谷壳在农业上的应用.docx
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谷壳在农业上的应用
目录
摘要1
Abstract2
前言4
1谷壳的结构6
1.1总体结构6
1.2稻谷的化学成分7
1.3谷壳的特征、特性8
2谷壳的来源10
3.谷壳在工业上的利用10
3.1谷壳作能源10
3.2谷壳板12
3.3 压缩一炭化谷壳块13
3.4 谷壳制一次性餐具14
3.5谷壳水泥15
3.6谷壳炭与残留物的其他用途15
4在农业上的应用17
4.1谷壳作肥料17
4.2谷壳饲料17
4.3谷壳作防腐剂17
4.4谷壳作种子混合物的添加剂18
4.5纯谷壳露地栽培大球盖菇18
4.6谷壳作代用料培育金针菇18
5谷壳在化工方面的应用19
5.1谷壳制陶瓷19
5.2谷壳制硅酸钠、白炭黑和分子筛19
5.3谷壳制活性炭20
5.4谷壳制氮化硅21
5.5谷壳制乙醇21
5.6谷壳制碳化硅21
5.7谷壳制合成油21
5.8谷壳制硅载体镍催化剂22
5.9谷壳制太阳能电池硅22
5.10谷壳制填充剂22
5.11谷壳制去污剂22
5.12谷壳制净水剂23
5.13谷壳制绝热材料23
6谷壳发电24
6.1谷壳气化发电技术的现状24
6.2气化发电过程中的控制与运行24
6.3谷壳气化发电的经济性26
7谷壳技术在中国的发展现状27
7.1谷壳、秸杆转化猪禽饲料27
7.2利用谷壳粉生产兴达酶的方法(饲料用复合酶制剂)27
7.3利用谷壳制造无定形二氧化硅超微粉末28
7.4利用谷壳提炼具流体纹路的半透明硬质材的制造28
7.5谷壳复合隔热板的制造28
7.6用稻谷壳稻谷杆制造食品容器29
7.7用稻谷壳制取石墨碳化硅涂层及βSiC细粉和βSiC晶须29
7.8用废塑、谷壳加工礼花弹球壳29
7.9谷壳纸浆环保包装材料30
8总结31
参考文献:
32
致谢34
我国农村谷壳治理中的循环经济利用
摘要
随着我国改革开放不断深入,我国农村经济取得了快速发展,但是在经济发展的同时也造成了环境污染和破坏,农业生产的过程中产生了大量的固体废物,其中稻谷产生的副产品谷壳尤为突出。
中国是产稻大国,如何开发利用这一农副产品,发挥稻谷的经济效益,则是科技工作者不可等闲视之的问题。
但真正能够形成规模生产的,能大量消耗谷壳的利用途径并不多,或是经济效益不显著增值不大;或是在工艺上、技术上、质量上、环境污染等方面还存在了很大问题,而且对环境造成了很大污染。
研究解决谷壳的合理利用,变废为宝,是摆在我们面前一项意义重大的任务。
本文主要通过分析谷壳的结构及组成,从而分析其在工业、农业、化工等方面的应用,促进循环经济在我国农村的发展。
关键词:
谷壳;循环经济;环境污染;经济效益;合理利用
Theuseofcirculareconomyofruralchaffgovernanceinourcountry
Abstract
WiththedeepeningofChina'sreformandopeningup,China'sruraleconomyhasobtainedthefastdevelopment,butalsocausedenvironmentalpollutionanddestructionineconomicdevelopmentandatthesametime,alargeamountofsolidwastesproducedintheprocessofagriculturalproduction,thericehuskby-productespecially.
Chinaisricecountry,howtodeveloptheagriculturalandsidelineproducts,playtheeconomicbenefitofrice,isascienceandtechnologyworkerscannotberegardasunimportantproblems.Butreallycanhaveformedthescaleofproduction,largeconsumptionofricehuskcanapproachtouseisnotmuch,Orisintheprocess,technology,quality,environmentalpollutionisaseriousproblem,butalsocausedgreatpollutiontotheenvironmentoreconomicbenefitsisnotsignificantvalue-addedlittle;Rationalutilizationofricehusk,solvethewastetotreasure,issuspendsinfrontofusanimportanttask.Thispapermainlythroughtheanalysisofhullstructureandcomposition,andanalyzesitsapplicationinindustry,agriculture,chemicalindustryandsoon,topromotethedevelopmentofcirculareconomyinruralareasinchina.
