TW202146325A - 二氧化氯產生裝置及二氧化氯產生方法 - Google Patents
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Abstract
本發明目的係提供一種可產生與以往的二氧化氯產生裝置相比,以更簡易的構成,急速地產生足夠量之二氧化氯的裝置。
本發明提供一種新穎的二氧化氯產生裝置,係利用亞氯酸鹽水溶液、觸媒及具有緩衝作用的鹽之反應。
Description
本發明係有關新穎的二氧化氯產生裝置及二氧化氯產生方法。
二氧化氯酸在低濃度(例如,0.1ppm以下)中對於動物的生體係安全的氣體,另一方面,即便係在如此低濃度中,已知具有對於細菌、真菌、病毒等微生物之失活作用或除臭作用等。
二氧化氯的產生方法已知有例如藉由包含溶存二氧化氯氣體、亞氯酸鹽水溶液及pH調整劑的組成物而穩定地產生二氧化氯的方法(專利文獻1)、或將含有亞氯酸鹽的電解液電解而製造二氧化氯之方法(專利文獻2)。
此外,近年也提案有藉由將對固形亞氯酸鹽照射可見光而使二氧化氯產生的裝置(專利文獻3)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]WO2008/111357
[專利文獻2]WO2009/154143
[專利文獻3]WO2015/098732
本發明的目的係提供一種與以往的二氧化氯產生裝置相比,以更簡易的構成且可急速地產生足夠量的二氧化氯的裝置。
本發明係依據本發明人等的發現,藉由在固體觸媒的存在下將含有亞氯酸鹽的反應溶液連續地攪拌,即可長時間穩定地產生二氧化氯。本發明人等係藉由在含有亞氯酸鹽的反應溶液中添加具有緩衝作用之鹽,利用上述原理而成功且快速地產生實用且足夠量的二氧化氯,遂而完成本發明。
在一實施型態中,本發明係一種具備反應用容器、反應開始/停止機構、固體觸媒及溶液攪拌機構的二氧化氯產生裝置,其中,
前述反應用容器包括二氧化氯產生反應時的反應溶液,
前述反應溶液包含亞氯酸鹽及具有緩衝作用之鹽,
前述反應開始/停止機構係設計成藉由使前述固體觸媒及前述反應溶液接觸而使二氧化氯產生反應開始,而藉由分離前述固體觸媒及前述反應溶液而使二氧化氯產生反應停止,
前述溶液攪拌機構係設計成在二氧化氯產生反應時攪拌前述反應溶液。
本發明的一實施型態中,前述具有緩衝作用之鹽係碳酸氫鹽或磷酸氫鹽。
本發明的一實施型態中,前述碳酸氫鹽係碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫鈣或碳酸氫銨,
前述磷酸氫鹽係磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸氫鈣或磷酸氫二銨。
本發明的一實施型態中,前述反應溶液中的前述具有緩衝作用之鹽的濃度為0.1至63重量%。
本發明的一實施型態中,前述亞氯酸鹽係亞氯酸鹼金鹽或亞氯酸鹼土金屬鹽。
本發明的一實施型態中,前述亞氯酸鹼金屬鹽係亞氯酸鈉、亞氯酸鉀或亞氯酸鋰,
前述亞氯酸鹼土金屬鹽係亞氯酸鈣、亞氯酸鎂或亞氯酸鋇。
本發明的一實施型態中,前述反應溶液中的前述亞氯酸鹽之濃度為0.01至45重量%。
本發明的一實施型態中,前述觸媒為金屬系觸媒、礦物系觸媒、碳系觸媒或此等觸媒之組合。
本發明的一實施型態中,前述金屬系觸媒係包括鉑(Pt)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銥(Ir)、鋨(Os)、鐵(Fe)、銅(Cu)、錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉬(Mo)或此等金屬之化合物的觸媒,
