CN109071234A - 用于处理含碳组合物的方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本文提供了用于处理含碳组合物的方法、装置和系统。所述处理可包括制造(或合成)氧化形式的含碳组合物和/或制造(或合成)氧化含碳组合物的还原形式。一些实施方式提供了用于从石墨制造(或合成)氧化石墨和/或用于从氧化石墨制造(或合成)还原的氧化石墨的方法、装置和系统。
Description
交叉引用
本申请要求于2016年2月26日提交的美国临时申请号62/300,550、于2016年2月29日提交的美国临时申请号62/301,511、于2016年3月2日提交的美国临时申请号62/302,689和于2016年4月19日提交的美国临时申请号62/324,796的权益，所述美国临时申请通过引用以其全文并入本文。
发明内容
本文提供了用于处理含碳组合物的方法、装置和系统。在某些实施方式中，所述处理包括制造(或合成)氧化形式的含碳组合物和/或制造(或合成)氧化含碳组合物的还原形式。一些实施方式提供了用于从石墨制造(或合成)氧化石墨和/或用于从氧化石墨制造(或合成)还原的氧化石墨的方法、装置和系统。
在一个方面，本文公开了一种设备，所述设备包括：罐，所述罐包含含碳组合物；安装至所述罐的混合器，所述混合器与所述罐流体连通；以及机械耦合至所述混合器的罐搅拌器。所述罐搅拌器被配置成搅拌所述罐中的含碳组合物，从而以大于约1吨/年(tpy)的速率形成氧化形式的含碳组合物。
当结合以下描述和附图考虑时，将会进一步领会和理解本文公开的方法、装置和系统的其他目标和优点。虽然以下描述包含描述特定实施方式的具体细节，但这不应解释为限制，而应是对优选实施方式的例示。对于本发明的每个方面，本领域普通技术人员已知如本文暗示的许多变化是可能的。在一些实施方式中，本文公开的方法、装置和系统能够进行未明确列举的各种改变和修改。
在一个方面，本文描述了一种反应系统，其包括：(a)包含含碳组合物的反应容器，所述容器包括(i)安装至所述容器的反应混合器，所述反应混合器与所述容器流体连通；和(ii)机械耦合至所述反应混合器的反应搅拌器，其中所述反应搅拌器被配置成搅拌所述容器中的所述含碳组合物；(b)罐，其包括(i)安装至所述罐的罐混合器，所述罐混合器与所述罐流体连通；和(ii)机械耦合至所述罐混合器的罐搅拌器，其中所述搅拌器被配置成在所述组合物已经转移至所述罐之后搅拌所述罐中的含碳组合物；其中所述反应系统被配置成将所述含碳组合物从所述反应容器转移至所述罐。在一些实施方式中，所述系统包括安设在所述反应容器内的传感器。在进一步的实施方式中，所述传感器测量温度、pH或盐浓度。在一些实施方式中，所述系统包括安设在所述罐内的传感器。在进一步的实施方式中，所述传感器测量温度、pH或盐浓度。在一些实施方式中，所述系统调控一种或多种反应物向所述反应容器内的添加速率，以维持反应温度不高于15℃。在一些实施方式中，所述系统允许在所述反应结束后，所述反应容器内的温度(例如，反应温度)升至环境温度。在一些实施方式中，所述系统调节所述反应容器内的温度(例如，升高或降低所述温度)。在一些实施方式中，所述系统包括一个或多个冷却盘管(cooling coil)，所述冷却盘管被配置成降低所述反应容器内的反应温度。在一些实施方式中，所述系统包括用于调节由所述系统进行的反应的控制单元。在进一步的实施方式中，所述控制单元调节反应温度。在进一步的实施方式中，所述控制单元调节所述反应容器内的所述含碳组合物的温度。在进一步的实施方式中，所述控制单元在所述含碳组合物已被转移到所述罐后调节其温度。在进一步的实施方式中，所述控制单元通过控制一种或多种材料向反应容器内添加的速率来调节温度。在更进一步的实施方式中，所述一种或多种材料选自：含碳组合物、高锰酸钾、硫酸、水、过氧化氢和冰。在一些实施方式中，所述反应容器包括用于接收含碳组合物的进口。在一些实施方式中，所述反应容器包括用于接收高锰酸钾的进口。在一些实施方式中，所述反应容器包括用于接收硫酸的进口。在一些实施方式中，所述反应容器包括用于向所述容器内接收通风的端口。在一些实施方式中，所述反应容器包括用于从所述容器释放通风的端口。在一些实施方式中，所述系统被配置成使所述反应混合器和反应容器朝向彼此和远离彼此移动。在一些实施方式中，所述系统被配置成将所述反应混合器下降到所述反应容器中。在一些实施方式中，所述系统被配置成将所述反应混合器远离所述反应容器抬升。在一些实施方式中，所述系统被配置成将所述反应容器远离所述反应混合器下降。在一些实施方式中，所述系统被配置成将所述反应容器朝向所述反应混合器抬升。在一些实施方式中，所述反应混合器配置在滑动件上，使得其可相对于所述反应容器移动。在一些实施方式中，所述反应混合器被配置成远离所述反应容器滑动以便于清洁所述反应容器。在一些实施方式中，所述反应混合器包括用于在所述反应混合器下降到所述反应容器中时密封所述反应容器的盖。在一些实施方式中，所述反应混合器是反应混合器叶片，所述反应混合器叶片具有在所述反应容器一侧的5英寸内的边缘。在一些实施方式中，所述反应混合器包括与所述反应容器的内表面接合的刮刀，所述刮刀被配置成刮掉粘附在所述内表面上的材料。在某些实施方式中，所述刮刀是刮刀片。在进一步的实施方式中，所述刮刀附接至所述反应混合器。在进一步的实施方式中，所述刮刀以一定角度与所述反应容器的内表面接合，其中所述刮刀的顶部部分在所述搅拌器的反应混合器叶片的旋转方向上在所述刮刀的底部部分之前。在一些实施方式中，所述反应混合器包括刮刀片，该刮刀片被配置成移去粘附至所述反应容器的材料。在一些实施方式中，所述反应容器具有至少约20加仑的容积。在一些实施方式中，所述反应容器具有至少约60加仑的容积。在一些实施方式中，所述罐具有至少约500加仑的容积。在一些实施方式中，所述罐具有至少约1,600加仑的容积。在一些实施方式中，所述反应容器包括阀，其中所述反应容器通过所述阀与所述罐流体连通。在进一步的实施方式中，其中所述系统被配置成打开所述阀以允许所述含碳组合物从所述反应容器转移至所述罐，以猝灭在所述反应容器中进行的反应。在进一步的实施方式中，所述反应容器被定位在高于所述罐的位置，其中打开所述阀允许所述反应容器中的所述含碳组合物排入所述罐中。在一些实施方式中，以最高约60转/分钟的速率驱动所述反应搅拌器。在一些实施方式中，所述罐具有至少约200加仑的容积。在一些实施方式中，所述罐容纳或含有(i)至少约200加仑的液体，(ii)至少约300磅的冰，或(iii)液体和至少约300磅的冰。在一些实施方式中，所述罐包括用于接收过氧化氢的进口。在一些实施方式中，所述罐被配置成将过氧化氢分配到所述罐的内部空间中。在一些实施方式中，所述罐包括用于接收碎冰的进口。在一些实施方式中，所述罐被配置成将碎冰分配到所述罐的内部空间中。在一些实施方式中，所述罐混合器被安装至所述罐的顶部。在一些实施方式中，所述罐混合器包括将所述罐搅拌器机械耦合至所述罐混合器的轴杆。在一些实施方式中，所述罐混合器被配置在滑动件上，使得其可相对于所述罐移动。在一些实施方式中，所述罐混合器远离所述罐滑动以便于清洁所述罐。在一些实施方式中，所述系统包括多个罐搅拌器。在一些实施方式中，以最高约60转/分钟的速率驱动所述罐搅拌器。在一些实施方式中，所述罐搅拌器包括搅拌器叶片。在进一步的实施方式中，所述搅拌器叶片包括2排各4个叶片，其具有距所述罐的所有侧面和底部至少约1/2英寸的间隙。在一些实施方式中，所述系统包括(i)所述罐混合器与所述罐搅拌器之间的传动装置，所述传动装置被配置成致动所述罐搅拌器，或(ii)被配置成致动所述罐搅拌器的马达，其中所述马达与所述罐搅拌器分开。在一些实施方式中，所述系统以大于约10kg/批的速率形成氧化形式的所述含碳组合物。在一些实施方式中，所述系统以大于约50kg/批的速率形成氧化形式的所述含碳组合物。在一些实施方式中，所述系统包括一个或多个附加的反应容器。在进一步的实施方式中，所述系统包括至少两个反应容器。在进一步的实施方式中，所述系统包括至少三个反应容器。在进一步的实施方式中，所述系统包括至少四个反应容器。在更进一步的实施方式中，所述罐的容积至少是所述至少四个反应容器的组合容积。在更进一步的实施方式中，所述罐的容积至少两倍于所述至少四个反应容器的组合容积。在进一步的实施方式中，所述系统包括至少八个反应容器。在更进一步的实施方式中，所述罐的容积至少是所述至少四个反应容器的组合容积。在更进一步的实施方式中，所述罐的容积至少两倍于所述至少八个反应容器的组合容积。在一些实施方式中，所述含碳组合物包含石墨。在一些实施方式中，所述含碳组合物包含石墨原料。在一些实施方式中，所述系统被配置成将所述含碳组合物处理成氧化石墨烯。在一些实施方式中，所述系统被配置成处理所述含碳组合物，其中经处理的含碳组合物适合于在下游用于制备包含电极的电容器，所述电容器在约10mV/s的扫描速率下具有至少约100mF/cm2的峰值电容。在一些实施方式中，所述系统被配置成处理所述含碳组合物，其中经处理的含碳组合物适合于在下游用于制备包含电极的电容器，所述电容器在约10mV/s的扫描速率下具有至少约150mF/cm2的峰值电容。在一些实施方式中，所述系统被配置成处理所述含碳组合物，其中经处理的含碳组合物适合于在下游用于制备包含电极的电容器，所述电容器在约10mV/s的扫描速率下具有至少约200mF/cm2的峰值电容。在一些实施方式中，所述系统被配置成在所述反应容器中进行涉及所述含碳组合物的第一反应并在所述罐中猝灭所述第一反应。在进一步的实施方式中，所述系统被配置成通过添加所述含碳组合物、硫酸和高锰酸钾中的一种或多种进行所述第一反应。在进一步的实施方式中，所述系统被配置成通过添加过氧化氢和冰中的一种或多种来猝灭所述第一反应。本文公开了使用前述实施方式中任一项的系统处理含碳组合物的方法。
在一个方面，本文公开了一种反应系统，其包括：(a)包含石墨的反应容器，所述容器包括：(i)安装至所述容器的反应混合器，所述反应混合器与所述容器流体连通；和(ii)机械耦合至所述反应混合器的反应搅拌器，其中所述反应搅拌器被配置成搅拌所述容器中的石墨并被配置成促进将石墨转化为氧化石墨烯；(b)罐，其包括：(i)安装至所述罐上的罐混合器，所述罐混合器与所述罐流体连通；和(ii)机械耦合至所述罐混合器的罐搅拌器，其中所述搅拌器被配置成在所述组合物已经转移至所述罐之后搅拌所述罐中的氧化石墨烯；其中所述反应系统被配置成将所述氧化石墨烯从所述反应容器转移至所述罐。
在一个方面，本文公开了一种反应过滤器，所述反应过滤器包括：(a)转筒组装件；(b)安设在所述转筒组装件内部的喷杆组装件(spray bar assembly)，所述喷杆组装件包括：(i)第一组一个或多个用于分配洗涤液的开口；以及(ii)第二组一个或多个用于分配含碳组合物的开口；其中所述转筒组装件被配置成能够旋转。在一些实施方式中，所述喷杆组装件在低压下分配所述含碳组合物。在一些实施方式中，所述喷杆组装件耦合至所述含碳组合物的源。在一些实施方式中，所述喷杆组装件使用重力分配所述含碳组合物(例如，含碳组合物通过重力流过喷杆组装件并从一个或多个开口流出，而不是被主动泵送)。在一些实施方式中，所述喷杆组装件在高压下分配所述洗涤液。在一些实施方式中，所述喷杆组装件耦合至所述洗涤液的源，其中所述源包括用于对所述洗涤液加压以使所述喷杆组装件能够在高压下分配所述洗涤液的泵。在一些实施方式中，所述洗涤液是去离子水。在一些实施方式中，所述反应过滤器进一步包括用于控制所述反应过滤器的操作的控制单元。在进一步的实施方式中，所述控制单元被配置用于在进行一个或多个洗涤循环时自动操作所述反应过滤器。在进一步的实施方式中，所述控制单元被配置成进行一个或多个洗涤循环，直至满足阈值条件。在进一步的实施方式中，所述控制单元被配置成进行清洁方案。在一些实施方式中，所述转筒组装件包括转筒网。在进一步的实施方式中，所述转筒网被配置成向转筒微米过滤器提供结构支撑。在进一步的实施方式中，所述转筒网包括不大于约2英寸的孔径。在进一步的实施方式中，所述转筒网包括约0.5英寸的孔径。在一些实施方式中，所述转筒组装件包括转筒微米过滤器。在进一步的实施方式中，所述转筒微米过滤器包括多个层。在进一步的实施方式中，所述转筒微米过滤器包括约2层至约10层。在进一步的实施方式中，所述转筒微米过滤器包括约2层至约6层。在进一步的实施方式中，所述转筒微米过滤器包括约四层。在进一步的实施方式中，所述转筒微米过滤器包括具有适合于在过滤后保留至少95％w/w的所述含碳组合物的孔径的孔。在进一步的实施方式中，所述转筒微米过滤器包括具有约1微米的直径的孔。在进一步的实施方式中，所述转筒微米过滤器包括具有不大于约1微米的直径的孔。在进一步的实施方式中，所述转筒微米过滤器包括具有不大于约2微米的直径的孔。在进一步的实施方式中，所述转筒微米过滤器包括具有不大于约3微米的直径的孔。在进一步的实施方式中，所述转筒微米过滤器包括具有不大于约5微米的直径的孔。在进一步的实施方式中，所述转筒微米过滤器包括具有不大于约10微米的直径的孔。在一些实施方式中，所述转筒组装件包括转筒网和转筒微米过滤器，所述转筒网和转筒微米过滤器各自具有重叠接缝，其中所述重叠接缝被定位成避免彼此重叠。在一些实施方式中，所述转筒组装件包括一个或多个转筒加强环。在一些实施方式中，所述转筒组装件包括一个或多个转筒加强件。在一些实施方式中，所述转筒组装件被配置成使重量最小化，其中所述转筒组装件维持足够的耐久性以向含碳组合物提供过滤。在一些实施方式中，所述转筒组装件包括一个或多个转筒支承板。在进一步的实施方式中，所述一个或多个转筒支承板被配置成在不迫使所述喷杆组装件旋转的情况下旋转。在一些实施方式中，所述转筒组装件包括一个或多个转筒框架。在进一步的实施方式中，所述一个或多个转筒框架被配置成接收用于旋转所述转筒组装件的旋转力。在进一步的实施方式中，所述反应过滤器包括被配置成向所述转筒组装件提供旋转力的驱动轴杆。在一些实施方式中，所述喷杆组装件包括用于从洗涤液源接收所述洗涤液的第一进口。在进一步的实施方式中，将所述洗涤液从所述洗涤液源泵入所述喷杆组装件的第一进口。在进一步的实施方式中，所述第一进口被配置成与导管耦合，所述导管与所述洗涤液源流体连通，用于接收所述洗涤液。在更进一步的实施方式中，所述第一进口被配置成与所述导管有效地耦合和解耦。在更进一步的实施方式中，所述第一进口被配置成与速卸配件耦合，其中所述速卸配件封闭所述第一进口。在进一步的实施方式中，所述喷杆组装件包括用于从含碳组合物源接收所述含碳组合物的第二进口。在更进一步的实施方式中，将所述含碳组合物从所述含碳组合物源泵入所述喷杆组装件的第二进口。在更进一步的实施方式中，所述第二进口被配置成与导管耦合，所述导管与所述含碳组合物源流体连通，用于接收所述含碳组合物。在更进一步的实施方式中，所述第二进口被配置成与所述导管有效地耦合和解耦。在一些实施方式中，所述喷杆组装件包括一个或多个喷杆，其中第一组一个或多个开口和第二组一个或多个开口被定位在所述一个或多个喷杆上。在进一步的实施方式中，所述喷杆组装件包括喷杆，所述喷杆包含第一组一个或多个开口和第二组一个或多个开口。在进一步的实施方式中，所述喷杆组装件包括包含第一组一个或多个开口的第一喷杆和包含第二组一个或多个开口的第二喷杆。在更进一步的实施方式中，所述第一组一个或多个开口和所述第二组一个或多个开口包括喷嘴。在更进一步的实施方式中，每个喷嘴被配置成以至少30度的喷射角度喷射所述洗涤液。在更进一步的实施方式中，每个喷嘴被配置成以至少50度的喷射角度喷射所述洗涤液。在一些实施方式中，所述喷杆组装件被配置成以足以纯化所述含碳组合物的压力将所述洗涤液喷入所述转筒组装件的内部。在进一步的实施方式中，所述喷杆组装件被配置成以至少50PSI的压力将所述洗涤液喷入所述转筒组装件的内部。在进一步的实施方式中，所述喷杆组装件被配置成以至少100PSI的压力将所述洗涤液喷入所述转筒组装件的内部。在进一步的实施方式中，所述喷杆组装件被配置成以至少150PSI的压力将所述洗涤液喷入所述转筒组装件的内部。在进一步的实施方式中，所述喷杆组装件被配置成以至少200PSI的压力将所述洗涤液喷入所述转筒组装件的内部。在进一步的实施方式中，所述喷杆组装件被配置成以至少150PSI的压力将所述洗涤液喷入所述转筒组装件的内部。在一些实施方式中，所述转筒组装件包括用于洗涤所述含碳组合物的转动位置和用于卸载所述含碳组合物的卸载位置。在进一步的实施方式中，所述转筒组装件包括被配置成在卸载期间接纳所述转筒组装件的转筒支架焊接件(drum cradle weldment)，其中所述转筒组装件被转动到所述转筒支架焊接件上。在更进一步的实施方式中，所述转筒支架焊接件包括用于固定所述转筒组装件的一个或多个连接机构。在更进一步的实施方式中，所述转筒支架焊接件包括从所述转筒支架焊接件延伸并耦合至所述设备的轴杆，其中所述转筒支架焊接件被配置成相对于所述设备绕所述轴杆的轴线旋转。在更进一步的实施方式中，所述转筒支架焊接件包括用于防止所述转筒支架焊接件旋转的锁定机构，其中所述锁定机构是可释放的，以允许所述转筒支架焊接件旋转。在一些实施方式中，所述转筒组装件包括转筒加强件。在一些实施方式中，所述转筒组装件包括转筒加强环。在一些实施方式中，所述转筒组装件被配置成在一个或多个洗涤循环期间以不同的速度旋转。在一些实施方式中，所述转筒组装件被配置成以至少300rpm的速度旋转。在一些实施方式中，所述转筒组装件被配置成以至少500rpm的速度旋转。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括驱动轴杆，其中所述驱动轴杆与所述转筒组装件接合以将旋转力传递到所述转筒组装件。在进一步的实施方式中，所述驱动轴杆机械连接到致动所述驱动轴杆的马达。在进一步的实施方式中，所述驱动轴杆包括与所述转筒组装件直接接触的一个或多个驱动轮，其中所述一个或多个驱动轮被配置成将旋转力传递至所述转筒组装件。在更进一步的实施方式中，所述转筒组装件包括一个或多个转筒框架，每个转筒框架包含沿外表面的凹槽，所述凹槽被配置成接纳驱动轮。在一些实施方式中，所述喷杆组装件流体耦合至容纳还原形式的含碳组合物的罐，其中所述含碳组合物通过所述喷杆组装件被泵送以分配到所述转筒组装件中。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括位于所述转筒组装件下方、用于收集来自所述转筒组装件的废液的排放盘。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括被配置成测量来自所述转筒组装件的废液的性质的传感器。在进一步的实施方式中，所述性质选自pH、温度、电导率和盐浓度。在一些实施方式中，所述反应过滤器被配置成以大于约100kg/年的速率过滤所述转筒组装件中的所述含碳组合物。在一些实施方式中，所述反应过滤器被配置成过滤所述含碳组合物，以在干燥后对于一批至少1kg的所述含碳组合物获得至少95％w/w的纯度。在一些实施方式中，所述反应过滤器被配置成过滤所述含碳组合物，以对于一批至少1kg的所述含碳组合物获得至少200mS/cm的电导率。在一些实施方式中，所述喷杆组装件被配置用于快速拆卸和重新附接。在一些实施方式中，所述反应过滤器被配置成对每批所述含碳组合物进行一个或多个洗涤循环。在进一步的实施方式中，所述反应过滤器是自动化的，以进行所述一个或多个洗涤循环而无需手动输入。在进一步的实施方式中，所述反应过滤器根据预定的洗涤方案进行所述一个或多个洗涤循环。在进一步的实施方式中，所述反应过滤器进行所述一个或多个洗涤循环，直至满足阈值条件。在更进一步的实施方式中，所述阈值条件选自pH、温度、电导率和盐浓度。在一些实施方式中，洗涤循环包括将含碳组合物分配到所述转筒组装件的内部，将洗涤液分配到所述转筒组装件的内部，以及旋转所述转筒组装件。在一些实施方式中，其中所述反应过滤器被配置成进行洗涤循环，直至满足一个或多个阈值条件。在一些实施方式中，所述含碳组合物包含还原形式的氧化石墨烯。在一些实施方式中，所述含碳组合物包含rGO。在一些实施方式中，所述含碳组合物包含石墨烯。在一些实施方式中，所述反应过滤器被配置成过滤所述含碳组合物，其中经过滤的含碳组合物适合于在下游用于制备包含电极的电容器，所述电容器在约10mV/s的扫描速率下具有至少约100mF/cm2的峰值电容。在一些实施方式中，所述反应过滤器被配置成过滤所述含碳组合物，其中经过滤的含碳组合物适合于在下游用于制备包含电极的电容器，所述电容器在约10mV/s的扫描速率下具有至少约150mF/cm2的峰值电容。在一些实施方式中，所述反应过滤器被配置成过滤所述含碳组合物，其中经过滤的含碳组合物适合于在下游用于制备包含电极的电容器，所述电容器在约10mV/s的扫描速率下具有至少约200mF/cm2的峰值电容。在一些实施方式中，所述反应过滤器是基本上封闭的，以防止所述洗涤液和所述含碳组合物在一个或多个洗涤循环期间逸出。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括支架枢轴组装件。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括转筒支架组装件。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含惰轮轴杆的反应过滤器。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含驱动遮板(drive shroud)的反应过滤器。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含转筒轴杆支撑件的反应过滤器。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含马达安装板的反应过滤器。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含框架焊接件的反应过滤器。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含盖子焊接件的反应过滤器。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含排放盘焊接件的反应过滤器。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含支架枢轴焊接件的反应过滤器。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含转筒导辊(roll guide)的反应过滤器。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含转筒撑杆(brace)的反应过滤器。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含转筒支架焊接件的反应过滤器。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含转筒端帽组装件的反应过滤器。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含喷杆轴承毂的反应过滤器。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含转筒支承板的反应过滤器。在一些实施方式中，所述反应过滤器包括包含转筒轴杆安装座的反应过滤器。在另一方面，本文公开了使用前述实施方式中任一项的反应过滤器过滤含碳组合物的方法。
在另一方面，本文公开了一种设备，所述设备包括：罐，所述罐包含含碳组合物；安装至所述罐的混合器，所述混合器与所述罐流体连通；以及机械耦合至所述混合器的罐搅拌器，其中所述罐搅拌器被配置成搅拌所述罐中的含碳组合物，从而以大于约1吨/年(tpy)的速率形成氧化形式的所述含碳组合物。在一些实施方式中，所述罐具有至少约100加仑的容积。在一些实施方式中，所述罐容纳或含有流体。在一些实施方式中，所述流体包含所述含碳组合物。在一些实施方式中，所述罐容纳或含有(i)至少约100加仑的液体，(ii)至少约150磅的冰，或(iii)液体和至少约150磅的冰。在一些实施方式中，所述罐包括(i)至少一个入口，(ii)至少一个出口，或(iii)至少一个入口和至少一个出口。在进一步的实施方式中，所述罐包括在所述罐顶部的第一入口和在所述罐背部的左下边缘处的第二入口。在进一步的实施方式中，所述罐包括在所述罐的中心端的顶部的第一出口和底部的第二出口。在一些实施方式中，所述混合器包括混合器缸。在进一步的实施方式中，所述混合器缸包括安装成与所述混合器缸基本上齐平的蝶形阀，其中所述混合器经由所述蝶形阀与所述罐流体连通。在一些实施方式中，所述混合器安装至所述罐的顶部。在一些实施方式中，所述混合器包括将所述罐搅拌器机械耦合至所述混合器的轴杆。在进一步的实施方式中，所述轴杆包括驱动轴杆。在一些实施方式中，所述混合器被配置在滑动件上，使得其可相对于所述罐移动。在进一步的实施方式中，所述混合器远离所述罐滑动以便于清洁所述罐。在一些实施方式中，所述设备包括多个罐搅拌器。在一些实施方式中，所述罐搅拌器在所述驱动轴杆离开所述混合器的前附件的情况下被驱动。在一些实施方式中，以至少约60转/分钟的功率/频率驱动所述罐搅拌器。在一些实施方式中，所述罐搅拌器包括搅拌器叶片。在进一步的实施方式中，所述搅拌器叶片包括2排各4个叶片，其具有距所述罐的所有侧面和底部至少约1/2英寸的间隙。在一些实施方式中，所述搅拌器叶片中的一个或多个最顶部叶片距所述罐的顶部至少约6英寸，并且距所述罐的每侧至少约1/2英寸。在一些实施方式中，所述设备进一步包括(i)所述混合器与所述罐搅拌器之间的传动装置，所述传动装置被配置成致动所述罐搅拌器，或(ii)被配置成致动所述罐搅拌器的马达，所述马达与所述搅拌器分开。在进一步的实施方式中，所述设备包括齿轮箱。在一些实施方式中，所述设备包括与所述混合器电连通的电源。在一些实施方式中，以大于约2tpy的速率形成所述氧化形式的含碳组合物。在一些实施方式中，以大于约5tpy的速率形成所述氧化形式的含碳组合物。在另一方面，本文公开了使用前述实施方式中任一项的设备处理含碳组合物的方法。
附图说明
