CN113880317A - 一种海水淡化过程中生物脱盐方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海水淡化过程中生物脱盐方法，包括以下步骤：步骤一，海水一级过滤：使用一级过滤层除去海水中的大粒径杂质；步骤二，海水净化与还原：向海水中依次投入净化剂和还原剂；步骤三，海水二级过滤：使用二级过滤层除去海水中的小粒径杂质；步骤四，海水脱盐处理：使用生物脱盐层进行脱盐处理，得到脱盐后的海水；步骤五，海水除菌处理：使用除菌设备对脱盐后的海水进行处理，得到除菌后的海水；步骤六，海水检测。相比较于常规的海水淡化处理，本发明的海水淡化过程使用了自制的生物脱盐层，该生物脱盐层具有更好的脱盐效果。
Description
技术领域
本发明涉及海水处理领域，具体涉及一种海水淡化过程中生物脱盐方法。
背景技术
我国是淡水资源缺乏的国家，人口不断增长，城市化进程加快，工业发展迅速，对水的需求正以惊人的速度增加，而水体污染又使可供淡水大量减少。同时，气候变化加大了干旱、洪涝发生的频率和强度，也加剧了水资源问题。因此，在大力开发常规水资源、节水用水、循环利用再生水的同时，积极推进海水、苦咸水等非常规水资源的开展利用，转变水资源利用的理念、方式，提高水资源利用效率，对于缓解我国水资源供需矛盾具有十分重要的意义。
近年来，生物质基木材废弃物大量产出，但是其被再利用的部分只占小比例，我国作为一个农业大国，每年作为废弃物的农林生物质(包括秸秆和林业剩余物)占总量的69％，这不仅不利于环境的改善，还造成了极大的资源浪费；本发明基于此，将生物质废弃物经过处理后用于海水淡化脱盐，从而取得不错的效果。
发明内容
针对现有技术中存在的大量生物质废弃物无法得到进一步利用的问题，本发明提供了一种海水淡化过程中生物脱盐方法。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种海水淡化过程中生物脱盐方法，包括以下步骤：
步骤一，海水一级过滤：
使用一级过滤层除去海水中的大粒径杂质，得到一级过滤海水；
步骤二，海水净化与还原：
向海水中依次投入净化剂和还原剂，处理后得到净化还原的海水；
步骤三，海水二级过滤：
使用二级过滤层除去净化还原的海水中的小粒径杂质，得到二级过滤海水；
步骤四，海水脱盐处理：
使用生物脱盐层对二级过滤海水进行脱盐处理，得到脱盐后的海水；
步骤五，海水除菌处理：
使用除菌设备对脱盐后的海水进行处理，得到淡化后的海水；
步骤六，海水检测：
对淡化后的海水进行指标检测。
优选地，所述一级过滤层采用孔径为5～10μm的聚丙烯膜。
优选地，所述一级过滤层在过滤过程中加压处理，保证海水通过的流量为1.2～1.6m3/h。
优选地，所述净化剂为液氯或次氯酸钠，净化剂投入后在海水原水中的浓度为5～10mg/L。
优选地，所述还原剂为亚硫酸钠。
优选地，所述海水净化与还原步骤中，在投入的净化剂混合均匀后，静置2～5h，除去下层沉淀后投入还原剂，还原剂的投入量是以保持海水中的余氯小于1ppm为准。
优选地，所述二级过滤层采用孔径为800～1000nm的中空纤维微滤膜。
优选地，所述二级过滤层在过滤过程中加压处理，保证海水通过的流量为1～1.5m3/h。
优选地，所述生物脱盐层为为改性聚砜膜，改性聚砜膜是通过碳化镧/铝基有机框架材料对聚砜膜改性后得到。
优选地，所述除菌设备内设置有紫外光杀菌。
优选地，所述碳化镧/铝基有机框架材料的制备方法为：
S1.制备生物炭：
