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一種高接枝率蔗渣基吸附劑及其制備方法與應(yīng)用的制作方法

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一種高接枝率蔗渣基吸附劑及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高接枝率蔗渣基吸附劑及其制備方法與應(yīng)用。所述制備方法包括以下步驟:(1)蔗渣預(yù)處理:對(duì)甘蔗渣進(jìn)行粉碎、篩分,取20~30目甘蔗渣水煮后,洗凈,抽濾;經(jīng)一定濃度堿液浸泡處理后再通過(guò)蒸汽爆破、表面活化處理工藝對(duì)蔗渣纖維進(jìn)行預(yù)處理;(2)蔗渣接枝改性:采用莫爾鹽/雙氧水/乙酸作為復(fù)合催化劑,在一定溫度下進(jìn)行接枝反應(yīng)。(3)改性蔗渣后處理:對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水洗、沸水蒸煮后用去離子水洗凈,抽濾,干燥。本發(fā)明提供的制備方法具有方法簡(jiǎn)單,接枝率高,增加了蔗渣基吸附材料上接枝官能團(tuán)的含量,極大提升了蔗渣基吸附材料在重金屬吸附領(lǐng)域的應(yīng)用效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物質(zhì)基材料的功能化改性領(lǐng)域,具體涉及一種高接枝率蔗渣基吸附 劑及其制備方法與應(yīng)用。 一種高接枝率蔗渣基吸附劑及其制備方法與應(yīng)用

【背景技術(shù)】
[0002] 國(guó)家環(huán)保部數(shù)據(jù)顯示,2009年重金屬污染事件致使4035人血鉛超標(biāo)、182人鎘超 標(biāo),引發(fā)32起群體性事件。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,造成了大量的廢水污染,其中礦山開(kāi)采、 金屬冶煉、化學(xué)工廠、電鍍工業(yè)、染料和放射性廢水污染最為嚴(yán)重。因此,如何有效的治理重 金屬污染已成為人類(lèi)共同關(guān)注的問(wèn)題。
[0003] 含重金屬離子廢水的處理方法很多,如化學(xué)沉淀法、電解法、混凝法、活性炭吸附 法、還原法和電解法等,但這些方法的一個(gè)共同缺點(diǎn)是不能將重金屬離子的剩余濃度降到 較低的水平。離子交換和螯合吸附能處理較低濃度的重金屬離子廢水,其中螯合纖維是含 有特殊功能基團(tuán)的離子吸附纖維,它利用纖維上的特殊基團(tuán)吸附金屬離子,具有吸附速度 快、吸附容量高、選擇性好、易洗脫、容易再生等優(yōu)點(diǎn),最重要的是它能將重金屬離子的剩余 濃度降低至2 μ g/L以下,達(dá)到飲用水的安全標(biāo)準(zhǔn)。
[0004] 我國(guó)是僅次于巴西和印度的世界第三甘蔗種植大國(guó),每生產(chǎn)出It的蔗糖就會(huì)產(chǎn) 生約It的蔗渣,這是一大筆非常集中而又?jǐn)?shù)量較多的資源,長(zhǎng)期以來(lái),這種大批量的甘蔗 渣主要供糖廠本身作為燃料燒掉或廢棄,經(jīng)濟(jì)價(jià)值非常低。開(kāi)發(fā)利用甘蔗纖維資源,不但可 以提高糖廠的經(jīng)濟(jì)效益,還可為其他行業(yè)提供大量的資源,對(duì)許多行業(yè)均具有重大意義。蔗 渣纖維是豐富的可再生資源,主要成分中纖維素為32%?48%、半纖維素19%?24%、木 質(zhì)素23%?32%、灰分約4%。為了充分利用蔗渣纖維中的有效成分,應(yīng)當(dāng)盡量使蔗渣的 羥基活性點(diǎn)有充分的展示度,因此在對(duì)蔗渣纖維素進(jìn)行后續(xù)功能化之前必須對(duì)蔗渣纖維素 進(jìn)行預(yù)處理,目的在于增加纖維素的可及度,從而提高纖維素在各種化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)速 度、反應(yīng)程度和反應(yīng)均一性。另一方面,由于活潑羥基的存在,天然纖維素自身有一定的吸 附交換能力,也使其在分子鏈間和分子鏈內(nèi)部廣泛形成了氫鍵,這種羥基覆蓋的結(jié)構(gòu)影響 了其反應(yīng)活性,使交換吸附容量甚微,因此必須對(duì)它進(jìn)行改性,引入足夠的酸性或堿性基團(tuán) 以提高其交換容量,胺基是非常有效的螯合基團(tuán),對(duì)重金屬離子有很強(qiáng)的親和力。
