KR100664906B1 - 나노 금속입자가 포함된 산화 및 환원촉매와 방전필터로결합된 디젤자동차 배기정화장치 - Google Patents

나노 금속입자가 포함된 산화 및 환원촉매와 방전필터로결합된 디젤자동차 배기정화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 금속입자가 포함된 DOC/NOx촉매와 방전필터로 결합된 디젤자동차 배기정화장치에 관한 것으로서, 특히 세라믹 하니컴에 Pt, TiO2, 감마상 알루미나로 구성된 산화촉매 슬러리를 워시코팅하여 소성한 다음, Pt, Pd 나노금속입자를 함침시킨 나노산화촉매와 세라믹 하니컴에 Cu(NO3)2-3H2O, CuO, 감마상의 알루미나 담체를 워시코팅하여 소성한 다음, Cu, Au, Ag 나노금속입자를 함침시킨 DeNOx 나노환원 촉매를 포함하며, 고전압 코로나 방전에 의한 방전필터로 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 제작한 디젤 3원 촉매필터를 이용하여 엔진에서 나오는 배기가스를 고전압 방전 필터에서 PM성분을 미세화시키고, DOC 나노산화촉매에서 CO를 CO2로 산화시키고, DeNOx 나노환원촉매에서 NOx성분을 N2로 환원시켜 대기오염을 방지하는 기능을 가진다.
이상에서와 같이 본 발명은, 5-15 nm 크기의 Pt, Pd, Cu, Au, Ag 나노금속 입자가 도포된 상태로 나노매연입자에 포함된 디젤배기가스를 저감시키는 효과를 제공한다.
나노 금속입자가 포함된 산화 및 환원촉매와 방전필터로 결합된 디젤자동차 배기정화장치{Exhaust gas purification system of nano-metallic nano-catalyst combined with electric discharge filter in diesel automobile}

Description

나노 금속입자가 포함된 산화 및 환원촉매와 방전필터로 결합된 디젤자동차 배기정화장치{Exhaust gas purification system of nano-metallic DOC/NOx catalyst combined with electric discharge filter in diesel automobile}
도 1은 본 발명에서 제조된 DOC 촉매필터 실시예의 사진도
도 2는 본 발명에서 디젤 NOx 정화용 환원촉매필터로 제작된 실물 사진도
도 3은 본 발명에서 디젤 DOC/NOx 정화용 촉매필터로 제작된 실물 사진도
도 4는 본 발명에서 디젤 DOC/NOx 촉매 필터의 소성 열처리 특성도
도 5은 본 발명에서 나노입자를 삽입하지 않은 디젤 DOC/NOx 정화용 촉매필터의 전자현미경 사진도
도 6은 본 발명에서 나노입자를 삽입하고 600℃에서 소성한 디젤 DOC/NOx 정화용 촉매필터의 전자현미경 사진도
도 7은 본 발명에서 나노입자를 삽입하고 800℃에서 소성한 디젤 DOC/NOx 정화용 촉매필터의 전자현미경 사진도
도 8은 본 발명에서 제작한 방전필터의 사진도
도 9는 본 발명에서 제작한 방전필터와 DOC/NOx 필터를 결합한 정화장치의 사진도
도 10은 본 발명의 디젤엔진용 방전필터와 DOC/NOx 필터 전후에서 매연에 대한 광흡수 사진도
도 11은 본 발명의 디젤엔진용 방전필터와 DOC/NOx 필터를 결합한 정화장치의 매연성능 특성도
도 12는 본 발명의 디젤엔진용 DOC/NOx 필터의 NOx 성분저감 특성도
도 13은 본 발명의 디젤엔진용 DOC/NOx 필터의 CO 성분저감 특성도
*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*
1 : 나노 DOC 촉매필터 2 : 나노 NOx 촉매필터
3 : 나노 DOC/NOx 촉매필터 4 : 방전필터
5 : 방전필터 전원
본 발명은 나노 금속입자가 포함된 DOC/NOx촉매와 방전필터로 결합된 디젤자동차 배기정화장치에 관한 것으로서, 특히 세라믹 하니컴에 Pt, TiO2, 감마상 알루미나로 구성된 산화촉매 슬러리를 워시코팅하여 소성한 다음, Pt, Pd 나노금속입자를 함침시킨 나노산화촉매와 세라믹 하니컴에 Cu(NO3)2-3H2O, CuO, 감마상의 알루미나 담체를 워시코팅하여 소성한 다음, Cu, Au, Ag 나노금속입자를 함침시킨 DeNOx 나노환원 촉매를 포함하며, 고전압 코로나 방전에 의한 방전필터로 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 제작한 디젤 3원 촉매필터를 이용하여 엔진에서 나오는 배기가스를 고전압 방전 필터에서 PM성분을 미세화시키고, DOC 나노산화촉매에서 CO를 CO2로 산화시키고, DeNOx 나노환원촉매에서 NOx성분을 N2로 환원시켜 대기오염을 방지하는 기능을 가진다.
