物催化剂，使二者的组合催化活性急剧增大。
活性炭被用作卤化加成、卤化置换、脱卤化氢、氧化、氧化脱氢、脱氢、聚合等反应的催化剂。
活性炭作为催化剂载体得到广泛应用，尤其是在合成醋酸乙烯酯中，附载醋酸锌的活性炭具有优异的催化功能。
活性炭作催化剂载体在单体制造、卤化及脱卤化、氧化、加氢裂化、脱氢、还原、水合、聚合、异构化等类反应中应用也非常广泛。
（5）活性炭在新兴领域的应用
①作为吸附天然气的吸附剂
与传统的能源石油相比，天然气是蕴藏量丰富的清洁能源，但由于天然气的能源密度低，要使其成为大规模使用的常规能源，必须解决其储存及运输问题。
与传统的压缩天然气（CompressedNaturalGas，CNG）储存技术相比，吸附天然气（AdsorbedNaturalGas，ANG）能够有效解决其体积能量密度低的问题，即在储罐内装入活性吸附剂，充分利用吸附剂巨大的内表面和丰富的微孔结构，以达到在常温、低压（3.0～6.0MPa）下使ANG具有与高压下（20MPa）CNG相接近的储能密度，因ANG储气压力低，故在储气设备的容重比、型式、系统的成本等方面较CNG有较大优势；
并且，活性炭基于其高度发达的孔隙结构和巨大的比表面积以及稳定的性能，可以在不同温度、酸碱度中使用，并可以再生循环，从而成为ANG应用技术的主要吸附材料之一。
此外，高效活性炭吸附剂对我国众多小型煤层气的开发也具有非常重要的意义。
②活性炭用作双电层电容器的电极
双电层电容器（ElectricDoubleLayerCapacitor，EDLC），又被称为“超级电容器”，是一种利用电极/溶液界面双电层储存电荷原理而制备成的一种新型储能元件，它具有比传统电容器更高的能量密度，比普通电池更高
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