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饮用水中有机污染物光催化降解研究进展本文综述了TiO2光催化技术在饮用水有机物污染物降解处理中的应用研究进展，分析了存在的问题，展望了饮用水中有机污染物光催化降解材料研究的发展方向。
标签：光催化；饮用水；有机污染物1、引言饮用水污染对人类健康带来了严峻的挑战，据世界卫生组织（WHO）调查表明，全球有80%的疾病和50%的儿童死亡都与饮用水水质不良有关。
饮用水中的有机污染物主要来源于水源中天然存在的有机物（NOM）、人工合成有机物（SOC）、消毒副产物（DBPs）等，具有致癌、致畸和致突变等作用，威胁着饮用水安全，危害人类健康，因而有必要大力开展饮用水深度处理技术研发，有效去除饮用水中难降解有机污染物[1-4]。
光催化氧化技术作为一种新型环境保护技术，具有无二次污染，能耗低、反应快、操作简单、效率高等优点，逐渐成为饮用水深度处理中的研究热点。
TiO2因其无毒、廉价、稳定、来源丰富、氧化能力强及可以重复利用等特点[5-7]，使其成为最具潜力的绿色环保型光催化材料。
TiO2在光催化反应过程中，产生具有强氧化性的羟基自由基（·OH）及活性氧类（HO2·和O2·-），能有效降解饮用水中的天然有机物、人工合成有机物、消毒有机副产物等，并将其矿化为H2O、CO2和相应的无机离子（Cl-、Br-、SO42-、NO3-等），使饮用水达到深度净化效果[8-10]。
2、饮用水中天然有机物光催化降解研究天然存在的有机物主要为腐殖质（腐殖酸、富里酸和胡敏酸）。
它是饮用水消毒副产物的主要前体，其含量高低决定了饮用水中消毒副产物水平的高低。
He等[11]采用TiO2催化剂在光反應器中进行实验，在自然阳光照射下，探讨了催化剂负载量、PH值、初始浓度和光照时间等条件对腐殖酸（HA）去除效果的影响，结果表明，TiO2在自然阳光照射下可有效去除水中腐殖酸（HA）。
刘文等[12]以P-25型纳米TiO2作为催化剂，对富里酸（FA）进行了光催化氧化的实验研究，测得当FA初始浓度为9.42mg/L，TiO2投加量为0.3g/L，PH=7.00，光照40min时，FA的去除率达到98%。
响应面法优化催化超临界水氧化法处理制药废水的研究陈丽娟;吕永康【摘要】采用超临界水氧化法处理制药废水,考察温度、压力、停留时间、过氧量等因素对废水COD去除效果的影响;采用响应面分析法对实验结果进行数据分析和参数优化.结果表明,在最佳操作点温度压力25 MPa,392.54℃,氧化剂过量1.254倍,停留时间52.58 s的条件下,COD去除率达到最高值(98.92％).【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2014(043)003【总页数】4页(P408-411)【关键词】催化超临界水氧化;响应面法;制药废水;中心组合设计方法【作者】陈丽娟;吕永康【作者单位】太原理工大学环境科学与工程学院,山西太原030024;太原理工大学环境科学与工程学院,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TQ028.39;X703.1催化超临界水氧化技术(CSCWO)将催化剂引入超临界水氧化技术，能进一步加快反应速率、减少反应时间、降低反应温度［1-3］。
响应面分析法［4］(RSM)是在多因素系统中通过具有代表性的局部点进行实验，寻找最佳条件的过程分析方法;通过减少实验次数就可以对实验参数进行全面分析研究。
目前，很多研究者将RSM 用于废水处理过程中［5-7］。
太原市某制药厂主要生产抗菌类药物，甲氧苄啶、有氯霉素、磺胺嘧啶、磺胺眯、磺胺甲基异噁唑、盐酸四环素系列等。
本文将RSM 引入制药废水的CSCWO 实验研究中，分析过程参数对COD 的去除率影响规律;对反应参数优化，选择达到最佳处理效果的参数组合。
1 实验部分1.1 材料与仪器制药废水，水质指标见表1;30% H2O2，分析纯。
