CN113247994A - 一种基于电容去离子技术的水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种基于电容去离子技术的水处理装置。本发明包括基座、至少一个水处理装置和第一竖板；水处理装置的盖板Ⅰ、盖板Ⅱ和外壳共同组成具有容纳腔的封闭腔体，容纳腔中设置有电极板阴极板和阳极板分别与盖板Ⅰ和盖板Ⅱ相连接；盖板Ⅰ和盖板Ⅱ能够相对于第一竖板在第一状态和第二状态之间转换，实现阴极板和阳极板解耦。本发明可以实现对阴极板和阳极板的便捷清理，有效改善装置的循环更新能力，保证吸附能力的有效性及高效性。

Description

一种基于电容去离子技术的水处理装置

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种基于电容去离子技术的水处理装置。

背景技术

人口不断增长使得人类对水的需求与日俱增，对于干旱地区的城市来说，需求尤为迫切。海洋、湖泊和河流中的天然水含有各种病原微生物和有毒有机物、固体悬浮物、重金属和多种无机盐类。即使从自来水厂出厂的自来水，由于管道污染，其在用户使用时仍然受到不同程度的污染。为了净化这些水体，必须进行杀菌消毒、过滤固体悬浮物和脱盐处理。常见的水处理技术包括：1)去除固态微粒：膜过滤、吸附等；2)去除有机物：吸附、紫外线杀菌、光催化等；3)脱盐：闪蒸、交换树脂、逆渗透、电渗析、纳滤等。

目前去除固体悬浮物和杀菌消毒已经有十分成熟的技术，但是广泛使用的脱盐技术还存在很多不足。例如闪蒸能耗很大；离子交换和反渗析技术都需要很昂贵的再生工艺，而且在再生过程中会带来二次污染；电渗系统虽然得到商业化，由于使用的电压非常高，能耗极大。社会进步和能源不足使得人们在评价脱盐技术时越来越考虑成本和效率的因素。为此，亟需开发一种节能环保的净化水技术。

电容去离子技术是一种低成本、高效率和无污染的很有潜力的脱盐技术，在传统的脱盐领域，将会在净化水领域带来一次革新。电容去离子的基本思想是通过施加静电场强制离子向带有相反电荷的电极处移动。由于碳材料，如活性碳和碳气凝胶等制成的电极，不仅导电性能良好，而且具有很大的比表面积。若将两片活性碳材料分别作为电容器阴、阳两极并在两电极之间施加一定的直流电压便会形成一个静电场，置于静电场中碳电极会在其与电解质溶液界面处产生很强的双电层。

目前的电容去离子电化学处理装置普遍采用阳极板、阴极板错开排列的方式进行，之后在对阳极板、阴极板换新和清理时较为不便，重新组装起来也比较麻烦。

现有技术中，清洗极板过程常用到反冲洗脱附方式，但是这种方法在进行多次循环之后，效果会明显下降。例如在专利文献1中，虽然在电极系统中施加了喷淋装置，但是，经过喷淋处理极板后，有一定的效果，其循环能力明显下降，且存在与其中的正、负极板难以分离拆卸，无法达到便捷且循环性强的应用价值。

专利文献1：公开号：CN112499732A、公开(公告)日：2021-03-16、一种新型电容去离子处理装置。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中对于错开排列的电极板清理效果不佳的不足，本发明提供一种基于电容去离子技术的水处理装置，电极板设置于不同的盖板上，通过盖板的不同状态变化，使得盖板处于不同位置，实现电极板的耦合和解耦，进而实现后续电极板的快捷清洗与更换。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于电容去离子技术的水处理装置，包括用于集成安装其他设备的基座以及至少一个水处理装置，其设置于基座；水处理装置具有盖板Ⅰ、盖板Ⅱ和外壳；盖板Ⅰ、盖板Ⅱ和外壳可以共同组成具有容纳腔的封闭腔体；容纳腔中交错设置有若干阴极板和若干阳极板，且阴极板和阳极板对应设置；阴极板的一端与盖板Ⅰ相连接，阳极板的一端与盖板Ⅱ相连接。

本发明还设置有至少一个第一竖板，其设置于基座上；盖板Ⅰ和盖板Ⅱ能够相对于第一竖板在第一状态和第二状态之间转换；在第一状态，盖板Ⅰ和盖板Ⅱ位于第一位置，并与外壳共同组成具有容纳腔的封闭腔体，阴极板和阳极板位于容纳腔中，耦合为电容去离子处理单元；在第二状态，盖板Ⅰ和盖板Ⅱ沿第一竖板的长度方向相向运动至第二位置，从而将阴极板和阳极板解耦。