교토기후협약에 따른 이산화탄소 배출량 규제로 이산화탄소 발생량이 가솔린승용차보다 상대적으로 적은 디젤승용차가 국제적으로 선호되어지고 있으며 우리나라에서도 디젤승용차가 출시되기 시작했다. 하지만 디젤엔진은 가솔린 엔진과는 다르게 고압 착화로 인해 엔진온도가 높이 상승하고 공기중의 산소와 질소가 화학결합된 아질소 산화물(NOx)이 배기가스중에 포함되어 발암물질로 인체에 매우 해롭다. 또한 디젤엔진에서 배출되는 입자상물질(particulate matters: PM)은 커먼레일(common-rail) 방식으로 연료를 고압 분사시킴으로써 나노입자상으로 작아지고 있다. 디젤엔진에서 발생하는 또 다른 물질은 가솔린보다 탄소함량이 많고 중합 고분자수가 상대적으로 큰 디젤 연료의 불완전 연소로 인한 탄화수소(HC) 및 일산화탄소(CO)등이 있다.
최근에 디젤 배기가스 저감 대책을 크게 두 가지로 나누어 보면 연소 전 처리 방법과 연소 후 처리 방법을 들 수 있다. 전자에는 연료분사 방법 개선과 연소실 형상 개선, 연료 정제 등의 방법이, 후자로는 디젤입자상물질 필터(diesel particulate filter: DPF), HC 및 CO를 저감하기 위한 디젤산화촉매(diesel oxidation converter: DOC), 플라즈마를 이용한 디젤엔진 배기가스 유해물질 저감과 NOx 저감에 관한 연구가 최근 활발히 진행 되고 있다.
특히 NOx 배출을 줄이기 위한 엔진 후처리 장치에는 HC DeNOx 촉매변환, NOx storage 촉매변환 및 SCR NOx 변환 방식이 있다. 이중에서 가장 선호되는 방식이 NOx storage 촉매변환방식으로 이는 lean burn 가솔린 엔진에 적용되어 왔으며, 이를 디젤엔진에 적용하고 있다. 공연비 λ가 1보다 큰 경우에는 계속적인 NOx축적과정을, 그리고 1보다 작은 경우에는 간헐적으로 증가된 HC, CO 및 H2 배기가스 성분을 이용하여 NOx를 N2로 재생되는 과정을 갖는다.
이러한 NOx 촉매변환 방식에서 배기가스 정화를 위해 사용되고 있는 종래의 기술로는 엥겔하드(US 09/634228)의 SOx 내성이 있는 NOx 촉매 제조방법에서 세라믹 하니컴에 Pt, Li, 알루미나 및 CO/Al 산화물로 구성된 촉매슬러리 분말을 워시 코팅한 다음 공기중에서 소성시킬 뿐 만 아니라, 산화바륨 또는 산화스트론튬의 알카리토금속을 내 황촉매복합제로 사용하였다.