表1 制药废水水质指标Table 1 Pharmaceutical wastewater quality index项目平均值COD/(mg·L －1)1 130 BOD/(mg·L －1) 320 BOD/COD 0.28 TN/(mg·L －1) 110 TP/(mg·L －1) 5 NH3-N/(mg·L －1) 75 pH 6 ～8.5实验采用中国科学院山西煤化所加工的超临界水氧化实验装置(见图1)，主要有五部分组成:①进样部分，②预热部分，③反应部分，④冷却部分，⑤气液分离部分;5B-3F 型COD 快速测定仪。
TiO2表面特性的改变对其光催化降解高聚物活性的影响孙振世;陈英旭;方士;杨晔【期刊名称】《浙江大学学报（农业与生命科学版）》【年(卷),期】2001(027)002【摘要】以250W高压汞灯为光源，采用固定相TiO2、Pt/TiO2和Fe3+/TiO2光催化氧化降解聚乙烯醇（PVA），研究了不同表面处理方式对TiO2光催化活性的影响。
结果表明，通过光化学沉积法在TiO2表面上担载1.0%Pt制备的催化剂对PVA具有很好的光催化活性，此时光照60min后，PVA的光解率可达78.4%，但过量的Pt却降低了TiO2的光催化活性。
研究还表明，高温灼烧法在TiO2表面上担载Fe3+无助于提高TiO2降解PVA的光催化活性，随着Fe3+含量的升高，TiO2对PVA的光催化活性明显下降。
结合SEM手段，认为TiO2活性的降低可能与其比表面积的降低有关。
【总页数】5页(P195-199)【作者】孙振世;陈英旭;方士;杨晔【作者单位】浙江大学环境工程系，浙江杭州，310029;浙江大学环境工程系，浙江杭州，310029;浙江大学环境工程系，浙江杭州，310029;浙江大学环境工程系，浙江杭州，310029【正文语种】中文【中图分类】O643.36;O644.15【相关文献】1.竹活性炭比表面积及其孔径对TiO2/BAC光催化降解甲醛性能的影响 [J], 崔丹丹;蒋剑春;孙康;卢辛成2.活性炭载体对TiO2/AC光催化降解苯酚影响研究 [J], 姜勇;解强;张婷婷;王燕;姚鑫3.超声及N掺杂对TiO2光催化降解甲基橙活性的影响 [J], 张惠芳;刘国光;万蕾;张练;魏海浪4.V2O5-TiO2催化剂光催化降解2,4-二氯苯酚：催化剂载体和表面活性剂的影响[J], Eda Sinirtas;Meltem Isleyen;Gulin Selda Pozan Soylu5.比表面积和吸附强度对TiO2/活性炭复合体光催化降解酸性红27活性和动力学的影响 [J], 李佑稷;陈伟;李雷勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
TiO_2 与TiO_2 -SiO_2 薄膜的表面性质及生物活性研究刘敬肖;杨大智;蔡英骥【期刊名称】《硅酸盐学报》【年(卷),期】2001(29)4【摘要】采用溶胶 -凝胶法在医用NiTi形状记忆合金表面制备了TiO2 与TiO2 -SiO2 薄膜 .用X射线 (XRD) ,红外光谱 (FT -IR) ,X射线光电子能谱 (XPS)和原子力显微镜 (AFM)对薄膜的表面组成、结构与形貌进行了研究 .将表面涂有薄膜的试样浸入模拟体液 (SBF) ,用XPS分析Ca ,P在薄膜表面的沉积情况 .结果表明 :TiO2 -SiO2 膜具有比TiO2 膜更高的生物活性 ,主要原因是TiO2 -SiO2 薄膜表面存在较多的羟基基团 ,在模拟体液中诱导磷灰石沉积的能力较高 ;此外。
【总页数】5页(P350-354)【关键词】溶胶-凝胶法;氧化钛薄膜;氧化钛-氧化硅薄膜;表面羟基;表面形貌;表面性质;生物活性【作者】刘敬肖;杨大智;蔡英骥【作者单位】大连理工大学材料系三束材料表面改性国家重点联合实验室;大连轻工业学院材料科学与工程系【正文语种】中文【中图分类】O481.4【相关文献】1.SiO_2表面上制备纳米TiO_2中水量对TiO_2含量和形貌的影响 [J], 王挺;蒋新2.脉冲激光淀积法在Pt/TiO_2/SiO_2/Si(001)衬底上制备Pb(Ta_(0.05)Zr_(0.45)Ti_(0.50))O_3薄膜的铁电性质研究 [J], 窦敖川;朱涛;刘治国3.医用TiO_2/SiO_2薄膜表面共价键合肝素研究 [J], 刘敬肖;杨大智;蔡英骥4.Prop铁电薄膜电容器YBCO/Pb(Ta_(0.05)Zr_( 0.48)Ti_(0.47))O_3/YBCO/Pt/TiO_2/SiO_2/Si的性质(英文) [J], 李启亮;王栩生;殷江;高兴森;刘治国5.TiO_2/SiO_2:Zn复合薄膜及其光催化活性研究 [J], 董抒华;刘俊成因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