本发明通过调整盖板Ⅰ和盖板Ⅱ相对于第一竖板的位置，实现阴极板和阳极板的快速耦合和解耦。当阴极板和阳极板处于耦合状态时，构成用于处理废水的电容去离子处理单元；当阴极板和阳极板处于解耦状态时，可以实现对阴极板和阳极板的便捷清理，有效解决装置的循环更新能力，保证吸附能力的有效性及高效性。不仅如此，阴极板和阳极板经吸附处理后，其电极表面离子不同，也利于阴极板和阳极板的针对性清理。

一般来说，电容去离子处理单元中包括若干个电极子单元，每个电极子单元对应一个阴极板和一个阳极板，第一电极子单元是指废水进入腔体时，经过的第一个阴极板和阳极板组成的电极子单元。当处理废水浓度不高时，废水能很快达到吸附平衡，后面的电极子单元可能未参与反应，在本发明中，可以通过便携拆卸电极板，并将其转移至第一电极子单元，并作为初级处理单元，以保证处理效果。

进一步地，基座上还设置有安装架，安装架可以固定在第一竖板上，使得安装架悬空设置于基座上，安装架用于可拆卸地固定外壳。

优选地，第一竖板上至少设置有第一滑座和第二滑座，第一滑座和第二滑座均可沿第一竖板的长度方向运动；

第一滑座的一端与盖板Ⅰ相连接，用于将盖板Ⅰ由第一状态转换为第二状态；

第二滑座的一端与盖板Ⅱ相连接，用于将盖板Ⅱ由第一状态转换为第二状态。

优选地，盖板Ⅰ、盖板Ⅱ和外壳共同形成的封闭腔体的上侧部设置有出水口，出水口设置有出水管，出水管具有弧形弯折部；以及封闭腔体的下侧部设置有进水口，进水口设置有进水管，进水管具有弧形弯折部。在水处理过程中，需要处理的废水经过外壳下部的进水管进入含有多个阴、阳极板的电容去离子装置中，水流首先通过第一个电极系统，然后流经每个单独的阴、阳极板电极系统间，经外接正负电压形成顺流式递进的双电层电容去离子系统，废水中的阴离子与阳离子通过库仑力的作用吸附至双电层电容结构中。经过多个电容去离子系统后，由出水管流出。进水管和出水管设置为圆弧形，可以减少水流的冲击，防止流速过快，冲刷迅速，吸附不完整。废水经由出水管出水后，即可完成废水的净化。

优选地，第一滑座与第一竖板的连接端设置有旋转连接结构，用于使得第一滑座绕第一竖板轴向旋转。进一步地，第二滑座与第一竖板的连接端设置有旋转连接结构，用于使得第二滑座绕第一竖板轴向旋转。在完成电容去离子装置废水去除过程后，利用两组滑动系统实现阴极板和阳极板的分离，同时对其进行清理功能，以便于下个吸附过程的高效稳定性。在清理时，将盖板旋转后，使得阴极板和阳极板错位设置，同时清理阴极板和阳极板，提高清理效率。

优选地，本发明还包括第一活塞机构和第一导柱，第一导柱被布置成将第一活塞机构与第一滑座相连接的杆体，第一导柱具有弯折部，使得第一活塞机构的活塞运动方向与第一滑座的运动方向相同；和/或

还包括第二活塞机构和第二导柱，第二导柱被布置成将第二活塞机构与第二滑座相连接的杆体，第二导柱具有弯折部，使得第二活塞机构的活塞运动方向与第二滑座的运动方向相同。

优选地，第一导柱靠近第一活塞机构的一端设置有第一弹簧，第一弹簧能够响应于第一滑座的运动，使盖板Ⅰ向盖板Ⅱ相对或相向的方向运动，从而将阴极板与阳极板解耦；和/或

第二导柱靠近第二活塞机构的一端设置有第二弹簧，第二弹簧能够响应于第二滑座的运动，使盖板Ⅱ向盖板Ⅰ相对或相向的方向运动，从而将阴极板与阳极板解耦。

优选地，本发明还包括传动机构，传动机构包括传动室、带动架和伸缩单元，带动架的一端与伸缩单元相连接，另一端与传动室相连接。其中，传动室用于带动第一活塞机构和/或第二活塞机构往复运动。