기아자동차(특허10-0231532)에서는 산화및 환원촉매 겸용으로 코디어라이트(cordierite: 2MgO-2Al2O3) 하니컴에 감마상의 알루미나와 산화티타늄(TiO2) 및 백금 또는 로듐 이온교환 제올라이트(Pt-, Rh-ZSM-5)를 와시코팅(washcoating)후 Pt:Rh 비율을 2-10:1의 범위로 1-3g/l로 함침시켰다. 이는 유사한 귀금속 이온인 특히 구리(Cu) 이온교환형 제올라이트나 금속산화물 및 담지 금속이 포함된 복합산화물에서 페로브스카이트형의 결정구조를 갖는 경우 과잉 산소 분위기의 질소산화물을 분해하는 특성을 지니기 때문이다.
또한 삼성전기(특허10-0446600)에서는 질소산화물의 정화용 촉매로서 철을 함침시킨 지르코니아담체(Fe-ZrO2)에 Pt, Pd의 촉매성분과 조촉매성분으로 산화구리(CuO)를 담지시켰다. 이와 같이 구리성분을 이용하여 질소산화물을 환원시킬 수 있지만 실용화되기에는 전환 효율이 낮은 단점이 있다.
본 발명은 종래의 기술적인 문제를 감안한 것으로, 본 발명의 목적은 나노 금속입자가 포함된 DOC/NOx촉매와 방전필터로 결합된 디젤자동차 배기정화장치를 제작하 는데 있어 Pt, Pd, Cu, Au, Ag와 같은 5-15 nm 크기의 나노금속입자와 TiO2, CuO등 금속산화물 나노입자를 이용하여 산화촉매 및 환원촉매의 나노촉매필터를 제작하는 것으로 감마상의 알루미나 담체에 포함된 20 마크론 크기의 Cu, Cu(NO3)33H2O 및 산화물 TiO2, CuO 위에 이러한 나노입자를 담지시킨 나노촉매필터를 제작하는데 그 목적이 있다.
또한, 이러한 산화 및 환원 촉매를 방전필터와 조합하여 디젤 3원촉매로 PM, NOx, CO 또는 HC를 동시에 제거하는 디젤배기시스템을 구성하는데 있어 사용되는 것을 특징으로 하는 나노 금속입자가 포함된 DOC/NOx촉매와 방전필터로 결합된 디젤자동차 배기정화장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다. 이 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 나노 금속입자가 포함된 DOC/NOx촉매와 방전필터로 결합된 디젤자동차 배기정화장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에서 제조된 DOC 촉매필터 실시예의 사진도이다. 이러한 산화촉매(1)의 제조공정은 다음과 같다. 코디어라이트(2MgO-2Al2O3-5SiO2) 하니컴에 감마상의 Al2O3 와 2-20㎛ 크기로 각각 Pt 5-20wt%, Pd 5-20wt%, TiO2 5-10wt%로 포함된 금속 및 금속산화물을 와시코팅하고 건조하여 전기로에서 600-800℃로 2-5시간동안 소성시킨다. 1단계 소성한 산화촉매를 다시 5-15nm 크기의 콜로이드(coloid)상의 Pt 2 mg/l, Pd 2 mg/l, TiO2 3 mg/l를 함께 수용액속에서 담지한 다음, 400-600℃로 소성시킨 산화촉매장치를 제작하였다.
도 2는 본 발명에서 디젤 NOx 정화용 환원촉매필터로 제작된 실물 사진도이다. 이러한 환원촉매(2)의 제조공정은 다음과 같다. 코디어라이트(2MgO-2Al2O3-5SiO2) 하니컴에 감마상의 Al2O3과 2-20㎛ 크기로 각각 알루미나에 대해 CuO 5-15wt%, Cu(NO3)2-3H2O 5-15 wt%, 인듐아세테이트 3-10wt%로 포함된 금속산화물 및 유기금속을 와시코팅하고 건조하여 전기로에서 600-800℃로 2-5시간동안 소성시킨다. 1단계 소성한 산화촉매를 다시 5-15nm 크기의 코로이드상의 나노금속 입자 Cu 2 mg/l, Ag 2 mg/l, Au 3 mg/l를 함께 수용액속에서 담지한 다음, 400-600℃로 소성시킨 환원촉매필터를 제작하였다.