将废弃的农林生物质清洗干净后，置于80～100℃烘箱中干燥处理，然后粉碎至粉末状，转至石墨炉内，在氮气的保护下升温至400～600℃，保温处理3～6h后，随炉冷却后，粉碎至钠米颗粒状，得到生物炭；
S2.制备碳化镧：
将生物炭与氢化镧按照质量比为1:12～14混合均匀，置于石墨炉内，在稀有气体的保护下升温至1120～1150℃，保温处理2～3h，得到碳化镧；
S3.制备碳化镧/铝基有机框架材料：
(1)将碳化镧与N,N'-二甲基甲酰胺按照质量比为1:6～10混合，超声分散均匀，得到碳化镧混合物；
(2)将硝酸铝、对苯二甲酸与N,N'-二甲基甲酰胺按照质量比为3.2～3.8:1:6～10混合，超声分散均匀，得到有机框架前驱体液；
(3)将有机框架前驱体液与碳化镧混合物按照质量比为10～12:1混合均匀，倒入高压反应釜内，将高压反应釜置于230～250℃的条件下处理72～96h，自然冷却后，离心收集固体产物并使用乙醇洗涤至少三次，将洗涤后的固体产物减压干燥，得到碳化镧/铝基有机框架材料。
优选地，所述废弃的农林生物质包括秸秆、稻壳、木屑、树皮、玉米芯、果壳中的至少一种。
优选地，所述生物炭的粒径为200～500nm。
优选地，所述改性聚砜膜的制备方法为：
称取聚砜与二甲基亚砜按照质量比为1:5～8混合，搅拌至完全溶解后，依次加入乙二醇二甲基丙烯酸酯和碳化镧/铝基有机框架材料，超声均匀后，脱泡并浇铸成膜，将成膜后的产物置于氢氧化钠溶液中浸泡处理8～10h后，使用纯化水洗涤至洗涤液呈现中性，减压干燥处理，得到改性聚砜膜；其中，乙二醇二甲基丙烯酸酯的质量为聚砜质量的1％～3％，碳化镧/铝基有机框架材料的质量为聚砜质量的5.6％～8.8％。
本发明的有益效果为：
本发明公开了一种海水淡化过程中生物脱盐方法，使用的是多级层层过滤的方法，将海水依次经过粗过滤、净化与还原、细过滤、脱盐、除菌处理，最终淡化后的海水各项均能满足指标。相比较于常规的海水淡化处理，本发明的海水淡化过程使用了自制的生物脱盐层，该生物脱盐层具有更好的脱盐效果。
本发明中，海水先经过一级过滤层除去海水中的大粒径杂质，然后经过二级过滤层除去小粒径杂质，双层除杂过滤保证海水更加洁净，之后通过生物脱盐层对海水进行脱盐处理，再然后对脱盐后的海水进行除菌处理，再经过检测是否满足指标。
本发明的生物脱盐层是以聚砜膜做为基体，以生物炭制备得到的与铝基有机框架材料复合后作为添加剂制备得到，该生物脱盐层具有较好的脱盐效果。具体地，在聚砜膜的基础上改性，加入了碳化镧/铝基有机框架材料，碳化镧/铝基有机框架材料是使用铝基有机框架材料包覆碳化镧得到，铝基有机框架材料具有一定的吸纳盐的作用，再经过包覆碳化镧后，吸盐性能增强，碳化镧是使用废弃的农林生物质在经过烧结形成生物炭后再与氢化镧反应制备得到。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
下面结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种海水淡化过程中生物脱盐方法，包括以下步骤：
步骤一，海水一级过滤：
使用孔径为8μm的聚丙烯膜，加压使海水通过的流量为1.4m3/h，除去海水中的大粒径杂质，得到一级过滤海水；
步骤二，海水净化与还原：
向海水中投入次氯酸钠，混合均匀后，静置3h，除去下层沉淀后投入亚硫酸钠，处理后得到净化还原的海水；其中，次氯酸钠投入后在海水原水中的浓度为8mg/L，亚硫酸钠的投入量是以保持海水中的余氯小于1ppm为准；