前述礦物系觸媒係包括矽(Si)或含矽之化合物的觸媒。
前述碳系觸媒係包括活性碳的觸媒。
本發明的一實施型態中,前述觸媒係搭載在載體上。
本發明的一實施型態中,前述載體係包含選自由鈦、閥門金屬(Valve metal)、不銹鋼、鎳、陶瓷、碳及多孔質物質所組成之群組中之材料的載體。
本發明的一實施型態中,前述溶液攪拌機構係鼓泡式攪拌機構、攪拌器式攪拌機構、攪拌葉片式攪拌機構或振盪式攪拌機構。
本發明的一實施型態中,前述反應用容器係至少部份性開放,以使包含前述反應用容器內生成的二氧化氯之空氣朝前述裝置的外部排放之方式構成。
本發明的另一實施型態係有關二氧化氯的產生方法,其包括
在固體觸媒的存在下,將含有亞氯酸鹽及具有緩衝作用的鹽之反應溶液連續或定期地攪拌的步驟。
本發明的範圍亦包含將上述列舉的本發明之一或複數個特徵任意地組合之發明。
相對於以往的二氧化氯產生方法/產生裝置,本發明至少具有下述的1個以上之優點。
(1)安全性
本發明的方法及裝置係利用由亞氯酸鹽、觸媒及具有緩衝作用之鹽的反應產生二氧化氯。在此方法中,可藉由反應溶液和觸媒之分離或停止攪拌溶液,而容易地控制二氧化氯的產生,此外,並可確認未產生二氧化氯氣體以外的有害氣體。因此,本發明的方法係在亞氯酸鹽中添加酸性物質而產生二氧化氯的
方法,與使用電解的方法相比較安全性較高(例如,在因電解而產生二氧化氯中,電解液劣化時會產生氯氣或氫氣)。
(2)裝置的耐久性
由於本發明的裝置係構成相對單純,故其故障風險低,再者,裝置故障時也容易修繕。
(3)二氧化氯產生效率
本發明的方法及裝置儘管是相對單純的構成,但可穩定且高效率地產生二氧化氯(參照本申請案說明書的實施例)。
(4)小型化、降低成本
由於本發明的裝置係與例如利用電解產生二氧化氯的裝置等相比為較單純的構造,故可使裝置小型化及降低成本。
1、11:空氣導入裝置
2、12:氣體供應管
2’:氣體排放管
3、17:反應用容器
4、18:反應溶液
5、19:反應劑
6、15:觸媒
13:步進馬達
14:電線
16:裝置本體
圖1係呈示使用本發明的方法之裝置的最簡易之設計例。
圖2係呈示本發明的設計例之外觀。
圖3係呈示本發明的設計例之運作時的剖面圖。
圖4係呈示本發明的設計例之反應停止時的剖面圖。
圖5係表示實驗1的結果(條件1至3的比較)之數據。
圖6係表示實驗2的結果(條件1、4的比較)之數據。
圖7係表示實驗2的結果(條件2、5、6的比較)之數據。
圖8係以圖表呈示實驗2的結果(條件6、7的比較)者。
圖9係以呈示實驗3使用的裝置之概要。
圖10係以圖表呈示實驗3的結果(條件8、9的比較)者。
圖11係以圖表呈示實驗3的結果(條件10、11的比較)者。
圖12係呈示實驗4使用的裝置之概要。
圖13係以圖表呈示實驗4的結果(條件1、12的比較)者。
使用圖1至4呈示的設計例說明實施本發明之型態。
圖1中呈示使用本發明的方法之裝置的最簡易之設計例。從與空氣導入裝置1連接的氣體供應管2使空氣鼓泡到包含反應溶液4的反應容器3中,藉此攪拌反應溶液4。反應溶液4係包含反應劑5(具有緩衝作用的鹽)的亞氯酸鹽水溶液。藉由使反應溶液4及固體觸媒6接觸而開始產生二氧化氯的反應,藉由將反應溶液4及固體觸媒分離而停止反應。又,關於藉由本發明的方法及裝置所致之二氧化氯產生效果,參照本申請案的實施例。