本发明的新颖特征在所附的权利要求书中具体阐述。通过参考以下对利用本发明原理的说明性实施方式加以阐述的详细描述和附图或图片(本文也称“图”)，将会获得对本发明的特征和优点的更好的理解，在这些附图中：
图1是包括两个容器的系统的示意图；
图2是包括两个容器的另一系统的示意图；
图3A-图3B示出了罐搅拌器和相关组件的示意图；
图4示出了混合器缸和相关组件的示意图；
图5A-图5B示出了罐和相关组件的示意图；
图6示意性地示出了用于由石墨制造(或合成)氧化石墨的方法；
图7示出了相对于反应时间的电容测量的实例；
图8示出了相对于反应时间的电容测量的另一实例；
图9示出了相对于反应时间的电容测量的又一实例；
图10示出了由图9中的样品构建的双层装置的循环伏安法(CV)扫描；
图11A-图11B提供了循环伏安法(CV)扫描的比较；
图12示出了作为盐酸(HCl)洗涤数的函数的电容；
图13A-图13C示出了框架组装件(例如，GSRF-0100)的示例性实施方式；
图14A-图14B示出了支架枢轴组装件(例如，GSRF-0104)的示例性实施方式；
图15A-图15B示出了转筒支架组装件(例如，GSRF-0106)的示例性实施方式；
图16A-图16B示出了转筒组装件(例如，GSRF-0108)的示例性实施方式；
图17示出了惰轮轴杆和驱动轴杆(例如，GSRF-0011)的示例性实施方式；
图18A-图18B示出了驱动遮板(例如，GSRF-0012)的示例性实施方式；
图19A-图19B示出了转筒轴杆支撑件(例如，GSRF-0013)的示例性实施方式；
图20示出了马达安装板(例如，GSRF-0014)的示例性实施方式；
图21A-图21C示出了框架焊接件(例如，GSRF-0101)的示例性实施方式；
图22A-图22D示出了盖子焊接件(例如，GSRF-0102)的示例性实施方式；
图23A-图23E示出了排放盘焊接件(例如，GSRF-0103)的示例性实施方式；
图24示出了盖子停止件(例如，GSRF-0015)的示例性实施方式；
图25A-图25C示出了支架枢轴焊接件(例如，GSRF-0105)的示例性实施方式；
图26A-图26B示出了转筒导辊和转筒撑杆(例如，GSRF-0010)的示例性实施方式；
图27A-图27B示出了转筒支架焊接件(例如，GSRF-0107)的示例性实施方式；
图28A-图28B示出了喷杆组装件(例如，GSRF-0109)的示例性实施方式；
图29A-图29B示出了转筒端帽组装件(例如，GSRF-0110)的示例性实施方式；
图30A-图30B示出了转筒框架(例如，GSRF-0001)的示例性实施方式；
图31示出了转筒加强件(例如，GSRF-0002)的示例性实施方式；
图32示出了转筒加强环(例如，GSRF-0003)的示例性实施方式；
图33示出了转筒网(例如，GSRF-0004)的示例性实施方式；
图34示出了转筒微米过滤器(例如，GSRF-0009)的示例性实施方式；
图35示出了喷杆(例如，GSRF-0005)的示例性实施方式；
图36A-图36B示出了转筒支承板(例如，GSRF-0006)的示例性实施方式；
图37A-图37B示出了流体侧上的喷杆轴承毂(例如，GSRF-0007)的示例性实施方式；
图38示出了流体侧上的转筒轴杆安装座(例如，GSRF-0008)的示例性实施方式；
图39示出了惰轮侧上的喷杆轴承毂(例如，GSRF-0007)的示例性实施方式；
图40示出了惰轮侧上的转筒轴杆安装座(例如，GSRF-0008)的示例性实施方式；
图41A-图41B示出了rGO/石墨烯第二反应过滤器的示例性实施方式；
图42A-图42C示出了使用图41A-图41B和图43A-图43F中的rGO/石墨烯第二反应过滤器的卸载程序；
图43A-图43C和图43D-图43F示出了rGO/石墨烯第二反应过滤器(例如，GSRF-1000)的示例性实施方式；
图44示出了可扩展(scalable)反应器的示例性实施方式和使用可扩展反应器的程序的示例性实施方式；
图45A-图45E示出了具有前罩焊接件和后罩焊接件的盖组装件(例如，GSRF-0111、GSRF-0112)的示例性实施方式；并且
图46示出了防溅板(例如，GSRF-0113)的示例性实施方式；
图47示出了第一反应系统、去离子水容纳罐、酸容纳罐、第二反应系统和第二反应过滤器的示例性实施方式；
图48示出了提升滑架滑板(例如，GFRC-0001)的示例性实施方式；
图49示出了缸提升锁定间隔件(例如，GFRC-0002)的示例性实施方式；
图50示出了提升马达安装板(例如，GFRC-0004)的示例性实施方式；
图51示出了提升弯头间隔板(例如，GFRC-0005)的示例性实施方式；
图52示出了混合器传感器托架(例如，GFRC-0006)的示例性实施方式；
图53示出了罐马达安装座(例如，GFRC-0008)的示例性实施方式；
图54示出了混合器扭矩托架(例如，GFRC-0009)的示例性实施方式；
图55示出了混合器喷杆(例如，GFRC-0010)的示例性实施方式；
图56示出了罐混合器轴杆(例如，GFRC-0011)的示例性实施方式；
图57示出了罐混合器叶片(例如，GFRC-0012)的示例性实施方式；
图58示出了缸安装板(例如，GFRC-0013)的示例性实施方式；
图59示出了滑架开关安装板(例如，GFRC-0014)的示例性实施方式；
图60示出了第一反应混合器叶片(例如，GFRC-0016)的示例性实施方式；
图61示出了第一反应刮刀片安装座(例如，GFRC-0017)的示例性实施方式；
图62示出了第一反应刮刀片轴杆(例如，GFRC-0018)的示例性实施方式；
图63示出了第一反应刮刀片夹持器(例如，GFRC-0019)的示例性实施方式；
图64示出了第一反应桨轴杆(例如，GFRC-0020)的示例性实施方式；
图65示出了第一反应桨帽(例如，GFRC-0021)的示例性实施方式；
图66示出了第一反应混合器驱动轴杆(例如，GFRC-0022)的示例性实施方式；
图67示出了第一反应桨停止件(例如，GFRC-0024)的示例性实施方式；
图68A-图68C示出了第一反应框架焊接件(例如，GFRC-0101)的示例性实施方式；
图69A-图69B示出了提升滑架焊接件(例如，GFRC-0102)的示例性实施方式；
图70示出了提升滑架撑杆(例如，GFRC-0103)的示例性实施方式；
图71A-图71B示出了提升滑架(例如，GFRC-0104)的示例性实施方式；
图72示出了第一反应顶板(例如，GFRC-0105)的示例性实施方式；
图73示出了混合器马达安装座(例如，GFRC-0108)的示例性实施方式；
图74示出了1000加仑罐混合器桨(例如，GFRC-0109)的示例性实施方式；
图75示出了150加仑罐混合器桨(例如，GFRC-0110)的示例性实施方式；
图76A-图76B示出了第一反应框架搁架(例如，GFRC-0111)的示例性实施方式；以及
图77A-图77B示出了第一反应桨组装件(例如，GFRC-0112)的示例性实施方式。
具体实施方式
本文提供了用于处理含碳组合物的方法、装置和系统。在某些实施方式中，该处理包括制造(或合成)氧化形式的含碳组合物和/或制造(或合成)氧化含碳组合物的还原形式。一些实施方式提供了用于从石墨制造(或合成)氧化石墨和/或用于从氧化石墨制造(或合成)还原的氧化石墨的方法、装置和系统。本文描述的本公开内容的各个方面适用于以下阐述的任何特定应用或任何其他类型的制造、合成或处理设置。在某些实施方式中，材料的其他制造、合成或处理同样获益于本文所述的特征。在某些实施方式中，本文的方法、装置和系统有利地应用于制造(或合成)各种形式的非含碳组合物。在某些实施方式中，本文描述的主题作为独立的方法、装置或系统应用，或作为集成的制造或材料(例如，化学品)处理系统的一部分而应用。应当理解，可以单独地、共同地或彼此组合地理解本文描述的主题的不同方面。
本文公开的主题的一个方面涉及用于制造(或合成)或处理材料的系统(包括一个或多个装置)。在某些实施方式中，该系统用于制造氧化形式的含碳组合物。
本文公开的主题的另一方面涉及一种反应系统，其包括：(a)包含含碳组合物的反应容器，该容器包括(i)安装至该容器的反应混合器，该反应混合器与该容器流体连通；和(ii)机械耦合至该反应混合器的反应搅拌器，其中该反应搅拌器被配置成搅拌该容器中的含碳组合物；(b)罐，其包括(i)安装至罐的罐混合器，该罐混合器与该容器流体连通；和(ii)机械耦合至该罐混合器的罐搅拌器，其中该搅拌器被配置成在组合物已经转移至该罐之后搅拌该罐中的含碳组合物；其中该反应系统被配置成将含碳组合物从该反应容器转移至该罐。
本文公开的主题的另一方面涉及一种反应过滤器，该反应过滤器包括：(a)转筒组装件；(b)安设在该转筒组装件内部的喷杆组装件，该喷杆组装件包括：(i)第一组一个或多个用于分配洗涤液的开口；以及(ii)第二组一个或多个用于分配含碳组合物的开口；其中该转筒组装件被配置成能够旋转。
本文公开的主题的另一方面涉及一种反应过滤器，该反应过滤器包括：(a)转筒组装件；(b)安设在该转筒组装件内部的喷杆组装件，该喷杆组装件被配置成分配洗涤液和含碳组合物；其中该转筒组装件被配置成能够旋转。
本文公开的主题的另一方面涉及一种设备，该设备包括：罐，该罐包含含碳组合物；安装至该罐的混合器，该混合器与该罐流体连通；以及机械耦合至该混合器的罐搅拌器，其中该罐搅拌器被配置成搅拌该罐中的含碳组合物，从而以大于约1吨/年(tpy)的速率形成氧化形式的含碳组合物。
现将参考附图。应当理解，附图和其中的特征不一定按比例绘制。
图1是包括两个容器的系统100的示意图。在某些实施方式中，使用系统100进行第一反应(例如，对含碳组合物进行氧化)。在某些实施方式中，使用该系统进行第二反应(例如，对含碳组合物进行还原)。在某些实施方式中，该系统包括第一容器(例如，在其中发生反应的反应室或反应容器)101和第二容器(例如，在其中猝灭反应的罐或混合器罐)102。在某些实施方式中，第一容器101是打开或关闭(例如，密封)的。在某些实施方式中，第一容器包括反应室(例如，反应容器或反应缸)。在某些实施方式中，第一容器包括混合器缸。在某些实施方式中，第一容器含有混合和/或反应的物质或组合物。本文对第一容器(例如，第一反应容器、反应缸等)的任何描述适用于混合器缸(或混合器)，反之亦然。在某些实施方式中，混合器或混合器系统103搅动或混合第一容器的内容物(例如，混合器缸的内容物)。在一个实例中，该混合器是20夸脱混合器。在某些实施方式中，混合器103包括一个或多个混合器搅拌器104，其搅动或混合第一容器的内容物(例如，混合器缸的内容物)。在某些实施方式中，混合器103包括马达(未示出)。在某些实施方式中，该马达驱动混合器搅拌器104。在某些实施方式中，该混合器搅拌器包括轴杆105和桨、叶片或其他搅动器106。在某些实施方式中，该马达进一步耦合至系统100的其他组件，如本文其他地方所述。在某些实施方式中，混合器103包括风扇107、可选的新鲜空气进口108和/或一个或多个控制器109。在某些实施方式中，电源(示出)与混合器103电连通。在某些实施方式中，混合器103包括第一容器(例如，混合器缸)101(即，混合器缸是混合器系统的一部分)。在某些实施方式中，可选的新鲜空气进口108吸入空气，例如，以便保护马达免受腐蚀性气体(例如，混合器103或系统100的任何其他元件内的腐蚀性气体)伤害。在某些实施方式中，在某些实施方式中没有提供新鲜空气进口108(例如，在马达是液压马达时，在一些情况下可以不使用新鲜空气)。在某些实施方式中，该马达是能够适当地驱动混合器搅拌器104和/或系统100的其他组件的任何合适的马达。在某些实施方式中，该马达是液压马达、电动马达或其他马达。
在某些实施方式中，所述混合器包含(例如，容纳或含有)流体(例如，固体、液体或气体)。在某些实施方式中，混合器包含液体(例如，硫酸)、固体(例如，石墨)或其混合物。在某些实施方式中，混合器的内容物维持在合适的温度，例如，低于或等于约0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、6℃、8℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃。在一个实例中，混合器的内容物维持在约0℃。在另一个实例中，混合器的内容物维持在低于约15℃。在某些实施方式中，控制混合器中的混合物的反应温度和/或反应时间。在某些实施方式中，将反应时间和/或反应温度维持在合适的值以下(例如，使得混合器的内容物维持在约0℃的温度或低于约15℃的温度)。在某些实施方式中，通过例如冷却混合器缸周围的管或盘管、通过将混合器缸浸入温度控制浴(例如，恒温控制浴或冰浴)中、通过其他冷却方法或其任何组合来降低反应温度。在某些实施方式中，冷却盘管/管使冷却水循环。在某些实施方式中，提高冷却水的流速以便降低温度。在某些实施方式中，降低冷却水的温度以便降低温度。在某些实施方式中，通过改变一种或多种反应物向混合器缸内容物的添加速率来改变反应温度和/或反应时间(例如，通过降低导致放热反应的反应物的添加速率来降低温度)。在某些实施方式中，混合器缸的内容物的pH小于或等于约7、6、5、4或3.5。在某些实施方式中，混合器缸的内容物的pH小于或等于约7.0、6.9、6.8、6.7、6.6、6.5、6.4、6.3、6.2、6.1、6.0、5.9、5.8、5.7、5.6、5.5、5.4、5.3、5.2、5.1、5.0、4.9、4.8、4.7、4.6、4.5、4.4、4.3、4.2、4.1、4.0、3.9、3.8、3.7、3.6、3.5、3.4、3.3、3.2、3.1、3.0、2.9、2.8、2.7、2.6、2.5、2.4、2.3、2.2、2.1、2.0、1.9、1.8、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2或约0.1。在某些实施方式中，混合器缸的内容物具有约3至约7的pH。在某些实施方式中，混合器缸的内容物具有至少约3的pH。在某些实施方式中，混合器缸的内容物具有不大于约7的pH。在某些实施方式中，混合器缸的内容物具有约3至约3.5、约3至约4、约3至约4.5、约3至约5、约3至约5.5、约3至约6、约3至约6.5、约3至约7、约3.5至约4、约3.5至约4.5、约3.5至约5、约3.5至约5.5、约3.5至约6、约3.5至约6.5、约3.5至约7、约4至约4.5、约4至约5、约4至约5.5、约4至约6、约4至约6.5、约4至约7、约4.5至约5、约4.5至约5.5、约4.5至约6、约4.5至约6.5、约4.5至约7、约5至约5.5、约5至约6、约5至约6.5、约5至约7、约5.5至约6、约5.5至约6.5、约5.5至约7、约6至约6.5、约6至约7或约6.5至约7的pH。在某些实施方式中，混合器缸具有至少约0.1加仑、0.2加仑、0.5加仑、1加仑、2加仑、3加仑、4加仑、5加仑、6加仑、7加仑、8加仑、9加仑、10加仑、15加仑、25加仑、50加仑、75加仑、80加仑、85加仑、90加仑、100加仑、250加仑、500加仑、750加仑、1,000加仑、5,000加仑、10,000加仑、15,000加仑、25,000加仑、50,000加仑、100,000加仑、150,000加仑、200,000加仑、1,000立方米、5,000立方米、10,000立方米、50,000立方米、100,000立方米或500,000立方米的容积。
在某些实施方式中，以大于或等于约20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245或250转/分钟(rpm)的功率/频率驱动混合器搅拌器。在某些实施方式中，以至多约20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245或250转/分钟(rpm)的功率/频率驱动混合器搅拌器。在某些实施方式中，以约20rpm至约300rpm的功率/频率驱动混合器搅拌器。在某些实施方式中，以至少约20rpm的功率/频率驱动混合器搅拌器。在某些实施方式中，以至多约300rpm的功率/频率驱动混合器搅拌器。在某些实施方式中，以约20rpm至约60rpm、约20rpm至约100rpm、约20rpm至约150rpm、约20rpm至约200rpm、约20rpm至约250rpm、约20rpm至约300rpm、约60rpm至约100rpm、约60rpm至约150rpm、约60rpm至约200rpm、约60rpm至约250rpm、约60rpm至约300rpm、约100rpm至约150rpm、约100rpm至约200rpm、约100rpm至约250rpm、约100rpm至约300rpm、约150rpm至约200rpm、约150rpm至约250rpm、约150rpm至约300rpm、约200rpm至约250rpm、约200rpm至约300rpm或约250rpm至约300rpm的功率/频率驱动混合器搅拌器。在一个实例中，以至少约60、100、200转/分钟的功率/频率驱动混合器搅拌器。
在某些实施方式中，混合器系统包括一种或多种类型的混合器，该混合器选自带式掺和器、V型掺和器、连续处理器、锥形螺旋掺和器、螺旋掺和器、双锥掺和器、高粘度混合器、反向旋转混合器、双轴或三轴混合器、真空混合器、分散混合器、桨式混合器、喷射混合器、转筒混合器、螺旋钻混合器、立式混合器、旋转混合器、涡轮混合器、狭窄间隙混合器和高剪切混合器。
在某些实施方式中，第二容器102是打开或关闭(例如，密封)的。在某些实施方式中，第二容器包括罐。在某些实施方式中，本文对第二容器的描述适用于罐，反之亦然。在某些实施方式中，该罐包含由罐搅拌器110搅拌的物质或组合物。例如，在某些实施方式中，该罐包含由罐搅拌器搅拌的含碳组合物。在一个实例中，该罐包含100加仑的冰浴，并通过冰浴搅拌器进行搅拌。在某些实施方式中，罐搅拌器包含轴杆111和一个或多个搅拌器叶片112。在某些实施方式中，驱动轴杆，使得搅拌器保持罐的内容物运动和/或增强(例如，最大化)冷却。例如，在某些实施方式中，驱动轴杆，以保持氧化石墨流过罐中的冰。在某些实施方式中，轴杆111经由轴承115耦合至第二容器。在某些实施方式中，所述系统包括多个罐搅拌器。在某些实施方式中，该系统包括至少一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个罐搅拌器。
在某些实施方式中，所述罐包含(例如，容纳或含有)流体(例如，固体、液体或气体)。在某些实施方式中，所述混合器包含液体(例如，水、液体反应混合物等)、固体(例如，冰)或其混合物。在某些实施方式中，罐的内容物维持在合适的温度，例如，低于或等于约0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、6℃、8℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃。在一个实例中，罐的内容物维持在约0℃。在某些实施方式中，罐的内容物的pH大于或等于约3、4、5、6、7、8、9或10。在某些实施方式中，罐的内容物的pH大于或等于约3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9或10.0。在某些实施方式中，混合器缸的内容物具有约3至约7的pH。在某些实施方式中，混合器缸的内容物具有至少约3的pH。在某些实施方式中，混合器缸的内容物具有不大于约7的pH。在某些实施方式中，混合器缸的内容物具有约3至约3.5、约3至约4、约3至约4.5、约3至约5、约3至约5.5、约3至约6、约3至约6.5、约3至约7、约3.5至约4、约3.5至约4.5、约3.5至约5、约3.5至约5.5、约3.5至约6、约3.5至约6.5、约3.5至约7、约4至约4.5、约4至约5、约4至约5.5、约4至约6、约4至约6.5、约4至约7、约4.5至约5、约4.5至约5.5、约4.5至约6、约4.5至约6.5、约4.5至约7、约5至约5.5、约5至约6、约5至约6.5、约5至约7、约5.5至约6、约5.5至约6.5、约5.5至约7、约6至约6.5、约6至约7或约6.5至约7的pH。在某些实施方式中，所述罐具有至少约1加仑、2加仑、5加仑、10加仑、25加仑、50加仑、75加仑、100加仑、250加仑、500加仑、750加仑、1,000加仑、2,000加仑、3,000加仑、4,000加仑、5,000加仑、5,500加仑、6,000加仑、7,000加仑、8,000加仑、9,000加仑、10,000加仑、15,000加仑、25,000加仑、50,000加仑、100,000加仑、150,000加仑、200,000加仑、1,000立方米、5,000立方米、10,000立方米、50,000立方米、100,000立方米、500,000立方米、1,000,000立方米、1,500,000立方米、2,000,000立方米、2,500,000立方米或3,000,000立方米的容积。在某些实施方式中，该罐具有至少约1加仑至约200,000加仑的容积。在某些实施方式中，该罐具有至少约1加仑的容积。在某些实施方式中，该罐具有至少至多约200,000加仑的容积。在某些实施方式中，该罐具有至少约1加仑至约5加仑、约1加仑至约10加仑、约1加仑至约25加仑、约1加仑至约50加仑、约1加仑至约100加仑、约1加仑至约250加仑、约1加仑至约500加仑、约1加仑至约1,000加仑、约1加仑至约10,000加仑、约1加仑至约100,000加仑、约1加仑至约200,000加仑、约5加仑至约10加仑、约5加仑至约25加仑、约5加仑至约50加仑、约5加仑至约100加仑、约5加仑至约250加仑、约5加仑至约500加仑、约5加仑至约1,000加仑、约5加仑至约10,000加仑、约5加仑至约100,000加仑、约5加仑至约200,000加仑、约10加仑至约25加仑、约10加仑至约50加仑、约10加仑至约100加仑、约10加仑至约250加仑、约10加仑至约500加仑、约10加仑至约1,000加仑、约10加仑至约10,000加仑、约10加仑至约100,000加仑、约10加仑至约200,000加仑、约25加仑至约50加仑、约25加仑至约100加仑、约25加仑至约250加仑、约25加仑至约500加仑、约25加仑至约1,000加仑、约25加仑至约10,000加仑、约25加仑至约100,000加仑、约25加仑至约200,000加仑、约50加仑至约100加仑、约50加仑至约250加仑、约50加仑至约500加仑、约50加仑至约1,000加仑、约50加仑至约10,000加仑、约50加仑至约100,000加仑、约50加仑至约200,000加仑、约100加仑至约250加仑、约100加仑至约500加仑、约100加仑至约1,000加仑、约100加仑至约10,000加仑、约100加仑至约100,000加仑、约100加仑至约200,000加仑、约250加仑至约500加仑、约250加仑至约1,000加仑、约250加仑至约10,000加仑、约250加仑至约100,000加仑、约250加仑至约200,000加仑、约500加仑至约1,000加仑、约500加仑至约10,000加仑、约500加仑至约100,000加仑、约500加仑至约200,000加仑、约1,000加仑至约10,000加仑、约1,000加仑至约100,000加仑、约1,000加仑至约200,000加仑、约10,000加仑至约100,000加仑、约10,000加仑至约200,000加仑或约100,000加仑至约200,000加仑的容积。在某些实施方式中，该罐容纳或含有液体、固体(例如，冰)或其组合。在某些实施方式中，该罐含有至少约1磅(lb)、25lb、50lb、75lb、100lb、150lb、200lb、100千克(kg)、250kg、500kg、750kg、1吨(t)、5t、10t、25t、50t、100t、250t、500t、750t、1千吨(kt)、2kt、5kt、10kt、20kt、50kt、100kt、200kt、500kt、1百万吨(Mt)、1.5Mt、2Mt、2.5Mt或3Mt的固体(例如，冰)或固-液混合物。在一个实例中，该罐具有至少约100加仑的容积。在某些实施方式中，100加仑的罐为小于约22英寸宽(包括框架)且约2英尺深。在某些实施方式中，该罐包含流体。在某些实施方式中，该流体包含含碳组合物。在某些实施方式中，该罐容纳或含有至少约100加仑的液体、至少约150磅的冰，或者液体和/与至少约150磅的冰。在某些实施方式中，该液体包括水。在某些实施方式中，该罐包括至少一个入口和/或至少一个出口。在某些实施方式中，该入口和出口包括凸(male)铁管大小(IPS)螺纹。
在某些实施方式中，第一容器101与第二容器102流体连通。在某些实施方式中，第一容器包括阀(例如，蝶形阀)113，该阀可以打开、关闭或可调节地调控以允许流体从第一容器传递到第二容器。例如，在某些实施方式中，混合器缸包括安装成与混合器缸基本上齐平的蝶形阀，其中混合器(例如，混合器缸)经由蝶形阀与罐流体连通。在某些实施方式中，蝶形阀(或具有类似功能的另一类型的阀)具有保护涂层(例如，基于聚四氟乙烯(PTFE)的涂层，或乙烯和三氟氯乙烯的共聚物，例如能够抵挡高达约800°F的温度的ECTFE涂层)。
在某些实施方式中，第二容器包括一个或多个阀(例如，入口阀和/或出口阀)。例如，在某些实施方式中，第二容器包括用于将产物(例如，氧化石墨)排放到另一罐中以供进一步精制的出口。在图1的实例中，第二容器包括排放系统(或排放区域)117。该排放系统包括排放阀118。
在某些实施方式中，混合器103安装在罐的顶部。在某些实施方式中，所述系统(例如，混合器)包括将罐搅拌器110机械耦合至混合器103的轴杆。在某些实施方式中，该轴杆包括驱动轴杆。在某些实施方式中，罐搅拌器在驱动轴杆离开混合器的前附件的情况下被驱动。在某些实施方式中，混合器由电源(例如，110VAC)供电。在某些实施方式中，耦合至混合器的电源可向系统的所有组件供电。在某些实施方式中，该系统包括混合器与罐搅拌器之间的传动装置。在某些实施方式中，该传动装置被配置成停止、启动和/或调控罐搅拌器。在某些实施方式中，混合器和罐搅拌器经由一个或多个齿轮(例如，直角齿轮)114耦合。在某些实施方式中，混合器和罐搅拌器通过齿轮箱耦合。或者，在某些实施方式中，该系统包括单独的马达，该马达被配置成停止、启动和/或调控罐搅拌器。在某些实施方式中，单独的马达由与混合器相同的电源供电。在某些实施方式中，单独的马达不由与混合器相同的电源供电(例如，提供附加电源)。