도 3은 본 발명에서 디젤 DOC/NOx 정화용 촉매필터로 제작된 실물 사진도이다. 이러한 산화/환원 결합형 촉매(3)의 제조공정은 다음과 같다. 코디어라이트(2MgO-2Al2O3-5SiO2) 하니컴에 감마상의 Al2O3과 2-20㎛ 크기로 각각 알루미나에 대해 Pt 5-20wt%, Pd 5-20wt%, TiO2 5-10wt%, CuO 5-15wt%, Cu(NO3)2-3H2O 5-15 wt%, 인듐아세테이트 3-10wt%로 포함된 금속산화물 및 유기금속을 와시코팅하고 건조하여 전기로에서 600-800℃로 2-5시간동안 소성시킨다. 1단계 소성한 촉매를 다시 5-10nm 크기의 코로이드상의 나노금속 입자 Pt 2 mg/l, Pd 2 mg/l, TiO2 3 mg/l, Cu 2 mg/l, Ag 2 mg/l, Au 3 mg/l를 함께 수용액속에서 담지한 다음, 400-600℃로 소성시킨 산화/환원 결합형 촉매필터를 제작하였다.
도 4는 본 발명에서 디젤 DOC/NOx 촉매 필터의 소성 열처리 특성도이다. 100℃에서 잔여수분을 제거하고 420℃에서 유기용매를 제거한 다음, 600℃와 800℃ 두 종류의 소성온도에서 1.5-2시간 동안 유지하였으며, 전기로의 분위기는 질소가스를 주입시킨 상태에서 760 Torr 상압을 유지하였다.
도 5은 본 발명에서 나노입자를 삽입하지 않은 디젤 DOC/NOx 정화용 촉매필터의 전자현미경 사진도이다. 고배율로 확대된 SEM사진에서도 입자상의 구조가 형성되지 않고, 불규칙적인 비정질구조를 보인다.
도 6은 본 발명에서 나노입자를 삽입하고 600℃에서 소성한 디젤 DOC/NOx 정화용 촉매필터의 전자현미경 사진도이다. 고배율로 확대한 SEM사진에서 미세한 나노크기를 갖는 입자상이 형성되어짐을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에서 나노입자를 삽입하고 800℃에서 소성한 디젤 DOC/NOx 정화용 촉매필터의 전자현미경 사진도이다. 고배율로 확대한 SEM사진에서 미세한 나노크기를 갖는 입자상이 형성되어짐을 알 수 있고, 600℃에서 소성한 경우보다 입자 크기가 커지며, 많아짐을 알 수 있다.
도 8은 본 발명에서 제작한 방전필터의 사진도이다. 고압방전판이 양극핀과 음극구멍이 쌍을 이루어진 형태로 구멍의 배열은 육각형상을 갖는다. 이러한 방전필터(4)는 촉매 앞 단에 설치하여 PM입자를 미세화시킴으로써, 촉매 하니컴 구멍을 통과는데 보다 용이하고 표면에 접하는 면적내에 입자가 접촉하게 함으로써 촉매 반응 효율을 상승시킨다.
도 9는 본 발명에서 제작한 방전필터와 DOC/NOx 필터를 결합한 정화장치의 사진도이다. 쌍용자동차의 무쏘 차종에 적용한 경우이다. 방전필터 전원(5)에 인가된 전압은 직류 1-5 kV로 가변할 수 있으며, 최대 전류가 50 mA 까지 흐를 수 있다. 엔진 쪽으로 방전필터가 결합되고 방전필터 후미에 산화/환원 겸용촉매 필터가가 연결되었다.