進一步,圖2至4中呈示更具體的裝置之設計例。圖2呈示裝置的外觀,圖3呈示運作時的裝置之剖面圖。圖4呈示反應停止時的裝置之剖面圖。反應用容器17係包含反應溶液18(含反應劑19的亞氯酸鈉水溶液)。反應溶液18係藉由從與空氣導入裝置11連接的氣體供應管12鼓泡而攪拌。裝置
具備具有固體觸媒15的反應開始/停止機構(13、14、15)。固體觸媒15係通過電線14與步進馬達13連接,並可藉由步進馬達13的運作而上下移動。
如圖3所呈示,當固體觸媒15成為與反應溶液18接觸的狀態時,產生二氧化氯。另一方面,如圖4所呈示,當固體觸媒15成為不與反應溶液18接觸的狀態時,則停止二氧化氯的產生。
上述中,雖然係參照設計例說明本發明的內容,但本發明可藉由各種態樣而更具現化,不應被解釋為侷限在此所記載的設計例者。例如,本發明的一實施型態中,藉由將構成裝置的容器、導管的配置、反應開始/停止機構等進行各種變更,而可使裝置作成最適化。
本發明的方法及裝置中使用的反應溶液係包含亞氯酸鹽及具有緩衝作用之鹽。
本發明中使用的亞氯酸鹽可列舉例如:亞氯酸鹼金屬鹽或亞氯酸鹼土金屬鹽。亞氯酸鹼金屬鹽可列舉例如:亞氯酸鈉、亞氯酸鉀、亞氯酸鋰,亞氯酸鹼土金屬鹽可列舉例如:亞氯酸鈣、亞氯酸鎂、亞氯酸鋇。其中,就容易入手之觀點而言,以亞氯酸鈉、亞氯酸鉀為佳,並以亞氯酸鈉最佳。此等亞氯酸鹼可單獨使用1種,也可將2種以上合併使用。反應溶液中的亞氯酸鹽濃度係以0.01重量%至45重量%為佳。如濃度未達0.01重量%時,有產生二氧化氯所必須的亞氯酸鹽在短期間枯竭的可能性;如濃度超過45重量%時,有產生亞氯酸鹽飽和而容易析出結晶之問題的可能性。考量安全性或穩定性、二氧化氯的產生效率等時,較佳範圍是0.1重量%至25重量%,更佳範圍是1重量%至20重量%,又更佳範圍是2重量至15重量%。
本發明中使用的具有緩衝作用之鹽,只要是促進亞氯酸鹽和觸媒的反應之鹽即可,雖然可使用已知的各式各樣之鹽,但是以使用例如碳酸氫鹽或磷酸氫鹽為佳。碳酸氫鹽之例可列舉:碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫鈣、碳酸氫銨等。磷酸氫鹽之例可列舉:磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸氫鈣、磷酸氫二銨等。
反應溶液中的具有緩衝作用之鹽的濃度係以0.1至63重量%為佳。如鹽之濃度未達0.1重量%時,有二氧化氯生反應不充分,無法獲得實用上必要量的二氧化氯之可能性。此外,如鹽的濃度為63重量%以上時,有反應溶液中的鹽飽和而析出結晶之可能性。考量安全性或穩定性、二氧化氯的產生效率等時,較佳範圍是1重量%至50重量%,更佳範圍是5重量%至45重量%,又更佳範圍是10至40重量%。
本發明中使用的觸媒雖然只要是與亞氯酸鹽水溶液反應而產生二氧化氯之觸媒即可,但因在反應停止時必須與亞氯酸鹽水溶液分離,故以固體觸媒(或不均勻系觸媒)為佳。本發明中可使用的固體觸媒之例可列舉:金屬觸媒(例如,鉑(Pt)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銥(Ir)、鋨(Os)、鐵(Fe)、銅(Cu)、錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉬(Mo)或此等金屬之化合物)、礦物系觸媒(例如,矽(Si)或含矽之化合物)、碳系觸媒(例如,包含活性碳的觸媒)。
上述觸媒可單獨使用,也可使用搭載在載體上者。搭載觸媒的載體,只要在有助於亞氯酸鹽水溶液與觸媒之間的反應效率之提昇的限制下才沒有限定,但以例如包含選自由鈦、閥門金屬、不銹鋼、鎳、陶瓷、碳及多孔質物質所組成之群組中的材料之載體為佳。