[0005] 目前針對(duì)蔗渣接枝改性的常用催化劑是莫爾鹽/雙氧水,但接枝率和接枝效率都 不商,在最優(yōu)的接枝條件下接枝率只有40%左右。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處,本發(fā)明的首要目的在于提供一種高接枝率蔗 渣基吸附劑的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述制備方法得到的高接枝率蔗渣基吸附劑。
[0008] 本發(fā)明的再一目的在于提供上述制備方法得到的高接枝率蔗渣基吸附劑的應(yīng)用。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010] 一種高接枝率蔗渣基吸附劑的制備方法,包括以下步驟:
[0011] (1)對(duì)蔗渣原料進(jìn)行粉碎、篩分后,取一定質(zhì)量份的蔗渣于去離子水中水煮,之后 洗凈并抽濾;然后將蔗渣浸泡于堿液中,之后濾干;再將濾干后的蔗渣進(jìn)行蒸汽爆破和表 面活化處理,得到預(yù)處理后的蔗渣;
[0012] (2)將步驟(1)預(yù)處理后的蔗渣加入丙烯酰胺水溶液中,然后通入氮?dú)獠⑸郎?,?達(dá)反應(yīng)溫度40?80°C后加入莫爾鹽、雙氧水和乙酸作為催化劑反應(yīng)1?6h ;其中,丙烯酰 胺水溶液體積與步驟(1)進(jìn)行水煮的蔗渣質(zhì)量的比值為(100?1000)mL :10g ;莫爾鹽的加 入量為步驟(1)進(jìn)行水煮的蔗渣質(zhì)量的〇. 4?4. 0% ;雙氧水的加入量為步驟(1)進(jìn)行水 煮的蔗渣質(zhì)量的2?10% ;乙酸的加入量為丙烯酰胺水溶液體積的0. 2?2. 0% ;
[0013] (3)將步驟(2)得到的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水洗和沸水蒸煮,以除去均聚物,然后用去離子 水洗凈,抽濾后干燥,得到所述高接枝率蔗渣基吸附劑。
[0014] 優(yōu)選的,步驟(1)蔗渣原料篩分后,取20?30目的蔗渣于80°C去離子水中煮2h 后,用去離子水洗凈,抽濾,再置于堿液中浸泡。
[0015] 優(yōu)選的,步驟(1)所述堿液的質(zhì)量濃度為2?20%;蔗渣在堿液中浸泡時(shí)間為1? 24h。
[0016] 優(yōu)選的,步驟(1)所述蒸汽爆破的蒸汽壓力為1. 8?4. OMPa,維持壓力時(shí)間為1? lOmin ;表面活化處理?xiàng)l件為:采用超聲波活化,溶液介質(zhì)為乙醇、甲醇或丙酮,超聲波功率 為300?1200w,處理時(shí)間為10?60min。
[0017] 更優(yōu)選的,所述蒸汽爆破的蒸汽壓力為1. 8?2. 7MPa,維持壓力時(shí)間為2?8min ; 超聲波功率為300?900w,處理時(shí)間為15?60min。
[0018] 優(yōu)選的,步驟(2)所述丙烯酰胺水溶液的質(zhì)量濃度為6?18%。
[0019] 優(yōu)選的,所述丙烯酰胺水溶液體積與步驟⑴進(jìn)行水煮的蔗渣質(zhì)量的比值為 (100?300)mL :10g ;莫爾鹽的加入量為步驟(1)進(jìn)行水煮的蔗渣質(zhì)量的0. 4?1. 0% ;乙 酸的加入量為丙烯酰胺水溶液體積的〇. 2?0. 8%。
[0020] 上述制備方法得到的高接枝率蔗渣基吸附劑。
[0021] 上述制備方法得到的高接枝率蔗渣基吸附劑在重金屬吸附領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0023] (1)本發(fā)明提供的制備方法具有方法簡(jiǎn)單,單體接枝效率高,通過(guò)對(duì)蔗渣進(jìn)行蒸氣 爆破處理,可大大的增加纖維素的可及度和活性位點(diǎn)展示度;表面活化處理有效避免后續(xù) 常壓干燥中孔結(jié)構(gòu)的塌陷,可以防止預(yù)處理后的蔗渣結(jié)塊,超聲波有效提高蔗渣纖維素的 比表面積,改善孔結(jié)構(gòu),同時(shí)可以進(jìn)一步增加纖維素的可及度和活性位點(diǎn)展示度,從而為后 續(xù)蔗渣纖維的改性利用提供極大的便利。