도 10은 본 발명의 디젤엔진용 방전필터와 DOC/NOx 필터 전후에서 매연에 대한 광흡수 사진도이다. 엔진과 연결된 후미부위(a)와 방전필터를 통과한 부위(b) 그리고 촉매필터를 통과한 관 출구(c)에서의 매연의 색상변화를 보여준다. 엔진 후미부에서는 400-700nm 의 파장의 가시광선에서 모든 색을 흡수하여 진한 검정색을 띠고, 방전필터 후미부에서는 색의 농도가 연해지며, 촉매필터 후단에서는 매연색이 완전히 회색으로 변함을 알 수 있다. 매연량의 감소추이를 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 디젤엔진용 방전필터와 DOC/NOx 겸용필터를 결합한 정화장치의 매연성능 특성도이다. 1995년에 생산한 쌍용자동차의 무쏘차량을 사용하여 실차 측정하였으며, 소음기만 부착된 차량의 경우 매연도가 40-45%에 이른다. 방전 필터나 촉매필터중 하나만을 측정하였을 경우 매연량이 대략 25%범위에 측정되었으며, 두 필터를 동시에 모두 작동시킬 경우 매연량이 15-20%범위에서 관측되었다. 방전필터는 PM을 미세화하여 매연를 줄이는 역할을 한다.
본 발명에서는 5-15나노미터의 나노금속 콜로이드입자를 이용하여 산화촉매와 NOx촉매 담체표면을 미세화하여 촉매반응 접면적을 크게 하였으며, CO 산화촉매와 NOx 환원촉매를 이용하여 서로 반응시킴으로써 화학 변환을 유도하였다. 다음 식은 3원 촉매에서 CO, HC, NO성분이 서로 반응하여 CO2 와 H2O, N2 로 산화/환원되는 반응식이다.
NO+ CO → 1/2N2+CO2 (1)
(2m+n/2)NO + CmHn → (m+n/4)N2+n/2H2O+mCO2 (2)
NO + H2 → 1/2N2 + H2O (3)
도 12는 본 발명의 디젤엔진용 DOC/NOx 필터의 NOx 성분저감 특성도이다. 엔진을 3000rpm 으로 공회전시킨 상태에서 측정하였다. 정화장치를 부착하지 않고 소음기만 장착된 경우에 NOx 배출농도가 230-250 ppm 이고 이에 비해 촉매필터를 부착한 경우에는 NOx배출농도가 190-200 ppm 으로 낮아짐을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 디젤엔진용 DOC/NOx 필터의 CO 성분저감 특성도이다. 엔진을 3000 rpm 으로 공회전시킨 상태에서 측정하였다. 정화장치를 부착하지 않고 소음기만 부착된 상태에서 측정한 경우에 CO 배출농도가 150-165 ppm 이고, 이에 비해 촉매필터를 부착한 경우에는 110-120 ppm 으로 저감됨을 알 수 있다.
이상에서와 같이 본 실시 예에서는 나노 금속입자가 포함된 DOC/NOx 겸용 촉매필터와 방전필터로 결합된 디젤자동차 배기정화장치의 제작을 수행함으로써 디젤 엔진 의 PM, NOx, CO 배기가스를 저감할 수 있고, 특히 나노촉매필터를 제작하는 공정을 확보함으로써 산화촉매필터나 환원촉매필터를 단독으로도 용도에 따라 활용할 수 있으며, 이들의 결합된 촉매필터 제작도 가능하다.
또한 본 발명이 당 업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 아니 되며 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허 청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.