在某些实施方式中，以大于或等于约20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、205、210、215、220、225、230、235、240、245或250转/分钟(rpm)的功率/频率驱动罐搅拌器。在某些实施方式中，以约20rpm至约300rpm的功率/频率驱动罐搅拌器。在某些实施方式中，以至少约20rpm的功率/频率驱动罐搅拌器。在某些实施方式中，以至多约300rpm的功率/频率驱动罐搅拌器。在某些实施方式中，以约20rpm至约60rpm、约20rpm至约100rpm、约20rpm至约150rpm、约20rpm至约200rpm、约20rpm至约250rpm、约20rpm至约300rpm、约60rpm至约100rpm、约60rpm至约150rpm、约60rpm至约200rpm、约60rpm至约250rpm、约60rpm至约300rpm、约100rpm至约150rpm、约100rpm至约200rpm、约100rpm至约250rpm、约100rpm至约300rpm、约150rpm至约200rpm、约150rpm至约250rpm、约150rpm至约300rpm、约200rpm至约250rpm、约200rpm至约300rpm或约250rpm至约300rpm的功率/频率驱动罐搅拌器。在一个实例中，以至少约60、100、200转/分钟的功率/频率驱动罐搅拌器。
在某些实施方式中，通过非机械手段(例如，用气体注射、旋转转筒、磁力搅动棒或其他手段)实现混合(例如，在混合器中和/或在罐中)。在一些实施方式中，系统100包括过滤器(未示出)。例如，在某些实施方式中，所述罐耦合(例如，经由与排放阀118流体连通的隔膜泵)至过滤器，该过滤器被配置成分离或净化罐混合物的一个或多个组分。在某些实施方式中，该过滤器允许例如分离终产物(例如，氧化形式的含碳组合物)、沉积物和/或其他组分(例如，水流出物(water runoff))。例如，在某些实施方式中，剩余物在单独的容器中中和，其中过滤器被配置成容纳或含有沉积物和/或水流出物。在某些实施方式中，过滤器去除一种或多种酸和/或盐，以使罐混合物(例如，包含氧化形式的含碳组合物的罐混合物，例如氧化形式的石墨如GO)成为中性状态和/或减少罐混合物。在某些实施方式中，过滤器包括一种或多种类型的过滤器(例如，用于去除酸、去除盐、缩减和/或其他过滤或处理目的)。例如，在某些实施方式中，过滤器(例如，用于本文其他地方更详细描述的第一反应的过滤器)去掉酸和盐，以使罐混合物成为中性状态，和/或使用单个过滤器或两个或更多个不同类型的过滤器减少罐混合物(例如，通过第一过滤器进行过滤/去除，并且通过第二过滤器进行缩减，或者两个过滤器均进行过滤/去除并减少到相同或不同的程度)。
在某些实施方式中，系统100的至少一部分是可移动的。在某些实施方式中，混合器103耦合至罐102，其中罐102配置有脚轮116。在某些实施方式中，混合器配置在滑动件上，使得它可以相对于罐移动。例如，在某些实施方式中，混合器滑动和/或以其他方式向后移动以便于清洁罐。在某些实施方式中，混合器缸被配置成可与混合器的其余部分一起或分别移动(例如，滑动)。
在某些实施方式中，所述混合器缸、罐或两者含有感兴趣的组合物(例如，待转化成氧化形式的含碳组合物)。在某些实施方式中，该组合物包含在混合器缸、罐或两者中。在一些实施方式中，该组合物首先包含在混合器缸中，随后转移至罐。在某些实施方式中，该罐包含反应物、稀释剂和/或温度调节浴(例如，在固定温度下经历相变的混合物)。在一些实施方式中，混合器缸和罐的内容物相互作用(例如，通过热传递)但不合并或混合。在某些实施方式中，混合器缸和罐的内容物在合并或混合时彼此反应。在某些实施方式中，混合器缸和罐的内容物在合并或混合时彼此不反应(例如，内容物混合但不反应)。在某些实施方式中，该反应包括但不限于氧化还原反应。在某些实施方式中，将其他流体引入混合器缸和/或罐中(例如，将气态反应物添加至混合器缸和/或罐中)。在某些实施方式中，系统100被配置成能够进行气-固、气-液、固-液、气-气、液-液和/或固-固混合和/或反应。在某些实施方式中，这样的混合和/或反应在混合器缸、罐、混合器缸和罐中，和/或通过将混合器缸的内容物与罐的内容物合并而进行。
在一个实例中，所述含碳组合物包含石墨，并且所述氧化形式的含碳组合物包含氧化石墨或氧化石墨烯。罐的内容物维持在约0℃的温度，并且混合器缸的内容物维持在低于约15℃的温度。在某些实施方式中，混合器缸的内容物混合和/或反应(例如，如本文其他地方所述)。在某些实施方式中，罐的内容物混合和/或反应(例如，如本文其他地方所述)。在某些实施方式中，混合器缸和罐的内容物彼此混合和/或反应(例如，如本文其他地方所述)。
图2是包括两个容器的另一系统200的示意图。在某些实施方式中，使用系统200进行第一反应(例如，对含碳组合物进行氧化)。在某些实施方式中，使用该系统进行第二反应(例如，对含碳组合物进行还原)。在某些实施方式中，该系统包括第一容器(例如，反应室和/或混合器缸)201和第二容器(例如，罐)202。在某些实施方式中，使用对照209操作的并包括具有轴杆205和桨、叶片或其他搅动器206的混合器搅拌器204的混合器203搅拌或混合第一容器201的内容物。在某些实施方式中，该混合器安装至罐(例如，安装至罐的顶部)。在某些实施方式中，混合器缸201经由蝶形阀213与罐202流体连通(例如，在具有100加仑罐的系统中，混合器缸包括安装成与缸齐平的3英寸蝶阀)。在某些实施方式中，混合器缸通过夹持器、撑杆或托架223保持到位。在某些实施方式中，混合器包括耦合至一个或多个罐搅拌器(例如，100加仑罐搅拌器)的轴杆。在某些实施方式中，混合器经由传动装置(例如，齿轮或齿轮箱)214机械耦合至罐搅拌器210。在某些实施方式中，该传动装置成一列以停止、启动和/或调控罐搅拌器。在某些实施方式中，罐搅拌器包含轴杆211和一个或多个搅拌器叶片212。在一些实施方式中，混合器包括轴杆211的至少一部分。在某些实施方式中，罐搅拌器被驱动离开混合器。在某些实施方式中，罐搅拌器与驱动轴杆一起被驱动离开混合器(例如，离开混合器的前附件)。在某些实施方式中，罐搅拌器(例如，100加仑罐的罐搅拌器)包括例如2排各4个叶片，其具有距罐202的所有侧面和底部至少约1/2英寸的间隙。在某些实施方式中，罐搅拌器的顶部叶片距离罐的顶部至少约6英寸，并且距离罐的侧面至少约1/2英寸。在某些实施方式中，安置在罐底部的稳定器托架223被配置成机械地支撑或稳定罐搅拌器。
在某些实施方式中，罐202包括一个或多个出口(例如，出水口)219。在某些实施方式中，出口(例如，排放器(drain))219(例如，在一些实施方式中为单个出口)使罐排放(例如，从罐排放罐混合物和/或水)。在某些实施方式中，出口219排入过滤器或过滤器系统221中。在一些实施方式中，该罐包括两个出口(例如，100加仑罐可包括两个1.5英寸的出口)：罐的中心端的顶部的第一出口和底部的第二出口。在某些实施方式中，第一(顶部)出口在罐顶部的约1英寸内，其中第二(底部)出口基本上与罐的底部齐平。在某些实施方式中，罐202包括一个或多个入口(例如，入水口)220。在某些实施方式中，入口220向罐内填充或添加内容物。在一些实施方式中，该罐包括两个入口(例如，100加仑罐包括两个1英寸的入口)：罐的顶部的第一入口(未示出)和罐背面的底部左边缘的第二入口。在某些实施方式中，这样的入口和/或出口包括阀。例如，在某些实施方式中，出口219包括排放阀。在一些实施方式中，不使用或包括一个或多个入口和/或出口(例如，参见图1)。例如，在某些实施方式中，不需要顶部排放孔，并且仅提供底部排放孔，和/或不提供入口。
在某些实施方式中，所述罐包括(或耦合至)过滤器或过滤器系统221。在某些实施方式中，该过滤器系统(例如，属于/耦合至100加仑罐的过滤器系统)为(或包括具有以下尺寸的过滤器主体)约16英寸宽，矮边约8英寸高，高边约14英寸高。在某些实施方式中，该过滤器系统包括过滤罐。在某些实施方式中，该过滤器系统包括出口。在某些实施方式中，过滤器的出口包括阀222。在某些实施方式中，该出口(例如，在属于/耦合至100加仑罐的过滤器系统中，为2英寸的出口)与过滤罐的底部至少部分地或基本上齐平(例如，尽可能齐平)。在某些实施方式中，该过滤器系统被配置成容纳或含有给定量的沉积物和/或流出物(例如，取决于系统大小，至少约13加仑、20加仑、30加仑、35加仑、50加仑、100加仑、150加仑、200加仑、250加仑、300加仑、350加仑、400加仑、450加仑、500加仑、550加仑、600加仑、700加仑、800加仑、900加仑、1,000加仑、2,000加仑、3,000加仑、4,000加仑、5,000加仑、10,000加仑、50,000加仑、100,000加仑、250,000加仑、500,000加仑、750,000加仑、1,000,000加仑或1,500,000加仑的沉积物和/或流出物)。例如，在某些实施方式中，属于/耦合至100加仑罐的过滤器系统被配置成容纳或包含至少约13加仑的沉积物、至少约13加仑的沉积物和水流出物、至少约20加仑的沉积物和水流出物、总共至少约20加仑、至少约25加仑的沉积物和水流出物、总共至少约25加仑、至少约30加仑的沉积物和水流出物、总共至少约30加仑、至少约35加仑的沉积物和水流出物、总共至少约35加仑、约25加仑至30加仑的沉积物和水流出物(例如，对于单层GO)、总共约25加仑至30加仑(例如，对于单层GO)、约30加仑至35加仑的沉积物和水流出物(例如，对于多层GO)、总共约30加仑至35加仑(例如，对于多层GO)、约20加仑至35加仑的沉积物和水流出物和/或总共约20加仑至35加仑。在一些实施方式中，过滤器包括分布在过滤罐侧面顶部下方(例如，在属于/耦合至100加仑罐的过滤器系统中，相隔约1英寸)的挡板(未示出)。在某些实施方式中，挡板分布在过滤罐或过滤器系统中、横贯和/或沿着过滤罐或过滤器系统分布(例如，在属于/耦合至100加仑罐的过滤器系统中，可以至少每10英寸设置挡板)。在某些实施方式中，挡板包括至少1、2、3、4、6、8、10个或更多个(例如，至少3个)通道以使过滤器滑入。在某些实施方式中，挡板(例如，1微米筛挡板)包括轮叶或面板，该轮叶或面板被配置成引导和/或阻碍过滤器中的流体(例如，固-液混合物)的流动。在某些实施方式中，挡板相对于过滤器具有给定的取向(例如，挡板相对于过滤器主体的一个或多个侧面或表面具有垂直或其他取向)。在某些实施方式中，所述过滤器系统被配置成接纳具有矩形框架的单个过滤器，其中过滤材料介质环绕该矩形框架。在某些实施方式中，将单个过滤器插入足够宽的框架通道中以适配该框架和过滤器(例如，框架通道足够宽，以适配该框架和过滤器)。在某些实施方式中，单个过滤器和/或过滤器系统(例如，过滤器主体的尺寸)被配置成增加或最大化表面积。在一些实施方式中，过滤器不含任何挡板(例如，参见图1)。
图3A-图3B示出了罐搅拌器310(例如，图1中的罐搅拌器112)和相关组件的示意图。在某些实施方式中，图3A中的罐搅拌器310包括直角齿轮箱314。在某些实施方式中，该齿轮箱是环氧树脂涂覆的(或包括另一类型的保护涂层)。在某些实施方式中，齿轮箱314还包括(或耦合至)具有对准孔325的角锥324。连接螺栓(例如，不锈钢(SS)连接螺栓)326将齿轮箱耦合至罐搅拌器的轴杆311。在某些实施方式中，搅拌器310包括搅拌器叶片312。在某些实施方式中，轴杆311、叶片312和/或罐搅拌器310的其他部分具有保护涂层。在一个实例中，在某些实施方式中，在包含100加仑冰浴(包含例如至少约150磅冰)的罐中，罐搅拌器从齿轮箱314延伸约47英寸并且具有约1英寸的轴杆直径。在某些实施方式中，搅拌器叶片312耦合(例如，焊接)至轴杆。在某些实施方式中，一个或多个衬套(例如，尼龙衬套)327将轴杆保持在罐的至少一部分(例如，保持在罐的下部)。在某些实施方式中，借助于所述一个或多个衬套将来自混合器的轴杆在罐内保持稳定(例如，衬套将轴杆支撑在罐的一侧)。
在某些实施方式中，使用一个或多个紧固构件328将罐搅拌器310耦合至罐(例如，图1中的罐102)。在某些实施方式中，紧固构件328包括衬套托架329和一个或多个罐安装座330。图3B中示出了紧固构件328的侧视图(上)和紧固构件328的俯视图(中)。在某些实施方式中，衬套330耦合至衬套托架329。在某些实施方式中，衬套包括顶部和底部凸缘331。图3B中示出了衬套330的侧视图(左下)和衬套330的俯视图(右下)。在一个实例中，在某些实施方式中，在包含100加仑冰浴(包含例如至少约150磅冰)的罐中，紧固构件具有约22英寸的长度，并且罐的安装座为3英寸宽。在某些实施方式中，衬套330为约3英寸高，且具有约2英寸的直径。在某些实施方式中，该衬套包括直径约为2.5英寸的轴杆孔332。在某些实施方式中，衬套支架329和/或紧固构件328的其他组件包括保护涂层(例如，ECTFE，乙烯和三氟氯乙烯的共聚物)。
图4示出了混合器缸401(例如，图1中的混合器缸101)和相关组件的示意图。混合器缸包括反应室。在某些实施方式中，图4中的一个或多个组件(例如，所有部件)包含保护涂层。在某些实施方式中，该涂层保护组件免受存在于混合缸中和周围的硫酸雾的影响。图4在右侧示出了混合器缸401和耦合至混合器缸的阀(例如，蝶形阀)413的分解侧视图。在某些实施方式中，混合器缸耦合至凸缘436。在某些实施方式中，凸缘436耦合至蝶形阀413。在某些实施方式中，使用混合器缸安装托架333将混合器缸安装至混合器或另一固定装置。在某些实施方式中，混合器缸是温度调节的。例如，在某些实施方式中，混合器缸由一个或多个冷却管或盘管例如第一冷却管434和第二冷却管435冷却或以其他方式调节。在某些实施方式中，该冷却管或盘管是铜冷却管或盘管，或者由适合于传递热量的另一材料制成。在某些实施方式中，热传递或冷却流体在冷却管中循环。在一些实施方式中，混合器缸的不同部件由不同的冷却管冷却。例如，在某些实施方式中，混合器缸的顶部和底部独立地冷却。在某些实施方式中，冷却管设置在例如混合器缸的外侧。在某些实施方式中，作为冷却管的补充或替代，实施其他形式的温度调节，包括例如对流加热或冷却。
继续参考图4，凸缘436的俯视图和仰视图分别示于左上和左下。在某些实施方式中，使用室安装座438将混合器缸紧固到凸缘(和/或紧固到固定装置，例如混合器)。在某些实施方式中，使用螺栓孔437将凸缘紧固到混合器和/或另一固定装置。
在一个实例中，混合器缸401包括20夸脱(5加仑)的反应室。混合器缸与具有约6英寸直径(或宽度)的21/2英寸蝶形阀413流体连通。将至少约95英尺的3/8英寸铜冷却管缠绕在混合缸周围(例如，分成两个或更多个部分434、435)。凸缘436通过穿过1/2英寸螺栓孔437的螺栓附接。在某些实施方式中，在包括罐的系统中使用这样的混合器缸和反应室，该罐包含100加仑的冰浴(包含例如至少约150磅的冰)。
图5A-图5B示出了罐502(例如，图1中的罐102)和相关组件的示意图。在某些实施方式中，该罐包括顶部(例如，有机玻璃(plexiglass)顶部)540(图5A中左上)。在某些实施方式中，有机玻璃顶部包含一个或多个部件。在某些实施方式中，提供冰螺旋钻轴杆孔541(例如，在两个单独的部件之间)。在某些实施方式中，磁条542耦合至有机玻璃顶部(例如，为了易于关闭罐)。在某些实施方式中，该罐还包括底部543(图5A中右上)。在某些实施方式中，该底部由例如金属或其他合适的材料形成。在某些实施方式中，该底部包括冰螺旋钻托架安装座544。在某些实施方式中，该罐还包括混合器安装板545(图5A在底部示出了俯视图和侧视图)。在某些实施方式中，混合器安装板放置在罐的顶部。在某些实施方式中，混合器安装板包括混合器与之附接的混合器螺栓孔5466。在某些实施方式中，使用混合器夹板547防止混合器与螺栓一起移动。
图5B示出了罐502沿方向y1(上)和y2(下)的侧视图。在某些实施方式中，该罐被定位在脚轮516上。在某些实施方式中，该罐包括排放区域548。在某些实施方式中，该罐通过连接到90°母铁管(fip)550的配件549排放。在某些实施方式中，90°母铁管550经由接头551连接到排放阀(例如，耐酸球阀)518。
在一个实例中，100加仑罐502(例如，含有包含例如至少约150磅冰的100加仑冰浴的100加仑冰罐)包括有机玻璃顶部540。在某些实施方式中，有机玻璃顶部540包括具有约213/4英寸的宽度和约231/2英寸的长度的第一部分，以及具有约213/4英寸的宽度和约53/4英寸的长度的第二部分(图5A中左上)。在某些实施方式中，该罐还包括具有约213/4英寸的宽度和约46英寸的长度的底部543(图5A中右上)。在某些实施方式中，混合器安装板545具有约213/4英寸的宽度和约16英寸的长度，切口延伸到板中约9英寸(图5A中下方)。在某些实施方式中，该罐为约22英寸宽(图5B中上方)和约46英寸长(图5B中下方)。在某些实施方式中，该罐为约26英寸深。在某些实施方式中，罐的底部为地面上方约91/2英寸。在某些实施方式中，通过连接到11/2英寸90°母铁管550、11/2x闭合接头551和排放阀518的11/2英寸公铁管(mip)配件549使罐排放。
在某些实施方式中，用于进行反应的系统(例如，第一反应系统或设备)包括一个或多个子系统或部分。在一些实施方式中，第一反应系统(例如，用于对含碳组合物例如石墨原料进行氧化的系统)包括可扩展反应器，如图44中所示。在某些实施方式中，每个这样的子系统或部分包括一个或多个组件，诸如混合器、搅拌器、容器、冷却系统或其他组件(例如，如图1-图3中所述)。在某些实施方式中，第一反应系统包括这样的子系统或部分的任何组件。在某些实施方式中，这样的组件被组织在前述子系统或部分中。在某些实施方式中，这样的组件不被组织在前述子系统或部分中。此外，在某些实施方式中，给定子系统或部分的任何组件作为不同子系统或部分的一部分(例如，前述子系统或部分的组件在不同的子系统或部分中重新组织)提供、被代替或省略。表1中提供了子系统/部分、组件和组件数量的实例。在某些实施方式中，这样的组件被组织在前述子系统或部分中。关于第一反应系统描述的本公开内容的方面至少在一些配置中同样适用于本文的第二反应系统或其他系统。考虑到本公开内容，本领域技术人员将会理解，可用于构造和制造本文所述装置和系统的某些材料可从商业来源获得。
表1
在某些实施方式中，反应系统(例如，第一反应系统，例如图44中所示的可扩展反应器)包括提升滑架(图71A-图71B)、第一反应框架焊接件(图68A-图68C)、罐混合器桨(图74)、第一反应框架搁架(图76A-图76B)和第一反作用桨组装件(图77A-图77B)中的一个或多个元件。
在某些实施方式中，提升滑架包括提升滑架撑杆7101、提升滑架焊接件7102、间隔件7103、提升滑架滑板7104、无螺纹间隔件7105、氯丁橡胶滚柱7106、六角头帽螺钉7107和7114、Phillips机械螺钉7108、锁紧螺母7109和7110以及平垫圈7111、7112和7113中的一个或多个元件。图48中示出了提升滑架滑板7104。在某些实施方式中，提升滑架滑板具有高度4804、宽度4805和深度4806。在一个示例性实施方式中，提升滑架滑板具有约8.00英寸的高度4804、约1.75英寸的宽度4805和约0.375英寸的深度4806。在某些实施方式中，提升滑架滑板包括一个或多个孔。例如，在某些实施方式中，提升滑架滑板包括第一孔4801、第二孔4802和第三孔4803。在某些实施方式中，孔具有圆形形状。图48中示出了提升滑架滑板的此类元件的大小、尺寸和/或安装的实例。在某些实施方式中，使用不同大小和/或尺寸的其他合适的元件和/或材料。
在某些实施方式中，第一反应框架焊接件包括不锈钢外壳6811、不锈钢片6808和6809，以及不锈钢管6801、6802、6803、6804、6805、6806、6807和6810。图68A-图68C中示出了第一反应框架焊接件的此类元件的大小、尺寸和/或安装的实例。在某些实施方式中，使用不同大小和/或尺寸的其他合适的元件和/或材料。
在某些实施方式中，罐混合器桨包括混合器轴杆7401、罐混合器加强件7402和罐混合器叶片7403中的一个或多个元件。在某些实施方式中，罐混合器桨是混合器或混合器系统的一部分。在某些实施方式中，罐混合器桨包括由不锈钢制成的元件。图74中示出了罐混合器桨的此类元件的大小、尺寸和/或安装的实例。在某些实施方式中，使用不同大小和/或尺寸的其他合适的元件和/或材料。
在某些实施方式中，第一反应框架搁架包括不锈钢板7607和7608，以及不锈钢管7601、7602、7603、7604、7605和7606。在某些实施方式中，第一反应框架搁架包括由不锈钢制成的元件。图76A-图76B和表1中示出了第一反应框架搁架的此类元件的大小、尺寸和/或安装的实例。在某些实施方式中，使用不同大小和/或尺寸的其他合适的元件和/或材料。
在某些实施方式中，第一反应桨组装件包括第一反应混合器叶片7711(参见例如图60)、第一反应刮刀片安装座7710(参见例如图61)、第一反应刮刀片轴杆7709(参见例如图62)、第一反应刮刀片夹持器7706(参见例如图63)、第一反应桨轴杆7713(参见例如图64)、第一反应桨帽7703(图65)、第一反应混合器驱动轴杆(参见例如图66)、第一反应刮刀片7702、反应缸(例如，反应容器)7712和第一反应桨停止件7707(参见例如图67)中的一个或多个元件。在某些实施方式中，附加组件包括帽螺钉7704、扭力弹簧7701和HDPE衬套(7705、7708)。图77A示出了桨组装件的分解图，图示了其各个组件的关系。在某些实施方式中，桨组装件被配置成允许反应缸抬升和/或下降。在某些实施方式中，桨组装件被配置成抬升和/或下降反应缸。在某些实施方式中，桨组装件被配置成允许反应混合器叶片抬升和/或下降。在某些实施方式中，桨组装件被配置成抬升和/或下降反应混合器叶片。在某些实施方式中，反应混合器叶片下降到反应缸中或抬升离开反应缸。在某些实施方式中，反应缸远离反应混合器叶片下降或朝向反应混合器叶片抬升。在某些实施方式中，反应混合器叶片7711机械耦合至刮刀片7702。在某些实施方式中，刮刀片被配置成与反应缸7712的侧面接合。在某些实施方式中，刮刀片被配置成在缸朝向反应混合器叶片抬升时与反应缸接合(例如，如图77B中所示)。在某些实施方式中，刮刀片夹持器7706被配置成将刮刀片保持在相对于刮刀片所接合的缸的表面成一定角度。在某些实施方式中，刮刀片相对于缸状物的表面保持一定角度，使得搅拌器的操作允许刮刀片刮掉粘附在缸上的材料，同时还将材料沿缸推下。在某些实施方式中，刮刀片包括在混合器缸抬升时与缸接合的锥形物(参见图77B)。在某些实施方式中，当第一反应桨组装件运行时，反应混合器叶片绕驱动轴杆旋转。在某些实施方式中，旋转反应混合器叶片混合含碳组合物(例如，用于第一或第二反应)。在某些实施方式中，当含碳组合物混合时，碎屑和其他成分粘附在反应缸的侧面。因此，在某些实施方式中，桨组装件包括刮刀片，该刮刀片被配置成刮掉在反应缸的侧面上堆积过高的材料。在某些实施方式中，第一反应桨组装件包括由不锈钢制成的元件。图77A-图77B中示出了第一反应桨组装件的此类元件的大小、尺寸和/或安装的实例。在某些实施方式中，使用不同大小和/或尺寸的其他合适的元件和/或材料。
在某些实施方式中，第一反应系统包括提升滑架滑板(图48)、缸提升锁定间隔件(图49)、提升马达安装板(图50)、提升弯头间隔板(图51)、混合器传感器托架(图52)、罐马达安装座(图53)、混合器扭矩托架(图54)、混合器喷杆(图55)、罐混合器轴杆(图56)、罐搅拌器叶片(图57)、缸安装板(图58)、滑架开关安装板(图59)、第一反应混合器(图60)、第一反应刮刀片安装座(图61)、第一反应刮刀片轴杆(图62-图63)、第一反应桨轴杆(图64)、第一反应桨帽(图65)、第一反应混合器驱动轴杆(图66)和第一反应桨停止件(图67)中的一个或多个元件。在某些实施方式中，反应系统包括提升滑架焊接件(图69A-图69B)、提升滑架撑杆(图70)、提升滑架(图71A-图71B)、第一反应顶板(图72)、混合器马达安装座(图73)、罐混合器桨(图74-图75)、第一反应框架搁架(图76A-图76B)和第一反应桨组装件(图77A-图77B)中的一个或多个元件。
在某些实施方式中，图49中示出了多种缸提升锁定间隔件。在某些实施方式中，第一间隔件4901具有约0.700英寸的长度。在某些实施方式中，第二间隔件4902具有约3.031英寸的长度。在某些实施方式中，第三间隔件4903具有约2.063英寸的长度。在某些实施方式中，第四间隔件4904具有约0.900英寸的长度。在某些实施方式中，每个间隔件具有内径4905和外径4906。在某些实施方式中，第一间隔件4901具有约0.38英寸的内径和约0.75英寸的外径。在某些实施方式中，第二间隔件4902具有约0.53英寸的内径和约1.00英寸的外径。在某些实施方式中，第三间隔件4903具有约0.53英寸的内径和约1.00英寸的外径。在某些实施方式中，第四间隔件4904具有约0.53英寸的内径和约1.00英寸的外径。
图50中示出了提升马达安装板。在某些实施方式中，提升马达安装板具有高度5003、宽度5004和深度5005。在某些实施方式中，提升马达安装板具有约8.50英寸的高度5003、约8.00英寸的宽度5004和约0.25英寸的深度5005。在某些实施方式中，提升马达安装板包括一个或多个内孔5001和一个或多个外孔5002。在某些实施方式中，提升马达安装板包括四个内孔5001和四个外孔5002。在某些实施方式中，内孔5001定位成其中心位于距离具有约8.50英寸的高度5003的提升马达安装板的顶侧或底侧约2.38英寸，且距离相对侧约6.13英寸处。在某些实施方式中，内孔5001定位成其中心位于距离具有约8.00英寸的宽度5004的提升马达安装板的左侧或右侧约2.84英寸，且距离相对侧约5.16英寸处。在某些实施方式中，外孔5002定位成其中心位于距离具有约8.50英寸高度5003的提升马达安装板的顶侧或底侧约0.75英寸，且距离相对侧约7.75英寸处。在某些实施方式中，外孔5002定位成其中心位于距离具有约8.00英寸的宽度5004的提升马达安装板的左侧或右侧约0.50英寸，且距离相对侧约7.50英寸处。在某些实施方式中，孔(5001和/或5002)具有约0.75英寸的长度(较长边)和约0.28英寸的宽度(较短边)。