[0024] (2)本發(fā)明提供的制備方法通過(guò)將常規(guī)催化劑莫爾鹽/雙氧水與乙酸以一定比例 進(jìn)行復(fù)合得到一種復(fù)合催化劑,可在反應(yīng)過(guò)程中極大的提高丙烯酰胺單體在蔗渣纖維表面 的接枝率,從而增加胺基官能團(tuán)的含量,極大提升蔗渣基吸附材料在重金屬吸附領(lǐng)域的應(yīng) 用效果。
[0025] (3)本發(fā)明制備的蔗渣基吸附劑的胺基含量高,有利于對(duì)重金屬的吸附。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為實(shí)施例1的蔗渣接枝改性前的掃描電鏡圖。
[0027] 圖2為實(shí)施例1制得的高接枝率蔗渣基吸附劑的掃描電鏡圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述,但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] 一種高接枝率蔗渣基吸附劑的制備方法,包括以下步驟:
[0031] (1)對(duì)蔗渣原料進(jìn)行粉碎、篩分后,取20目的蔗渣10. 00g,于200mL、80°C的去離子 水中煮2h,之后用去離子水洗凈,抽濾;然后將鹿?jié)O浸入5wt%的NaOH水溶液中浸泡2h,浸 泡后取出蔗渣并用去離子水洗至中性,之后抽濾;將濾干后的蔗渣放入蒸汽爆破容器進(jìn)行 蒸汽爆破,設(shè)定蒸汽壓力為1. 9MPa,維持5min后卸壓,取出蔗渣;最后將蔗渣加入丙酮浸泡 lh后,在超聲波功率為600W下超聲30min,抽濾、晾干,稱(chēng)重得6. 38g預(yù)處理后的蔗渣;
[0032] (2)將步驟⑴預(yù)處理后的蔗渣倒入三口燒瓶,然后稱(chēng)取20g丙烯酰胺溶于200mL 去離子水,攪拌溶解后加入三口燒瓶中,通入氮?dú)獠⑸郎刂?0°C ;稱(chēng)取0. 04g莫爾鹽溶于 10mL去離子水中后緩慢加入到三口燒瓶中,加入0.45mL雙氧水(濃度為30% )和lmL乙 酸,在50°C反應(yīng)3h ;
[0033] (3)將步驟(2)得到的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)去離子水洗滌,沸水蒸煮至溶液無(wú)黃色以除去 均聚物后,抽濾、50°C真空干燥,得到所述高接枝率蔗渣基吸附劑,稱(chēng)重為15. 64g。
[0034] 最終產(chǎn)物高接枝率蔗渣基吸附劑的接枝率以接枝前后的增重百分比來(lái)表示,即: 式中:Wg為蔗渣接枝丙烯酰胺后質(zhì)量(g) ;wo為蔗渣接枝前質(zhì) 量(g),即預(yù)處理后蔗渣的重量。經(jīng)計(jì)算本實(shí)施例制得的吸附劑接枝率為145. 14%。
[0035] 取本實(shí)施例步驟(3)制備的高接枝率蔗渣基吸附劑和步驟(1)預(yù)處理后的蔗渣各 〇. lg,分別加入到50mL汞離子濃度為lOOppb的含汞廢水溶液中,放入搖床振蕩9h后,采用 上海華光儀器儀表廠F732-V智能測(cè)汞儀對(duì)殘余汞離子濃度進(jìn)行測(cè)量測(cè)得剩余濃度分別為 5. 27ppb和96. 25ppb,經(jīng)計(jì)算步驟(3)制備的高接枝率蔗渣基吸附劑和步驟(1)預(yù)處理后 的蔗渣對(duì)汞離子的去除率分別為98. 25 %和3. 75%。
[0036] 圖1為本實(shí)施例的蔗渣接枝改性前(即步驟⑴預(yù)處理后的蔗渣)的掃描電鏡 圖;圖2為本實(shí)施例步驟(3)制得的高接枝率蔗渣基吸附劑的掃描電鏡圖。從圖1和2可 看到,與接枝前的蔗渣相比較,改性后的蔗渣在表面明顯接枝了許多共聚物,極大的提高了 改性蔗渣的胺基含量,從而有利于對(duì)重金屬離子的吸附。
[0037] 實(shí)施例2
[0038] -種高接枝率蔗渣基吸附劑的制備方法,包括以下步驟:
[0039] (1)對(duì)蔗渣原料進(jìn)行粉碎、篩分后,取30目的蔗渣10. 00g,于120mL、80°C的去離子 水中煮2h,之后用去離子水洗凈,抽濾;然后將鹿?jié)O浸入12wt%的NaOH水溶液中浸泡lh, 浸泡后取出蔗渣并用去離子水洗至中性,之后抽濾;將濾干后的蔗渣放入蒸汽爆破容器進(jìn) 行蒸汽爆破,設(shè)定蒸汽壓力為1. 8MPa,維持8min后卸壓,取出蔗渣;最后將蔗渣加入乙醇浸 泡50min后,在超聲波功率為300W下超聲60min,抽濾、晾干,稱(chēng)重得5. 64g預(yù)處理后的蔗 渣;
[0040] (2)將步驟⑴預(yù)處理后的蔗渣倒入三口燒瓶,然后稱(chēng)取16g丙烯酰胺溶于200mL 去離子水,攪拌溶解后加入三口燒瓶中,通入氮?dú)獠⑸郎刂?0°C ;稱(chēng)取0. 05g莫爾鹽溶于 10mL去離子水中后緩慢加入到三口燒瓶中,加入0.6mL雙氧水(濃度為30%)和0.4mL乙 酸,在40°C反應(yīng)5h ;
[0041] (3)將步驟(2)得到的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)去離子水洗滌,沸水蒸煮至溶液無(wú)黃色以除去 均聚物后,抽濾、50°C真空干燥,得到所述高接枝率蔗渣基吸附劑,稱(chēng)重為13. 28g。
[0042] 最終產(chǎn)物高接枝率蔗渣基吸附劑的接枝率以接枝前后的增重百分比來(lái)表示,即: C% = 100%:)式中:Wg為蔗渣接枝丙烯酰胺后質(zhì)量(g) ;W0為蔗渣接枝前質(zhì) 量(g),即預(yù)處理后蔗渣的重量。經(jīng)計(jì)算本實(shí)施例制得的吸附劑接枝率為135.46%。
[0043] 取本實(shí)施例步驟(3)制備的高接枝率蔗渣基吸附劑0. lg,加入到一系列不同濃度 的鎘離子溶液中,放入搖床振蕩12h后,采用原子吸收分光光度計(jì)對(duì)剩余鎘離子濃度進(jìn)行 測(cè)量,根據(jù)吸附等溫線可計(jì)算得到該吸附劑對(duì)鎘離子的吸附容量為465. 2mg/g。
[0044] 實(shí)施例3
[0045] 一種高接枝率蔗渣基吸附劑的制備方法,包括以下步驟:
[0046] (1)對(duì)蔗渣原料進(jìn)行粉碎、篩分后,取20目的蔗渣10. 00g,于300mL、80°C的去離子 水中煮2h,之后用去離子水洗凈,抽濾;然后將鹿?jié)O浸入3wt%的NaOH水溶液中浸泡12h, 浸泡后取出蔗渣并用去離子水洗至中性,之后抽濾;將濾干后的蔗渣放入蒸汽爆破容器進(jìn) 行蒸汽爆破,設(shè)定蒸汽壓力為2. 7MPa,維持2min后卸壓,取出蔗渣;最后將蔗渣加入甲醇浸 泡20min后,在超聲波功率為900W下超聲15min,抽濾、晾干,稱(chēng)重得7. 02g預(yù)處理后的蔗 渣;
[0047] (2)將步驟(1)預(yù)處理后的蔗渣倒入三口燒瓶,然后稱(chēng)取15g丙烯酰胺溶于100mL 去離子水,攪拌溶解后加入三口燒瓶中,通入氮?dú)獠⑸郎刂?0°C ;稱(chēng)取0. 08g莫爾鹽溶于 10mL去離子水中后緩慢加入到三口燒瓶中,加入0.8mL雙氧水(濃度為30%)和0.8mL乙 酸,在60°C反應(yīng)4h ;
[0048] (3)將步驟(2)得到的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)去離子水洗滌,沸水蒸煮至溶液無(wú)黃色以除去 均聚物后,抽濾、50°C真空干燥,得到所述高接枝率蔗渣基吸附劑,稱(chēng)重為17. 83g。
[0049] 最終產(chǎn)物高接枝率蔗渣基吸附劑的接枝率以接枝前后的增重百分比來(lái)表示,即: = lOC^/o式中:Wg為蔗渣接枝丙烯酰胺后質(zhì)量(g) ;w〇為蔗渣接枝前質(zhì) 量(g),即預(yù)處理后蔗渣的重量。經(jīng)計(jì)算本實(shí)施例制得的吸附劑接枝率為153.70%。
[0050] 取本實(shí)施例步驟(3)制備的高接枝率蔗渣基吸附劑0. lg,加入到50mllOOpprn的銅 離子溶液中,放入搖床振蕩8h后,采用原子分光光度計(jì)對(duì)殘余汞離子濃度進(jìn)行測(cè)量測(cè)得剩 余濃度為3. 75ppm,經(jīng)計(jì)算對(duì)汞離子的去除率達(dá)到96. 25%。