상술한 설명으로부터 본 발명의 나노 금속입자가 포함된 DOC/NOx촉매필터와 방전필터로 결합된 디젤자동차 배기정화장치는 종래의 산화촉매나 환원촉매에 촉매물질을 담지할 때, 나노 금속 콜로이드 입자를 함침함으로써 촉매의 접면적을 나노크기의 입자상의 형성으로 극대화하고, 촉매 변환효율을 증가시키게 하였다. 또한 디젤엔진의 커먼레일 방식의 연료분사시스템의 채택으로 나노입자화되는 PM을 효율적으로 촉매변환하는 나노촉매필터를 제작하였으며, 이를 방전필터와 조합된 디젤3원촉매역할을 수행하도록 배기정화장치를 제작하였다. 이러한 상기 발명을 통하여 디젤승용차에서 고효율의 배기저감 능력을 보유한 나노촉매필터를 구현할 수 있게 되었 다.

Claims (3)

  1. 나노 금속입자가 포함된 DOC/NOx촉매필터와 방전필터로 결합된 디젤자동차 배기정화장치에 있어서,
    코디어라이트 하니컴에 감마상의 알루미나와 Pt, Pd, TiO2로 포함된 금속 및 금속산화물을 와시코팅하여 소성한 다음, 나노금속 콜로이드입자 Pt, Pd을 함침하는 산화촉매 필터 제작의 제1 공정과;
    상기 코디어라이트에 감마상의 알루미나와 CuO, Cu(NO3)2-3H2O, 인듐아세테이트를 포함하는 금속산화물 및 유기금속을 와시코팅하고 소성하여 코로이드상의 나노금속 입자 Cu, Ag, Au를 함침하는 환원촉매 필터 제작의 제2공정과;
    상기 촉매필터에 양극핀를 중심으로 구멍을 형성하는 음극판과 양극핀이 쌍을 형성하는 방전필터를 조합하는 제3공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 금속입자가 포함된 DOC/NOx 촉매와 방전필터로 결합된 디젤자동차 배기정화장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1공정과 제2공정을 결합한 산화/환원촉매로서 코디어라이트에 감마상의 알루미나에 대해 Pt, Pd, TiO2, CuO, Cu(NO3)2-3H2O, 인듐아세테이트를 포함하는 금속산화물 및 유기금속과 코로이드상의 나노금속 입자 Pt, Pd, TiO2, Cu, Ag, Au를 포함하는 산화/환원 결합형 촉매과 방전필터가 결합된 것을 특징으로 하는 나노 금속입자가 포함된 DOC/NOx 촉매와 방전필터로 결합된 디젤자동차 배기정화장치.
  3. 제 1항에 있어서, 금속 및 금속산화물의 촉매물질은 감마상의 알루미나와 Pt, Pd, TiO2로 포함된 금속, 유기금속 및 금속산화물의 크기가 2-20㎛ 크기이고, 5-20wt%의 함량을 갖으며, 나노금속 콜로이드입자는 5-15 nm 크기와, 1-5 mg/l의 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 나노 금속입자가 포함된 DOC/NOx 촉매와 방전필터로 결합된 디젤자동차 배기정화장치.
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KR100909989B1 (ko) * 2007-12-20 2009-07-29 희성촉매 주식회사 디젤 또는 린번 엔진 배기가스 질소산화물 제거용ＤｅＮＯｘ 복합촉매

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100865362B1 (ko) * 2007-03-28 2008-10-24 희성촉매 주식회사 디젤산화 활성이 개선된 Ｐｄ-Ａｕ 적용 디젤산화촉매
KR101011760B1 (ko) * 2008-08-05 2011-02-07 희성촉매 주식회사 ＮＯｘ 전환율이 개선된 ＳＣＲ 촉매조성물 및 이를 이용한 디젤엔진 배기가스 배출장치
KR20180091953A (ko) * 2016-01-06 2018-08-16 바스프 코포레이션 백금족 금속 나노입자를 포함하는 디젤 산화 촉매

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100387862B1 (ko) 2001-01-16 2003-06-18 현대자동차주식회사 고효율 디젤 산화촉매

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100909989B1 (ko) * 2007-12-20 2009-07-29 희성촉매 주식회사 디젤 또는 린번 엔진 배기가스 질소산화물 제거용ＤｅＮＯｘ 복합촉매

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