图51中示出了多种提升弯头间隔板。在某些实施方式中，反应系统包括第一提升弯头间隔板5104、第二提升弯头间隔板5105和第三提升弯头间隔板5106。在某些实施方式中，第一提升弯头间隔板5104和第二提升弯头间隔板5105彼此为镜像。第一和/或第二提升弯头间隔板5104和5105的侧视图5101图示了一个或多个圆形孔(5111、5112、5113)的半径5109和深度5123。在某些实施方式中，第一或第二提升弯头间隔板5102的前视图示出高度5110、宽度5116和深度5117。在某些实施方式中，第一或第二提升弯头间隔板5102具有约7.00英寸的高度5110、约3.50英寸的宽度5116和约0.88英寸的深度5117(侧视图5103中)。在某些实施方式中，第一或第二提升弯头间隔板5102包括第一圆形孔5111、第二圆形孔5112和第三圆形孔5113。在某些实施方式中，第一或第二提升弯头间隔板包括一个或多个圆角矩形孔。在某些实施方式中，第一或第二提升弯头间隔板包括第一圆角矩形孔5114和第二圆角矩形孔5115。图51中示出了第三提升弯头间隔板的透视图5106、前视图5107和侧视图5108。第三提升弯头隔板具有宽度5121和深度5122。在某些实施方式中，第三提升弯头间隔板具有约5.00英寸的宽度5121和约0.38英寸的深度5122。在某些实施方式中，第三提升弯头间隔板包括左孔5118、中间孔5119和右孔5120。
图52中示出了混合器传感器托架的侧视图5201、前视图5202、俯视图5203和透视图5204。在某些实施方式中，混合器传感器托架具有第一高度5208和第二高度5209。在某些实施方式中，第一高度5208为约2.13英寸。在某些实施方式中，第二高度5209为约2.50英寸。在某些实施方式中，混合器传感器托架具有第一深度5210和第二深度5211。在某些实施方式中，第一深度5210为约1.50英寸。在某些实施方式中，第二深度5211为约1.50英寸。在某些实施方式中，混合器传感器托架具有厚度5212。在某些实施方式中，厚度5212为约0.125英寸。在某些实施方式中，混合器传感器托架包括一个或多个孔。在某些实施方式中，混合器传感器托架包括第一孔5205、第二孔5206和第三孔5207。在某些实施方式中，第一孔具有约0.63英寸的宽度(短边)和约1.13英寸的高度(长边)。在某些实施方式中，第一孔被定位成其中心位于混合器传感器托架前视图5202的底侧上方约3.63英寸处。
图53中示出了罐马达安装座。在某些实施方式中，罐马达安装座包括马达安装板和支承板。图53示出了马达安装板的前视图5301、侧视图5302和透视图5303。图53示出了支承板的前视图5304、侧视图5305和透视图5306。在某些实施方式中，马达安装板具有约14.00英寸的高度5307、约14.00英寸的宽度5308和约0.25英寸的深度5302。在某些实施方式中，马达安装板包括中心孔5312。在某些实施方式中，中心孔5312定位成其中心位于距具有约14.00英寸的高度5308和宽度5308的马达安装板的每侧约7.00英寸处。在某些实施方式中，马达安装板包括一个或多个圆角矩形孔5311。在某些实施方式中，马达安装板包括四个圆角矩形孔5311。在某些实施方式中，马达安装座包括一个或多个圆形孔5313和5314。图53示出了支承板的前视图5304、侧视图5305和透视图5306。在某些实施方式中，支承板具有约12.00英寸的宽度5310、约12.00英寸的高度5309和约0.25英寸的深度5302。在某些实施方式中，支承板包括一个或多个圆角矩形孔5311。在某些实施方式中，支承板包括四个圆角矩形孔5311。在某些实施方式中，圆角矩形孔5311具有约0.75英寸的宽度(长边)和约0.50英寸的高度(短边)。
图54中示出了混合器扭矩托架的俯视图5401、侧视图5403和透视图5402。在某些实施方式中，混合器扭矩托架包括孔5404、5405和5406。在某些实施方式中，混合器扭矩托架具有第一宽度5407和第二宽度5408、深度5406和高度5409。在某些实施方式中，混合器扭矩托架具有约2.50英寸的第一宽度5407、约6.00英寸的第二宽度5408、约2.00英寸的深度5406和约3.75英寸的高度5409。
图55中示出了混合器喷杆。该混合器喷杆与透视图5503、第一端视图5502、第二端视图5501、第一侧视图5504、第二侧视图5505、第三侧视图5506、第四侧视图5507、第五侧视图5508和第六侧视图5509一同示出。在某些实施方式中，混合器喷杆具有长度5510。在某些实施方式中，混合器喷杆具有约6.00英寸的长度5510。每个侧视图均示出了孔、孔沿着混合器喷杆一侧的长度的位置以及孔相对于周围孔的位置。在某些实施方式中，混合器喷杆包括六个孔5504、5505、5506、5507、5508和5509，每个孔被定位在混合器喷杆的六个侧面中的一个上。在某些实施方式中，孔具有约0.56英寸的直径。在某些实施方式中，孔5504定位成其中心位于距混合器喷杆的第一端约2.00英寸的长度5513处。在某些实施方式中，孔5505定位成其中心位于距混合器喷杆的第一端约1.00英寸的长度5514处。在某些实施方式中，孔5506定位成其中心位于距混合器喷杆的第一端约5.00英寸的长度5515处。在某些实施方式中，孔5507定位成其中心位于距混合器喷杆的第一端约4.00英寸的长度5516处。在某些实施方式中，孔5508定位成其中心位于距混合器喷杆的第一端约3.00英寸的长度5512处。在某些实施方式中，孔5509定位成其中心位于距混合器喷杆的第一端约3.00英寸的长度5511处。
图56中示出了罐混合器轴杆。该罐混合器轴杆与端视图5601、侧视图5602和透视图5603一同示出。在某些实施方式中，罐混合器轴杆具有直径5604、第一长度5605、第二长度5606和第三长度5607。在某些实施方式中，罐混合器轴杆具有约1.250英寸的直径5604、约68.50英寸的第一长度5605、约5.00英寸的第二长度5606和约4.00英寸的第三长度5607。
图57中示出了罐混合器加强件。在某些实施方式中，罐混合器加强件具有第一组件，如前视图5701、侧视图5702和透视图5703所示。在某些实施方式中，第一组件具有约60.00英寸的长度5708。在某些实施方式中，第一组件包括具有约1.31英寸的直径的孔5707。在某些实施方式中，第一组件为约0.25英寸厚。在某些实施方式中，罐混合器加强件具有第二组件，如前视图5704、侧视图5705和透视图5706所示。在某些实施方式中，第二组件具有约32.00英寸的宽度5709、约4.0英寸的宽度5710、约3.00英寸的宽度5711、约12.00英寸的高度5714、约4.4英寸的高度5712和约3.00英寸的高度5713。在某些实施方式中，第二组件为约0.25英寸厚。
图58中示出了缸安装板的前视图5801、侧视图5802和透视图5803。在某些实施方式中，缸安装板包括一个或多个孔5806。在某些实施方式中，缸安装板包括两个孔5806。在某些实施方式中，这两个孔相距约4.00英寸(从每个孔的中心测量)。在某些实施方式中，孔5804具有约1.40英寸的宽度(长边)和约0.40英寸的高度(短边)。在某些实施方式中，缸安装板具有约12.0英寸的第一高度5805、约8.0英寸的第二高度5807和约5.84英寸的宽度5808。在某些实施方式中，缸安装板为约0.38英寸厚。
图59中示出了滑架开关安装板的前视图5901、侧视图5902和透视图5903。在某些实施方式中，滑架开关安装板包括一个或多个圆形孔5904和一个或多个圆角矩形孔5905。在某些实施方式中，圆形孔5904具有约0.33英寸的直径。在某些实施方式中，圆角矩形孔5905具有约0.201英寸的宽度(短边)和约1.20英寸的高度(长边)。在某些实施方式中，滑架开关安装板具有约3.00英寸的高度5906和约2.00英寸的宽度5907。
图60中示出了第一反应混合器叶片的前视图60和侧视图6002。在某些实施方式中，混合器叶片包括一个或多个圆角矩形孔6003和一个或多个圆形孔6004。在某些实施方式中，圆角矩形孔6003具有约0.53英寸的宽度(长边)和约0.31英寸的高度(短边)。在某些实施方式中，圆形孔6004具有约0.332英寸的直径。在某些实施方式中，混合器叶片具有约11.50英寸的高度6006和约19.00英寸的宽度6005。
图61中示出了第一反应刮刀片安装座的俯视图6101、前视图6102、侧视图6103和透视图6104。在某些实施方式中，刮刀片安装座包括孔6105。在某些实施方式中，孔6105具有约0.313英寸的直径。在某些实施方式中，刮刀片安装座包括一个或多个孔6106。在某些实施方式中，所述一个或多个孔6106具有约0.201英寸的内径和约0.266英寸的外径。在某些实施方式中，刮刀片安装座具有约1.50英寸的高度6108、约1.50英寸的宽度6109和约0.75英寸的深度6107。在某些实施方式中，刮刀片安装座包括具有约0.75英寸的高度6111、约1.50英寸的宽度6109和约0.26英寸的深度6110的开放空间。
图62中示出了第一反应刮刀片轴杆的前视图6202、后视图6201、第一透视图6205、第二透视图6206、俯视图6203和仰视图6204。在某些实施方式中，刮刀片轴杆包括开口6208。在某些实施方式中，开口6208具有约0.313英寸的直径和约0.97英寸的深度。在某些实施方式中，刮刀片轴杆包括开口6209。在某些实施方式中，开口6209具有约0.159英寸的直径和约0.47英寸的深度。在某些实施方式中，刮刀片轴杆具有约0.63英寸的直径6207。
图63中示出了第一反应刮刀片夹持器的俯视图6303、侧视图(6301、6305)、前视图6302、透视图6304、示出刮刀片夹持器上的凹口6306的后视图6307以及示出刮刀片夹持器的内部空间的侧视图6308。在某些实施方式中，刮刀片夹持器具有约6.25英寸的高度6309和约1.075英寸的直径6310。在某些实施方式中，刮刀片夹持器包括在轴杆一端的一个或多个开口6201。在某些实施方式中，开口6201具有约0.136英寸的直径。在某些实施方式中，刮刀片夹持器沿其长度包括一个或多个开口6311。在某些实施方式中，开口6311具有约0.159英寸的直径。
图64中示出了第一反应桨轴杆的横截面前视图6401、前视图6403、侧视图(6404、6402)、透视图6405、俯视图6406和仰视图6407。在某些实施方式中，反应桨轴杆包括沿其一侧具有约0.39英寸的直径的孔6408。在某些实施方式中，反应桨轴杆具有沿其一侧具有约0.266英寸的外径和约0.201英寸的内径的一个或多个孔6409。在某些实施方式中，反应桨轴杆具有约11.00英寸的高度6411和约0.980英寸的宽度6412。在某些实施方式中，反应桨轴杆具有约1.23英寸的顶部直径(参见俯视图6406)。在某些实施方式中，反应桨轴杆具有约1.00英寸的底部直径6410(参见仰视图6407)。
图65中示出了第一反应桨帽的俯视图6501、前透视图6502、后透视图6503、后视图6504、侧视图6505、前视图6506和横截面侧视图6507。在某些实施方式中，桨帽包括具有约0.177英寸的第一直径6509和约0.33英寸的第二直径6510的一个或多个开口6508。
图66中示出了第一反应混合器驱动轴杆的透视图6601、第一端视图6602、第二端视图6604和前视图6603。在某些实施方式中，混合器驱动轴杆具有约1.000英寸的直径。在某些实施方式中，混合器驱动轴杆具有约8.06英寸的长度6606。在某些实施方式中，混合器驱动轴杆的中心具有距轴杆的平坦部分约0.38英寸的距离6605。
图67中示出了第一反应桨停止件的俯视图6701、前透视图6702、后透视图6703、前视图6704、侧视图6705和后视图6706。在某些实施方式中，桨停止件包括一个或多个孔6707。在某些实施方式中，孔6707具有内径6708和外径6709。在某些实施方式中，内径6708为约0.201英寸，且外径6709为约0.39英寸。在某些实施方式中，桨停止件具有约2.50英寸的高度6710和约0.63英寸的宽度6605。
图68A中示出了第一反应框架焊接件的多个透视图。在某些实施方式中，框架焊接件包括如图68A-图68C中详细描述的各个组件。
图69A-图69B中示出了提升滑架焊接件的俯视图6901、前视图6902、仰视图6903、侧视图6906、前透视图6904和后透视图6905。在某些实施方式中，提升滑架焊接件的前板和后板分开约3.03英寸的距离6907。
图70中示出了提升滑架撑杆的透视图7001、前视图7004和侧视图7003和7005。在某些实施方式中，提升滑架撑杆包括一个或多个开口7006。在某些实施方式中，开口7006具有约0.31英寸的直径。在某些实施方式中，提升滑架撑杆具有约30.47英寸的长度7006和约3.81英寸的高度7007。在某些实施方式中，提升滑架撑杆包括高度7007为约3.81英寸的螺母板7002。在某些实施方式中，螺母板具有一个或多个开口7008。在某些实施方式中，开口7008具有约0.31英寸的直径。
图71A-图71B中示出了提升滑架，图71A中为透视图。在某些实施方式中，提升滑架包括如图71A中所示的组件。图71B中示出了提升滑架的俯视图7115、前视图7116、透视图7117和侧视图7118。
图72中示出了第一反应顶板的俯视图7208、侧视图7210、顶透视图7201和底透视图7209。在某些实施方式中，顶板包括如图72和表1中所示的组件。
图73中示出了混合器马达安装座的俯视横截面图7309、侧视图7310、顶透视图7311和底透视图7312。在某些实施方式中，混合器马达安装座包括如表1中所示的组件。在某些实施方式中，混合器马达安装座包括以下组件中的一个或多个：低碳钢管(7301、7302、7304、7305)、CNC切割件(CNC cut)(7306、7307)和低碳钢板7308。
图74中示出了罐混合器桨的前视图7404、侧视图7405和两个透视图7406和7407。在某些实施方式中，罐混合器桨包括混合器轴杆7401、罐混合器加强件7402和罐混合器叶片7403。在某些实施方式中，罐混合器加强件向罐混合器叶片提供支撑、强度和/或耐久性。
图75中示出了罐混合器桨的俯视图7501、前视图7502和7503以及前透视图7504。在某些实施方式中，罐混合器桨包括混合叶片，示出了俯视图7505、前视图7506和侧视图7507。在某些实施方式中，罐混合器桨包括混合轴杆7509，示出了俯视图7508。
本文的方法、装置和系统相对于用于制造、合成或处理材料的现有选择提供了显著的优点。在某些实施方式中，本文的方法、装置和系统能够实现材料的可放大、高容量的制造、合成或处理。例如，在某些实施方式中，本文描述的装置和系统包括包含罐、混合器和罐搅拌器的设备。在某些实施方式中，该罐包含含碳组合物(例如，石墨)。在某些实施方式中，混合器安装至罐。在某些实施方式中，混合器与罐流体连通。在某些实施方式中，罐搅拌器机械耦合至混合器。在某些实施方式中，罐搅拌器被配置成搅拌罐中的含碳组合物，从而以大于约例如1吨(公吨)/年(tpy)的速率形成氧化形式的含碳组合物(例如，氧化石墨)。在一些实施方式中，该设备以大于或等于约100克(g)/年、200g/年、500g/年、750g/年、1千克(kg)/年、10kg/年、25kg/年、50kg/年、75kg/年、0.1tpy、0.2tpy、0.3tpy、0.4tpy、0.5tpy、0.6tpy、0.7tpy、0.8tpy、0.9tpy、1tpy、2tpy、3tpy、4tpy、5tpy、10tpy、25tpy、50tpy、75tpy、100tpy、200tpy、500tpy、750tpy、1,000tpy(1ktpy)、2,000tpy、3,000tpy、4,000tpy、5,000tpy、6,000tpy、7,000tpy、8,000tpy、9,000tpy、10,000tpy或更高的速率形成氧化形式的含碳组合物。在某些实施方式中，使用该设备(例如，系统100)来批量制造、合成或处理(即，作为分批工艺运行)。在某些实施方式中，如本文其他地方更详细描述的，本文的方法、装置和系统是可扩展的。在一些实施方式中，该设备以大于或等于每批约1g、2g、4g、6g、8g、10g、25g、50g、75g、100g、250g、500g、750g、1kg、2kg、4kg、6kg、8kg、10kg、15kg、25kg、50kg、75kg、100kg、250kg、500kg、750kg、1吨(t)、2t、4t、6t、8t、10t、15t、25t、50t、75t、100t、250t、500t、750t或1,000t的速率形成氧化形式的含碳组合物。如本文所用，“批”是指使用本文所述的方法、设备或系统作为一组一起形成、产生、处理、过滤和/或生成的材料(例如，含碳组合物、氧化形式的含碳组合物、还原形式的含碳组合物、GO、rGO等)的量。在一个实例中，在反应容器中使用包括第一反应的过程产生一批GO，其中该批包括在第一反应中氧化的GO的量。在另一实例中，使用包括第一反应和第一过滤的过程产生一批GO，其中该批GO包括在第一反应中氧化并随后通过第一过滤进行过滤的GO的量。在另一实例中，使用包括第一反应、第一过滤、第二反应和第二过滤的过程产生一批rGO，其中该批rGO包括在第一反应中氧化、在第一过滤中过滤、在第二反应中还原并在第二过滤中过滤的量。在一个实例中，该设备在一天内形成氧化形式的含碳组合物的量对应于使用一次只能产生1克的设备的6个月生产量。
本发明的另一方面提供了用于制造(或合成)或处理材料的方法。在某些实施方式中，该方法用于制造氧化形式的含碳组合物。在某些实施方式中，使用本文的装置和系统(例如，图1-图5的装置和系统)进行这样的制造(例如，制造氧化形式的含碳组合物)。在某些实施方式中，氧化石墨由石墨合成。在某些实施方式中，氧化石墨包括溶液中的氧化石墨。在某些实施方式中，如本文所用，氧化石墨包括氧化石墨烯(反之亦然)。氧化石墨和氧化石墨烯在本文统称为GO。在某些实施方式中，关于氧化石墨描述的本公开内容的方面至少在一些配置中同样适用于氧化石墨烯。
图6示意性地示出了用于由石墨制造(或合成)氧化石墨的方法或程序600的实例。在某些实施方式中，使用本文的系统和方法(例如，图1-图5的装置和系统)来实施图6中的方法。参考图6，通过以下步骤产生一批(例如，1*x克(g)或y*x g，其中y为大于或小于1的因子)氧化石墨：在第一步骤A中，在约0℃的第一温度下，将约15*x g的石墨添加至约750*x毫升(ml)的浓硫酸(H2SO4)中。将硫酸包含在混合器中(例如，混合器缸中)，并将石墨添加至该混合器中的硫酸中。使用冰浴(例如，将混合器缸浸入冰浴中)、冷却盘管/管或其组合维持第一温度。在第二步骤B中，合成包括将约90*x g高锰酸钾(KMnO4)添加至该混合器中，同时维持低于约15℃的第二温度。在约0℃的温度下向包含石墨和浓硫酸的混合物中添加高锰酸钾引发放热(例如，自加热)反应。在某些实施方式中，例如通过冷却盘管/管维持第二温度。例如，通过将冷却水添加至混合器缸(例如，反应缸)周围的冷却盘管/管(本文也称为“冷却器”)来降低温度。在某些实施方式中，通过添加高锰酸钾的速度(例如，由此控制加热)来控制或维持第二温度。例如，如果需要更多热量(升高的温度)，则以更快的速度添加高锰酸钾。在某些实施方式中，如果需要较冷的温度，则将冷却器设定为较低的温度和/或降低高锰酸钾的流量或添加速率。在某些实施方式中，该方法还包括，在第三步骤C中，在混合器中搅拌反应混合物(例如，在第二温度下)约45分钟。在某些实施方式中，在第四步骤D中，通过将混合物与约2.6*x千克(kg)冰合并，然后添加约75*x ml的30％过氧化氢(H2O2)来实现猝灭。在某些实施方式中，第四步骤包括将混合器缸的内容物转移(例如，经由蝶形阀113或213)至罐，然后添加过氧化氢。在某些实施方式中，冰浴停止该反应和/或冷却该反应。在某些实施方式中，添加过氧化氢以停止该反应。在某些实施方式中，蝶形阀允许GO被转移到水/冰罐中以供冷却。在某些实施方式中，第五步骤(未示出)包括通过5次H2O洗涤进行纯化，然后进行约1周的连续流透析。在某些实施方式中，x为大于或等于约1、2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000或更大的缩放因子。例如，在某些实施方式中，在包含具有至少约150磅冰的罐的系统中，x为至少约26。
在某些实施方式中，本文的方法、装置和系统是可扩展的。在一个实例中，使用容积为至少约100加仑的罐进行本文的氧化石墨合成方法。在某些实施方式中，混合器具有至少约20夸脱(5加仑)的容积。在某些实施方式中，该罐容纳或含有液体(例如，水和/或来自混合器缸的反应混合物)和至少约150磅的冰。例如，在某些实施方式中，将除冰之外的原材料添加至反应室/混合缸，并将冰直接添加至100加仑罐。在某些实施方式中，终产物在该100加仑罐的底部排出。在另一实例中，混合器的容积为至少约320夸脱(80加仑)，并且罐(例如，冰罐)的容积为至少约1,600加仑(例如，混合器和罐的容积各自放大16倍)。在又一个实例中，罐(例如，冰罐)的容积为至少约3,000加仑、3,500加仑或4,000加仑(例如，高达约4,000加仑)。在某些实施方式中，该罐与例如具有至少约320夸脱(80加仑)的容积的混合器一起使用，或与具有不同容积的混合器一起使用。例如，在某些实施方式中，数个(例如，至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、50、75或100个)混合器与单个较大罐一起使用(例如，参见图44)。在某些实施方式中，混合器的数目和大小/容积随罐的大小/容积而缩放。例如，具有容积Vt的罐与一个或多个具有小于或等于Vm的容积的混合器一起使用，其中Vm是针对给定Vt的最大的合适混合器容积。此外，在某些实施方式中，当多个混合器与单个罐一起使用时，混合器具有相同的大小/容积。在某些实施方式中，当多个混合器与单个罐一起使用时，混合器不具有相同的大小/容积。因此，在某些实施方式中，使用不同的混合器组合。例如，在某些实施方式中，容积为至少约5加仑或80加仑的混合器与容积在约100加仑至约4,000加仑之间的罐(例如，单独地或与一个或多个其他混合器组合地)一起使用。在一些情况下，混合器的一个或多个部分(例如，马达)共享以提高效率。
在某些实施方式中，本文描述的装置和系统按比例放大(例如，更大系统中需要更多的冰)。在一些实施方式中，这种缩放是相同的(例如，缩放因子x对于所有组件是相同的)。在一些实施方式中，不同组件(例如，罐和混合器缸)具有至少约1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％不同的缩放因子。在某些实施方式中，第一反应系统、第一反应过滤器、第二反应系统和/或第二反应过滤器中的不同组件按比例放大本文提供的大小和/或尺寸的至少5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。在某些实施方式中，第一反应系统、第一反应过滤器、第二反应系统和/或第二反应过滤器中的不同组件按比例放大本文提供的大小和/或尺寸的至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450、500、600、700、800、900或1000倍。在某些实施方式中，至少一部分组件(例如，混合器缸)按比例缩放，使得给定的尺寸和比例保持一致。例如，在某些实施方式中，混合器缸或罐具有给定的形状，其被配置成实现有效的搅拌和/或混合。在某些实施方式中，当按比例放大此类组件时，这样的尺寸保持一致(例如，罐搅拌器叶片的位置和/或间隙使得它们在放大时相对于罐的相对位置和大小保持大致相同，或者混合缸形状的容积增大或减少而不改变相对尺寸等)。
在某些实施方式中，氧化石墨或氧化石墨烯(GO)包含一个或多个官能团。例如，在某些实施方式中，GO包含一个或多个环氧桥、一个或多个羟基基团、一个或多个羰基基团或其任何组合。在某些实施方式中，GO包含一定水平的氧化。例如，在某些实施方式中，GO包含2.1至2.9之间的碳:氧比(C:O比)。
在某些实施方式中，还原的氧化石墨或还原的氧化石墨烯(在本文统称为rGO)包括石墨烯。
在某些实施方式中，含碳组合物包含给定类型或质量。例如，在某些实施方式中，含碳组合物包含石墨原料。在某些实施方式中，石墨原料包括各种等级或纯度(例如，碳含量，测量为例如重量％石墨碳(Cg))、类型(例如，无定形石墨(例如，60-85％的碳)、片状石墨(例如，高于85％的碳)或脉石墨(例如，高于90％的碳))、大小(例如，网目大小)、形状(例如，大片、中片、粉末或球形石墨)和来源(例如，合成的或天然的，例如天然片状石墨)。在某些实施方式中，这样的特性(例如，物理和化学性质)影响氧化形式的含碳组合物的类型或质量。例如，在某些实施方式中，石墨的网目大小影响所得的GO。在某些实施方式中，石墨具有大于或等于约1％、2％、5％、10％、15％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或100％(例如，按重量计)的等级或碳含量。在某些实施方式中，石墨具有小于约100％、99％、98％、97％、96％、95％、94％、93％、92％、91％、90％、85％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、15％、10％、5％、2％或1％(例如，按重量计)的等级或碳含量。在某些实施方式中，石墨具有这样的等级或碳含量，使得网目大小大于或等于约-200、-150、-100、-80、-50、-48、+48、+80、+100、+150或+200网目大小。