步骤三，海水二级过滤：
使用孔径为900nm的中空纤维微滤膜，加压使净化还原的海水通过的流量为1.2m3/h，除去净化还原的海水中的小粒径杂质，得到二级过滤海水；
步骤四，海水脱盐处理：
使用改性聚砜膜通过反渗透法对二级过滤海水进行脱盐处理，通过高压泵和能量回收设备的加压使得海水透过生物脱盐膜的流量为1m3/h，得到脱盐后的海水；
步骤五，海水除菌处理：
使用紫外光杀菌的除菌设备对脱盐后的海水进行处理，得到淡化后的海水；
步骤六，海水检测：
对淡化后的海水进行指标检测。
其中，改性聚砜膜是通过碳化镧/铝基有机框架材料对聚砜膜改性后得到，碳化镧/铝基有机框架材料的制备方法为：
S1.制备生物炭：
将废弃的农林生物质清洗干净后，置于80～100℃烘箱中干燥处理，然后粉碎至粉末状，转至石墨炉内，在氮气的保护下升温至500℃，保温处理4h后，随炉冷却后，粉碎至钠米颗粒状，得到粒径为200～500nm的生物炭；其中，所述废弃的农林生物质包括秸秆、稻壳、木屑、树皮、玉米芯、果壳中的至少一种；
S2.制备碳化镧：
将生物炭与氢化镧按照质量比为1:13混合均匀，置于石墨炉内，在稀有气体的保护下升温至1135℃，保温处理2.5h，得到碳化镧；
S3.制备碳化镧/铝基有机框架材料：
(1)将碳化镧与N,N'-二甲基甲酰胺按照质量比为1:8混合，超声分散均匀，得到碳化镧混合物；
(2)将硝酸铝、对苯二甲酸与N,N'-二甲基甲酰胺按照质量比为3.5:1:8混合，超声分散均匀，得到有机框架前驱体液；
(3)将有机框架前驱体液与碳化镧混合物按照质量比为11:1混合均匀，倒入高压反应釜内，将高压反应釜置于240℃的条件下处理84h，自然冷却后，离心收集固体产物并使用乙醇洗涤至少三次，将洗涤后的固体产物减压干燥，得到碳化镧/铝基有机框架材料。
其中，改性聚砜膜的制备方法为：
称取聚砜与二甲基亚砜按照质量比为1:7混合，搅拌至完全溶解后，依次加入乙二醇二甲基丙烯酸酯和碳化镧/铝基有机框架材料，超声均匀后，脱泡并浇铸成膜，将成膜后的产物置于氢氧化钠溶液中浸泡处理9h后，使用纯化水洗涤至洗涤液呈现中性，减压干燥处理，得到改性聚砜膜；其中，乙二醇二甲基丙烯酸酯的质量为聚砜质量的2％，碳化镧/铝基有机框架材料的质量为聚砜质量的7.2％。
实施例2
一种海水淡化过程中生物脱盐方法，包括以下步骤：
步骤一，海水一级过滤：
使用孔径为5μm的聚丙烯膜，加压使海水通过的流量为1.2m3/h，除去海水中的大粒径杂质，得到一级过滤海水；
步骤二，海水净化与还原：
向海水中投入液氯，混合均匀后，静置2h，除去下层沉淀后投入亚硫酸钠，处理后得到净化还原的海水；其中，液氯投入后在海水原水中的浓度为5mg/L，亚硫酸钠的投入量是以保持海水中的余氯小于1ppm为准；
步骤三，海水二级过滤：
使用孔径为800nm的中空纤维微滤膜，加压使净化还原的海水通过的流量为1m3/h，除去净化还原的海水中的小粒径杂质，得到二级过滤海水；
步骤四，海水脱盐处理：
使用改性聚砜膜通过反渗透法对二级过滤海水进行脱盐处理，通过高压泵和能量回收设备的加压使得海水透过生物脱盐膜的流量为0.8m3/h，得到脱盐后的海水；
步骤五，海水除菌处理：
使用紫外光杀菌的除菌设备对脱盐后的海水进行处理，得到淡化后的海水；
步骤六，海水检测：
对淡化后的海水进行指标检测。
其中，改性聚砜膜是通过碳化镧/铝基有机框架材料对聚砜膜改性后得到，碳化镧/铝基有机框架材料的制备方法为：
S1.制备生物炭：
