KR101291507B1 - 6가 크롬의 환원 방법 - Google Patents
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Abstract
6가 크롬의 환원 방법에 관한 것으로, 6가 크롬을 포함하는 용액을 준비하는 단계; 상기 용액에 유기산을 투입하는 단계; 및 상기 유기산이 투입된 용액을 냉각하는 단계를 포함하는 6가 크롬의 환원 방법을 이용하여, 간단한 공정으로 독성이 강한 6가 크롬을 독성이 덜한 3가 크롬으로 환원시킬 수 있다.
Description
6가 크롬의 환원 방법에 관한 것이다.
중금속에 의한 수질 및 토양의 오염문제가 날로 심각해져 가고 있다.
그렇기 때문에 중금속들의 산화·환원 반응을 이해하는 것은 공공위생 및 환경 정화를 위해서 매우 중요하게 여겨진다.
그 중 6가 크롬은 자연계에 널리 분포하고 크롬산 제조업; 크롬 도금업; 크롬합금 및/또는 스테인레스강 등을 생산하는 금속 제품 제조업; 스테인레스강 용접업; 도료 및/또는 색소 제조/취급업; 목재보존재 제조 및/또는 취급업; 피혁제품 제조업 등 여러 산업에서 널리 사용되고 있다.
다만, 6가 크롬은 환경 문제를 야기할 수 있는 중금속이다. 따라서 상기 6가 크롬을 처리하는 방법이 주목을 받고 있다.
관련 선행문헌: KR2000-0039151
관련 선행문헌: KR2000-0039151
본 발명의 일 구현예는 상기 6가 크롬의 처리를 위한 하나의 방법으로 6가 크롬의 환원 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서는, 6가 크롬을 포함하는 용액을 준비하는 단계; 상기 용액에 유기산을 투입하는 단계; 및 상기 유기산이 투입된 용액을 냉각하는 단계를 포함하는 6가 크롬의 환원 방법을 제공한다.
상기 유기산이 투입된 용액을 냉각하는 단계의 냉각 온도는 -10 내지 -196℃일 수 있다.
상기 용액에 유기산을 투입하는 단계에서, 상기 유기산의 투입 농도는 60mM 이하인 것일 수 있다.
상기 유기산은 포름산(formic acid), 아세트산(acetic acid), 옥살릭산(oxalic acid), 구연산(citric acid), 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA), 부식산(humic acid), 풀브산(fulvic acid) 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.
상기 유기산은 상기 6가 크롬을 환원시키는 환원제인 것일 수 있다.
상기 6가 크롬의 환원 방법에 의해 상기 6가 크롬은 3가 크롬으로 환원될 수 있다.
상기 6가 크롬의 총량 중 10mol% 이상의 6가 크롬이 상기 3가 크롬으로 환원될 수 있다.
상기 유기산은 옥살릭산(oxalic acid), 구연산(citric acid), 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA) 또는 이들의 조합일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 6가 크롬을 포함하는 용액을 준비하는 단계; 상기 용액의 pH를 3이하로 조절하는 단계; 및 상기 pH가 3이하로 조절된 용액을 냉각하는 단계;를 포함하는 6가 크롬의 환원 방법을 제공한다.
상기 pH가 3이하로 조절된 용액을 냉각하는 단계의 냉각 온도는 -10 내지 -196℃일 수 있다.
상기 6가 크롬의 환원 방법에 의해 상기 6가 크롬은 3가 크롬으로 환원될 수 있다.
상기 6가 크롬의 총량 중 10mol% 이상의 6가 크롬이 상기 3가 크롬으로 환원될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬의 환원 방법을 이용하는 경우, 간단한 공정으로 독성이 강한 6가 크롬을 독성이 덜한 3가 크롬으로 환원시킬 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬의 환원 방법을 이용할 경우, 공정 상의 기타 부산물이 발생하지 않는다.
따라서, 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬의 환원 방법은 6가 크롬을 포함하는 폐수, 지하수, 토양 정화 등의 분야에 광범위하게 적용될 수 있다.
도 1은 실험예 1 내지 6의 결과 그래프이다.
도 2는 비교 실험예 1 내지 6의 결과 그래프이다.
도 3은 실험예 7 내지 13, 비교 실험예 7 내지 13, 실험예 a 및 비교 실험예 a의 결과 그래프이다.
도 2는 비교 실험예 1 내지 6의 결과 그래프이다.
도 3은 실험예 7 내지 13, 비교 실험예 7 내지 13, 실험예 a 및 비교 실험예 a의 결과 그래프이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에서는, 6가 크롬을 포함하는 용액을 준비하는 단계;
상기 용액에 유기산을 투입하는 단계; 및 상기 유기산이 투입된 용액을 냉각하는 단계를 포함하는 6가 크롬의 환원 방법을 제공한다.