在某些实施方式中，含碳组合物被处理成含碳组合物的一种或多种氧化形式。例如，在某些实施方式中，取决于本文的装置和系统的反应条件和/或配置/操作(例如，作为图1中的机器如何工作的结果)，生成不同的氧化形式或相同氧化形式的不同类型。在一些实施方式中，这样的因素单独或与原料类型或质量(例如，石墨输入规格)组合影响所得的合成产物。在一个实例中，石墨原料转变为单层GO或多层GO。在某些实施方式中，两种类型的GO具有不同的性质和/或终产物/用途。在某些实施方式中，所述性质包括例如物理化学性质和/或性能特性(例如，电导率或纯度)。例如，在某些实施方式中，单层GO和多层GO具有不同的导电性质。
在某些实施方式中，单层GO和多层GO的终产物/用途，或由其衍生的材料(例如，ICCN、石墨烯等)，包括例如能量转换/储存(例如，(超级)电容器、电池、燃料电池、光伏或热电材料)、催化、传感(例如，化学和生物传感)、支架/支撑件、纳米填料、轻质和结构材料(例如，石墨烯底盘/部件或涡轮叶片)、光学电子器件(例如，触摸屏)、半导体(例如，石墨烯与辉钼矿(MoS2)组合)、信息存储、透明材料、超导体(例如，散布有二硼化镁(MgB2)的石墨烯)、医学处理和/或生化测定(例如，DNA分析)、非线性光学材料、过滤和/或水净化、涂料、纸(例如，氧化石墨烯纸)、透镜等。在一个实例中，在某些实施方式中，单层GO的终产物/用途包括混合超级电容器和/或锂离子电池，并且多层GO的终产物/用途包括高密度超级电容器。在某些实施方式中，GO在此类应用之前进一步转化或处理。在某些实施方式中，当进一步处理给定的GO原料时，所得材料具有某些物理化学和/或性能特性。例如，在某些实施方式中，GO用作制造石墨烯、互连的波纹状碳基网络(ICCN)(每个包括多个扩展和互连的碳层)或源自GO的其他材料(例如，石墨烯与其他二维晶体(例如，氮化硼、二硒化铌或钽(IV)硫化物)、石墨烯或ICCN复合材料等组合))的原料。在某些实施方式中，所得材料具有不同性质(例如，电容器最终使用期间的电容，电池最终使用期间的特性等)，这取决于GO原料的类型。在某些实施方式中，本文的终产物/用途包括例如氧化石墨烯和/或各种rGO(例如，石墨烯)的终产物/用途。
在某些实施方式中，合成方法(例如，图6的方法)包括通过在第一时间段内对含碳组合物进行第一转化来提供含碳组合物并产生第一氧化形式的含碳组合物。在某些实施方式中，第一时间段等于或短于约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、250、300、350、400、450或500分钟。在某些实施方式中，第一时间段为约10分钟至约20分钟、约10分钟至约30分钟、约10分钟至约40分钟、约10分钟至约50分钟、约10分钟至约60分钟、约10分钟至约70分钟、约10分钟至约80分钟、约10分钟至约90分钟、约10分钟至约100分钟、约20分钟至约30分钟、约20分钟至约40分钟、约20分钟至约50分钟、约20分钟至约60分钟、约20分钟至约70分钟、约20分钟至约80分钟、约20分钟至约90分钟、约20分钟至约100分钟、约30分钟至约40分钟、约30分钟至约50分钟、约30分钟至约60分钟、约30分钟至约70分钟、约30分钟至约80分钟、约30分钟至约90分钟、约30分钟至约100分钟、约40分钟至约50分钟、约40分钟至约60分钟、约40分钟至约70分钟、约40分钟至约80分钟、约40分钟至约90分钟、约40分钟至约100分钟、约50分钟至约60分钟、约50分钟至约70分钟、约50分钟至约80分钟、约50分钟至约90分钟、约50分钟至约100分钟、约60分钟至约70分钟、约60分钟至约80分钟、约60分钟至约90分钟、约60分钟至约100分钟、约70分钟至约80分钟、约70分钟至约90分钟、约70分钟至约100分钟、约80分钟至约90分钟、约80分钟至约100分钟、约90分钟至约100分钟、约100分钟至约150分钟、约100分钟至约200分钟、约100分钟至约250分钟、约100分钟至约300分钟、约100分钟至约350分钟、约100分钟至约400分钟、约100分钟至约450分钟、约100分钟至约500分钟、约150分钟至约200分钟、约150分钟至约250分钟、约150分钟至约300分钟、约150分钟至约350分钟、约150分钟至约400分钟、约150分钟至约450分钟、约150分钟至约500分钟、约200分钟至约250分钟、约200分钟至约300分钟、约200分钟至约350分钟、约200分钟至约400分钟、约200分钟至约450分钟、约200分钟至约500分钟、约250分钟至约300分钟、约250分钟至约350分钟、约250分钟至约400分钟、约250分钟至约450分钟、约250分钟至约500分钟、约300分钟至约350分钟、约300分钟至约400分钟、约300分钟至约450分钟、约300分钟至约500分钟、约350分钟至约400分钟、约350分钟至约450分钟、约350分钟至约500分钟、约400分钟至约450分钟、约400分钟至约500分钟或约450分钟至约500分钟。在某些实施方式中，合成方法包括通过在第二时间段内对含碳组合物进行第二转化来提供含碳组合物并产生第二氧化形式的含碳组合物。在某些实施方式中，用于产生第一氧化形式的方法与用于产生第二氧化形式的方法之间的差异包括时间段的持续时间的差异(例如，第一与第二时间段之间的持续时间差异)。在某些实施方式中，包含第一氧化形式的含碳组合物的电容器所具有的电容是包含第二氧化形式的含碳组合物的电容器的至少约2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、120、140、160、180或200倍，所述第二氧化形式的含碳组合物是通过在至少约2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45或50倍于第一时间段的第二时间段内对该含碳组合物进行第二转化而产生的。在某些实施方式中，包含第一氧化形式的含碳组合物的电容器具有比包含第二氧化形式的含碳组合物的电容器更大的电容，所述第二氧化形式的含碳组合物是通过在一系列反应条件下在长于第一时间段的第二时间段内对该含碳组合物进行第二转化而产生的。在某些实施方式中，包含第一氧化形式的含碳组合物的电容器具有至少约2倍于包含第二氧化形式的含碳组合物的电容器的电容，所述第二氧化形式的含碳组合物是通过在至少约5倍于第一时间段的第二时间段内对该含碳组合物进行第二次转化而产生的。在某些实施方式中，包含第一氧化形式的含碳组合物的电容器具有至少约10倍于包含第二氧化形式的含碳组合物的电容器的电容。在某些实施方式中，包含第一氧化形式的含碳组合物的电容器具有至少约50倍于包含第二氧化形式的含碳组合物的电容器的电容。在某些实施方式中，第二时间段是第一时间段的至少约8倍。在某些实施方式中，电容在一系列反应条件下为至少约10倍大。在某些实施方式中，所述方法还包括调节反应条件以进一步增加电容。在某些实施方式中，当猝灭反应时(例如，当将冰和过氧化氢添加至包含含碳组合物、硫酸和高锰酸钾的氧化反应时)，转化(例如，反应)的时间段(例如，第一或第二时间段)结束。
在某些实施方式中，关于氧化形式的含碳组合物描述的本公开内容的方面至少在一些配置中同样适用于由氧化形式的含碳组合物衍生的材料，反之亦然。在一个实例中，在某些实施方式中，包含第一氧化形式的含碳组合物或由其衍生的材料(例如，第一氧化含碳组合物的还原形式)的电容器(例如，双层电容器/超级电容器)具有至少约2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、120、140、160、180或200倍于包含第二氧化形式的含碳组合物或由其衍生的材料(例如，第二氧化含碳组合物的还原形式)的电容器的电容。在另一实例中，在某些实施方式中，本公开内容的设备以大于或等于约100克(g)/年、200g/年、500g/年、750g/年、1千克(kg)/年、10kg/年、25kg/年、50kg/年、75kg/年、0.1tpy、0.2tpy、0.3tpy、0.4tpy、0.5tpy、0.6tpy、0.7tpy、0.8tpy、0.9tpy、1tpy、2tpy、3tpy、4tpy、5tpy、10tpy、25tpy、50tpy、75tpy、100tpy、200tpy、500tpy、750tpy、1,000tpy(1ktpy)、2,000tpy、3,000tpy、4,000tpy、5,000tpy、6,000tpy、7,000tpy、8,000tpy、9,000tpy、10,000tpy或更高的速率形成氧化形式的含碳组合物和/或由其衍生的材料(例如，氧化含碳组合物的还原形式)。
在某些实施方式中，包含含有根据本文所述系统和方法合成的氧化石墨、氧化石墨烯或由其衍生的材料的电极的电容器在约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45或50mV/s的扫描速率下提供至少约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或1000mF/cm2的峰值电容。在某些实施方式中，包含含有根据本文所述系统和方法合成的还原的氧化石墨烯或还原的氧化石墨的电极的电容器在约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45或50mV/s的扫描速率下提供至少约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或1000mF/cm2的峰值电容。在某些实施方式中，包含含有根据本文所述系统和方法合成的氧化石墨、氧化石墨烯或由其衍生的材料的电极的电容器在约10mV/s的扫描速率下提供至少约200mF/cm2的峰值电容。在某些实施方式中，包含含有根据本文所述系统和方法合成的还原的氧化石墨或还原的氧化石墨烯的电极的电容器在约10mV/s的扫描速率下提供至少约200mF/cm2的峰值电容。在某些实施方式中，包含含有根据本文所述系统和方法合成的氧化石墨、氧化石墨烯或由其衍生的材料的电极的装置相比于包含使用不同系统或方法合成的氧化石墨、氧化石墨烯或由其衍生的材料的装置提供至少约56倍的电容。在某些实施方式中，包含含有根据本文所述系统和方法合成的还原的氧化石墨或还原的氧化石墨烯的电极的装置相比于包含使用不同系统或方法合成的还原的氧化石墨或还原的氧化石墨烯的装置提供至少约56倍的电容。在某些实施方式中，该装置为电容器(例如，超级电容器)。
在某些实施方式中，所述含碳组合物包含石墨。在某些实施方式中，第一氧化形式的含碳组合物包含氧化石墨或氧化石墨烯。在某些实施方式中，第二氧化形式的含碳组合物包含氧化石墨或氧化石墨烯。在某些实施方式中，所述方法进一步包括将第一氧化形式的含碳组合物还原回该含碳组合物或与该含碳组合物基本上相似或不同的另一脱氧的含碳组合物(例如，rGO)。
图7示出了相对于反应时间的电容测量的实例。反应条件包括：6x质量比Ox:Gr，自加热(放热)，0-20小时。10mV/s下的峰值电容在20分钟时为49mF/cm2。在该实例中，使反应自加热并持续延长的一段时间使装置在该时间内产生较低的电容。在一些实施方式中，在第一转化期间，延长允许进行自加热反应的时间减小了该时间内的最大电容。
在一些实施方式中，通过在约0℃的温度下将高锰酸钾(KMnO4)添加至包含石墨和浓硫酸的混合物中来引发自加热反应。
图8示出了相对于反应时间的电容测量的另一实例。反应条件包括：6x质量比Ox:Gr，自加热(放热)，0-2小时。10mV/s下的峰值电容在15分钟时为87mF/cm2。在该实例中，较短的反应时间通过保留具有更少氧化损伤的更原始的石墨烯sp2结构而导致较高的电容。在一些实施方式中，在第一转化期间，缩短至少部分自加热反应的反应时间通过保留具有更少氧化损伤的更合适的含碳组合物结构而增加最大电容。
图9示出了相对于反应时间的电容测量的又一实例。反应条件包括：6x质量比Ox∶Gr，通过冰浴冷却，0-2小时。10mV/s下的峰值电容在45分钟时为459mF/cm2。在该实例中，较冷的反应温度导致在合适的时间猝灭该反应的较大机会窗口。在一些实施方式中，在第一转化期间，降低反应温度导致在合适的时间猝灭该反应的较大机会窗口。在某些实施方式中，所述方法还包括通过冰浴冷却降低反应温度。在某些实施方式中，在低于环境反应温度下运行的反应(i)在短时间内显示出增加的电容，(ii)导致更安全、更受控制的反应，或(iii)其组合。在某些实施方式中，环境反应温度是在环境条件下的反应温度。
图10示出了由图9中的样品构建的双层装置(双层电容器)的循环伏安法(CV)扫描。表2中列出了各种扫描速率下的示例性测量值。
表2
| 扫描速率(mV/s) | 电容(mF) | 比电容(F/g) |
| 10 | 229 | 265 |
| 20 | 192 | 223 |
| 40 | 159 | 185 |
| 60 | 140 | 164 |
| 100 | 118 | 137 |
图11A-图11B提供了以1000mV/s的扫描速率对由图9中的样品构建的双层装置(双层电容器)的循环伏安法(CV)扫描(图11A)与E1-Kady M.F.等人，“Laser scribing ofhigh-performance and flexible graphene-based electrochemical capacitors，”Science，335(6074)，1326(2012)的结果(图11B)的比较，关于其中的相关部分，通过引用并入本文。图11A中的装置包括一个或多个电极，所述电极包含衍生自如本文所述制造的GO的材料(例如，根据图6中的方法)。在某些实施方式中，图11A中的装置具有比图11B中的装置的电容(例如，1000mV/s下的峰值电容)大至少约35倍的电容(例如，1000mV/s下的峰值电容)。使用根据本公开内容制造的材料的增强电容的其他实例在本文其他地方提供。
图12示出了作为盐酸(HCl)洗涤数的函数的电容。在该实例中，对采用0-5次HCl洗涤的产物(例如，图6的方法的产物)洗涤效果的比较表明，HCl洗涤是不必要的。反应条件包括：6x质量比Ox:Gr，通过冰浴冷却，0-1小时，可变的盐酸洗涤数。10mV/s下的峰值电容在31分钟时为261mF/cm2。观察到所有洗涤数之间的电容变化为11％，没有明显的趋势。
在某些实施方式中，合成方法(例如，图6的方法)包括提供石墨，并且不在盐酸的帮助下将石墨转化为氧化石墨比在盐酸的帮助下快至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9或10倍。在某些实施方式中，合成方法包括提供石墨，并且不在盐酸的帮助下将石墨转化为氧化石墨比在盐酸的帮助下快至少约2倍。在一些实施方式中，该方法包括不在盐酸的帮助下将石墨转化为氧化石墨，其比在盐酸的帮助下快至少约5倍。在一些实施方式中，该方法包括不在盐酸的帮助下将石墨转化为氧化石墨，其比在盐酸的帮助下快至少约8倍。
在某些实施方式中，所述方法包括合成氧化石墨，其比改进的Hummers方法快至少约1、2、3、4、5、6、7或8倍。在某些实施方式中，该方法包括合成氧化石墨，其比改进的Hummers方法快至少约8倍。在某些实施方式中，在短于或等于约1周内合成氧化石墨。在某些实施方式中，与改进的Hummers方法相比，该方法在产生每单位质量的氧化石墨时产生更少的废物。在某些实施方式中，该方法产生可重复的结果。在某些实施方式中，合成氧化石墨而不进行风干。
在一些实施方式中，在本文的氧化石墨的合成中不消耗盐酸。在某些实施方式中，消除了改进的Hummers方法中用于纯化的盐酸洗涤，从而与改进的Hummers方法相比导致更快的纯化。在某些实施方式中，使氧化石墨经历一次或多次盐酸洗涤对电容基本上没有影响。在某些实施方式中，从纯化步骤中去除盐酸显示无电容损失、显著降低氧化石墨的成本、加快纯化程序或其任何组合。在某些实施方式中，该方法包括合成氧化石墨，每单位质量氧化石墨的成本比改进的Hummers方法低至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9或10倍。在一个实例中，该方法包括合成氧化石墨，每单位质量氧化石墨的成本比改进的Hummers方法低至少约4倍。
在某些实施方式中，所述方法包括一组精确的步骤，这些步骤在每次进行合成时产生可接受和可重复的合成产物。在某些实施方式中，该方法通过消除与其相关联的一个或多个合成步骤而允许减少人为错误和/或对人类判断的依赖。在某些实施方式中，人为错误和/或对人类判断的依赖与控制水和/或冰随时间的添加速率相关联。
在某些实施方式中，所述方法包括在以下平均或最高温度下合成氧化石墨烯：(i)低于约45℃，或(ii)比改进的Hummers方法中使用的平均或最高温度低至少约30℃。在某些实施方式中，降低的平均或最高温度降低了爆炸的风险，从而提高了安全性。
在某些实施方式中，通过以下步骤产生一批氧化石墨(例如，1g氧化石墨)：(a)在约0℃的第一温度下将15g石墨添加至750ml浓硫酸中，其中使用冰浴维持第一温度；(b)添加90g高锰酸钾(KMnO4)，同时维持低于约15℃的第二温度；(c)将(b)中的混合物搅拌约45分钟；(d)通过将(c)中的混合物添加至2.6kg冰然后添加75ml的30％H2O2进行猝灭；以及(e)通过5次H2O洗涤进行纯化，然后进行约1周的连续流渗析。在某些实施方式中，(b)中的添加导致放热反应。
在某些实施方式中，本文的方法包括制备氧化形式的含碳组合物的程序、制备衍生自氧化形式的含碳组合物的材料的程序或两者。例如，在某些实施方式中，本文的方法包括制备GO和石墨烯/还原的氧化石墨的程序。在某些实施方式中，在第一反应中由石墨形成GO。在某些实施方式中，第一反应包括氧化(例如，氧化反应)。在某些实施方式中，对GO进行处理(例如，过滤/纯化，如果是终产物则进行浓缩，等等)。在某些实施方式中，在第二反应中对GO进行还原(例如，还原为石墨烯、ICCN或通过GO还原衍生的任何其他材料)。在某些实施方式中，第二反应包括还原。例如，在某些实施方式中，GO被还原以形成石墨烯和/或其他还原形式的GO，在本文统称为还原的氧化石墨(rGO)。在某些实施方式中，rGO包括还原形式的氧化石墨和/或氧化石墨烯。在某些实施方式中，关于石墨烯描述的本公开内容的任何方面至少在一些配置中同样适用于rGO，反之亦然。在某些实施方式中，处理rGO(例如，石墨烯)。
在一些实施方式中，制造单层GO。在某些实施方式中，制造或方法(例如，第一反应)使用约32升(L)98％硫酸/kg石墨。在某些实施方式中，使用约4.8kg高锰酸钾粉末/kg石墨。在某些实施方式中，该方法包括蒸煮时间。在某些实施方式中，该方法不包括蒸煮时间。在某些实施方式中，该方法包括给定的温度和过程。在某些实施方式中，该方法包括，从反应开始起，约1.5小时的高锰酸钾添加(反应温度低于约15℃)，约2小时的反应时间(反应温度范围约20-30℃)，约1小时的约32kg冰添加(反应温度约50℃)和约1小时的反应时间(反应温度约50℃)。在某些实施方式中，使用约72kg冰/kg石墨来猝灭反应和/或用于反应冷却的冰。在某些实施方式中，使用约2L 30％过氧化氢/kg石墨来猝灭反应和/或用于中和。在某些实施方式中，石墨是给定类型。在某些实施方式中，石墨包括325sh天然片状石墨。在某些实施方式中，混合速度(例如，在一个或多个反应过程期间)为约100rpm。在某些实施方式中，该方法包括安排成分混合的时间。在某些实施方式中，将硫酸和石墨预先混合以使石墨粉尘最小化，随后快速添加至反应器中。在某些实施方式中，高锰酸钾的添加导致放热反应。在某些实施方式中，以足够慢的速率添加高锰酸钾以保持反应温度低于约15℃(例如，经约1.5小时添加高锰酸钾)。在某些实施方式中，以足够慢的速率添加高锰酸钾，并与冷却机构(例如，冷却管和/或添加冰)相组合，以保持反应温度低于约15℃。
在一些实施方式中，制造多层GO。在某些实施方式中，制造或方法(例如，第一反应)使用约25L 98％硫酸/kg石墨。在某些实施方式中，使用约2kg高锰酸钾/kg氧化石墨。在某些实施方式中，该方法包括蒸煮时间。在某些实施方式中，该方法不包括蒸煮时间。在某些实施方式中，该方法包括给定的温度和过程。在某些实施方式中，方法包括经45分钟添加高锰酸钾(反应温度低于约15℃)和30分钟的反应时间(反应温度为约15℃)。在某些实施方式中，使用约125kg冰/kg石墨来猝灭反应和/或用于反应冷却的冰。在某些实施方式中，使用约1L30％过氧化氢/kg石墨来猝灭反应和/或用于中和。在某些实施方式中，石墨是给定类型。在某些实施方式中，石墨是高度剥离和研磨的、小片状、大表面积石墨、9微米片状或其任何组合。在某些实施方式中，混合速度(例如，在一个或多个反应过程期间)为约100rpm。在某些实施方式中，该方法包括安排成分混合的时间。在某些实施方式中，将硫酸和石墨预先混合以使石墨粉尘最小化，随后快速添加至反应器中。在某些实施方式中，高锰酸钾的添加导致放热反应。在某些实施方式中，以足够慢的速率添加高锰酸钾以保持反应温度低于约15℃(例如，经约1.5小时添加高锰酸钾)。
在某些实施方式中，在第一反应后进行第一过滤。在某些实施方式中，第一过滤包括氧化后纯化。在某些实施方式中，第一过滤的目的或目标(例如，不考虑其如何进行)是从粗产物中去除杂质并使pH达到至少约5。在某些实施方式中，氧化(反应1)后，粗产物含有GO以及一种或多种(例如，几种)杂质，例如硫酸、锰氧化物和硫酸锰。在某些实施方式中，在纯化完成后，将GO浓缩至例如约1重量％的溶液。在某些实施方式中，在过滤期间去除来自第一反应的水和/或酸。在某些实施方式中，在第一反应之后，酸浓度为约30％(单层)或约16％(多层)硫酸，对应于约0的pH。在某些实施方式中，当pH达到约5时，过滤完成，对应于约0.00005％的酸浓度。在某些实施方式中，GO销售和/或石墨烯直接使用(例如，用作第二反应的原料)需要给定的量或浓缩程度。在某些实施方式中，GO(例如，大多数GO)以干粉形式和/或约2％(重量)的水溶液销售或使用。在一些实施方式中，经由第一过滤以大于或等于约100克(g)/年、200g/年、500g/年、750g/年、1千克(kg)/年、10kg/年、25kg/年、50kg/年、75kg/年、0.1tpy、0.2tpy、0.3tpy、0.4tpy、0.5tpy、0.6tpy、0.7tpy、0.8tpy、0.9tpy、1tpy、2tpy、3tpy、4tpy、5tpy、10tpy、25tpy、50tpy、75tpy、100tpy、200tpy、500tpy、750tpy、1,000tpy(1ktpy)、2,000tpy、3,000tpy、4,000tpy、5,000tpy、6,000tpy、7,000tpy、8,000tpy、9,000tpy、10,000tpy或更高的速率过滤氧化形式的含碳组合物。在某些实施方式中，使用第一反应过滤器以分批工艺过滤氧化形式的含碳组合物。在某些实施方式中，如本文其他地方更详细描述的，本文的方法、装置和系统是可扩展的。在一些实施方式中，使用第一反应过滤器以大于或等于每批约1g、2g、4g、6g、8g、10g、25g、50g、75g、100g、250g、500g、750g、1kg、2kg、4kg、6kg、8kg、10kg、15kg、25kg、50kg、75kg、100kg、250kg、500kg、750kg、1吨(t)、2t、4t、6t、8t、10t、15t、25t、50t、75t、100t、250t、500t、750t或1,000t的速率过滤氧化形式的含碳组合物。
在某些实施方式中，第二反应包括还原GO以形成石墨烯(还原的氧化石墨)。例如，在某些实施方式中，在第一纯化后，产物的硫酸浓度为约0.00005％，pH为约5。在某些实施方式中，溶液中GO的浓度为约1质量％(100L水溶液中1kg GO)。在某些实施方式中，制造或方法(例如，第二反应)使用约20L的30％过氧化氢/kg GO(在100升溶液中)和约4.95kg抗坏血酸钠(抗坏血酸的钠盐)/kg GO(在100升溶液中)。在某些实施方式中，该方法包括蒸煮时间。在某些实施方式中，该方法不包括蒸煮时间。在某些实施方式中，该方法包括给定的温度和过程。在某些实施方式中，该方法包括将反应加热至约90℃并在1小时的过程中添加过氧化氢。在某些实施方式中，该反应继续在约90℃下再加热约3小时。在某些实施方式中，在约30分钟的过程中添加抗坏血酸钠。在某些实施方式中，该反应继续在约90℃下再加热约1.5小时。在某些实施方式中，在90℃下的总时间为约6小时。在某些实施方式中，混合速度(例如，在一个或多个反应过程期间)为约200rpm。在一些实施方式中，所述设备以大于或等于约100克(g)/年、200g/年、500g/年、750g/年、1千克(kg)/年、10kg/年、25kg/年、50kg/年、75kg/年、0.1tpy、0.2tpy、0.3tpy、0.4tpy、0.5tpy、0.6tpy、0.7tpy、0.8tpy、0.9tpy、1tpy、2tpy、3tpy、4tpy、5tpy、10tpy、25tpy、50tpy、75tpy、100tpy、200tpy、500tpy、750tpy、1,000tpy(1ktpy)、2,000tpy、3,000tpy、4,000tpy、5,000tpy、6,000tpy、7,000tpy、8,000tpy、9,000tpy、10,000tpy或更高的速率形成还原形式的含碳组合物。在某些实施方式中，使用第二反应系统来进行批量制造、合成或处理(即，作为分批工艺运行)。在某些实施方式中，如本文其他地方更详细描述的，本文的方法、装置和系统是可扩展的。在一些实施方式中，第二反应系统以大于或等于每批约1g、2g、4g、6g、8g、10g、25g、50g、75g、100g、250g、500g、750g、1kg、2kg、4kg、6kg、8kg、10kg、15kg、25kg、50kg、75kg、100kg、250kg、500kg、750kg、1吨(t)、2t、4t、6t、8t、10t、15t、25t、50t、75t、100t、250t、500t、750t或1,000t的速率形成氧化形式的含碳组合物。