优选地，伸缩单元为伸缩气缸或液压油缸。

优选地，本发明还包括至少一个第二竖板，第二竖板设置于基座，第二竖板可拆卸地安装有冲吹机构。冲吹机构可以实现电容去离子系统的高效去除，防止电极板吸附过多残留物质使其去除能力下降。相对于现有技术中，直接对电极板进行反冲洗的清理方式，将阴极板和阳极板错开清洗，可以保证装置的稳定运行，针对性完成电极板清洗。阴极板和阳极板吸附的阴阳离子不同，也使得阴极板和阳极板的化学性质会发生变化，拆卸处理可以针对性实现清洁功能，例如当电极板的酸性较强时，可以利用碱性冲吹实现酸碱中和。

优选地，冲吹机构滑动安装于第二竖板上，在使用时，冲吹机构可以相对于第二竖板运动；当盖板Ⅰ和盖板Ⅱ沿第一竖板的长度方向相向运动至第二位置时，阴极板和阳极板处于解耦状态，此时可以以手动或电动的方式将冲吹机构调整至阴极板和阳极板对应的位置，进而对阴极板和阳极板进行清洗。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明提高一种基于电容去离子技术的水处理装置，利用盖板Ⅰ和盖板Ⅱ的相对运动，实现阴极板和阳极板的耦合和解耦，方便拆卸，且独立进行；若处理废水浓度不高，其后续电极板可以进行快速拆卸和安装，并作为第一电极子单元使用，清理过程和拆卸安装过程互不干扰，互不影响。因此，本发明既能完成废水的处理，提高脱盐效率，脱盐能力，还能实现清洁循环同时进行，便于分离和清洁，实现无二次污染，解决了电容去离子系统中存在的难以分离清洗的问题，实现高效清洁的作用。

附图说明

图1为本发明的水处理装置的正视图；

图2为本发明的水处理装置中外壳内部的结构剖视图；

图3为本发明的水处理装置中第一竖板、传动室、导柱Ⅰ之间连接情况的剖视图；

图4为本发明的水处理装置中第二竖板与两个冲吹组件之间连接情况的剖视图；

图5为本发明的水处理装置中安装架、矩形安装口的位置示意图。

图中：

100、基座；110、盖板Ⅰ；111、阳极板；120、盖板Ⅱ；121、阴极板；130、外壳；131、出水管；132、进水管；140、安装架；141、矩形安装口；

200、第一竖板；

210、第一滑座；211、第一活塞机构；212、第一导柱；213、第一弹簧；214、密封圈Ⅱ；

220、第二滑座；221、第二活塞机构；222、第二导柱；223、第二弹簧；

230、传动室；231、密封圈Ⅰ；232、活塞板Ⅰ；240、带动架；241、导柱Ⅰ；250、伸缩单元；260、连接架；

300、第二竖板；

310、冲吹组件；311、连接架Ⅱ；312、内螺纹套管；313、滚轮；314、限位滚槽；

320、丝杆；321、轴承座；

330、伺服电机；331、伞齿轮Ⅰ；332、伞齿轮Ⅱ。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例，其中本发明的特征由附图标记标识。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，图1为本发明的其中一个具体实施方式。本实施例的一种基于电容去离子技术的水处理装置，包括基座100、第一竖板200和第二竖板300，第一竖板200、第二竖板300依次安装在基座100上。如图5所示，第一竖板200、第二竖板300之间安装有安装架140，安装架140的中部设置有矩形安装口141。矩形安装口141内固定安插有外壳130，外壳130的上下两侧对称地设置有盖板Ⅰ110和盖板Ⅱ120。如图2所示，位于上方的盖板Ⅰ110上间隔地安插有多个阳极板111，位于下方的盖板Ⅱ120上间隔地安插有若干阴极板121。盖板Ⅰ110、盖板Ⅱ120和外壳130共同组成具有容纳腔的封闭腔体，进水管132处开始进水，水流下进上出，出口为出水管131，阳极板111、阴极板121在封闭腔体内相互错开放置。第一竖板200上安装有与盖板Ⅰ110和盖板Ⅱ120相匹配的对拆机构，第二竖板300上安装有与阳极板111、阴极板121相配合的冲吹机构。

本实施例的对拆机构包括上、下依次地滑动安装于第一竖板200前侧的第一滑座210和第二滑座220，第一滑座210和第二滑座220靠近第二竖板300的一侧均通过连接架260与盖板Ⅰ110、盖板Ⅱ120相连。第一竖板200远离第二竖板300的一侧固定设置有传动室230，传动室230的上、下两端内部分别插设并滑动连接有第一活塞机构211和第二活塞机构221，第一活塞机构211和第二活塞机构221相背对的一端均固定连接有第一导柱212和第二导柱222。