Keyword:
huskofrice;circulareconomy;environmentalpollution;economicbenefits
前言
随着我国改革开放的逐步深入和社会主义市场经济的不断发展,我国农村经济有了突飞猛进的发展,农作物和畜类产量大幅提高,各种特色产品畅销海外;农村居民的生活水平也得到较大的提升,生活质量得到了相当的改善;农作物产品、商品种类相当丰富。
中国是产稻大国,如何开发利用这一农副产物,发挥稻谷的经济效益,则是科技工作者不可等闲视之的问题。
农村又是重要的经济区域,农、林、牧、副、渔等各项经济活动的综合发展不但为人民提供了最基本的生活保障,也为社会主义工业化建设提供了大力支持。
随着经济的快速发展,工业化不断加快,农村城镇化及工业化的趋势也越来越明显。
在这过程中,农村环境不可避免地会受到影响、污染甚至破坏。
其中,固体废物对农村环境污染日益严重,不仅影响了农民的生活质量,而且直接威胁食品安全,应当引起关注。
由于农村人民群众环保意识落后,知识文化水平较低,在生产的同时产生了大量的固体废物,对农村环境造成了极大的污染破坏。
比如,由于农作物的产量提高,积存的大量桔秆被焚烧导致空气混浊;各种未经处理的牲畜粪便严重影响了农村环境卫生状况,还容易挺起传染性疾病;还有生活通水、垃圾的随意排放和堆积,不仅会污染河流,还会对生活环境造成不良影响。
由于农村固体废弃物污染引起的农村生活系统的不断恶化不仅危及农村居民的生活质量和身体健康,而且对构建我国社会主义新农村也是极大的挑战。
因此,对农村固体废物的处理和所造成的污染防治以及成为我国目前继续解决的关键性问题。
作为稻谷的主要副产品,谷壳的研究对改善其对环境的影响有着至关重要的意义,长期以来国内外对谷壳的综合利用进行了广泛的研究,获得了许多可供利用途径。
但真正能过形成规模生产的,能大量消耗谷壳的利用途径并不多,或是经济效益不显著增值不大;或是在工艺上、技术上、环境污染等方面存在很大的问题。
研究解决如何合理的利用谷壳,是摆在我们面前的一项意义重大的任务。
当今社会是一个追求环境经济协调发挥的社会,而想要建立一个资源节约型、环境友好型社会,就要利用先进技术代替传统的固体废物处理方式。
而循环经济最符合可持续发展的战略思想,也是最符合现代经济发展潮流。
所以我们应该把循环经济理念运用到农村固体废物处理中,以循环经济为例,以各种先进的科学处理方法为技术支持,来解决农村固体废物处置和污染防治问题,循环经济在我国农村固体废物处理中有着深远的意义。
但是循环经济在我国农村固体废物处理的实施中确有很多障碍,由于农村的发展一直比较落后,农村教育普及度较低,居民受教育程度参差不齐,而且大部分农民文化水平都不较低,对一些先进技术不能够接受和理解;再加上农村环境保护基础设施的落后,政府在农村环保方面的投资力度也不够大,在经济方面制约了农村环保事业的发展。
本文就是强调说明我国农村谷壳在循环经济中的利用问题,分析了谷壳的巨大经济效益以及在是实施过程中存在的问题和障碍,并提出相应的对策和解决措施,为我国农村固体废物处理和污染防治提供帮助,从而使我国农村农业经济顺利发展,可以使我国农村更好的实现环境友好型社会。
1谷壳的结构
1.1总体结构
稻谷粒由颖(外壳)和颖果(糙米)2部分组成,制米加工中谷壳经垄谷机脱去而成为颖果,又称为糙米。
谷壳由内颖(内秤)和外颖(外稃)组成,内外颖的两缘相互钩合包裹着糙米,构成完全封密的谷壳。
谷壳约占稻谷总质量的20%,它含有较多的纤维素(30%)、木质素(20%)、灰分(20%)和戊聚糖(20%),蛋白质(3%),脂肪和维生素的含量很少,其灰分主要由二氧化硅(94%~96%)组成。