상기 6가 크롬은 독성이 강한 중금속으로 많은 환경 문제를 야기할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 6가 크롬을 환원하여 상기 환경 문제를 보다 줄일 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원할 수 있다. 상기 3가 크롬은 상기 6가 크롬에 비해 독성이 덜하고 흡착 제거가 용이하다.
따라서, 상기 6가 크롬을 본 발명의 일 구현예에 따른 환원 방법에 의해 3가 크롬으로 환원시킨 후 수산크롬으로 침전 시키는 방법 등에 의해 6가 크롬을 폐수, 토양 등으로부터 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬의 환원 방법은 6가 크롬을 포함하는 용액에 유기산을 투입하고 이를 냉각하는 단계에 의해 상기 6가 크롬을 효과적으로 환원할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 환원 방법은 상기 냉각 단계를 거치게 되면 상기 용액이 얼게 될 수 있다. 상기 용액이 얼 때 대부분의 유기물과 무기물은 얼음의 결정 주위에 존재하는 준-액체층에 농축되게 된다.
또한 상기 준-액체층에는 수소이온도 농축될 수 있으며, 상기 수소이온의 농축에 의해 상기 준-액체층의 pH가 변화될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬의 환원 방법은 산성 조건 및/또는 환원제(예를 들어, 유기산)의 농도가 증가하는 조건에서 효과적일 수 있다.
상기와 같이 냉각 단계에 의해 준-액체층에 무기물(예를 들어, 6가 크롬), 유기물(예를 들어, 유기산) 및/또는 수소이온이 농축되게 되는 경우 6가 크롬의 환원 반응은 효과적으로 일어날 수 있게 된다.
상기 유기산이 투입된 용액을 냉각하는 단계의 냉각 온도는 -10 내지 -196℃일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 용액이 동결하게 되면서 준-액체층 내 무기물, 유기물 및 수소의 농축이 효과적으로 일어날 수 있다.
상기 용액에 유기산을 투입하는 단계에서, 상기 유기산의 투입 농도는 60mM 이하일 수 있다. 보다 구체적으로는 600μM 이하, 60μM 이하 또는 6μM 이하 일 수 있다. 유기산을 미량만 투입해도 무방하기 때문에, 유기산의 투입 농도의 하한은 특별히 규정할 수는 없다. 상기 범위를 만족하는 경우 효과적으로 6가 크롬을 환원시킬 수 있다.
상기 유기산은 포름산(formic acid), 아세트산(acetic acid), 옥살릭산(oxalic acid), 구연산(citric acid), 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA), 부식산(humic acid), 풀브산(fulvic acid) 또는 이들의 조합일 수 있다.
보다 구체적으로 상기 유기산은 옥살릭산(oxalic acid), 구연산(citric acid), 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA) 또는 이들의 조합일 수 있다. 다만, 상기 예시된 유기산에 제한되지는 않는다.
상기 유기산은 상기 6가 크롬을 환원시키는 환원제의 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 6가 크롬의 환원 방법에 의해 상기 6가 크롬은 3가 크롬으로 환원될 수 있다. 이에 대한 설명은 전술한 바와 동일하기 때문에 생략하도록 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬의 환원 방법에 의하면, 상기 6가 크롬의 총량 중 10mol% 이상의 6가 크롬이 3가 크롬으로 환원될 수 있다. 보다 구체적으로는 20mol%, 30mol%, 40mol%, 50mol%, 60mol%, 70mol%, 80mol% 또는 90mol% 이상의 6가 크롬이 3가 크롬으로 환원될 수 있다. 상기 환원되는 6가 크롬의 양은 사용되는 유기산의 종류, 반응 조건 등에 의해 조절될 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 6가 크롬을 포함하는 용액을 준비하는 단계; 상기 용액의 pH를 3이하로 조절하는 단계; 및 상기 pH가 3이하로 조절된 용액을 냉각하는 단계;를 포함하는 6가 크롬의 환원 방법을 제공한다.
전술한 본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬의 환원 방법에서는 유기산을 이용하여 6가 크롬을 환원하였으나, 본 발명의 다른 일 구현예에서는 유기산 대신 용액의 pH를 조절하여 6가 크롬을 환원시킬 수 있다.
이 때, pH는 3이하로 조절될 수 있다.
상기 pH가 3이하로 조절된 용액을 냉각하는 단계의 냉각 온도는 -10 내지 -196℃일 수 있으며, 이에 대한 설명은 전술한 본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬의 환원 방법에서 기술한 바와 동일하다.
상기 6가 크롬의 환원 방법에 의해 상기 6가 크롬은 3가 크롬으로 환원될 수 있으며, 이에 대한 설명은 전술한 본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬의 환원 방법에서 기술한 바와 동일하다.