响应面优化铁碳微电解法预处理富营养化湖水的工艺条件吴超;蒋善庆;李宛科;聂郁丰;凌泽玉;王利平【摘要】利用铁碳微电解工艺预处理富营养化湖水,考察了初始pH、铁碳总投加量和反应时间3个因素对富营养化水体中TP、TN、COD和Chl-a去除效果的影响,并运用响应面法对该工艺参数进行了优化与预测.结果表明,优化后的铁碳微电解预处理最佳工艺条件如下:初始pH值为3.8,铁碳投加量为13.7g,反应时间为29.6 min.该条件下对TP、TN、COD、Chl-a的去除率分别达到84.2％、48.7％、77.7％、71.8％,这一结果与预测值相接近,进一步表明该工艺对富营养化湖水具有较好的预处理效果,且基于响应面法建立的二次多项式模型具有较好的实际应用价值.【期刊名称】《净水技术》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】9页(P79-86,111)【关键词】响应面法;铁碳微电解;湖水;预处理;Chl-a【作者】吴超;蒋善庆;李宛科;聂郁丰;凌泽玉;王利平【作者单位】常州大学环境与安全工程学院,江苏常州213164;常州大学环境与安全工程学院,江苏常州213164;常州大学环境与安全工程学院,江苏常州213164;常州大学环境与安全工程学院,江苏常州213164;常州大学环境与安全工程学院,江苏常州213164;常州大学环境与安全工程学院,江苏常州213164【正文语种】中文【中图分类】X703近年来，我国越来越多的湖泊、水库等封闭水体出现富营养化现象，已严重威胁水域生态环境和饮用水安全[1]。
水体富营养化导致藻类等浮游植物过量繁殖，使得水生植物光照不足，进而引起水中含氧量明显下降，水生生物死亡，水体出现异味，终形成水华和赤潮[2-4]。
针对富营养化水体的处理，目前常用的方法包括物理法(吸附、膜过滤、紫外线、超声波)、化学法(化学药剂、氧化)和生物法(微生物法和水生植物修复)。
其中，臭氧氧化法因对富营养化水体中藻类等污染物去除效率高且无二次污染得到广泛应用[5]，然而，富营养化水体的直接臭氧氧化处理对臭氧的利用率较低[6]。
TiO2光催化反应机理光催化反应基本途径当能量大于TiO2禁带宽度的光照射半导体时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子(矿)，同时在价带留下空穴(矿)。
由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获。
空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合。
空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH或H2O发生作用生成HO·。
HO·是一种活性很高的粒子，能够无选择地氧化多种有机物并使之矿化，通常认为是光催化反应体系中主要的氧化剂。
光生电子也能够与O2发生作用生成HO2·和O2-·等活性氧类，这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。
该过程如图1(a)所示，可用如下反应式表示：HO·能与电子给体作用，将之氧化，矿能够与电子受体作用将之还原，同时h+也能够直接与有机物作用将之氧化：光催化反应的量子效率低(理论上不会超过20%)是其难以实用化的最为关键因素之一。
光催化反应的量子效率取决于载流子的复合几率，载流子复合过程则主要取决于两个因素：载流子在催化剂表面的俘获过程和表面电荷迁移过程。
增加载流子的俘获或提高表面电荷迁移速率能够抑制电荷载流子复合，增加光催化反应的量子效率。
电子和空穴复合的速率很快，在TiO2表面其速率在10-9s以内，而载流子被俘获的速率相对较慢，通常在10-7~10-8s(Hoffmann，1995)。