在某些实施方式中，在第二反应后进行第二过滤。在某些实施方式中，在第二反应之后，存在几种杂质，例如抗坏血酸钠加少量硫酸、锰氧化物和锰盐。在某些实施方式中，第一过滤的目的或目标(例如，不考虑其如何进行)是从溶液中去除杂质(例如，那些盐)。在某些实施方式中，水、酸和/或盐从第二反应留下。例如，在某些实施方式中，在来自第二反应的溶液中留下约4.95kg抗坏血酸钠/kg GO，加上来自初始氧化(例如，第一反应)的剩余的少量硫酸、锰氧化物和锰盐。在某些实施方式中，还原后溶液的电导率大于约50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、250、300、350、400、450或500mS/cm。在某些实施方式中，还原后溶液的电导率大于约200mS/cm。在某些实施方式中，用去离子(DI)水(例如，用大量DI水)洗涤rGO溶液，直至rGO溶液的电导率达到约50μS/cm或更低。在某些实施方式中，使用第二反应过滤器或第二反应过滤过程洗涤rGO溶液。在某些实施方式中，rGO(例如，石墨烯)的直接使用需要给定的量或浓缩程度。例如，在某些实施方式中，需要约2重量％或更高的浓度。在一些实施方式中，使用第二反应过滤器以大于或等于约100克(g)/年、200g/年、500g/年、750g/年、1千克(kg)/年、10kg/年、25kg/年、50kg/年、75kg/年、0.1tpy、0.2tpy、0.3tpy、0.4tpy、0.5tpy、0.6tpy、0.7tpy、0.8tpy、0.9tpy、1tpy、2tpy、3tpy、4tpy、5tpy、10tpy、25tpy、50tpy、75tpy、100tpy、200tpy、500tpy、750tpy、1,000tpy(1ktpy)、2,000tpy、3,000tpy、4,000tpy、5,000tpy、6,000tpy、7,000tpy、8,000tpy、9,000tpy、10,000tpy或更高的速率过滤还原形式的含碳组合物。在某些实施方式中，使用第二反应过滤器来进行批量过滤和/或纯化(即，作为分批工艺运行)。在某些实施方式中，如本文其他地方更详细描述的，本文的方法、装置和系统是可扩展的。在一些实施方式中，使用第二反应过滤器以大于或等于每批约1g、2g、4g、6g、8g、10g、25g、50g、75g、100g、250g、500g、750g、1kg、2kg、4kg、6kg、8kg、10kg、15kg、25kg、50kg、75kg、100kg、250kg、500kg、750kg、1吨(t)、2t、4t、6t、8t、10t、15t、25t、50t、75t、100t、250t、500t、750t或1,000t的速率过滤还原形式的含碳组合物。
在一些实施方式中，第二反应与第一反应分别进行。例如，在某些实施方式中，使用具有合适规格的任何氧化石墨原料进行第二反应，在一些情况下随后进行第二过滤。
在某些实施方式中，使用本文的装置和系统进行第一反应、第一过滤、第二反应和第二过滤(或氧化、纯化、还原和最终纯化)中的一种或多种。在某些实施方式中，本文的装置和系统合适地被配置用于任何给定的处理步骤或程序(例如，调节温度、反应冷却、试剂的添加速率等)。例如，在某些实施方式中，调节混合缸和罐的内容物(例如，物质的质量和/或类型)和/或大小以进行第二反应(例如，代替第一反应)。在某些实施方式中，第一反应在第一系统中进行。在某些实施方式中，第一过滤在第一系统中进行或与第一系统分开进行。在某些实施方式中，第二反应在第二系统中进行。在某些实施方式中，第二过滤在第二系统中进行或与第二系统分开进行。在一些实施方式中，第一和第二系统耦合(例如，第一系统馈送到第二系统)。在某些实施方式中，本文的多个装置和系统耦合(例如，在罐室中)。在一些实施方式中，第一系统与第二系统相同(例如，该系统被配置成首先用于第一反应，清洁或清空，然后用于第二反应)。在某些实施方式中，第一和第二过滤在单独的系统中或在单个过滤器系统中进行。在某些实施方式中，第一反应、第一过滤、第二反应和第二过滤在单个整个过程中顺序地进行。在某些实施方式中，第一反应产物在第一过滤中过滤，而不进行第二反应和/或第二过滤。在某些实施方式中，第一反应、第一过滤、第二反应和第二过滤过程的任何组合是自动化或半自动化的。自动化能够连续产生GO/rGO，从而使生产率最大化，同时降低劳动力成本。
图41A-图41B提供了过滤系统的示例性实施方式。在某些实施方式中，过滤系统包括第二反应过滤器(例如，用于在第二反应后实施第二过滤)。在某些实施方式中，第二反应过滤器为rGO/石墨烯第二反应过滤器。图42A-图42C提供了图41A-图41B和图43A-图43F中的系统的操作的实例。在一些实施方式中，图43A-图43F中的rGO/石墨烯第二反应过滤器包含HDPE片304不锈钢或至少部分地由其形成。过滤系统(例如，第二反应过滤器的过滤系统)和方法的其他实例和详细实施方式提供于图13A-图13C、图14A-图14B、图15A-图15B、图16A-图16B、图17、图18A-图18B、图19A-图19B、图20、图21A-图21C、图22A-图22D、图23A-图23E、图24、图25A-图25C、图26A-图26B、图27A-图27B、图28A-图28B、图29A-图29B、图30A-图30B、图31-图35、图36A-图36B、图37A-图37B以及图38-图40。在某些实施方式中，第二反应过滤器包括以下一个或多个：框架组装件4301、支架枢轴组装件4302、转筒支架组装件4303、转筒组装件4304、驱动轴杆4305、惰轮轴杆4306、驱动遮板4307、转筒轴杆支撑件4308、转筒轴杆支撑件惰轮侧4309、马达安装板4310、机器键槽4311、夹圈4312、凸缘轴承4313、驱动轮4314、惰轮4315、baldor马达4316、夹圈4317、外壳4318、控制外壳4319、驱动轴杆滑轮4320、驱动轴杆滑轮4321、驱动皮带4322、压紧夹4323、密封垫圈4324、螺母4325、六角螺栓(4326、4327)、平垫圈(4328、4329)、螺母4330、内六角螺钉4331和六角螺栓4332。在某些实施方式中，各种空间大小或尺寸的单位为英寸或厘米。在某些实施方式中，角度的单位为度。在一些实施方式中，除非另有说明，否则尺寸以英寸为单位。在一些实施方式中，除非另有说明，否则公差为X＝±.1、.XX＝±.01和.XXX＝±.005(小数)以及±1°(角度)。缩放比例可能与所指示的相同或不同。
在某些实施方式中，过滤系统(例如，第二反应过滤器)包括一个或多个子系统或部分。在一些实施方式中，过滤系统(例如，第二反应过滤器，例如rGO/石墨烯第二反应过滤器)包括顶部组装件、框架组装件、盖子组装件、支架枢轴组装件、转筒支架组装件、转筒组装件、喷杆组装件、转筒端帽组装件或其任何组合。在某些实施方式中，每个这样的子系统或部分进而包括一个或多个组件。在某些实施方式中，过滤系统包括这样的子系统或部分的任何组件。在某些实施方式中，这样的组件被组织在前述子系统或部分中。在某些实施方式中，给定子系统或部分的任何组件作为不同子系统或部分的一部分(例如，前述子系统或部分的组件在不同的子系统或部分中重新组织)提供、被代替或省略。表3中提供了子系统/部分、组件和组件数量的实例。应当理解，表3(以及本文的公开内容中的其他地方)中所示的子系统/部分、组件和组件数量以及尺寸和/或大小是可扩展的(例如，以便增大或减小处理/过滤含碳组合物的速率和/或输出)。在某些实施方式中，关于第二反应过滤器描述的本公开内容的方面至少在一些配置中同样适用于本文的第一反应过滤器或其他过滤器。考虑到本公开内容，本领域技术人员将会理解，可用于构造和制造本文所述的装置和系统的某些材料可从商业来源获得。
表3
在某些实施方式中，图41A-图41B中所示的过滤系统(例如，第二反应过滤系统)包括转筒组装件(例如，表3中的转筒组装件GSRF-0108)的一个或多个元件，可选地包括图16A-图16B、图28A-图28B、图29A-图29B、图30A-图30B和/或图31-图34中示出的一个或多个元件(例如，参见表3)。在某些实施方式中，图41A-图41B中所示的过滤系统包括框架组装件(例如，表3中的框架组装件GSRF-0100)的一个或多个元件，可选地包括图13A-图13C、图21A-图21C、图22A-图22D和/或图23A-图23E中所示的一个或多个元件(例如，参见表3)。在某些实施方式中，过滤系统包括支架枢轴组装件(例如，参见图14A-图14B)、转筒支架组装件(例如，参见图15A-图15B)、驱动轴杆(例如，参见图17，下)、惰轮轴杆(例如，参见图17，上)、驱动遮板(例如，参见图18A-图18B)、转筒轴杆支撑件(例如，参见图19A-图19B)、马达安装板(例如，参见图20)和/或其他合适的元件中的一个或多个元件。
在某些实施方式中，框架组装件是rGO/石墨烯第二反应过滤器的顶部组装件的一部分(例如，参见图41A-图41B、图43A-图43F和/或图41-图43中所示的示例性实施方式)。在某些实施方式中，如图13A-图13C或图43A-图43F所示(例如，参见4301)，框架组装件包括选自以下的一个或多个结构元件，例如：框架焊接件1301(例如，如图21A-图21C中所示)、排放盘焊接件1302(例如，如图23A-图23E中所示)、盖子焊接件1303(例如，如图22A-图22D中所示)、琴式铰链1304、排放器1305、弹簧负载的T形手柄闩锁1306、气弹簧安装U形夹1307、气弹簧1308以及调平和/或锚固脚1309。图13A示出了框架组装件的示例性实施方式的透视图。图13B示出了当盖子关闭时的框架组装件的侧视图1311和当盖子打开时的侧视图1312。在一些实施方式中，框架组装件被配置成在盖子打开时具有重心1310。在某些实施方式中，琴式铰链由不锈钢制成。在某些实施方式中，琴式铰链具有例如约0.120英寸厚、约3英寸宽和约36英寸长的尺寸。图13C示出了排放盘焊接件的仰视图1313、盖子关闭的框架组装件的前视图1314以及盖子关闭的框架组装件的侧视图1315。图13C还示出了与排放盘齐平的盖子组装件的侧视图1316和琴式铰链的侧视图1317。在某些实施方式中，排放器由不锈钢制成。在某些实施方式中，框架焊接件机械地支撑排放盘焊接件和盖子焊接件。在进一步的实施方式中，框架焊接件支撑直接或间接附接至排放盘或盖子的元件和/或子组装件。在某些实施方式中，这样的元件和/或子组装件包括转筒组装件4303。在某些实施方式中，排放盘和盖子焊接件彼此机械耦合并且能够手动、自动或以其组合方式来打开和关闭盖子。在某些实施方式中，在排放盘焊接件顶部关闭的盖子是可水密封的。在某些实施方式中，盖子组装件的重心如图13B的右图中所示。在某些实施方式中，排放器位于排放盘的底部。在某些实施方式中，使用排放器排放在rGO/石墨烯第二反应过滤器中(例如，在顶部组装件中)产生的废物。
在某些实施方式中，支架枢轴组装件是rGO/石墨烯第二反应过滤器的顶部组装件的一部分。图14A示出了支架枢轴组装件的示例性实施方式的俯视图1417、前视图1418、侧视图1420和透视图1419。在某些实施方式中，支架枢轴组装件具有约38.25英寸的宽度1423、约8.00英寸的高度1422和/或约7.13英寸的深度1421。在某些实施方式中，如图14A-图14B中所示或如图43A-图43E中的4302所示，支架枢轴组装件包括一个或多个结构元件，该结构元件选自例如：支架枢轴焊接件1401、转筒接受器1402(例如，如图17中所示)、转筒导辊1403(例如，如图26A-图26B中所示)、凸缘轴承1404、弹簧销5、内六角螺钉1406和1407、平头螺钉1408、六角螺栓1409、平垫圈1410和1411、螺母1412和1413、孔塞1414和1415以及管端帽1416。在某些实施方式中，螺钉1406为5/16-18x 1.75英寸。在某些实施方式中，螺钉1407为5/16-18x 1.50英寸。在某些实施方式中，螺钉1408为5/16-18x 1.25英寸。在某些实施方式中，螺栓1409为1/2-13x 1.375英寸。在某些实施方式中，平垫圈1410为5/16英寸。在某些实施方式中，平垫圈1411为1/2英寸。在某些实施方式中，螺母1412由不锈钢制成，并且具有5/16-18的大小。在某些实施方式中，螺母1413由不锈钢制成，并且具有1/2-13的大小。在某些实施方式中，孔塞为1又1/8英寸或1又1/2英寸。在某些实施方式中，端帽的宽度、长度或对角线为2.0英寸。在某些实施方式中，端帽具有基本上正方形的形状或任何其他合适的形状。
在某些实施方式中，支架枢轴组装件用于使得机械耦合至其上的转筒支架组装件能够枢转，例如，如图15A-图15B中所示，或者如图43A-图43F中的4303所示。在某些实施方式中，转筒支架组装件从其初始位置(例如，如图43C中的中间图中所示)枢转到转动位置(例如，如图43C的右图中所示)。在某些实施方式中，支架枢轴组装件使得转筒支架组装件能够从转动位置(例如，如图43C的右图中所示)旋转到卸载位置(例如，如图43E的右图中所示)。在某些实施方式中，支架枢轴组装件附接至转筒支架组装件，其中支架枢轴组装件通过锁定销1405锁定到框架组装件。在某些实施方式中，锁定销1405的移除使得转筒支架组装件能够相对于框架组装件绕轴杆枢转，从而使得绑定到转筒支架组装件的转筒组装件能够旋转(参见例如，图43E)。在某些实施方式中，在从rGO/石墨烯第二反应过滤器的顶部组装件卸载rGO/石墨烯的过程中使用转筒支架组装件的一个或多个这样的位置。
在某些实施方式中，转筒支架组装件是rGO/石墨烯第二反应过滤器的顶部组装件的一部分。在某些实施方式中，转筒支架组装件如图15A-图15B中所示或者如图43A-图43F中的4303所示。图15A示出了在俯视图1508、前视图1509和透视图1510中描绘的转筒支架组装件的示例性实施方式。在某些实施方式中，转筒支架组装件具有约24.75英寸的长度1511和约32.00英寸的转筒撑杆间跨度1512。在某些实施方式中，转筒支架组装件包括一个或多个结构元件，该结构元件选自例如：转筒支架焊接件1501、转筒撑杆1502(例如，如图26A-图26B中所示)、锁定弹簧销1503、平垫圈1504、螺母1505、内六角螺钉1506和孔塞1507。在某些实施方式中，平垫圈1504为5/16英寸，并由不锈钢制成。在某些实施方式中，螺母1505由不锈钢制成，并且具有5/16-18的大小。在某些实施方式中，孔塞1507为1又1/8英寸。在某些实施方式中，内六角螺钉1506为5/16-18x 1.375英寸。在某些实施方式中，螺钉由不锈钢制成。
在某些实施方式中，转筒支架组装件具有一个或多个不同的固定位置，以便于转筒组装件的运行和/或卸载。在某些实施方式中，转筒支架组装件被配置成从其初始位置(例如，如图43C的中间图中所示)枢转到枢转的转动位置(例如，如图43E的左图中所示)，使得转筒组装件可以解锁并转动到转筒支架组装件上。在某些实施方式中，在转筒组装件固定到支架组装件之后，转筒支架组装件进一步旋转到卸载位置(例如，如图43E中的右图中所示)，以便能够从转筒组装件移除喷杆组装件(例如，如图28A-图28B中所示和/或图16A-图16B中的1606所示)和rGO/石墨烯。在某些实施方式中，转筒组装件经由任何合适的紧固元件(例如，带子、闩锁、钩子等)紧固到支架组装件。
在某些实施方式中，转筒组装件是rGO/石墨烯第二反应过滤器的顶部组装件的一部分，用于促进从rGO/石墨烯第二反应获得的rGO/石墨烯的过滤和收集。在某些实施方式中，转筒组装件如图16A-图16B中所示或者如图43A-图43F中的4301所示。在某些实施方式中，转筒组装件包括一个或多个结构元件，该结构元件选自，例如：转筒框架1601(例如，如图30A-图30B中所示)、转筒加强件1602(例如，如图31中所示)、转筒加强环1603(例如，如图32中所示)、转筒网1604(例如，如图33中所示)、转筒微米过滤器1605(例如，如图34中所示)、喷杆组装件1606(例如，如图28A-图28B中所示)、转筒端帽组装件1607(例如，如图29A-图29B中所示)、内六角螺钉1608、螺纹插入件1609、翼形螺钉1610、止动螺钉1611、环氧树脂1612(未示出)以及掩模或掩蔽物(例如，蓝色掩蔽物)1613。在某些实施方式中，将环氧树脂施加至转筒加强件1602的杆端和/或螺纹。在某些实施方式中，在安装内六角螺钉1608和/或止动螺钉1611之前施加环氧树脂。在某些实施方式中，在最终组装之前，施加环氧树脂以填充网和/或微米材料凹槽。在某些实施方式中，在转筒组装件组装之前，对组装件的一个或多个元件(例如，子组或多个元件)进行吸湿速干。在某些实施方式中，这样的元件包括转筒框架1601、网材料1604、微米材料1605和/或相对的接缝。在某些实施方式中，网材料的接缝在转筒框架的给定位置处重叠。在某些实施方式中，微米材料的接缝在转筒框架的给定位置处重叠。在某些实施方式中，网状物1623和微米材料1624的重叠接缝的位置不同(例如，参见图16A，右下)。在某些实施方式中，在内表面和外表面使用掩模1613(例如，与转筒框架1601齐平)。在某些实施方式中，内六角螺钉1608、螺纹插入件1609、翼形螺钉1610和止动钉1611中的一个或多个包含任何合适的材料或由任何合适的材料制成，该材料例如是不锈钢。在某些实施方式中，转筒框架1601、转筒加强件1602和转筒加强环1603中的一个或多个包含任何合适的材料或由任何合适的材料制成，该材料例如是HDPE。图16B示出了转筒组装件的示例性实施方式的透视图1625、前视图1626、侧视图1617和横截面侧视图1615。在某些实施方式中，转筒组装件具有包括以下一种或多种的尺寸：约24.00英寸的转筒框架外径1617、约23.00英寸的转筒框架内径1619、约28.50英寸的第一长度1620、约31.00英寸的第二长度1621、约33.50英寸的第三长度1622、约40.42英寸的第四长度1616、约8.50英寸的转筒加强环与转筒框架之间的距离1618。在某些实施方式中，转筒组装件的组件被配置成使其重量最小化。作为示例，在某些实施方式中，转筒加强环之间和/或转筒加强环与转筒框架之间的距离为至少8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、35、40、45、50或更多英寸，其中较长的距离允许使用较少的转筒加强环(从而减轻重量)，其中较短的距离导致更多的转筒加强环(从而提高耐久性)。在一个示例性实施方式中，转筒加强环与转筒框架之间的距离为约8.50英寸提供了耐久性，同时由于不需要使用更多的加强环而减轻了重量。作为另一示例，在某些实施方式中，转筒加强件之间的距离为至少8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、35、40、45、50或更多英寸。在某些实施方式中，转筒组装件的组件包含被选择以在维持耐久性的同时使重量最小化的材料。例如，在一些实施方式中，转筒加强环和/或转筒包含轻质且耐用的材料(例如，HDPE)。在优选的实施方式中，使用转筒网和/或转筒微米过滤器来促进从rGO/石墨烯第二反应获得的rGO/石墨烯的过滤和收集。在某些实施方式中，转筒网向转筒微米过滤器提供结构支撑。向转筒微米过滤器提供结构支撑对于防止微米过滤器由于含碳材料和洗涤液的重量结合旋转转筒的离心力以及来自喷杆组装件的洗涤液高压喷射所引起的力而下垂或撕裂是重要的。在一些实施方式中，转筒网是不锈钢网。在某些实施方式中，转筒网的孔形状包括正方形、圆形、椭圆形、矩形、菱形或其他几何形状(例如，当网是平的并且展开时)。在一些实施方式中，转筒网的孔形状是正方形。在某些实施方式中，转筒网的孔径描述孔的直径。在一些实施方式中，转筒网包括具有小于或等于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2.0英寸的孔径的孔。在一些实施方式中，转筒网包括具有等于或大于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2.0英寸的孔径的孔。在一些实施方式中，转筒网包括具有约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2.0英寸的孔径的孔。在一些实施方式中，转筒网包括约0.1英寸至约1英寸的孔径。在一些实施方式中，转筒网包括至少约0.1英寸的孔径。在一些实施方式中，转筒网包括至多约1英寸的孔径。在一些实施方式中，转筒网包括约0.1英寸至约0.2英寸、约0.1英寸至约0.3英寸、约0.1英寸至约0.4英寸、约0.1英寸至约0.5英寸、约0.1英寸至约0.6英寸、约0.1英寸至约0.7英寸、约0.1英寸至约0.8英寸、约0.1英寸至约0.9英寸、约0.1英寸至约1英寸、约0.2英寸至约0.3英寸、约0.2英寸至约0.4英寸、约0.2英寸至约0.5英寸、约0.2英寸至约0.6英寸、约0.2英寸至约0.7英寸、约0.2英寸至约0.8英寸、约0.2英寸至约0.9英寸、约0.2英寸至约1英寸、约0.3英寸至约0.4英寸、约0.3英寸至约0.5英寸、约0.3英寸至约0.6英寸、约0.3英寸至约0.7英寸、约0.3英寸至约0.8英寸、约0.3英寸至约0.9英寸、约0.3英寸至约1英寸、约0.4英寸至约0.5英寸、约0.4英寸至约0.6英寸、约0.4英寸至约0.7英寸、约0.4英寸至约0.8英寸、约0.4英寸至约0.9英寸、约0.4英寸至约1英寸、约0.5英寸至约0.6英寸、约0.5英寸至约0.7英寸、约0.5英寸至约0.8英寸、约0.5英寸至约0.9英寸、约0.5英寸至约1英寸、约0.6英寸至约0.7英寸、约0.6英寸至约0.8英寸、约0.6英寸至约0.9英寸、约0.6英寸至约1英寸、约0.7英寸至约0.8英寸、约0.7英寸至约0.9英寸、约0.7英寸至约1英寸、约0.8英寸至约0.9英寸、约0.8英寸至约1英寸或约0.9英寸至约1英寸的孔径。在一些实施方式中，转筒网本身进一步由转筒环和/或转筒加强件支撑，以防止下垂或变形。在某些实施方式中，转筒微米过滤器恰好位于转筒组装件内的转筒网的内表面内。在某些实施方式中，转筒微米过滤器与转筒网齐平。在某些实施方式中，转筒微米过滤器包括一层或多层。在一些实施方式中，转筒微米过滤器包括约1层至约10层。在一些实施方式中，转筒微米过滤器包括至少约1层(例如，微米过滤片层)。在一些实施方式中，转筒微米过滤器包括至多约10层。在一些实施方式中，转筒微米过滤器包括约1层至约2层、约1层至约3层、约1层至约4层、约1层至约5层、约1层至约6层、约1层至约7层、约1层至约8层、约1层至约9层、约1层至约10层、约2层至约3层、约2层至约4层、约2层至约5层、约2层至约6层、约2层至约7层、约2层至约8层、约2层至约9层、约2层至约10层、约3层至约4层、约3层至约5层、约3层至约6层、约3层至约7层、约3层至约8层、约3层至约9层、约3层至约10层、约4层至约5层、约4层至约6层、约4层至约7层、约4层至约8层、约4层至约9层、约4层至约10层、约5层至约6层、约5层至约7层、约5层至约8层、约5层至约9层、约5层至约10层、约6层至约7层、约6层至约8层、约6层至约9层、约6层至约10层、约7层至约8层、约7层至约9层、约7层至约10层、约8层至约9层、约8层至约10层或约9层至约10层。在某些实施方式中，转筒微米过滤器包括适合于保留rGO/石墨烯同时允许不期望的反应产物或杂质通过的孔径。在某些实施方式中，分配在转筒组装件内部的含碳组合物(例如，GO和/或rGO)被转筒网和/或转筒微米过滤器捕获。在某些实施方式中，转筒微米过滤器的孔径描述孔的直径。在某些实施方式中，转筒微米过滤器包括适合于保留至少约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％或99％的rGO/石墨烯的孔径。在某些实施方式中，转筒微米过滤器包括约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、5.0或10.0微米的孔径。在某些实施方式中，转筒微米过滤器包括大于或等于约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、5.0或10.0微米的孔径。在某些实施方式中，转筒微米过滤器具有小于或等于(例如，不大于)约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、5.0或10.0微米的孔径。在一些实施方式中，转筒微米过滤器包括约0.1微米至约3微米的孔径。在一些实施方式中，转筒微米过滤器包括至少约0.1微米的孔径。在一些实施方式中，转筒微米过滤器包括至多约3微米的孔径。在一些实施方式中，转筒微米过滤器包括约0.1微米至约0.5微米、约0.1微米至约0.8微米、约0.1微米至约0.9微米、约0.1微米至约1微米、约0.1微米至约1.1微米、约0.1微米至约1.2微米、约0.1微米至约1.5微米、约0.1微米至约2微米、约0.1微米至约2.5微米、约0.1微米至约3微米、约0.5微米至约0.8微米、约0.5微米至约0.9微米、约0.5微米至约1微米、约0.5微米至约1.1微米、约0.5微米至约1.2微米、约0.5微米至约1.5微米、约0.5微米至约2微米、约0.5微米至约2.5微米、约0.5微米至约3微米、约0.8微米至约0.9微米、约0.8微米至约1微米、约0.8微米至约1.1微米、约0.8微米至约1.2微米、约0.8微米至约1.5微米、约0.8微米至约2微米、约0.8微米至约2.5微米、约0.8微米至约3微米、约0.9微米至约1微米、约0.9微米至约1.1微米、约0.9微米至约1.2微米、约0.9微米至约1.5微米、约0.9微米至约2微米、约0.9微米至约2.5微米、约0.9微米至约3微米、约1微米至约1.1微米、约1微米至约1.2微米、约1微米至约1.5微米、约1微米至约2微米、约1微米至约2.5微米、约1微米至约3微米、约1.1微米至约1.2微米、约1.1微米至约1.5微米、约1.1微米至约2微米、约1.1微米至约2.5微米、约1.1微米至约3微米、约1.2微米至约1.5微米、约1.2微米至约2微米、约1.2微米至约2.5微米、约1.2微米至约3微米、约1.5微米至约2微米、约1.5微米至约2.5微米、约1.5微米至约3微米、约2微米至约2.5微米、约2微米至约3微米或约2.5微米至约3微米的孔径。在某些实施方式中，转筒微米过滤器具有约1、2、3、5或10微米的孔径。在一个示例性实施方式中，转筒微米过滤器具有约1微米的孔径。在某些实施方式中，孔径为约1微米的转筒微米过滤器保留分配在转筒组装件内部的至少约80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％的rGO/石墨烯。使用微米过滤器的一个益处是有效地过滤rGO/石墨烯从而高度保留rGO/石墨烯，同时分离和/或去除包含剩余反应物、反应副产物、杂质和其他不需要的化合物的滤液的能力。例如，捕获rGO/石墨烯的转筒微米过滤器与用高压去离子水(或适合于清洁/净化rGO/石墨烯的其他液体)洗涤所捕获的rGO/石墨烯的喷杆组装件的联合使用实现了rGO/石墨烯的有效过滤和/或纯化，以供在下游应用中使用(例如，用于建造电池或电容器)。在某些实施方式中，转筒组装件具有初始位置(例如，如图43中的左下图中所示)。在某些实施方式中，当转筒组装件定位在枢转的转筒支架组装件上时(例如，如图43中的中间图中所示)，转筒组装件具有转动位置。在某些实施方式中，当转筒组装件紧固在旋转的转筒支架组装件上时(例如，如图43中的右图中所示)，转筒组装件具有卸载位置。在某些实施方式中，在从rGO/石墨烯第二反应过滤器的顶部组装件卸载rGO/石墨烯的过程中使用转筒组装件的一个或多个这样的位置。在某些实施方式中，在一个或多个这样的位置处(例如，在初始位置处)，当由马达致动时，转筒组装件经由转筒轴杆旋转。在某些实施方式中，转筒组装件具有约600rpm(每分钟转数)的旋转速度。在某些实施方式中，转筒组装件具有约0至约50、约0至约100、约0至约150、约0至约200、约0至约250、约0至约300、约0至约350、约0至约400、约0至约450、约0至约500、约50至约100、约50至约150、约50至约200、约50至约250、约50至约300、约50至约350、约50至约400、约50至约450、约50至约500、约100至约150、约100至约200、约100至约250、约100至约300、约100至约350、约100至约400、约100至约450、约100至约500、约150至约200、约150至约250、约150至约300、约150至约350、约150至约400、约150至约450、约150至约500、约200至约250、约200至约300、约200至约350、约200至约400、约200至约450、约200至约500、约250至约300、约250至约350、约250至约400、约250至约450、约250至约500、约300至约350、约300至约400、约300至约450、约300至约500、约350至约400、约350至约450、约350至约500、约400至约450、约400至约500或约450至约500、约500至约600、约500至约700、约500至约800、约500至约900、约500至约1,000、约600至约700、约600至约800、约600至约900、约600至约1,000、约700至约800、约700至约900、约700至约1,000、约800至约900、约800至约1,000或约900至约1,000rpm(每分钟转数)的旋转速度。