상기 6가 크롬의 총량 중 10mol% 이상의 6가 크롬이 상기 3가 크롬으로 환원될 수 있으며, 이에 대한 설명은 전술한 본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬의 환원 방법에서 기술한 바와 동일하다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
(유기산의 투입량 및 상(
phase
)에 따른 6가 크롬의 환원 실험)
실험예
1: 6μM 구연산
20μM 6가 크롬 수용액에 구연산 6μM을 코니칼 튜브에 주입하고 혼합하였다.
상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하였다.
디페닐-카바자이드(diphenyl-carbazide, DPC)방법으로 UV/vis-분광 광도계(spectrophotometer, UV-2401PC Shimadzu or Libra S22)를 이용하여 540nm에서 흡광도를 측정하여 6가 크롬의 함량을 계산하였다.
실험예
2: 60μM 구연산
상기 실험예 1에서, 상기 구연산 6μM을 대신하여 구연산 60μM을 이용한 점을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
실험예
3: 600μM 구연산
상기 실험예 1에서, 상기 구연산 6μM을 대신하여 구연산 600μM을 이용한 점을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
실험예
4: 6μM
옥살릭산
상기 실험예 1에서, 상기 구연산 6μM을 대신하여 옥살릭산 6μM을 이용한 점을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
실험예
5: 60μM
옥살릭산
상기 실험예 1에서, 상기 구연산 6μM을 대신하여 옥살릭산 60μM을 이용한 점을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
실험예
6: 600μM
옥살릭산
상기 실험예 1에서, 상기 구연산 6μM을 대신하여 옥살릭산 600μM을 이용한 점을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
비교
실험예
1
상기 실험예 1에서, 상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하는 과정을 생략한 점을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
비교
실험예
2
상기 실험예 2에서, 상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하는 과정을 생략한 점을 제외하고는 상기 실험예 2과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
비교
실험예
3
상기 실험예 3에서, 상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하는 과정을 생략한 점을 제외하고는 상기 실험예 3과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
비교
실험예
4
상기 실험예 4에서, 상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하는 과정을 생략한 점을 제외하고는 상기 실험예 4와 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
비교
실험예
5
상기 실험예 5에서, 상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하는 과정을 생략한 점을 제외하고는 상기 실험예 5와 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
비교
실험예
6
상기 실험예 6에서, 상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하는 과정을 생략한 점을 제외하고는 상기 실험예 6과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
실험 결과
도 1은 상기 실험예 1 내지 6의 결과 그래프이다.
도 2는 상기 비교 실험예 1 내지 6의 결과 그래프이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 유기산의 농도가 높을수록 6가 크롬의 환원 속도가 빠른 것을 알 수 있다.
또한 도 2와 도 1을 비교해 보면 알 수 있듯이, 냉각 단계를 전혀 수행하지 않은 비교 실험예에서는 6가 크롬의 환원 반응이 일어나지 않은 것을 알 수 있다.
(유기산의 종류에 따른 6가 크롬의 환원 실험)
실험예
7: 아세트산
20μM 6가 크롬 수용액에 아세트산 600μM을 코니칼 튜브에 주입하고 혼합하였다.
상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하였다.
디페닐-카바자이드(diphenyl-carbazide, DPC)방법으로 UV/vis-분광 광도계(spectrophotometer, UV-2401PC Shimadzu or Libra S22)를 이용하여 540nm에서 흡광도를 측정하여 6가 크롬의 함량을 계산하였다.
상기 반응 후 3시간 후의 상태를 기준으로 6가 크롬의 함량을 측정하였다.
실험예
8: 포름산
상기 실험예 7에서, 아세트산을 대신하여 포름산을 사용한 점을 제외하고는 상기 실험예 7과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
실험예
9: 구연산
상기 실험예 7에서, 아세트산을 대신하여 구연산을 사용한 점을 제외하고는 상기 실험예 7과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
실험예
10:
옥살릭산
상기 실험예 7에서, 아세트산을 대신하여 올살릭산을 사용한 점을 제외하고는 상기 실험예 7과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
실험예
11:
에틸렌다이아민테트라아세트산
상기 실험예 7에서, 아세트산을 대신하여 에틸렌다이아민테트라아세트산을 사용한 점을 제외하고는 상기 실험예 7과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
실험예
12:
풀브산
상기 실험예 7에서, 아세트산을 대신하여 풀브산을 사용한 점을 제외하고는 상기 실험예 7과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
실험예
13:
부식산
상기 실험예 7에서, 아세트산을 대신하여 부식산을 사용한 점을 제외하고는 상기 실험예 7과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
실험예
a:
pH
변화
20μM 6가 크롬 수용액을 코니칼 튜브에 주입하였다.
이후, 상기 수용액의 pH를 3이하고 조절하였다.
상기 수용액을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하였다.