所以为了有效俘获电子或空穴，俘获剂在催化剂表面的预吸附是十分重要的。
催化剂的表面形态、晶粒大小、晶相结构及表面晶格缺陷均会影响载流子复合及电荷迁移过程。
如果反应液中存在一些电子受体能够及时与电子作用，通常能够抑制电子空穴的复合，如Elmorsi(2000)发现溶液中含10-3M的Ag+时，其光催化效率提高，原因在于Ag+作为电子受体与电子反应生成金属银，从而减少了空穴．电子对复合的几率。
响应面法优化碳改性二氧化钛可见光催化降解偶氮染料甲基橙任百祥;朱琳【摘要】利用水解—共沉降的方法制备碳掺杂二氧化钛光催化剂,并利用响应面法评价了钛水比例、煅烧温度、pH值对催化剂性能的影响.利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、固体紫外分光光度计(UV-vis)对样品进行了表征分析,通过降解甲基橙溶液来评价样品光催化的效果.结果表明:碳掺杂二氧化钛可以降低二氧化钛的激发能级,增加可见光的吸收,以钛水物质的量比1:20、煅烧温度350℃条件下制备的样品具有更好的光催化性能.【期刊名称】《吉林师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】6页(P89-94)【关键词】响应面法;碳掺杂二氧化钛;光催化【作者】任百祥;朱琳【作者单位】吉林师范大学吉林省高校环境材料与污染控制重点实验室,吉林四平136000;吉林师范大学环境科学与工程学院,吉林四平136000;吉林师范大学吉林省高校环境材料与污染控制重点实验室,吉林四平136000;吉林师范大学环境科学与工程学院,吉林四平136000【正文语种】中文【中图分类】X13光催化氧化水处理技术以其较低的运行成本和高效的处理效率成为研究者们关注的焦点[1-3].在众多半导体光催化剂中，纳米TiO2光催化剂是一种非常有前途的功能材料，TiO2因其氧化能力强，催化活性高，生物、化学、光化学性稳定等优势一直处于光催化研究中的核心地位[4-7].本文通过水解—共沉淀的方法制得C改性TiO2光催化剂(C-TiO2)，通过对不同条件下降解甲基橙效率的影响来确定光催化效果，结果表明C改性TiO2是较为理想的催化剂.1 实验1.1 试剂与仪器试剂：钛酸四丁酯(分析纯)，NaOH(分析纯)，H2SO4(分析纯)，超纯水，偶氮染料甲基橙(methyl orange，MO，配制成1 g/L 的水溶液，用时再稀释到10 mg/L).仪器：FA2004N型分析天平，SGL-1400型真空管式炉，101A-1E型电热鼓风干燥箱，TU-1810型紫外分光光度计，CEL-HXUV300型氙灯光源系统，JJ-1A型数显增力电动搅拌器，HI4522型pH计，JSM-7800F型场发射扫描电镜(FE-SEM)，Rigaku ZSX Trimus型X射线衍射仪(XRD)，Lambda 950型固体紫外分光光度计(UV-Vis).1.2 C改性TiO2催化剂的制备将一定量的钛酸四丁酯逐滴滴加到一定量的剧烈搅拌的水溶液中，滴加完毕后，所得到的悬浮液继续搅拌10～20 min.悬浮液过滤，滤去水，固体粉末在80 ℃下干燥12 h以上，得到C-TiO2的前驱物.将C-TiO2前驱物研磨成粉末后放入真空管式炉中，抽真空分别在250 ℃、350 ℃、450 ℃温度下煅烧2 h，冷却至室温后取出.干燥后的产物经研磨后得到的灰黄色粉末即为C-TiO2.1.3 实验和分析方法光催化降解甲基橙反应来评价所制样品的性能.将50 mg光催化剂加入到50 mL 0.01 g/L甲基橙溶液中，开启光源，照射30 min(实验过程中用循环水冷却)，通过对比甲基橙溶液前后的吸光度来评价光催化剂的性能.公式如下：(1)其中，η为降解率，A0为甲基橙初始吸光度，A为降解后甲基橙吸光度.2 结果与讨论2.1 响应面实验本实验采用响应面法对C-TiO2光催化甲基橙进行研究.其因素水平选择见表1，采用响应面法进行实验设计，其实验表格及其结果如表2所示.