糙米是由受精后的子房发育而成。
按照植物学的概念,整粒糙米是一个完整的果实,由于其果皮和种皮在米粒成熟时愈合在一起,故称为颖果。
颖果没有腹沟,长5mm~8mm,粒质量约25mg,是由颖果皮、胚和胚乳3部分组成。
颖果皮由果皮、种皮和珠心层组成,包裹着成熟颖果的胚乳。
胚乳在种皮内,是由糊粉层和内胚乳组成。
胚位于糙米的下腹部,包含胚芽、胚根、胚轴和盾片4个组成部分。
在糙米中,果皮和种皮约占2%,珠心层和糊粉层占5%~6%,胚芽占2.5%~3.5%,内胚乳占88%~93%。
在糙米碾白时,果皮、种皮和糊粉层一起被剥除,故这3层常合称为米糠层。
米糠和米胚含有丰富的蛋白质、脂肪、膳食纤维、B族维生素和矿物质,营养价值很高。
稻谷子粒各组成部分的质量比例如表1所示。
表1稻谷子粒各组成部分质量比例%
1.2稻谷的化学成分
稻谷子粒中含有的化学成分有水、蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素、矿物质等,此外还有一定量的维生素。
稻谷子粒各组成部分的主要化学成分含量见表2。
虽然大米胚乳中的蛋白质含量较少(7%~8%),但它是谷物蛋白质中生理价值最高的一种,其氨基酸组成比较平衡,赖氨酸含量约占总蛋白的3.5%。
大米蛋白质以米谷蛋白为主要组成,约占总蛋白的80%。
其他3种为清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白,其中以醇溶蛋白含量最低,仅占总蛋白的3%~5%。
淀粉是大米最主要的组成成分,占整粒大米的77%~80%;糯米淀粉几乎都是由支链淀粉组成,不含直链淀粉;粳米中直链淀粉要多一些(约占淀粉总量的20%),而籼米胚乳中的直链淀粉则更多。
含直链淀粉多,则米质松散,食用品质低,因此人们一般不喜欢吃籼米,但它特别适合
用来加工米粉。
而粳米和糯米所含的直链淀粉少或没有,米质较黏稠,食用品质好,
除供直接食用外,还可用来加工年糕。
大米中维生素和矿物质含量较低,比稻谷原粒中的含量低,导致了营养价值的下降,蒸谷米和强化米正是为了弥补这方面的不足而出现的。
表2稻谷子粒各组成部分的主要化学成份%
1.3谷壳的特征、特性
1.3.1颜色、大小、形状
绝大多数水稻品种的谷壳、稻杆是金黄色,也有灰棕色。
然而世界上的一些品种,谷壳的颜色接近白色、金褐色、红棕色、暗紫色、乌黑色等、谷壳的长度是一个近似值。
他是从外稃尖端之颖花基部的这一段长度。
谷粒长度最小的是5~6mm。
如段谷粒型稻,谷粒宽而且园。
最长的大约11mm,如长粒型稻。
这就可得出谷壳的长度约5~10mm。
谷粒长度大概是宽度的2~3.5倍.谷壳在碾磨加工过程中,常常脱掉了整个的外稃盒内稃,从而得到了大小、长短都相似的船形谷壳。
1.3.2含水率、硬度和磨损
研究发现,谷壳的吸收和损失水分情况比较均衡稳定。
而且,他吸收和损失水分与周围空气湿度有一定的关系。
谷壳的含水量,始终低于糙米的含水量。
谷壳和糙米中含水量的差异,是因为谷壳中确实不存在任何淀粉或糖,而存在着大量的二氧化硅。
乳白色的二氧化硅,高度的集中在谷壳的最外层。
它不仅降低了这层的含水量,而且还形成了谷壳的坚硬特性。
1.3.3谷壳的密度
虽然有报导认为,谷壳的真实密度为0.735g/cm3;而绝大多数测定的结果,却清楚的表明,谷壳密度为0.100g/cm3。
1.3.4谷壳的燃烧值和导热率
关于谷壳的燃烧之和导热率,曾经有多重不同的报导。