[0051] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式,但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制,其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化, 均應(yīng)為等效的置換方式,都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種高接枝率蔗渣基吸附劑的制備方法,其特征在于,包括以下步驟: (1) 對(duì)蔗渣原料進(jìn)行粉碎和篩分后,取一定質(zhì)量的蔗渣于去離子水中水煮,之后洗凈并 抽濾;然后將蔗渣堿液中浸泡,之后濾干;再將濾干后的蔗渣進(jìn)行蒸汽爆破和表面活化處 理,得到預(yù)處理后的蔗渣; (2) 將步驟(1)預(yù)處理后的蔗渣加入丙烯酰胺水溶液中,然后通入氮?dú)獠⑸郎兀竭_(dá)反 應(yīng)溫度40?80°C后加入莫爾鹽、雙氧水和乙酸作為催化劑反應(yīng)1?6h ;其中,丙烯酰胺水 溶液體積與步驟(1)進(jìn)行水煮的蔗渣質(zhì)量的比值為(100?1000)mL :10g,莫爾鹽的加入量 為步驟(1)進(jìn)行水煮的蔗渣質(zhì)量的0. 4?4. 0% ;雙氧水的加入量為步驟(1)進(jìn)行水煮的 蔗渣質(zhì)量的2?10%,乙酸的加入量為丙烯酰胺水溶液體積的0. 2?2. 0% ; (3) 將步驟(2)得到的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水洗和沸水蒸煮后,用去離子水洗凈,抽濾后干燥, 得到所述高接枝率蔗渣基吸附劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,步驟(1)蔗渣原料篩分后,取20? 30目的蔗渣于80°C去離子水中煮2h后,用去離子水洗凈,抽濾,再置于堿液中浸泡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,步驟(1)所述堿液的質(zhì)量濃度為2? 20% ;蔗渣在堿液中浸泡時(shí)間為1?24h。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,步驟(1)所述蒸汽爆破的蒸汽壓力為 1. 8?4. OMPa,維持壓力時(shí)間為1?lOmin ;表面活化處理?xiàng)l件為:采用超聲波活化,溶液介 質(zhì)為乙醇、甲醇或丙酮,超聲波功率為300?1200w,處理時(shí)間為10?60min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法,其特征在于,所述蒸汽爆破的蒸汽壓力為1.8? 2. 7MPa,維持壓力時(shí)間為2?8min ;超聲波功率為300?900w,處理時(shí)間為15?60min。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,步驟(2)所述丙烯酰胺水溶液的質(zhì)量 濃度為6?18%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,所述丙烯酰胺水溶液體積與步驟(1) 進(jìn)行水煮的蔗渣質(zhì)量的比值為(100?300)mL :10g ;莫爾鹽的加入量為步驟(1)進(jìn)行水煮 的蔗渣質(zhì)量的0. 4?1. 0% ;乙酸的加入量為丙烯酰胺水溶液體積的0. 2?0. 8%。
8. 權(quán)利要求1?7任一項(xiàng)所述制備方法得到的高接枝率蔗渣基吸附劑。
9. 權(quán)利要求1?7任一項(xiàng)所述制備方法得到的高接枝率蔗渣基吸附劑在重金屬吸附領(lǐng) 域中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C02F1/28GK104107685SQ201410301991
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】馬年方, 梁磊, 李錦榮, 安玉興, 曾建, 王慶福, 李昱, 宮藝丹 申請(qǐng)人:廣州甘蔗糖業(yè)研究所
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