将废弃的农林生物质清洗干净后，置于80～100℃烘箱中干燥处理，然后粉碎至粉末状，转至石墨炉内，在氮气的保护下升温至400℃，保温处理6h后，随炉冷却后，粉碎至钠米颗粒状，得到粒径为200～500nm的生物炭；其中，所述废弃的农林生物质包括秸秆、稻壳、木屑、树皮、玉米芯、果壳中的至少一种；
S2.制备碳化镧：
将生物炭与氢化镧按照质量比为1:12混合均匀，置于石墨炉内，在稀有气体的保护下升温至1120℃，保温处理3h，得到碳化镧；
S3.制备碳化镧/铝基有机框架材料：
(1)将碳化镧与N,N'-二甲基甲酰胺按照质量比为1:6混合，超声分散均匀，得到碳化镧混合物；
(2)将硝酸铝、对苯二甲酸与N,N'-二甲基甲酰胺按照质量比为3.2:1:6混合，超声分散均匀，得到有机框架前驱体液；
(3)将有机框架前驱体液与碳化镧混合物按照质量比为10:1混合均匀，倒入高压反应釜内，将高压反应釜置于230℃的条件下处理72h，自然冷却后，离心收集固体产物并使用乙醇洗涤至少三次，将洗涤后的固体产物减压干燥，得到碳化镧/铝基有机框架材料。
其中，改性聚砜膜的制备方法为：
称取聚砜与二甲基亚砜按照质量比为1:5混合，搅拌至完全溶解后，依次加入乙二醇二甲基丙烯酸酯和碳化镧/铝基有机框架材料，超声均匀后，脱泡并浇铸成膜，将成膜后的产物置于氢氧化钠溶液中浸泡处理8h后，使用纯化水洗涤至洗涤液呈现中性，减压干燥处理，得到改性聚砜膜；其中，乙二醇二甲基丙烯酸酯的质量为聚砜质量的1％～，碳化镧/铝基有机框架材料的质量为聚砜质量的5.6％。
实施例3
一种海水淡化过程中生物脱盐方法，包括以下步骤：
步骤一，海水一级过滤：
使用孔径为10μm的聚丙烯膜，加压使海水通过的流量为1.6m3/h，除去海水中的大粒径杂质，得到一级过滤海水；
步骤二，海水净化与还原：
向海水中投入次氯酸钠，混合均匀后，静置5h，除去下层沉淀后投入亚硫酸钠，处理后得到净化还原的海水；其中，次氯酸钠投入后在海水原水中的浓度为10mg/L，亚硫酸钠的投入量是以保持海水中的余氯小于1ppm为准；
步骤三，海水二级过滤：
使用孔径为1000nm的中空纤维微滤膜，加压使净化还原的海水通过的流量为1.5m3/h，除去净化还原的海水中的小粒径杂质，得到二级过滤海水；
步骤四，海水脱盐处理：
使用改性聚砜膜通过反渗透法对二级过滤海水进行脱盐处理，通过高压泵和能量回收设备的加压使得海水透过生物脱盐膜的流量为1.2m3/h，得到脱盐后的海水；
步骤五，海水除菌处理：
使用紫外光杀菌的除菌设备对脱盐后的海水进行处理，得到淡化后的海水；
步骤六，海水检测：
对淡化后的海水进行指标检测。
其中，改性聚砜膜是通过碳化镧/铝基有机框架材料对聚砜膜改性后得到，碳化镧/铝基有机框架材料的制备方法为：
S1.制备生物炭：
将废弃的农林生物质清洗干净后，置于80～100℃烘箱中干燥处理，然后粉碎至粉末状，转至石墨炉内，在氮气的保护下升温至600℃，保温处理3h后，随炉冷却后，粉碎至钠米颗粒状，得到粒径为200～500nm的生物炭；其中，所述废弃的农林生物质包括秸秆、稻壳、木屑、树皮、玉米芯、果壳中的至少一种；
S2.制备碳化镧：
将生物炭与氢化镧按照质量比为1:14混合均匀，置于石墨炉内，在稀有气体的保护下升温至1150℃，保温处理3h，得到碳化镧；
S3.制备碳化镧/铝基有机框架材料：
(1)将碳化镧与N,N'-二甲基甲酰胺按照质量比为1:10混合，超声分散均匀，得到碳化镧混合物；
(2)将硝酸铝、对苯二甲酸与N,N'-二甲基甲酰胺按照质量比为3.8:1:10混合，超声分散均匀，得到有机框架前驱体液；