在本实施例中，第一导柱212和第二导柱222均为U型设计，且第一导柱212和第二导柱222伸出传动室230外的一端分别与第一滑座210和第二滑座220相固定。第一导柱212和第二导柱222外均套设有第一弹簧213和第二弹簧223，第一弹簧213和第二弹簧223相对的一端分别与传动室230的上下两端相固定，第一弹簧213和第二弹簧223相背对的一端分别与第一导柱212和第二导柱222的弯折部位相固定。传动室230远离第一竖板200的一侧内部插设并滑动连接有活塞板Ⅰ232，活塞板Ⅰ232远离第一竖板200的一侧中部固定有导柱Ⅰ241。

进一步地，基座100上安装有伸缩单元250，伸缩单元250的输出端固定有带动架240，保证整个系统的稳定性，传动性能佳。在本实施例中，伸缩单元250为伸缩气缸或液压油缸。如图3所示，带动架240的上端与导柱Ⅰ241伸出传动室230外的一端相固定设置，传动室230内设置有与导柱Ⅰ241相匹配的密封圈Ⅰ231，传动室230内还设置有与第一导柱212和第二导柱222相匹配的两个密封圈Ⅱ214。传动室230内处于活塞板Ⅰ232、第一活塞机构211和第二活塞机构221之间的部分填充有液压油。

在使用时，通过第一滑座210和第二滑座220的背离提拉便可实现盖板Ⅰ110和盖板Ⅱ120的分离，阳极板111、阴极板121便可被便捷分类式分离，同时还可以实现后期阳极板111、阴极板121的错开式对装。

如图4所示，本实施例的冲吹机构包括上下对称地安装在第二竖板300靠近第一竖板200侧面的两个轴承座321，两个轴承座321内均设置有轴承。在本实施例中，冲吹机构滑动安装于第二竖板300上，其滑动安装的方式为：两个轴承内均转动安装有丝杆320，两个丝杆320相对的一端均固定有伞齿轮Ⅰ331，两个丝杆320外均螺纹套接有内螺纹套管312，两个内螺纹套管312靠近第一竖板200的一侧均通过连接架Ⅱ311连接有冲吹组件310，第二竖板300远离第一竖板200的一侧安装有伺服电机330，伺服电机330的输出轴贯穿第二竖板300后固定有伞齿轮Ⅱ332，伞齿轮Ⅱ332与两个伞齿轮Ⅰ331啮合连接，阳极板111、阴极板121通过盖板Ⅰ110、盖板Ⅱ120的运动分离后，控制伺服电机330带动伞齿轮Ⅱ332进而带动两个伞齿轮Ⅰ331转动便可实现冲吹组件310的互相靠近/互相远离，从而实现对外露的阳极板111、阴极板121的上下清理作业。

第二竖板300靠近第一竖板200的一侧对称开设有两个限位滚槽314，两个内螺纹套管312远离第一竖板200的一侧均固定有耳板，两个耳板上均通过销轴转动连接有滚轮313，两个滚轮313分别滚动设置在两个限位滚槽314内，确保两个内螺纹套管312活动过程中的稳定性。

本发明提出的一种基于电容去离子技术的水处理装置中，电极板耦合安装于盖板Ⅰ110、盖板Ⅱ120上，通过第一滑座210和第二滑座220的背离提拉便可实现盖板Ⅰ110、盖板Ⅱ120的分离，进而实现电极板的便捷分类式分离。不仅如此，同时还能实现旧电极板的便捷换新。在盖板Ⅰ110、盖板Ⅱ120运动到第二位置时实现错开式对装，盖板Ⅰ110、盖板Ⅱ120运动到第一位置时，即可实现电极板的耦合归位，避免人工安装时的繁复步骤和多余的返工流程，实用可靠。

在清洗时，电极板分离后，控制伺服电机330带动伞齿轮Ⅱ332，进而带动两个伞齿轮Ⅰ331转动，实现冲吹组件310的互相靠近/互相远离，进而实现对外露的阳极板111、阴极板121的上下清理作业，配合对拆机构使用，极大地提高对阳极板111、阴极板121的清理效率和清洁效果。

在本实施例中，左侧的对拆机构为伸缩机构，结构简单，便于操作，且成本低，紧凑，平稳性极佳，利于固定整个系统，是主导的传动系统，相当于控制中心。右侧的冲洗机构为升降机构，相对于左侧的对拆机构而言拆卸更方便，因为利于电容去离子单元的拆卸更换。