本發明的裝置中使用的反應開始/停止機構,只要在設計成藉由使固體觸媒與反應溶液接觸而開始產生二氧化氯的反應,並藉由分離固體觸媒與反應溶液而停止產生二氧化氯的反應的限制下,也可以各式各樣的型態實現。例如,本發明的裝置中使用的反應開始/停止機構可為下列任一種:(1)藉由使固體觸媒移動而達成上述目的之機構、或(2)藉由使反應溶液移動而達成上述目的之機構。例如,可列舉以下非限定之具體例。
(1)使固體觸媒移動的機構之例
‧繞線機構(電動或手動):使固體觸媒直接或間接地與電線等細線連接,藉由捲繞(或放鬆)該細線,可使固體觸媒和反應溶液接觸(或分離)。
‧上下動作機構(電動或手動):使固體觸媒直接或間接地與線性運動機構連接,藉由將該線性運動機構朝上下驅動,可使固體觸媒和反應溶液接觸(或分離)。
(2)使反應溶液移動的機構之例
‧追加的反應溶液保持容器:設置與反應用容器不同的反應溶液保持容器,在反應停止時藉由使反應用液移動至反應溶液保持容器而使固體觸媒(殘留在反應用容器中)與反應溶液分離,在反應時藉由使反應用液移動至反應用容器而使固體觸媒與反應溶液接觸。容器間溶液之移動可利用例如電動幫浦(泵)進行。
本發明的裝置中使用之溶液攪拌機構只要是可連續或定期地攪拌反應溶液者即可,可使用已知的溶液攪拌機構。例如,可列舉:藉由空氣等氣體攪拌溶液之鼓泡式攪拌機構;利用磁性等使攪拌子旋轉而攪拌溶液的攪拌
式攪拌機構;藉由螺旋槳的旋轉而攪拌溶液之攪拌葉片式攪拌機構;藉由使反應溶液或含反應溶液的反應用容器振盪而攪拌溶液的振盪式攪拌機構等。
本發明的裝置中使用的溶液攪拌機構之典型例,可列舉鼓泡式攪拌機構之一的空氣導入裝置(例如,電動式空氣幫浦或氣體缸瓶)。向電動式空氣幫浦供電,係可透過電力電纜從供電裝置進行,也可利用電池。可由空氣導入裝置導入的氣體,典型上係空氣,但也可使用例如氮或氬等惰性氣體。
本發明的裝置可進一步具備用以將裝置中產生的二氧化氯氣體朝裝置外部放出之送風扇。藉由具備送風扇可有效地將裝置內產生的二氧化氯氣體朝裝置外送出。此外,藉由調節扇之風量也可調節朝裝置外送出的二氧化氯氣體之量。例如,當二氧化氯氣體的產生量較多時,可藉由增強送風扇的風量而使裝置外部的二氧化氯氣體朝擴散地更遠;當二氧化氯氣體的產生量較少時,藉由調弱送風扇的風量而防止裝置外的二氧化氯氣體擴散到必要以上,藉此可以使裝置外的二氧化氯氣體濃度收容在一定的範圍內之方式調節。
本說明書中使用的用語係為說明特定的實施型態而使用者,並無限制發明的意圖。
此外,本說明書中使用的「包含」之用語係排除上下文中明確要求不同理解的情形,並有意存在所述之事項(構件、步驟、要素或數字等)者,不排除該等以外的事項(構件、步驟、要素或數字等)之存在。
除非有不同的定義,此處使用的所有用語(包含技術用語及科學用語)係具有與本發明所屬技術領域的通常知識者廣泛理解之意思相同。此處使用的用語在沒有明示不同定義的限制下,應解釋為具有與本說明書及相關技術領域中的含義整合之意義,不應理想化或過度形式地解讀意義。
本發明的實施型態雖有參照模式圖進行說明的情形,但在模式圖中為了明確地進行說明而有誇張地表現的情形。
本說明書中,例如當以「1至10w/w%」表達時,所屬技術領域具有通常知識者將理解該表現是個別具體地指示1、2、3、4、5、6、7、8、9或10w/w%。
本說明書中,表示成分含量或數值範圍所使用的數值除非有特別的說明,否則解釋成為包含用語“約”的意思者。例如,「10倍」在沒有特別的說明之限制下,可理解為意指「約10倍」者。