表1 因素水平表Table 1 Factor level table因素n(Ti)∶n(H2O)煅烧温度/℃负载次数水平11∶102501水平21∶203503水平31∶304505表2 C-TiO2光降解偶氮染料甲基橙响应面法实验设计及结果*Table 2 Experimental design and results of C-TiO2 photodegradation azo dye methyl orange response surface methodology实验编号n(Ti)∶n(H2O)煅烧温度/℃负载次数降解率/%120.00450.005.0082.76220.00250.001.0091.85310.00250.003.0088.65410 .00350.001.0090.45520.00350.003.0093.70630.00350.005.0076.84730.00250 .003.0072.40820.00350.003.0092.75920.00250.005.0075.531020.00350.003. 0093.091130.00350.001.0093.191220.00450.001.0086.441320.00350.003.00 94.401410.00350.005.0092.751520.00350.003.0094.121610.00450.003.0077. 921730.00450.003.0077.59*MO浓度的质量为10 mg/L，催化剂投加量为1 g/L，可见光光照30 min，pH 未作条件，pH=7.7.其催化剂合成条件对C-TiO2光催化甲基橙的影响见图1所示.可见，其最佳催化剂制备条件为：钛水摩尔比为1∶20，煅烧温度为350 ℃，负载1次，在该条件下反应30 min，降解率可达90%以上.图1 催化剂条件影响对C-TiO2光降解甲基橙效果的影响Fig.1 Effect of catalyst conditions on the photodegradation of methyl orange by C-TiO22.2 C改性TiO2催化剂表征2.2.1 XRD图2为不同条件下合成的XRD谱图，其中衍射角2θ为25.3°、37.8°、48°、62.7°分别属于锐钛矿相(101)、(004)、(200)、(204)晶面衍射峰；27.5°为金红石相(110)的晶面衍射峰[8-9].当煅烧温度从250 ℃提高到350 ℃时，样品X射线衍射峰逐渐变窄变尖，开始出现了明显的锐钛矿特征峰.图2 不同条件下制备的催化剂XRD谱图Fig.2 XRD pattern of catalyst prepared under different conditions2.2.2 FE-SEM不同条件下制备的样品形貌见图3.由图可知，所制备的样品都是由纳米粒子构成的团聚体，但不同条件下粒子间的结构也不相同.在相同的钛水比例条件下，当煅烧温度由250 ℃增加到350 ℃时，样品表面的大孔数量也随之增加，这可能是由于二氧化钛中残留的有机体分解及水的蒸发有关.并且在相同的煅烧温度下，随着钛水比例的增加，样品表面所形成的孔洞结构也相应增加，这可能是由于钛酸四丁酯加入后分解造成质量的缺失及气体的溢出形成的.(A)1∶20，350 ℃；(B)1∶20，250 ℃图3 不同条件下C改性TiO2催化剂的扫描电镜图Fig.3 SEM image of C modified TiO2 catalyst under different conditions2.2.3 UV-Vis图4为C-TiO2光催化剂及购买的纯TiO2(P25，德固赛)的紫外-可见漫反射光谱，可以发现，P25在400 nm后基本不再有吸收，而合成的C-TiO2光催化剂在200～800 nm范围内皆有吸收，弥补了TiO2光催化实验中可见光利用率低的问题，合成的C-TiO2拓展了TiO2吸收波长的范围，使C-TiO2的吸收带比P25明显发生了红移，其吸收长波长以及紫外线的能力更强，对激发的能量要求更低，更有利于光催化反应的发生，因而有机物更容易发生降解[10].