在某些实施方式中，驱动轴杆4305和惰轮轴杆4306(例如，如图17和图43A-图43F中所示)形成rGO/石墨烯第二反应过滤器的顶部组装件的一部分，用于机械支撑顶部组装件的元件和/或子组装件。图17示出了驱动轴杆1702和惰轮轴杆1701的示例性实施方式的前视图(分别为1702和1701)和侧视图(分别为1704和1703)。在某些实施方式中，驱动轴杆1702具有约40.69英寸的长度1706。在某些实施方式中，惰轮轴杆1701具有约38.06英寸的长度1705。在某些实施方式中，驱动轴杆由驱动马达4316致动。在某些实施方式中，驱动马达4316与滑轮系统接合。在某些实施方式中，滑轮系统包括驱动轴杆滑轮4320和4321。在某些实施方式中，驱动轴杆滑轮4320和4321经由驱动皮带4322机械连接。在某些实施方式中，驱动马达使驱动轴杆滑轮4320旋转或转动驱动皮带4322，驱动皮带4322进而旋转或转动驱动轴杆滑轮4321。在某些实施方式中，驱动轴杆滑轮4321与驱动轴杆4305接合。在某些实施方式中，驱动轴杆4305被配置成致动转筒组装件的旋转。在某些实施方式中，驱动轴杆4305与一个或多个驱动轮4314接合。在某些实施方式中，驱动轴杆与两个驱动轮接合。在某些实施方式中，两个驱动轮的中心相距约31.00英寸。在某些实施方式中，一个或多个驱动轮4314与转筒组装件接合。在某些实施方式中，一个或多个驱动轮与转筒组装件的一个或多个转筒框架1601接合。在某些实施方式中，转筒支承板2801附接至转筒框架1601。在某些实施方式中，驱动轮与转筒组装件的转筒框架1601接合。在某些实施方式中，驱动轮4314与转筒组装件的转筒框架1601接合，以将旋转从驱动轴杆4305传递至转筒组装件。在某些实施方式中，一个或多个驱动轮将驱动轴杆的旋转传递至转筒组装件(参见图43C-图43D)。在某些实施方式中，驱动轴杆4305和驱动轮4314与转筒组装件的一侧接合。在某些实施方式中，惰轮轴杆4306和惰轮4315与转筒组装件的相对侧接合。在某些实施方式中，惰轮轴杆4306不致动转筒组装件。在某些实施方式中，惰轮轴杆4306在转筒组装件旋转时向转筒组装件提供被动支撑。在某些实施方式中，当在卸载程序中将组装件转动到支撑支架上时，惰轮轴杆4306还向转筒组装件提供支撑(参见例如，图43E)。在一些示例性实施方式中，如图43A-图43F中所示，驱动马达4316致动驱动轴杆滑轮4320，驱动轴杆滑轮4320耦合至驱动皮带4322，驱动皮带4322将旋转传递到与驱动轴杆4305接合的另一驱动轴杆滑轮4321。当驱动轴杆4305旋转时，附接至驱动轴杆4305的两个驱动轮4314也旋转。由于驱动轮4314与转筒组装件的转筒支承板2802接合，因此驱动轮4314的旋转使转筒支承板2802、由此使转筒组装件绕其轴线(例如，转筒轴杆)旋转或转动。当转筒组装件旋转时，附接至与驱动轴杆4305的相对侧上的转筒组装件接合的惰轮轴杆4306的惰轮4315与转筒组装件一起旋转以提供支撑。驱动轴杆和惰轮轴杆的示例性实施方式如图17中所示，或者如图43A-图43F中的4305和/或4306所示。在某些实施方式中，驱动轴杆和/或惰轮轴杆包含任何合适的材料或由任何合适的材料制成，该材料例如是不锈钢。在某些实施方式中，驱动轴杆和/或惰轮轴杆的纵向横截面的直径为约1英寸。在某些实施方式中，惰轮轴杆的纵向长度为约38.06英寸。在某些实施方式中，驱动轴杆的纵向长度为约40.69英寸。在某些实施方式中，驱动轴杆的材料包括例如不锈钢。在某些实施方式中，驱动轴杆和/或惰轮轴杆是键接的、切割成一定长度和/或具有倒角端。
在某些实施方式中，驱动遮板如图18A-图18B中所示或者如图43A-图43F中的4307所示。在某些实施方式中，驱动遮板包括在rGO/石墨烯第二反应过滤器的顶部组装件中，用于遮盖包括驱动转筒组装件的马达等元件。图18A示出了驱动遮板的实施方式在两个角度的透视图1801。图18B示出了驱动遮板的左侧视图1802、右侧视图1804、前视图1805和俯视图1803。在某些实施方式中，驱动遮板具有包括以下一种或多种的尺寸：约8.75英寸的宽度1806、约9.94英寸的宽度1811、约19.00英寸的宽度1807、约21.13英寸的长度1808、约1.13英寸的高度1810和约2.00英寸的高度1809。在某些实施方式中，驱动遮板包含材料或由该材料制成，该材料包括例如不锈钢片。在某些实施方式中，片厚度为约0.063英寸。在某些实施方式中，驱动遮板具有焊接的角接缝并且是磨光的。
转筒轴杆支撑件的示例性实施方式示于图19A-图19B中，或如图43D中的4308和4309所示。在某些实施方式中，转筒轴杆支撑件包括在rGO/石墨烯第二反应过滤器的顶部组装件中。在某些实施方式中，转筒轴杆支撑件是转筒组装件的一部分，并向转筒组装件(例如，转筒)提供支撑。在某些实施方式中，转筒轴杆支撑件向转筒轴杆安装座(图28A中的2804)提供支撑。在某些实施方式中，转筒轴杆不致动在其上旋转的转筒或转筒组装件。在某些实施方式中，转筒组装件通过由驱动马达致动的驱动轴杆主动旋转(直接或间接地)。在某些实施方式中，转筒轴杆向被动旋转的转筒组装件提供支撑。在某些实施方式中，转筒轴杆致动在其上旋转的转筒组装件。如图19A中所示，在某些实施方式中，转筒轴杆支撑件具有面向流体侧(面向排放盘的内部和/或转筒的内部)和面向惰轮侧(面向排放盘的外部和/或转筒的外部)。在某些实施方式中，使用转筒轴杆支撑件来支撑转筒轴杆。在某些实施方式中，转筒轴杆支撑件被配置成允许转筒轴杆从转筒轴杆支撑件上抬起(例如，因此转筒组装件可以转动到转筒支架组装件上)。在某些实施方式中，驱动遮板包含材料或由该材料制成，该材料包括高密度聚乙烯(例如，厚度为约1.75英寸)。图19B示出了转筒轴杆支撑件的实施方式的俯视图1901、前视图1902和横截面侧视图1903。在某些实施方式中，转筒轴杆支撑件包括一个或多个孔1905。在某些实施方式中，所述一个或多个孔1905包括约1.75英寸的直径。在某些实施方式中，转筒轴杆支撑件包括开口1904。在某些实施方式中，转筒轴杆支撑件具有包括以下一种或多种的尺寸：约10.00英寸的高度1906、约6.11英寸的宽度1907和约1.75英寸的深度1908。
在某些实施方式中，马达安装板如图20中所示或者如图43A-图43F中的4310所示。在某些实施方式中，马达安装板包括在rGO/石墨烯第二反应过滤器的顶部组装件中，用于能够安装致动转筒组装件和/或顶部组装件的其他元件的马达。图20示出了马达安装板的实施方式的前视图2001、侧视图2002和透视图2003。在某些实施方式中，马达安装板具有包括以下一种或多种的尺寸：约8.00英寸的宽度2005、约10.00英寸的高度2004和约0.50英寸的厚度2006。在某些实施方式中，马达安装板包含材料或由该材料制成，该材料包括不锈钢片(例如，厚度为约0.5英寸)。
在某些实施方式中，框架焊接件1301如图21A-图21C中所示。在某些实施方式中，框架焊接件包括不锈钢板2110、2111和2112，以及不锈钢管2101、2102、2103、2104、2105、2106、2107、2108和2109。在某些实施方式中，不锈钢管具有包括以下一种或多种的尺寸：约35.00英寸、约38.75英寸、约39.00英寸或约42.75英寸的长度，约3.00英寸、约2.00英寸或约2.38英寸的宽度，以及约2.00英寸或约0.50英寸的高度。在某些实施方式中，框架焊接件具有包括以下一种或多种的尺寸：约38.75英寸的宽度2113和约38.38英寸的高度2114。在某些实施方式中，使用不同大小和/或尺寸的其他合适的元件和/或材料。
在某些实施方式中，盖子焊接件1303如图22A-图22D中所示。在某些实施方式中，盖子焊接件包括顶盖2201。在某些实施方式中，顶盖包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料例如是不锈钢片。在某些实施方式中，盖子焊接件包括流体侧面板2202和惰轮侧面板2203。在某些实施方式中，流体侧面板2202和惰轮侧面板2203包括例如不锈钢片或由例如不锈钢片制成。在某些实施方式中，不锈钢片的厚度为约0.125英寸。在某些实施方式中，盖子在盖子前侧处包括窗口2204和窗口修整衬垫2205。在某些实施方式中，在同一侧，盖子包括手柄2206、平垫圈2207和内六角螺钉2208。在某些实施方式中，盖子焊接件包括用于将盖子定位在打开或关闭位置的盖子停止件2210。图24中示出了盖子停止件的形状、大小和/或尺寸的实例。在某些实施方式中，盖子停止件包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料例如是高密度聚乙烯(HDPE)。在某些实施方式中，窗口包含材料或由该材料制成，该材料包括例如有机玻璃。在某些实施方式中，有机玻璃的厚度为约3/16英寸。在某些实施方式中，盖子焊接件包括气弹簧安装托架2211、六角螺栓2213、螺母2214或类似功能的合适元件。在某些实施方式中，平垫圈、螺钉、螺栓和螺母包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料例如是不锈钢。在某些实施方式中，盖子焊接件具有包括以下一种或多种的尺寸：约4.44英寸的长度2215、约38.1英寸的宽度2216和约27.5英寸的高度2217。图22C示出了窗口2204的前视图2218和侧视图2219，以及盖子焊接件的多个视图(2220、2221、2222、2223、2224、2225)。在某些实施方式中，流体侧面板具有包括以下一种或多种的尺寸：约28.5英寸的第一宽度2228、约39.0英寸的第二宽度2227、约20.2英寸的高度2226和约0.125英寸的厚度。图22B-图22D中示出了盖子焊接件及其元件的形状、大小和/或尺寸的实例。
在某些实施方式中，排放盘焊接件1302如图23A-图23E中所示。在某些实施方式中，排放盘焊接件包括前面板2303、后面板2304、排放板2305、前面板角撑板2306、面向/连接驱动轴杆的侧面板2301以及面向/连接惰轮轴杆的侧面板2302。图23B示出了侧面板2301和2302。图23C示出了前面板2303。图23D示出了后面板2304。图23E示出了排放板2305和前面板角撑板2306。在某些实施方式中，排放板2305具有包括以下一种或多种的尺寸：约3.63英寸的孔径、约4.56英寸的宽度、约5.44英寸的长度和约0.125英寸的厚度。在某些实施方式中，前面板角撑板2306具有包括以下一种或多种的尺寸：约7.38英寸的长度、约1.50英寸的宽度和约0.125英寸的厚度。在某些实施方式中，排放盘焊接件的一个或多个元件包含材料或由该材料制成，该材料包括例如不锈钢片。在某些实施方式中，不锈钢片具有约0.125英寸的厚度。在某些实施方式中，排放盘焊接件在所有接缝处是防水的。在某些实施方式中，一个或多个(例如，所有)接合处和/或配合表面是缝焊的，并且是磨光的。在某些实施方式中，排放盘焊接件具有包括以下一种或多种的尺寸：约38.38英寸的宽度2307、约42.1英寸的宽度2308、约39.6英寸的长度2309和约15.3英寸的高度2310。图23A-图23E中示出了排放盘焊接件及其元件的形状、大小和/或尺寸的实例。
在某些实施方式中，支架枢轴焊接件1401如图25A-图25C中所示。在某些实施方式中，支架枢轴焊接件包括一个或多个管结构2501和2502。在一个实例中，一个或多个这样的管结构具有约2.00英寸x 4.00英寸x 0.13英寸，或约2.00英寸x 2.00英寸x 0.13英寸的管大小。在某些实施方式中，支架枢轴焊接件包括枢轴2503。在某些实施方式中，枢轴具有直径为约1英寸的杆形状。在某些实施方式中，支架枢轴焊接件包括枢轴锁2504和枢轴板2505，枢轴锁2504用于接纳锁定销(例如，用于将支架枢轴组装件锁定在适当位置以防止旋转)。在某些实施方式中，一个或多个这样的元件包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料例如是不锈钢。在某些实施方式中，枢轴板具有约0.25英寸的厚度。在某些实施方式中，枢轴锁具有约2.00英寸x 3.00英寸x 0.25英寸的大小。在某些实施方式中，枢轴板包含材料或由该材料制成，该材料例如是不锈钢。在某些实施方式中，枢轴板和/或枢轴杆被切割成一定的长度并具有倒角端。在某些实施方式中，一个或多个接合处被焊接并磨光。在某些实施方式中，轴杆使用惰轮轴杆的下落材料(drop material)(例如，如图17中所示)。在某些实施方式中，支架枢轴焊接件具有包括以下一种或多种的尺寸：约38.25英寸的宽度2506、约36.63英寸的宽度2507和约5.13英寸的深度2508。在某些实施方式中，支架枢轴焊接件包括管2501，管2501具有包括以下一种或多种的尺寸：约34.50英寸的宽度2509、约2.00英寸的深度2510和约4.00英寸的高度2511。在某些实施方式中，管2502具有包括以下一种或多种的尺寸：约4.75英寸的长度、约2.00英寸的宽度和约2.00英寸的高度。在某些实施方式中，枢轴杆2503具有包括以下一种或多种的尺寸：约2.00英寸的长度和约1.00英寸的直径。在某些实施方式中，枢轴锁2504具有包括以下一种或多种的尺寸：具有约0.656英寸的直径的孔、1.25英寸的宽度、约2.00英寸的高度和约2.25英寸的深度。在某些实施方式中，枢轴板2505具有包括以下一种或多种的尺寸：具有约1.031英寸的直径的孔、约1.81英寸的宽度、约3.81英寸的高度和约0.25英寸的厚度。图25B-图25C中示出了支架枢轴焊接件及其元件的形状、大小和/或尺寸的实例。
在某些实施方式中，转筒导辊1403如图26A中所示。在某些实施方式中，转筒导辊包括在支架枢轴组装件中。在某些实施方式中，转筒导辊包括一个或多个孔。在某些实施方式中，转筒导辊具有包括以下一种或多种的尺寸：约5.00英寸的宽度2601、约4.50英寸的高度2602和约1.00英寸的深度2603。
在某些实施方式中，支架枢轴组装件包括转筒撑杆。在某些实施方式中，转筒撑杆如图26B中所示。在某些实施方式中，转筒撑杆包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料例如是HDPE。在某些实施方式中，转筒撑杆具有包括以下一种或多种的尺寸：18.00英寸的宽度2607、约3.00英寸的高度2605、约4.53英寸的高度2606和约1.00英寸的厚度2604。
在某些实施方式中，转筒支架焊接件1501如图27A-图27B中所示。在某些实施方式中，转筒支架焊接件具有包括以下一种或多种的尺寸：约33.00英寸的宽度2708、约20.38英寸的长度2707和约2.00英寸的厚度2709。在某些实施方式中，转筒支架焊接件包括一个或多个管结构2701、2702、2703和2704。在一个实例中，一个或多个这样的管结构具有约2.00英寸x 2.00英寸x 0.13英寸的管大小。在某些实施方式中，转筒支架焊接件包括轴杆2705。在某些实施方式中，轴杆具有直径为约1英寸且长度为约6.5英寸的杆形状。在某些实施方式中，转筒支架焊接件包括接受盘2706。在某些实施方式中，锁定弹簧销(图15B中所示)穿过接受盘进入转筒接受器(图14B中所示)，以将转筒支架组装件保持到位并防止其绕支架枢轴枢转。这使得转筒支架组装件保持稳定，以在卸载期间接纳转筒组装件(参见例如，图43E)。在某些实施方式中，一旦转筒组装件(例如，转筒)已经转动到转筒支架组装件上，就移除转筒惰轮毂，并将转筒绑定在支架上。随后拉动锁定销，以使转筒支架组装件能够与在上绑定的转筒一起旋转。旋转的转筒现在处于将过滤的含碳组合物(例如，rGO)批次转移到容器或储存器中的位置。在某些实施方式中，转筒支架焊接件的一个或多个元件包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料例如是不锈钢。在某些实施方式中，枢轴板具有约1.25英寸x 3.25英寸x 0.25英寸的大小。在某些实施方式中，枢轴锁具有约2.00英寸x3.00英寸x 0.25英寸的大小。在某些实施方式中，轴杆包含材料或由该材料制成，该材料例如是不锈钢。在某些实施方式中，枢轴板和/或枢轴杆被切割成一定的长度并具有倒角端。在某些实施方式中，一个或多个接合处被焊接并磨光。在某些实施方式中，轴杆使用惰轮轴杆的下落材料(例如，如图17中所示)。图27B中示出了排放盘焊接件及其元件的形状、大小和/或尺寸的实例。
在某些实施方式中，转筒组装件(例如，图16A-图16B中所示的转筒组装件)包括喷杆组装件。在某些实施方式中，喷杆组装件如图28A-图28B中所示。在某些实施方式中，喷杆组装件用于例如分配含碳组合物，诸如来自第二反应的反应产物(例如，rGO)。在某些实施方式中，喷杆组装件将含碳组合物分配到转筒组装件的内部空间中。在某些实施方式中，当转筒组装件旋转时，喷杆组装件将含碳组合物分配到转筒组装件的内部空间中。在某些实施方式中，当转筒组装件不旋转时，喷杆组装件将含碳组合物分配到转筒组装件的内部空间中。在某些实施方式中，喷杆组装件在低压下分配含碳组合物。在某些实施方式中，低压等于或小于约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或200PSI。在某些实施方式中，低压等于或大于约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或200PSI。在某些实施方式中，喷杆组装件流体耦合(例如，经由转筒轴杆安装座的导管和孔)至第二反应罐或容器。在某些实施方式中，喷杆组装件流体耦合至容纳第二反应的产物(例如，rGO)的罐或容器。在某些实施方式中，喷杆组装件将含碳组合物从罐或容器主动泵送到转筒组装件中。在某些实施方式中，喷杆组装件的操作是自动化或半自动化的。在某些实施方式中，喷杆组装件包括喷杆2801(例如，如图35中所示)、转筒支承板2802(例如，如图36A-图36B中所示)、喷杆轴承毂2803(例如，如图37A-图37B中所示)和转筒轴杆安装座2804(例如，如图38中所示)。在某些实施方式中，喷杆组装件包括选自以下的一个或多个元件，例如：内六角螺钉2805、外部卡环2806、内部保持环2807、接头2808、喷嘴2809、球轴承2810、孔塞2811、环氧树脂2812(未示出)、平头螺钉2813和速卸配件2814和2815。图28B中还示出了喷杆组装件的近视图2816。在某些实施方式中，喷杆组装件的一个或多个元件包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料例如是不锈钢、镀镍钢和/或HDPE。在某些实施方式中，接头的直径为1/2英寸美国标准锥管螺纹(NPT)，长度为约6.0英寸。在某些实施方式中，喷嘴为3/8英寸NPT，具有50度风扇。在某些实施方式中，喷嘴被配置成以至少10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160或170度的喷射角度分配材料(例如，洗涤液或含碳组合物)。在某些实施方式中，在安装(例如，内六角螺钉2805、平头螺钉2813和/或任何其他元件的安装)之前将环氧树脂施加至螺纹。在某些实施方式中，喷杆组装件用于例如将液体(例如，水、液体溶液、清洁溶液、冲洗溶液等)喷入转筒组装件的内部。在某些实施方式中，喷杆组装件用于洗涤或冲洗容纳在转筒组装件内的含碳组合物。在某些实施方式中，喷杆组装件在高压下喷射液体。在某些实施方式中，高压等于或小于约10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、250、300、350、400、450或500PSI。在某些实施方式中，高压等于或大于约10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、250、300、350、400、450或500PSI。在某些实施方式中，转筒组装件包括转筒网和/或微米过滤器，其具有足够小的孔径以防止含碳组合物(例如，rGO)通过，从而在含碳组合物被喷杆分配之后将含碳组合物保留在转筒组装件的内部，同时允许包含废物、未反应的反应组分、杂质和其他不期望的化合物的滤液通过转筒组装件排放(例如，排放到位于转筒组装件下方的排放盘中)。在某些实施方式中，保留在转筒组装件内的含碳组合物在高压下被从喷杆组装件喷射的液体洗涤。在某些实施方式中，喷杆组装件可从转筒组装件移除以供卸载。可移除式喷杆组装件的优点包括例如易于清洁、疏通或更换。另一优点是通过使用能够移除、修理和/或更换喷杆以使喷杆组装件故障时的停机时间最小化的可移除式喷杆组装件来增强被设计用于使纯化产物(例如，具有足够纯度和性质以供在电池和/或电容器中使用的GO或rGO)的产量最大化的高通量过程。在某些实施方式中，纯化产物在干燥后具有至少50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％或99.9％的纯度(w/w)。
在某些实施方式中，转筒组装件(例如，图16A-图16B中所示的转筒组装件)包括转筒端帽组装件。在某些实施方式中，转筒端帽组装件如图29A-图28B中所示。在某些实施方式中，转筒端帽组装件包括转筒支承板2901(例如，如图36中所示)、喷杆轴承毂2902(例如，如图39中所示)和/或转筒轴杆安装座2903(例如，如图40中所示)。在某些实施方式中，转筒支承板、喷杆轴承毂、转筒轴杆安装座包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料例如是HDPE。在某些实施方式中，转筒端帽组装件包括选自以下的一个或多个元件，例如：外部卡环2904、内部保持环2905、接头2808、孔塞2907、环氧树脂2909、平头螺钉2906和深沟球轴承2908。在某些实施方式中，转筒端帽的一个或多个元件包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料例如是不锈钢和/或镀镍钢。在某些实施方式中，球轴承是密封的。在某些实施方式中，在安装平头螺钉2906和/或任何其他元件之前将环氧树脂施加至螺纹。