有的报导为3000-3500kcal/kg,导热率可用常数值K表示。
2谷壳的来源
谷壳又名稻子壳,稻谷外面的一层壳。
谷壳是稻米加工过程中数量最大的副产品,按重量计约占稻谷的20%。
以目前世界稻谷年产量56800万t计,那么年产谷壳约1136万t。
我国1996-1997年稻谷年产量为26000万t,年产谷壳约为3200万t,居世界首位。
3.谷壳在工业上的利用
长期以来,国内外对谷壳的综合利用进行了广泛的研究,获得了许多可供利用的途径,但真正能够形成规模生产的、能大量消耗谷壳的利用途径并不多,或是经济效益不显著;或是在技术上、工艺上、环境污染等方面还存在一些问题。
因此,许多地方把谷壳作为废弃物,这不但是对资源的极大浪费,在经济上造成巨大损失,而且对环境也造成了很大污染。
研究解决谷壳的合理利用,变废为宝,是摆在我们面前的一项意义重大的任务。
目前,世界各产稻国在利用和研究谷壳方面,已遥遥领先,并创造了许多机器宝贵的方法和经验。
3.1谷壳作能源
稻谷碾磨加工后,可得到大约15~20%左右的谷壳,这是一笔巨大的光合产物资源。
谷壳可燃物达70%以上,谷壳发热量12560-15070kJ/kg,约为标准煤的一半,是一种既方便又廉价的能源,特别是在碾米厂,在获得了能源的同时又处理了谷壳。
由于谷壳作为能量资源是可再生的,也就显得更有吸引力。
而目前应用的石油、天燃气、煤炭等燃料则是一类不可再生的能量资源。
经过种种考虑,促使联合国粮农组织很早就认识到:
谷壳在可预见的将来,最实际的用途就是作为燃料提供能量。
谷壳在碾米厂用作燃料提供热能或动力已经有100多年的历史,第一次谷壳作能源的运用是1889年在缅甸建造的谷壳燃烧炉,这一应用一直没有取得商业地位主要是因为受到谷壳容积大、供应不稳定、运输困难等不利因素的制约。
随着科学技术的进步,应用水平不断提高,当今世界上谷壳最大的用途作能源。
利用谷壳燃烧,作为产生动力的主要形式有三种:
即谷壳煤气机、谷壳煤气发电机组和谷壳蒸汽发电机组。
3.1.1谷壳煤气
谷壳煤气发生炉是在20世纪初投入使用的。
直到20世纪20年代初出现的一种经改进设计的小型煤气发生器,才使谷壳作为煤气发生炉燃料的应用具有商业价值。
煤气发生炉用谷壳作燃料,碾米厂采用烧这种煤气的内燃机进行运转,第一次的普遍应用是在第二次世界大战期间。
20世纪60年代初,我国专业科研机构就开始对谷壳煤气作为能源进行了深入地研究,使我国以谷壳煤气作为能源用于发电的技术在国际上处于领先地位。
谷壳煤气发电的燃料消耗为1.3-1.6kg/kw.h,在碾米厂使用谷壳作原料不成问题,但由于技术和经济等方面的原因,推广并不普遍。
以前,国内专业生产谷壳气化发电机组的厂家仅有重庆红岩内燃机有限公司一家,而如今扩展到全国各地,产品开始时主要是60kW和160kW两种,近年又开发出了200kW机组。
3.1.2谷壳作为锅炉燃料
用谷壳作为锅炉的燃料产生蒸汽,为发动机提供动力以至发电,这是谷壳作为能源的又一重要途径。
燃烧1kg谷壳可以产生2.4-2.7kg蒸汽。
平均15kg左右的谷壳就能生产加工100kg稻谷成为白米所需的动力。
国外对采用不同燃料的锅炉进行比较表明:
锅炉燃烧谷壳是最便宜的,原因在于原料成本低。
我国湖南岳阳城陵矶粮库米厂,建了一个功率为1500kW的谷壳蒸汽发电站,每年可发电720万kW.h,节约电费72万元。
此外还可以利用余汽、余热进行生产,可节约蒸汽费用57.6万元,节约标准煤4320t,不仅节约了能源,每年还可新增利润60万元。