本說明書中引用的文獻應被視為將該等所有揭示援用在本說明書中,應理解所屬技術領域具有通常知識者可依照本說明書的文章脈絡,在不脫離本發明的精神和範圍下,援用該等先前技術文獻中的相關公開內容作為本說明書的一部分。
[實施例]
[實驗1:新穎二氧化氯的產生方法之檢討]
使用圖1呈示的裝置進行二氧化氯產生實驗。從與空氣導入裝置1連接的氣體供應管2使空氣以約3L/分鐘的流量,朝含有反應溶液4的反應用容器3鼓泡。反應溶液4係包含碳酸氫鉀之反應劑5的亞氯酸鹽水溶液,並混合有固體觸媒6。固體觸媒6係使用使鉑基體的觸媒搭載在鈦(載體)上者(條件1)。利用氣體檢測管測定從氣體排放管朝裝置外排放之空氣中的二氧化氯濃度。
作為對照,以在反應溶液中不含反應劑的條件(條件2)及反應溶液中不混合固體觸媒之條件(條件3)進行同樣的實驗。
將各個條件中的二氧化氯濃度及產生量的測定結果呈示在表2至3及圖5中。如表2至3及圖5之呈示,條件1中,長時間產生實用且充分量之二氧化氯。另一方面,條件2中,僅產生大約條件1的3至10%左右量的二氧化氯,條件3中幾乎不產生二氧化氯。
[實驗2:反應劑的檢討]
(1)碳酸氫鹽
除了將反應劑(碳酸氫鉀)變更為碳酸鈉以外,以與條件1相同的條件進行實驗,測定從氣體排放管2’朝裝置外排放的空氣中之二氧化氯濃度(條件4)。
將測定結果呈示於表5圖6中。如表5圖6中呈示,將反應劑從碳酸氫鉀變更為碳酸鈉時,幾乎看不到二氧化氯的產生。
(2)磷酸氫鹽
除了將反應劑(碳酸氫鉀)變更為磷酸氫二鉀以外,以與條件1相同的條件進行實驗,測定從氣體排放管2’朝裝置外排放的空氣中之二氧化氯濃度及產生量(條件6)。作為對照,以反應溶液中不含反應劑的條件(前述之條件2)、及反應溶液中不混合固體觸媒的條件(條件5)進行同樣的實驗。
將測定結果呈示於表7至8及圖7中。如表7至8及圖7之呈示,即使將條件1的反應劑(碳酸氫鉀)變更為磷酸氫二鉀時(條件6),亦長時間產生充分量的二氧化氯。但是,二氧化氯的產生量係以使用碳酸氫鉀作為反應劑時較多。另一方面,條件2中僅產生大約條件6的約10至17%左右量的二氧化氯,條件5中幾乎不產生二氧化氯。
此外,除了將反應劑(磷酸氫二鉀)變更為磷酸氫三鈉以外,以與條件6相同的條件進行實驗,測定從氣體排放管2’朝裝置外排放的空氣中之二氧化氯濃度(條件7)。
將測定結果呈示於表10及圖8中。如表10及圖8之呈示,將反應劑從磷酸氫二鉀變更為磷酸氫三鈉時,幾乎看不到二氧化氯的產生。
[實驗3:檢討反應的開始/停止]
藉由去除條件1的方法中使用之固體觸媒,進行用以確認可控制二氧化氯產生之實驗。條件1的方法中,比較從開始試驗的5分鐘後將固體觸媒去除而持續裝置運作之時(條件8)(參照圖9)、及不去除固體觸媒而持續裝置之運作時(條件9)的二氧化氯產生量。進一步,條件8和條件9中,將反應劑從碳酸氫鉀變更為硫酸時(條件10、條件11)也進行同樣的實驗,並比較二氧化氯的產生量。
將測定結果呈示於圖10及圖11中。如圖10的呈示,條件8的方法中,與固體觸媒的去除連動,二氧化氯的產生迅速地停止。另一方面,如圖11的呈示,使用硫酸作為反應劑時,不可能因去除固體觸媒而控制二氧化氯的產生。
[實驗4:檢討攪拌的必要性]
進行用以確認條件1的方法中之反應溶液的鼓泡(攪拌)之必要性的實驗。除了不進行反應溶液的鼓泡以外,以與條件1相同的條件進行實驗,並測定從氣體排放管2’朝裝置外排放的空氣中之二氧化氯濃度(條件12)(參照圖12)。
將測定結果呈示於圖13中。如圖13之呈示,未進行反應溶液鼓泡時,幾乎看不到二氧化氯的產生。