(3)将有机框架前驱体液与碳化镧混合物按照质量比为12:1混合均匀，倒入高压反应釜内，将高压反应釜置于250℃的条件下处理96h，自然冷却后，离心收集固体产物并使用乙醇洗涤至少三次，将洗涤后的固体产物减压干燥，得到碳化镧/铝基有机框架材料。
其中，改性聚砜膜的制备方法为：
称取聚砜与二甲基亚砜按照质量比为1:8混合，搅拌至完全溶解后，依次加入乙二醇二甲基丙烯酸酯和碳化镧/铝基有机框架材料，超声均匀后，脱泡并浇铸成膜，将成膜后的产物置于氢氧化钠溶液中浸泡处理8～10h后，使用纯化水洗涤至洗涤液呈现中性，减压干燥处理，得到改性聚砜膜；其中，乙二醇二甲基丙烯酸酯的质量为聚砜质量的3％，碳化镧/铝基有机框架材料的质量为聚砜质量的8.8％。
对比例1
一种海水淡化过程中生物脱盐方法，步骤同实施例1，区别在于：
步骤四，海水脱盐处理：
使用聚砜膜对二级过滤海水进行脱盐处理，得到脱盐后的海水；
聚砜膜的制备方法为：称取聚砜与二甲基亚砜按照质量比为1:7混合，搅拌至完全溶解后，加入乙二醇二甲基丙烯酸酯，超声均匀后，脱泡并浇铸成膜，将成膜后的产物置于氢氧化钠溶液中浸泡处理9h后，使用纯化水洗涤至洗涤液呈现中性，减压干燥处理，得到聚砜膜；其中，乙二醇二甲基丙烯酸酯的质量为聚砜质量的2％。
对比例2
一种海水淡化过程中生物脱盐方法，步骤同实施例1，区别在于：
步骤四，海水脱盐处理：
使用改性聚砜膜对二级过滤海水进行脱盐处理，得到脱盐后的海水；
改性聚砜膜是通过铝基有机框架材料对聚砜膜改性后得到，铝基有机框架材料的制备方法为：
(1)将硝酸铝、对苯二甲酸与N,N'-二甲基甲酰胺按照质量比为3.8:1:10混合，超声分散均匀，得到有机框架前驱体液；
(2)将有机框架前驱体液倒入高压反应釜内，将高压反应釜置于250℃的条件下处理96h，自然冷却后，离心收集固体产物并使用乙醇洗涤至少三次，将洗涤后的固体产物减压干燥，得到碳化镧/铝基有机框架材料。
改性聚砜膜的制备方法为：
称取聚砜与二甲基亚砜按照质量比为1:8混合，搅拌至完全溶解后，依次加入乙二醇二甲基丙烯酸酯和铝基有机框架材料，超声均匀后，脱泡并浇铸成膜，将成膜后的产物置于氢氧化钠溶液中浸泡处理8～10h后，使用纯化水洗涤至洗涤液呈现中性，减压干燥处理，得到改性聚砜膜；其中，乙二醇二甲基丙烯酸酯的质量为聚砜质量的3％，铝基有机框架材料的质量为聚砜质量的8.8％。
为了更加清楚的说明本发明，按照本发明实施例1～3以及对比例1～2的方法对海水进行脱盐处理实验，其中，一级过滤层和二级过滤层的厚度均设置为(50±0.5)μm，生物脱盐层的厚度设置为(20±0.2)μm。在常温下检测结果如下所示：
表1溶解性总固体含量和脱盐率的检测
由表1能看出，本发明实施例1～3的方法具有更高的脱盐率，都能够达到99％以上。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种海水淡化过程中生物脱盐方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，海水一级过滤：
使用一级过滤层除去海水中的大粒径杂质，得到一级过滤海水；
步骤二，海水净化与还原：
向海水中依次投入净化剂和还原剂，处理后得到净化还原的海水；
步骤三，海水二级过滤：
使用二级过滤层除去净化还原的海水中的小粒径杂质，得到二级过滤海水；
步骤四，海水脱盐处理：
使用生物脱盐层对二级过滤海水进行脱盐处理，得到脱盐后的海水；
步骤五，海水除菌处理：