更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

Claims (10)

1.一种基于电容去离子技术的水处理装置，包括

基座；

至少一个水处理装置，其设置于所述基座；所述水处理装置具有盖板Ⅰ、盖板Ⅱ和外壳；所述盖板Ⅰ、盖板Ⅱ和外壳可以共同组成具有容纳腔的封闭腔体；所述容纳腔中交错设置有若干阴极板和若干阳极板，且所述阴极板和所述阳极板对应设置；所述阴极板的一端与盖板Ⅰ相连接，所述阳极板的一端与盖板Ⅱ相连接；以及

至少一个第一竖板，其设置于所述基座；其特征在于：

所述盖板Ⅰ和盖板Ⅱ能够相对于所述第一竖板在第一状态和第二状态之间转换；

在所述第一状态，所述盖板Ⅰ和所述盖板Ⅱ位于第一位置，并与所述外壳共同组成具有容纳腔的封闭腔体，所述阴极板和所述阳极板位于所述容纳腔中，耦合为电容去离子处理单元；

在所述第二状态，所述盖板Ⅰ和所述盖板Ⅱ沿所述第一竖板的长度方向相向运动至第二位置，从而将所述阴极板和所述阳极板解耦。

2.根据权利要求1所述的一种基于电容去离子技术的水处理装置，其特征在于：所述第一竖板上至少设置有第一滑座和第二滑座，所述第一滑座和第二滑座均可沿所述第一竖板的长度方向运动；

所述第一滑座的一端与盖板Ⅰ相连接，用于将所述盖板Ⅰ由第一状态转换为第二状态；

所述第二滑座的一端与盖板Ⅱ相连接，用于将所述盖板Ⅱ由第一状态转换为第二状态。

3.根据权利要求1所述的一种基于电容去离子技术的水处理装置，其特征在于：所述封闭腔体的上侧部设置有出水口，所述出水口设置有出水管，所述出水管具有弧形弯折部；以及

所述封闭腔体的下侧部设置有进水口，所述进水口设置有进水管，所述进水管具有弧形弯折部。

4.根据权利要求2所述的一种基于电容去离子技术的水处理装置，其特征在于：所述第一滑座与第一竖板的连接端设置有旋转连接结构，用于使得第一滑座绕第一竖板轴向旋转；和/或

所述第二滑座与第一竖板的连接端设置有旋转连接结构，用于使得第二滑座绕第一竖板轴向旋转。

5.根据权利要求2所述的一种基于电容去离子技术的水处理装置，其特征在于：还包括第一活塞机构和第一导柱，所述第一导柱被布置成将第一活塞机构与第一滑座相连接的杆体，所述第一导柱具有弯折部，使得第一活塞机构的活塞运动方向与第一滑座的运动方向相同；和/或

还包括第二活塞机构和第二导柱，所述第二导柱被布置成将第二活塞机构与第二滑座相连接的杆体，所述第二导柱具有弯折部，使得第二活塞机构的活塞运动方向与第二滑座的运动方向相同。

6.根据权利要求5所述的一种基于电容去离子技术的水处理装置，其特征在于：所述第一导柱靠近第一活塞机构的一端设置有第一弹簧，所述第一弹簧能够响应于所述第一滑座的运动，使所述盖板Ⅰ向盖板Ⅱ相对或相向的方向运动，从而将所述阴极板与所述阳极解耦；和/或

所述第二导柱靠近第二活塞机构的一端设置有第二弹簧，所述第二弹簧能够响应于所述第二滑座的运动，使所述盖板Ⅱ向盖板Ⅰ相对或相向的方向运动，从而将所述阴极板与所述阳极解耦。

7.根据权利要求6所述的一种基于电容去离子技术的水处理装置，其特征在于：还包括传动机构，所述传动机构包括传动室、带动架和伸缩单元，所述带动架的一端与伸缩单元相连接，另一端与传动室相连接；

所述传动室用于带动第一活塞机构和/或第二活塞机构往复运动。

8.根据权利要求7所述的一种基于电容去离子技术的水处理装置，其特征在于：所述伸缩单元为伸缩气缸或液压油缸。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种基于电容去离子技术的水处理装置，其特征在于：还包括至少一个第二竖板，所述第二竖板设置于所述基座，所述第二竖板可拆卸地安装有冲吹机构。

10.根据权利要求9任意一项所述的一种基于电容去离子技术的水处理装置，其特征在于：所述冲吹机构滑动安装于第二竖板上。

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