11:空氣導入裝置
12:氣體供應管
13:步進馬達
14:電線
15:觸媒
16:裝置本體
17:反應用容器
Claims (16)
- 一種二氧化氯產生裝置,係具備反應用容器、反應開始/停止機構、固體觸媒及溶液攪拌機構,其中,前述反應用容器包含二氧化氯產生反應時的反應溶液,前述反應溶液包含亞氯酸鹽及具有緩衝作用之鹽,前述反應開始/停止機構係設計成藉由使前述固體觸媒和前述反應溶液接觸而使二氧化氯產生反應開始,而藉由分離前述固體觸媒和前述反應溶液而使二氧化氯產生反應停止,前述溶液攪拌機構係設計成在二氧化氯產生反應時攪拌前述反應溶液。
- 如請求項1所述之裝置,其中,前述具有緩衝作用之鹽係碳酸氫鹽或磷酸氫鹽。
- 如請求項2所述之裝置,其中,前述碳酸氫鹽係碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫鈣或碳酸氫銨,前述磷酸氫鹽係磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸氫鈣或磷酸氫二銨。
- 如請求項1至3中任一項所述之裝置,其中,前述反應溶液中的前述具有緩衝作用之鹽的濃度為0.1至63重量%。
- 如請求項1所述之裝置,其中,前述亞氯酸鹽係亞氯酸鹼金屬鹽或亞氯酸鹼土金屬鹽。
- 如請求項5所述之二氧化氯產生裝置,其中,前述亞氯酸鹼金屬鹽係亞氯酸鈉、亞氯酸鉀或亞氯酸鋰,前述亞氯酸鹼土金屬鹽係亞氯酸鈣、亞氯酸鎂或亞氯酸鋇。
- 如請求項1所述之二氧化氯產生裝置,其中,前述反應溶液中的前述亞氯酸鹽之濃度為0.01至45重量%。
- 如請求項1所述之裝置,其中,前述觸媒為金屬系觸媒、礦物系觸媒、碳系觸媒或此等觸媒之組合。
- 如請求項8所述之裝置,其中,前述金屬系觸媒係包含鉑(Pt)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銥(Ir)、鋨(Os)、鐵(Fe)、銅(Cu)、錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉬(Mo)或此等金屬之化合物的觸媒,前述礦物系觸媒係包含矽(Si)或含矽的化合物之觸媒,前述碳系觸媒係包含活性碳的觸媒。
- 如請求項8或9所述之裝置,其中,前述觸媒係搭載在載體上。
- 如請求項10所述之裝置,其中,前述載體係包含選自由鈦、閥門金屬、不銹鋼、鎳、陶瓷、碳及多孔質物質所組成之群組中之材料。
- 如請求項1所述之裝置,其中,前述溶液攪拌機構係鼓泡式攪拌機構、攪拌器式攪拌機構、攪拌葉片式攪拌機構或振盪式攪拌機構。
- 如請求項1至12中任一項所述之裝置,其中,前述反應用容器係至少部份性開放,並且以使包含前述反應用容器內生成的二氧化氯之空氣朝前述裝置的外部排放之方式構成。
- 一種二氧化氯的產生方法,係包含在固體觸媒的存在下,將包含亞氯酸鹽及具有緩衝作用的鹽之反應溶液持續或定期地攪拌的步驟。
- 如請求項14所述之方法,其中,前述具有緩衝作用的鹽係碳酸氫鹽或磷酸氫鹽。
- 如請求項15所述之方法,其中,前述碳酸氫鹽係碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫鈣或碳酸氫銨,前述磷酸氫鹽係磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸氫鈣或磷酸氫二銨。
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