谷壳单独作为动力燃料,只有在大型设备上才能显示出其优点,世界上两座很好的发电站,一座在菲律宾,一座在苏里南,前者1200kW,后者1900kW。
在泰国有很多碾米厂都燃烧谷壳以蒸汽为动力。
3.2谷壳板
谷壳板是一种以谷壳为原料,采用合成树脂为胶粘剂,经混合热压后形成的一种板材。
利用谷壳压制板材是谷壳的又一重要用途。
1951年,英国曾用粉状热固性酚醛树脂松脂与谷壳混合制成了谷壳板。
但由于板材性能差、成本高而未能引起人们的重视。
直到60年代末70年初,美国、加拿大、日本、英国、德国、印度、马来西亚、泰国等国相继开发研制。
加拿大较早获得了此项专利权,并于70年代生产出成套谷壳板制造设备向菲律宾转让。
实际上谷壳板由于工艺与设备不够成熟,还存在很多有待于解决的问题。
我国的谷壳板研究起步较晚,在70年代末80年代初我,我国江西省与上海相继成功研制谷壳板。
江西省建材科学研究设计院于1982年完成研究并通过鉴定,哈尔滨林业机械厂为江西分宜建成一条年产5000m3谷壳板生产线,以后又在浙江桐乡县、江西横峰、新疆米泉等地建起了几个谷壳板厂。
1988年6月,湖北省蒲圻市粮食局米面食品厂在哈尔滨林业机械厂的协作下,建立了年产5000m3谷壳板生产车间。
在工业性生产过程中,该厂首先对胶粘剂进行了研究,用多种胶粘剂进行试生产,并以谷壳为主要原料加入其他纤维进行制板试验,取得了良好的效果。
以日产量为150t的碾米厂为例,年加工谷量约为3万吨,可产6000吨谷壳,按利用率80%计算,可年产谷壳板5000m3。
谷壳板生产设备(包括辅助设备)投资270万元,谷壳板实际生产成本800元/m3,销售价约860——900元/m3,实际利润100元/m3左右,年利润约55万元。
谷壳板的制造工艺简单,谷壳价格低廉,设备投资少,经济效益好,故谷壳板在我国有较大的发展市场。
谷壳纤维虽短,但坚韧耐腐、抗虫蚀,导热性低、弹性强、耐压耐磨。
谷壳板可制成包装箱、家具等,如进行二次加工贴微薄木、贴纸和塑料贴面板材,其用途更加广泛。
3.3 压缩一炭化谷壳块
炭化谷壳是在谷壳炭化炉中经过控制燃烧后获得的一种黑色闪光的颗粒状粗粉。
由于具有良好的吸热、绝缘等特性,把炭化谷壳作为炼铁和炼钢工业中的绝缘和抗结渣方面的保温材料在国内外存在大量的推广应用。
但这种炭化谷壳呈松散状态、容重轻、易飞扬、易污染,且不便运输和集中,为了改善谷壳和炭化谷壳的使用性能,中国农机院联合技术装备公司和首都钢铁公司试验厂,研制出压缩谷壳块及压缩炭化谷壳块。
除了克服上述缺点外,其显著特点是压缩的谷壳块火力强,发热时间长,故可充分发挥它的绝缘保温性能。
它不仅能用作保温材料,也可作为燃料,制造活性炭等。
3.4 谷壳制一次性餐具
目前,快餐盒均由塑料模塑成形和纸桨模压成形,使用方便,但缺点也显而易见。
经国家权威部门科学试验证明,发泡性塑料餐具在使用过程中会产生有毒性物质,对人体造成伤害。
同时,其使用后不可降解,会产生白色污染,对环境造成严重影响。
而纸桨、非发泡性塑料产品,原料主要来源于纸桨或塑料原料,会造成资源的浪费,使用后的回收利用成本高,会形成新的污染。
而用谷壳制一次性绿色环保餐具,它在资源、环境保护等方面有突出的优势。
通过对稻谷壳制一次性绿色环保餐具的研究,盘类、小碗等产品的生产工艺基本成熟,已进行批量生产并畅销国内外。
但由于谷壳制一次性植物纤维材料在其可塑性、拉深性、方向各向异性等方面的局限性,系列产品开发的品种不配套,特别是容积大、深度大的碗,及市场需求量大的快餐盒等产品的工艺技术欠成熟,且谷壳制一次性植物纤维材料生产工序多、效率低、成本高,直接影响企业的经济效益。