使用除菌设备对脱盐后的海水进行处理，得到淡化后的海水；
步骤六，海水检测：
对淡化后的海水进行指标检测；
所述生物脱盐层为为改性聚砜膜，改性聚砜膜是通过碳化镧/铝基有机框架材料对聚砜膜改性后得到。
2.根据权利要求1所述的一种海水淡化过程中生物脱盐方法，其特征在于，所述一级过滤层采用孔径为5～10μm的聚丙烯膜。
3.根据权利要求1所述的一种海水淡化过程中生物脱盐方法，其特征在于，所述净化剂为液氯或次氯酸钠，净化剂投入后在海水原水中的浓度为5～10mg/L。
4.根据权利要求1所述的一种海水淡化过程中生物脱盐方法，其特征在于，所述还原剂为亚硫酸钠。
5.根据权利要求1所述的一种海水淡化过程中生物脱盐方法，其特征在于，所述海水净化与还原步骤中，在投入的净化剂混合均匀后，静置2～5h，除去下层沉淀后投入还原剂，还原剂的投入量是以保持海水中的余氯小于1ppm为准。
6.根据权利要求1所述的一种海水淡化过程中生物脱盐方法，其特征在于，所述二级过滤层采用孔径为800～1000nm的中空纤维微滤膜。
7.根据权利要求1所述的一种海水淡化过程中生物脱盐方法，其特征在于，所述除菌设备内设置有紫外光杀菌。
8.根据权利要求1所述的一种海水淡化过程中生物脱盐方法，其特征在于，所述碳化镧/铝基有机框架材料的制备方法为：
S1.制备生物炭：
将废弃的农林生物质清洗干净后，置于80～100℃烘箱中干燥处理，然后粉碎至粉末状，转至石墨炉内，在氮气的保护下升温至400～600℃，保温处理3～6h后，随炉冷却后，粉碎至钠米颗粒状，得到生物炭；
S2.制备碳化镧：
将生物炭与氢化镧按照质量比为1:12～14混合均匀，置于石墨炉内，在稀有气体的保护下升温至1120～1150℃，保温处理2～3h，得到碳化镧；
S3.制备碳化镧/铝基有机框架材料：
(1)将碳化镧与N,N'-二甲基甲酰胺按照质量比为1:6～10混合，超声分散均匀，得到碳化镧混合物；
(2)将硝酸铝、对苯二甲酸与N,N'-二甲基甲酰胺按照质量比为3.2～3.8:1:6～10混合，超声分散均匀，得到有机框架前驱体液；
(3)将有机框架前驱体液与碳化镧混合物按照质量比为10～12:1混合均匀，倒入高压反应釜内，将高压反应釜置于230～250℃的条件下处理72～96h，自然冷却后，离心收集固体产物并使用乙醇洗涤至少三次，将洗涤后的固体产物减压干燥，得到碳化镧/铝基有机框架材料。
9.根据权利要求8所述的一种海水淡化过程中生物脱盐方法，其特征在于，所述废弃的农林生物质包括秸秆、稻壳、木屑、树皮、玉米芯、果壳中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的一种海水淡化过程中生物脱盐方法，其特征在于，所述改性聚砜膜的制备方法为：
称取聚砜与二甲基亚砜按照质量比为1:5～8混合，搅拌至完全溶解后，依次加入乙二醇二甲基丙烯酸酯和碳化镧/铝基有机框架材料，超声均匀后，脱泡并浇铸成膜，将成膜后的产物置于氢氧化钠溶液中浸泡处理8～10h后，使用纯化水洗涤至洗涤液呈现中性，减压干燥处理，得到改性聚砜膜；其中，乙二醇二甲基丙烯酸酯的质量为聚砜质量的1％～3％，碳化镧/铝基有机框架材料的质量为聚砜质量的5.6％～8.8％。
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| GR01 | Patent grant | ||
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