图4 TiO2和C-TiO2紫外-可见漫反射吸收光谱图与激发禁带能结果Fig.4 UV-visible diffuse reflectance absorption spectra of TiO2 and C-TiO2 and excitation band gap energy results2.3 pH对光催化效率的影响在以上实验中，并未对pH进行调节(pH=7.7)，甲基橙pH变色范围3.1(红)～4.4(黄)在此次实验中，将甲基橙溶液pH分别调节至3，5，7，9时，其降解率分别为99.26%，99.86%，91.74%，84.05%，如图5.因此，该催化剂在可见光条件下降解甲基橙时，pH有较宽的调节范围，以中性偏酸范围内有较好的催化效果. MO浓度为10 mg/L，催化剂投加量为1 g/L，可见光光照30 min图5 pH对催化效率的影Fig.5 Effect of pH on catalytic efficiency2.4 反应动力学拟合图6为该催化剂在1～20 min内反应的动力学规律，由表4可知，在水钛物质的量比为20，煅烧温度350 ℃时制得的该催化剂光催化MO符合准一级动力学.表4 催化剂降解MO动力学拟合结果Table 4 Catalyst degradation MO kinetic fitting results时间/min反应动力学方程:ln(C/C0)=-kt+aakR2n200.860 60.424 290.985 5972.5 反应前后甲基橙全波长扫描图谱图7为最佳催化剂降解甲基橙反应前后全波长扫描图，甲基橙在紫外和可见光区域各有一个吸收峰，270 nm处代表甲基橙分子结构中苯环的吸收峰，465 nm处代表甲基橙分子结构中偶氮色基团与苯环组成的共轭体系的特征吸收峰.从图中可见，在反应前后，甲基橙的两个主要吸收峰明显下降，说明甲基橙分子在光催化过程中，被有效地降解[11].反应条件：MO浓度为10 mg/L，催化剂投加量为1 g/L图6 该催化剂在1～20 min内MO降解反应动力学拟合Fig.6 Kinetic fit of the catalyst for thedegradation of MO in 1～20 min反应条件：MO浓度为10 mg/L，催化剂投加量为1 g/L，光照30 min图7 最佳催化剂降解甲基橙反应前后全波长扫描图Fig.7 Full-wavelength scan before and after the bestcatalyst degradation of methyl orange3 结论(1)二氧化钛的吸收波长在200～400 nm，碳的掺杂拓展了二氧化钛的吸收波长，在200～800 nm范围内皆有吸收，提高了对可见光的吸收；(2)二氧化钛在锐钛矿相时催化效率更好，在350 ℃时呈现明显的锐钛矿特征；(3)在钛水物质的量比为1∶20，煅烧温度为350 ℃的条件下制备的样品光催化活性较为理想，在50 mL甲基橙溶液(10 mg/L)中加入50 mg C-TiO2光催化剂，可见光光照下降解率可达90%以上.参考文献【相关文献】[1]王丽涛，李芳轶，张朝红，等.氮氟掺杂二氧化钛(N，F-TiO2)的制备及可见光催化活性的研究[J].环境科学学报，2013，33(3)：742-748.[2]吴江，王松，蒋德山.纳米TiO2光催化剂改性方法研究进展[J].当代化工，2016，45(8)：1934-1936.[3]王岩，陈永，孙瑞敏，等.Pd/N共掺杂TiO2的制备及其光催化降解苯酚的研究[J].环境污染与防治，2010，32(9)：32-36.[4]刘千钧，余煜棉，张音波，等.TiO2光催化降解甲基橙若干反应条件的研究[J].环境科学与技术，2003，26(6)：13-14.[5]宋玉芳，周启星，宋雪英，等.土壤整体质量的生态评价毒性[J].环境科学，2005，26(1)：130-134.[6]莫壮洪，黄冬根，全水清，等.RGO/TiO2光催化降解2，4-二氯苯氧乙酸研究[J].环境科学学报，2016，36(1)：178-184.[7]苏荣军，薛雅内，张广山，等.Zn(0.9)Fe(0.1)S硫化物的制备及其光催化降解双酚A的性能[J].环境工程学报，2017，11(1)：303-311.[8]王卫伟，张志焜.铁离子对二氧化钛晶型转变的影响[J].功能材料，2003，34(4)：429-430. 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