目前,通过多次反复的试验、试生产,谷壳制一次性绿色环保型快餐盒的新工艺和模具设计已成形。
以谷壳、麦壳等为主要原料,经过粉碎、混合、制片、成型、固化、表面喷涂等工序制得的一次性餐具安全、无毒、可降解、成本低、表面光洁、外形美观,完全可以取代目前广泛应用、造成严重“白色污染”的塑料餐具。
事实证明,这种餐具具有很大的市场推广前景。
3.5谷壳水泥
利用低炭谷壳灰作为一种接合剂(水泥)或作为混凝土集料,多年来一直是国外大力进行研究和发展的课题。
然而时至今日,在水泥或混凝土方面使用谷壳灰分仍未达到商业化程度。
据报导,印度对谷壳及其灰作为建筑材料可能的一些应用进行了研究。
目前已经研究成功用谷壳生产高标号建筑用水泥与建筑用砖技术。
其大致加工方法是利用谷壳中含有较高硅石,把谷壳与石灰按一定比例掺兑混合在一起,在燃烧时不再需要补充燃料,以一定的工艺方法加工制成高标号水泥。
3.6谷壳炭与残留物的其他用途
谷壳燃烧后产生的残留物,碳含量在1.5%以下的称为谷壳灰。
其下限为谷壳质量的17%——22%,上限为35%。
而谷壳炭的定义:
由谷壳燃烧或热解转换而剩余的碳含量超过1.5%的残留物。
3.6.1 改良土壤
谷壳炭用来改良秧苗、园艺、果树和菜园的土壤都具有很大优越性。
稻田所必需的15种微量元素,几乎都存在于谷壳废熔渣中。
尽管这种炭并不是自然界中的一种肥料,然而它却有助于促进作物加快生长和茁壮成长。
适当配上这种炭可使稻米更加可口。
由于能够保持土壤水分,可使产量增长20%以上。
日本及湄公河流域的一些国家都用谷壳炭来培育稻秧和菜园的蔬菜秧苗。
3.6.2水纯化
美国专利有谷壳炭化产物用作过滤介质。
谷壳炭在处理污染的水源或废水中可作为一种凝结剂辅助物。
3.6.3建筑材料
以谷壳炭为原料作建筑材料。
发展这种建筑材料,适宜于解决那些不太发达的稻米生产国的住房建筑问题。
产品是一种轻质混凝土集料。
这种砖可以用常规方式锯开、铆接或钉钉。
它具有极好的抗热性和耐冷性,易于用胶泥结合。
在泰国曾报导过用砂/石灰/谷壳灰,生产建筑用砖,在印度生产了一些谷壳灰分砖的专利制造样品。
3.6.4谷壳作杀虫剂
美国、印度、日本都建议利用谷壳灰分产品作为一种防治虫害的手段。
作用的机制在于二氧化硅在昆虫胸部的蜡质表层上起腐蚀作用,因而打乱了正常的新陈代谢,造成昆虫死亡。
据目前所知,这种方法没有得到进一步发展。
此外,以谷壳为原料还可制取陶瓷—玻璃、二氧化硅和硅酸盐、四氯化硅、耐火材料、油吸附剂、糠醛、甲醇、丙酮、石腊、柏油、印刷助剂、醋酸钠、醋酸乙脂、酒精等。
由此可见谷壳开发利用前景广阔,大有可为。
4在农业上的应用
4.1谷壳作肥料
经过膨化的谷壳,可吸水量达到自重的2-3倍。
国内曾试验掺入1%的尿素或0.5%硫胺以及少量石灰水,在露天自然发酵60-70天,待颜色变黑后,施到田里,这种肥料具有良好的保水,保肥性和空隙性。
4.2谷壳饲料
谷壳所含营养物质很少,且受农药残毒污染,不宜直接作饲料。
如经过加工处理使纤维软化或酵解,可制成粗饲料。
国外利用谷壳水解制酵母,这是一种很有发展前途的产品。
工业生产的饲料酵母在欧美一些国家产量在数万t以上,前苏联达到120万t。
在美国,谷壳是制酵母的重要原料。
我国用谷壳生产饲料酵母数量不大。
用谷壳粉制颗粒状混合饲料。
此项产品在国外已有发展。
谷壳不宜喂猪,但做牛、羊等反刍动物的补充饲料,具有一定的价值。
日本用膨化处理方法,使
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