디페닐-카바자이드(diphenyl-carbazide, DPC)방법으로 UV/vis-분광 광도계(spectrophotometer, UV-2401PC Shimadzu or Libra S22)를 이용하여 540nm에서 흡광도를 측정하여 6가 크롬의 함량을 계산하였다.
상기 반응 후 3시간 후의 상태를 기준으로 6가 크롬의 함량을 측정하였다.
비교
실험예
7
상기 실험예 7에서, 상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하는 과정을 생략한 점을 제외하고는 상기 실험예 7과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
비교
실험예
8
상기 실험예 8에서, 상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하는 과정을 생략한 점을 제외하고는 상기 실험예 8과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
비교
실험예
9
상기 실험예 9에서, 상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하는 과정을 생략한 점을 제외하고는 상기 실험예 9와 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
비교
실험예
10
상기 실험예 10에서, 상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하는 과정을 생략한 점을 제외하고는 상기 실험예 10과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
비교
실험예
11
상기 실험예 11에서, 상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하는 과정을 생략한 점을 제외하고는 상기 실험예 11과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
비교
실험예
12
상기 실험예 12에서, 상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하는 과정을 생략한 점을 제외하고는 상기 실험예 12와 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
비교
실험예
13
상기 실험예 13에서, 상기 혼합물을 저온 냉각 수조 및 액체 질소를 사용하여 -10 내지 -196℃로 동결하는 과정을 생략한 점을 제외하고는 상기 실험예 13과 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
비교
실험예
a
상기 실험예 a에서 상기 수용액의 pH를 5.6으로 조절한 점을 제외하고는 상기 실험예 a와 동일한 방법으로 실험을 수행하였다.
실험 결과
도 3은 상기 실험예 7 내지 13, 비교 실험예 7 내지 13, 실험예 a 및 비교 실험예 a의 결과 그래프이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 유기산의 종류에 상관없이 냉각 과정을 거친 본 발명의 일 구현예에 따른 실험예에서 6가 크롬의 환원 반응이 효과적으로 일어나는 것을 알 수 있었다.
또한 유기산 중 구연산 및/또는 옥살릭산의 경우, 6가 크롬을 환원하는 능력이 보다 우수한 점을 확인 할 수 있었다.
또한, 유기산을 사용하지 않은 실험예 a의 경우 단순히 pH의 조절만으로도 6가 크롬의 환원 반응이 효과적으로 일어날 수 있음을 알 수 있었다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (12)
- 6가 크롬을 포함하는 용액을 준비하는 단계;
상기 용액에 유기산을 투입하는 단계; 및
상기 유기산이 투입된 용액을 냉각하는 단계;
를 포함하고,
상기 유기산이 투입된 용액을 냉각하는 단계의 냉각 온도는 -10 내지 -196℃인 것인 6가 크롬의 환원 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 용액에 유기산을 투입하는 단계에서,
상기 유기산의 투입 농도는 60mM 이하인 것인 6가 크롬의 환원 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 유기산은 포름산(formic acid), 아세트산(acetic acid), 옥살릭산(oxalic acid), 구연산(citric acid), 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA), 부식산(humic acid), 풀브산(fulvic acid) 또는 이들의 조합인 것인 6가 크롬의 환원 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 유기산은 상기 6가 크롬을 환원시키는 환원제인 것인 6가 크롬의 환원 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 6가 크롬의 환원 방법에 의해 상기 6가 크롬은 3가 크롬으로 환원되는 것인 6가 크롬의 환원 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 6가 크롬의 총량 중 10mol% 이상의 6가 크롬이 상기 3가 크롬으로 환원되는 것인 6가 크롬의 환원 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 유기산은 옥살릭산(oxalic acid), 구연산(citric acid), 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA) 또는 이들의 조합인 것인 6가 크롬의 환원 방법.
- 6가 크롬을 포함하는 용액을 준비하는 단계;
상기 용액의 pH를 3이하로 조절하는 단계; 및
상기 pH가 3이하로 조절된 용액을 냉각하는 단계;
를 포함하고,
상기 pH가 3이하로 조절된 용액을 냉각하는 단계의 냉각 온도는 -10 내지 -196℃인 것인 6가 크롬의 환원 방법.
- 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 6가 크롬의 환원 방법에 의해 상기 6가 크롬은 3가 크롬으로 환원되는 것인 6가 크롬의 환원 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 6가 크롬의 총량 중 10mol% 이상의 6가 크롬이 상기 3가 크롬으로 환원되는 것인 6가 크롬의 환원 방법.
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KR1020110077508A KR101291507B1 (ko) | 2011-08-03 | 2011-08-03 | 6가 크롬의 환원 방법 |
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KR950004163B1 (ko) * | 1992-06-16 | 1995-04-27 | 정용순 | 톱밥을 이용한 폐수처리 방법 |
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