图30A-图30B中示出了转筒框架1601的形状、大小和/或尺寸的实例。在某些实施方式中，转筒框架向转筒组装件提供结构支撑。在某些实施方式中，转筒框架被配置成与一个或多个驱动轮接合。在某些实施方式中，转筒框架接收来自一个或多个驱动轮(例如，源自经由驱动马达旋转的驱动轴杆)的旋转力，导致转筒框架绕其轴线旋转。在某些实施方式中，转筒框架被配置成与一个或多个惰轮接合。在某些实施方式中，转筒框架在其外表面上包含凹槽以便接纳一个或多个驱动轮。该凹槽提供了保持转筒框架与一个或多个驱动轮对准的益处。在某些实施方式中，驱动轮被配置成使摩擦最大化。在某些实施方式中，驱动轮被配置成与转筒框架产生足够的摩擦，以有效地转移旋转能量(例如，当驱动轮转动时使滑动最小化)。在某些实施方式中，惰轮被配置成使与转筒框架的摩擦最小化。在某些实施方式中，转筒框架包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料例如是HDPE。在某些实施方式中，转筒框架具有约2.50英寸的厚度。
图31中示出了转筒加强件1602的形状、大小和/或尺寸的实例。在某些实施方式中，转筒加强件包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料例如是HDPE。在某些实施方式中，转筒加强件具有直径为约1英寸的基本上杆状的形状(例如，具有杆形状)。在某些实施方式中，转筒加强件具有约0.75英寸的厚度。在某些实施方式中，转筒加强件具有约30.50英寸的长度3101。在某些实施方式中，转筒加强件向转筒组装件提供结构支撑。在某些实施方式中，转筒加强件向转筒网和/或转筒微米过滤器提供结构支持。在某些实施方式中，转筒加强件向转筒网和/或转筒微米过滤器提供结构支撑，以防止由于高速和/或高压分配在转筒组装件内的材料(例如，用于洗涤转筒组装件内的含碳组合物的从喷杆喷射的高压去离子水)而导致的翘曲、撕裂或其他形式的变形。在某些实施方式中，一个或多个转筒加强件被配置成与一个或多个转筒加强环组合提供结构支撑。
图32中示出了转筒加强环1603的形状、大小和/或尺寸的实例。在某些实施方式中，转筒加强环具有约22.75英寸的直径和约0.75英寸的厚度。在某些实施方式中，转筒加强环包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料例如是HDPE。在某些实施方式中，转筒加强环向转筒组装件提供结构支撑。在某些实施方式中，转筒加强环向转筒网和/或转筒微米过滤器提供结构支持。在某些实施方式中，转筒加强环向转筒网和/或转筒微米过滤器提供结构支撑，以防止由于高速和/或高压分配在转筒组装件内的材料(例如，用于洗涤转筒组装件内的含碳组合物的从喷杆喷射的高压去离子水)而导致的翘曲、撕裂或其他形式的变形。在某些实施方式中，一个或多个转筒加强环被配置成与一个或多个转筒加强件组合提供结构支撑。
图33中示出了转筒网1604的实例。在某些实施方式中，转筒网包含例如焊接的不锈钢网或由例如焊接的不锈钢网制成。在某些实施方式中，在轧制之前(例如，在轧制成圆柱形状之前)将该网切割成给定大小。在某些实施方式中，该网是例如利用4.0英寸宽的辊制造的1/2英寸网目T316焊接的0.063英寸线(例如，来自TWP INC.的部件#002X002WT0630W48T)。在某些实施方式中，轧制之前的网的大小为例如约30.50英寸的宽度3301x约65.00英寸的长度。在某些实施方式中，经轧制的网具有约19.88英寸的直径和约30.50英寸的长度。在某些实施方式中，该网具有缠绕和卷曲的端部(例如，参见图33，右下)。在某些实施方式中，该网具有缠绕和卷曲的端部，以便紧固轧制的形状并将扁平网的端部连接成圆柱形。在某些实施方式中，端部沿着轧制的网的长度(垂直于圆形横截面)缠绕并卷曲。在某些实施方式中，转筒网包含一种或多种孔形状和/或大小。在某些实施方式中，转筒网具有任何合适的孔形状和/或孔径。在某些实施方式中，孔径在整个网中是可变的或一致的。在某些实施方式中，孔形状具有几何形状。在某些实施方式中，孔形状在整个网中是可变的或一致的。在某些实施方式中，孔形状包括正方形、圆形、椭圆形、矩形、菱形或其他几何形状(例如，当网是平的并且展开时)。
在某些实施方式中，转筒微米过滤器(例如，如图34中所示)包括例如不锈钢织物或由例如不锈钢织物制成。在某些实施方式中，在轧制成圆柱形状之前，钢织物的切割大小为约30.50英寸的长度3401x约65.00英寸。在某些实施方式中，过滤器在沿着轧制的网的长度(垂直于圆形横截面)的接缝处具有约2.0英寸的重叠。在某些实施方式中，经轧制的过滤器具有约19.81英寸的直径和约30.50英寸的长度。在某些实施方式中，微米过滤器的厚度为例如约0.30英寸。在某些实施方式中，微米过滤器包含一种或多种孔形状和/或大小。在某些实施方式中，微米过滤器的孔形状和/或大小是任何合适的形状和/或大小。在某些实施方式中，孔径在整个网中是可变的或一致的。在某些实施方式中，孔径包括约1微米至约3微米的宽度、长度、直径和/或对角线。在某些实施方式中，孔形状是任何几何形状。在某些实施方式中，孔形状在整个网中是可变的或一致的。在某些实施方式中，孔形状包括例如正方形、圆形、椭圆形、矩形、菱形或其他几何形状(例如，当网是平的并且展开时)。
图35中示出了喷杆2801的形状、大小和/或尺寸的实例。在某些实施方式中，喷杆包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料包括例如HDPE。在某些实施方式中，喷杆包含用于分配材料(例如，液体、洗涤液、含碳组合物)的一个或多个开口2809(例如，喷嘴)。在某些实施方式中，喷杆包含用于分配材料的至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个开口。在某些实施方式中，喷杆包含用于输送液体和/或含碳组合物的一个或多个内部通道3503。在某些实施方式中，喷杆具有包括以下一种或多种的尺寸：约32.28英寸的长度3501和约3.12英寸的高度3502。
图36A-图36B中示出了转筒支承板2802的形状、大小和/或尺寸的实例。在某些实施方式中，转筒支承板包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料包括例如HDPE。在某些实施方式中，转筒支承板具有包括以下一种或多种的尺寸：约19.00英寸的直径、约1英寸的厚度3602和约4.319英寸的内径3601。
图37A-图37B中示出了喷杆轴承毂2803的形状、大小和/或尺寸的实例。在某些实施方式中，喷杆轴承毂包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料包括例如HDPE。在某些实施方式中，喷杆轴承毂具有包括以下一种或多种的尺寸：约3.86英寸的直径3701、约3.543英寸的直径3702、约3.316英寸的直径3704、约1.563英寸的宽度3705以及约1.00英寸的厚度3703。在某些实施方式中，喷杆轴承毂具有一个或多个开口3706。
图38中示出了转筒轴杆安装座2804的形状、大小和/或尺寸的实例。在某些实施方式中，转筒轴杆安装座位于转筒轴杆支撑件上。在某些实施方式中，转筒轴杆安装座在转筒轴杆安装座的惰轮侧(背向排放盘和/或转筒的内部)包含用于接纳导管、管或输入物(图28A中的2808)的孔3801。在某些实施方式中，导管、管或输入物是接头。在某些实施方式中，导管被配置成接收材料(例如，液体)流，该材料流穿过转筒轴杆安装座的孔到达喷杆组装件(例如，进入喷杆组装件的喷杆2801)。在某些实施方式中，导管将低压流(例如，含碳组合物如rGO的流)接收到转筒组装件中。在某些实施方式中，导管将高压流(例如，去离子水或一些其他洗涤液的流)接收到转筒组装件中。在一些实施方式中，转筒轴杆安装座包含两个孔，每个孔接纳接收材料流的导管。在某些实施方式中，两个孔接纳高压导管和低压导管。在某些实施方式中，导管被配置成与材料源(例如，容纳洗涤液的罐或容纳含碳组合物的罐)耦合。在某些实施方式中，使用泵、通过重力或任何其他方法将材料从源转移至喷杆组装件或喷杆。在某些实施方式中，转筒轴杆安装座与一个或多个喷杆2801接合。在某些实施方式中，导管2808被配置成与速卸配件2814耦合。被配置成与速卸配件耦合的导管的优点在于当没有材料源耦合至导管时，允许导管被密封。例如，不运行的反应过滤器不需要耦合至材料源。作为另一个实例，在某些实施方式中，当一批含碳组合物已经被引入转筒组装件中并且正在经历洗涤循环时，被配置成接收含碳组合物的导管不需要耦合至含碳组合物源。在某些实施方式中，单个导管被配置成接收含碳组合物和洗涤液(例如，去离子水)。例如，在一个实施方式中，单个导管接收来自含碳组合物源的材料，该含碳组合物通过喷杆组装件的喷杆分配在转筒组装件内，然后导管耦合至去离子水源，该去离子水在随后的清洁循环期间分配在转筒内。在某些实施方式中，转筒轴杆安装座经由外部卡环2806、喷杆轴承毂2803、球轴承2810(例如，深沟球轴承)和内部保持环2807与喷杆2801接合(例如，如图28A中所示)。在某些实施方式中，转筒轴杆安装座包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料包括例如HDPE。在某些实施方式中，轴杆安装座为约2英寸厚。
图39中示出了喷杆轴承毂2902的形状、大小和/或尺寸的实例。在某些实施方式中，喷杆轴承毂包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料包括例如HDPE。在某些实施方式中，喷杆轴承毂为约1英寸厚。图39示出了喷杆轴承毂的惰轮侧。在某些实施方式中，喷杆轴承毂的流体侧与惰轮侧是镜像的形状和/或大小。
图40中示出了转筒轴杆安装座2903的形状、大小和/或尺寸的实例。在某些实施方式中，转筒轴杆安装座2903不包含用于接纳导管和/或材料(例如，洗涤液和/或含碳组合物)源的一个或多个孔。在某些实施方式中，转筒轴杆安装座2903位于转筒组装件的另一转筒轴杆安装座2804(其包含一个或多个孔)的相对侧。在某些实施方式中，转筒轴杆安装座包含一种或多种材料或由一种或多种材料制成，该材料包括例如HDPE。在某些实施方式中，转筒轴杆安装座为约2英寸厚。图39示出了安装座的惰轮侧。在某些实施方式中，安装座的流体侧与惰轮侧是镜像的形状和/或大小。图43A-图43F和/或表3中描述了在一些情况下rGO/石墨烯第二反应过滤器中的结构元件及其相互关系的细节。在一些情况下，操作rGO/石墨烯第二反应过滤器(图43A-图43F中所示)的示例性程序示于图42A-图42C中。在某些实施方式中，第二反应过滤器的操作和卸载是自动化或半自动化的。
在一些实施方式中，rGO/石墨烯第二反应过滤器(在此可替代地作为顶部组装件)(例如，如图43A-图43F中所示)包括外壳4318和/或控制外壳4319。在某些实施方式中，外壳4318和/或控制外壳4319在其中容纳或封闭控制单元。在某些实施方式中，控制单元和/或其外壳物理附接至顶部组装件的一个或多个元件。或者，在其他实施方式中，控制单元和/或其外壳远离顶部组装件。在某些实施方式中，控制单元电连接或电子连接到顶部组装件的一个或多个元件，以控制操作(例如，机械操作)。在某些实施方式中，控制单元控制例如顶部组装件的过滤步骤和/或反应和/或卸载。在某些实施方式中，顶部组装件的卸载是自动化的。在某些实施方式中，控制单元和顶部组装件通过有线或无线连接进行通信和/或连接。在某些实施方式中，控制单元包括允许用户在界面处键入输入的用户界面。在某些实施方式中，控制单元包括数字处理装置，该数字处理装置包括处理器以控制顶部组装件。在某些实施方式中，控制单元包括嵌入并可由数字处理设备进行的一个或多个软件模块(例如，用于控制顶部组装件的一个或多个元件)。在某些实施方式中，控制单元包括用于从非暂时性计算机可读介质、因特网、云、移动应用等接收数据的电子接口。在某些实施方式中，控制单元包括数字显示器。在某些实施方式中，数字显示器显示与第二反应过滤器的运行和/或第二反应过滤器的控制有关的信息。在某些实施方式中，控制单元包括用于打开和/或关闭第二反应过滤器的通/断开关。在某些实施方式中，控制单元包括用于控制第二反应过滤器的一个或多个元件的预编程方案(pre-programmed protocol)。在某些实施方式中，控制单元操作第二反应过滤器以进行清洁方案(例如，用户定义的方案或预定义的方案)。在某些实施方式中，清洁方案包括许多洗涤循环。在某些实施方式中，清洁方案包括至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个洗涤循环。在某些实施方式中，洗涤循环开始于将洗涤液分配到转筒组装件中，并且在至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％的洗涤液已经从转筒组装件的内部排放时结束。在某些实施方式中，洗涤循环包括自旋循环(例如，自旋干燥循环)，其中转筒组装件旋转而不分配洗涤液，以便使用离心力从转筒组装件的内部排放洗涤液。在某些实施方式中，根据某些性质配置每个洗涤循环，例如，使用的洗涤液(例如，去离子水)的量、每个洗涤循环的长度、洗涤循环数、转筒的旋转速度、分配洗涤液时的压力以及喷杆组装件分配洗涤液的方向(例如，12点钟、3点钟、6点钟、9点钟方向等)。在某些实施方式中，这样的元件包括但不限于马达、驱动器、转筒轴杆、惰轮轴杆、驱动轴杆、惰轮、驱动轮、喷杆组装件、支架枢轴组装件、转筒支架组装件、盖子、框架组装件、驱动皮带或其任何组合。
在一些实施方式中，rGO/石墨烯第二反应过滤器(例如，如图43A-图43F中所示)包括如图45A-图45E中所示的盖组装件。在某些实施方式中，盖组装件包括表3中列出的一个或多个结构元件，例如手柄4505、2个螺栓凸缘轴承4506、螺母(4507、4510)、平垫圈(4508、4509)和平头螺钉4511。在某些实施方式中，盖组装件包括前盖焊接件4502和后盖焊接件4501(例如，如图45A-图45E中所示)。在某些实施方式中，盖组装件包括罩枢轴杆4504和罩枢轴板4503，它们有助于使前盖焊接件能够绕后盖焊接件旋转。在某些实施方式中，罩枢轴杆4504具有约1.75英寸的长度。在某些实施方式中，罩枢轴板4503具有约2.75英寸的直径和约0.125英寸的厚度。
在一些实施方式中，rGO/石墨烯第二反应过滤器包括防溅板，如图46中所示。在某些实施方式中，防溅板具有包括以下数值中的一种或多种的尺寸：约37.75英寸的宽度4601和约7.30英寸的高度4602。
在一些实施方式中，使用可扩展反应器4400制备GO和/或rGO，如图44中所示。在某些实施方式中，该反应器是第一反应反应器(例如，用于实施第一反应)。在某些实施方式中，该反应器是自动化或半自动化的(例如，用于制备GO和/或rGO)。在某些实施方式中，该反应器及其组件从微规模大小放大至用于制备GO和/或rGO的大规模大小(例如，如本文其他地方所述)。在某些实施方式中，可扩展反应器包括两个或更多个(例如，多个)单元(例如，包括反应釜或反应容器)4401。在某些实施方式中，该反应器包括1至18个容器。在某些实施方式中，该反应器包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30个单元。在某些实施方式中，该反应器包括至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30个单元。在某些实施方式中，该反应器被配置成以例如比常规反应器大至少约16倍的容量、速度或通量产生GO和/或rGO。在某些实施方式中，每个单元4401包括混合器4403，混合器4403包括搅拌器和混合器缸(例如，具有约20夸脱至约320夸脱的大小/容积)。在某些实施方式中，该反应器包括与每个单元4401连接(例如，耦合和/或流体连通)的罐4402(例如，具有约100加仑至约3000加仑的大小/容积)。在某些实施方式中，该反应器包括一个或多个通风口(例如，向内通风和向外通风)。在某些实施方式中，该反应器包括混合器或混合器系统，其中该混合器系统包括马达和搅拌器。在某些实施方式中，搅拌器和/或混合器被配置成从反应器抬升和/或下降。在某些实施方式中，该反应器包括在反应器底端的端口，该端口与罐4402流体连通。在某些实施方式中，该端口直接排空到该罐中。在某些实施方式中，该端口耦合至导管，该导管将反应器的内容物输送到该罐中。在某些实施方式中，该导管包含不锈钢或由不锈钢制成。在某些实施方式中，该反应器和/或其组件是自清洁的(例如，使得在最少的人工干预和/或不需要人工干预的情况下自动进行清洁)。
在一些实施方式中，如图47中所示使用系统处理含碳组合物。在某些实施方式中，该系统包括用于进行第一反应以制备氧化形式的含碳组合物的第一反应系统或设备、用于过滤氧化形式的含碳组合物的第一反应过滤器、用于进行第二反应以制备还原形式的含碳组合物的第二反应系统或设备、用于过滤还原形式的含碳组合物的第二反应过滤器，或其任何组合。在某些实施方式中，该系统包括第一反应系统或设备。在某些实施方式中，第一反应系统或设备包括用于容纳含碳组合物的反应容器。在某些实施方式中，该反应容器包括用于测量罐内条件的一个或多个传感器。在某些实施方式中，该反应容器包含温度计或温度传感器。在某些实施方式中，该温度计或温度传感器允许确定反应容器内的反应温度和/或温度变化率。作为另一个实例，在某些实施方式中，该反应容器包含pH传感器。作为另一个实例，在某些实施方式中，该反应容器包含盐浓度传感器。在某些实施方式中，第一反应系统或设备包括第一反应混合器组装件4702。在某些实施方式中，第一反应混合器组装件4702在第一反应之前、期间和/或之后搅拌或混合含碳组合物。在某些实施方式中，第一反应系统或设备包括罐4701。在某些实施方式中，将第一反应容器内的含碳组合物转移至罐4701。
在某些实施方式中，螺旋进料器(或进料到反应容器和/或罐中的任何其他材料源)将材料分配到反应容器和/或罐的进口中。在进一步的实施方式中，该进口接收材料，然后将材料分配到反应容器和/或罐的内部。在一些实施方式中，反应系统包括包含一个或多个用于接收材料(例如，反应物、成分、猝灭剂等)的进口的一个或多个反应容器和/或罐。在某些实施方式中，第一反应容器与罐4701流体连通。在某些实施方式中，第一反应系统或设备包括冰螺旋进料器4703。在某些实施方式中，冰螺旋进料器4703在第一反应之前、期间和/或之后将冰分配(例如，通过进口)到罐4701中。在某些实施方式中，冰螺旋进料器4703将冰分配到罐中以猝灭第一反应。在某些实施方式中，冰螺旋进料器4703将冰分配到罐中以将反应温度冷却至某一温度或温度范围。在某些实施方式中，冰螺旋进料器4703将冰分配到罐中以将反应温度冷却至低于或等于约0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、6℃、8℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃的温度。在某些实施方式中，冰螺旋进料器4703将冰进料到罐中以将反应温度冷却至约0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、6℃、8℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃。在某些实施方式中，冰螺旋进料器4703将冰分配到罐中以将反应温度维持在某一温度或温度范围。在某些实施方式中，冰螺旋进料器4703将冰分配到罐中以将反应温度维持在约0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、6℃、8℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或约100℃。在某些实施方式中，冰螺旋进料器4703将冰分配到罐中以防止、减少或中和由罐内发生的放热反应引起的温度升高。在某些实施方式中，冰螺旋进料器4703是自动化或半自动化的。在一些实施方式中，使用除螺旋进料器之外的进料器分配材料(例如，冰、高锰酸钾、抗坏血酸钠、过氧化氢或其他反应物或材料)。例如，使用管链输送器代替螺旋进料器。
在某些实施方式中，使用用于将材料移动和/或分配到罐、反应器、容器或单元中的一个或多个设备或系统，例如输送器(例如，柔性螺旋输送器、实心螺旋输送器、螺旋输送器、带式输送器等)。在一些实施方式中，用于将材料移动和/或分配到罐中的设备或系统包括用于将所述材料从储存单元(例如，去离子水容纳罐4706、酸容纳罐4707、冰储存单元、高锰酸钾储存单元等)输送到第一反应容器、第一反应罐(例如，用于猝灭第一反应)、第一反应过滤器、第二反应系统或第二反应过滤器的输送器。在一个实例中，将冰从储存单元输送到第一反应系统或设备的罐的冰进料器(例如，冰螺旋进料器4703)。在一些实施方式中，容器包含含碳组合物4704。在某些实施方式中，反应容器包含用于接收高锰酸钾的进口。在某些实施方式中，反应容器包含用于接收硫酸的进口。在某些实施方式中，反应容器包含用于接收含碳组合物(例如，石墨原料)的进口。在某些实施方式中，该容器包含含碳组合物4704，后者包含预先混合的石墨和硫酸。在某些实施方式中，石墨和硫酸在引入罐4701之前预先混合。预先混合含碳组合物(例如，石墨和硫酸)的一个优点是减少反应温度和/或反应速率的变化。当反应开始时，未混合或混合不均匀的组分可导致整个组合物中反应温度和/或反应速率的变化。例如，在某些实施方式中，将催化剂高锰酸钾添加至包含未混合的石墨和硫酸的第一反应容器中导致在一些位置有高反应温度和/或反应速率，而在其他位置具有较低的反应活性。在某些实施方式中，将包含石墨和硫酸的含碳组合物在反应容器内或者在另一容器4704中预先混合。在某些实施方式中，将催化剂(例如，高锰酸钾)添加至预先混合的石墨和硫酸中以催化反应容器内的反应。在某些实施方式中，预先混合减少了给定批次的反应(例如，第一反应)期间反应温度和/或反应速度的变化。在某些实施方式中，预先混合减少了不同批次之间的反应温度和/或反应速率的变化。在一些实施方式中，用另一催化剂代替高锰酸钾(例如，高铁酸钾K2FeO4)。在某些实施方式中，在本文所述的任何系统、设备和方法中，用另一催化剂代替高锰酸钾。在某些实施方式中，设备包括催化剂螺旋进料器(例如，高锰酸钾螺旋进料器4705)。在某些实施方式中，高锰酸钾螺旋进料器4705在第一反应之前、期间和/或之后将高锰酸钾进料或分配到反应容器中(例如，如果第一反应在反应容器中发生并在罐中猝灭)或罐4701中(例如，如果第一反应和猝灭均在罐中发生)。在某些实施方式中，高锰酸钾螺旋进料器4705允许高锰酸钾的分配量有所变化。在某些实施方式中，高锰酸钾螺旋进料器4705是自动化或半自动化的。在某些实施方式中，手动控制和/或由中央控制单元自动控制高锰酸钾螺旋进料器4705。在某些实施方式中，高锰酸钾螺旋进料器4705被配置(例如，手动或自动地)成将高锰酸钾以适合于维持特定反应温度(例如，针对第一反应的反应容器内的温度)或反应速率的速率进料到反应容器中或罐4701中。在某些实施方式中，高锰酸钾螺旋进料器4705被配置成以适合于将反应温度保持在某一温度以下的速率进料高锰酸钾。在某些实施方式中，高锰酸钾螺旋进料器4705被配置成当反应温度低于温度阈值时增大分配高锰酸钾的速率。在某些实施方式中，高锰酸钾螺旋进料器4705被配置成当反应温度高于温度阈值时减小分配高锰酸钾的速率。在某些实施方式中，温度阈值为约0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、6℃、8℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃。在某些实施方式中，高锰酸钾螺旋进料器4705被配置成当反应温度以小于阈值的变化率逐渐升高时增大将高锰酸钾分配到罐4701中的速率。在某些实施方式中，高锰酸钾螺旋进料器4705被配置成当反应温度以大于阈值的变化率逐渐升高时减小将高锰酸钾分配到罐4701中的速率。在某些实施方式中，温度变化率阈值为约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20℃/分钟(℃/min)。
在一些实施方式中，如图47中所示的系统包括用于过滤氧化形式的含碳组合物(例如，氧化石墨烯)的第一反应过滤器(例如，第一反应过滤器系统或者第一反应过滤系统或设备)。在某些实施方式中，第一反应过滤器过滤第一反应(例如，生成GO的氧化反应)的产物。在某些实施方式中，第一反应过滤器包括过滤膜。
在一些实施方式中，如图47中所示的系统包括第二反应系统或设备，用于进行第二反应以生成还原形式的含碳组合物(例如，rGO)。在某些实施方式中，第二反应系统或设备包括第二反应罐、混合器或混合器系统、加热组件、过氧化氢进料器、抗坏血酸钠进料器或其任何组合。在某些实施方式中，第二反应罐包含含碳组合物。在某些实施方式中，第二反应系统或设备包括加热罐4709(例如，通过加热组件提供热量)。在某些实施方式中，混合器或混合器系统以与本说明书中其他地方描述的任何其他混合器或混合器系统相同的方式搅拌和/或混合所述罐的内容物(例如，含碳组合物和任何其他反应物或反应组分)。在某些实施方式中，加热组件加热所述罐以提高第二反应温度。在某些实施方式中，加热组件被配置成将罐加热到至少约30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃。在某些实施方式中，加热组件被配置成将罐加热以维持约30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃的温度。在某些实施方式中，过氧化氢进料器被配置成以一定的速率或量分配过氧化氢。在某些实施方式中，抗坏血酸钠进料器被配置成以一定的速率或量分配过氧化氢。在某些实施方式中，过氧化氢进料器和抗坏血酸钠进料器被配置成分配约20L的30％过氧化氢/kg GO(在100升溶液中)和约4.95kg抗坏血酸钠(抗坏血酸的钠盐)/kg GO(在100升溶液中)。
在一些实施方式中，如图47中所示的系统包括用于进行还原形式的含碳组合物(例如，rGO)的过滤的第二反应过滤器4708(例如，第二反应过滤器系统或第二反应过滤系统)。在某些实施方式中，第二反应过滤器4708包含如本文其他地方所述的各种组件。在一些实施方式中，第二反应过滤器4708包括转筒组装件和喷杆组装件中的一种或多种。在某些实施方式中，喷杆组装件包括喷杆，该喷杆包括用于将一种或多种材料(例如，液体、固体、悬浮液、混合物等)分配在转筒组装件内的一个或多个开口(例如，喷管或喷嘴)。在某些实施方式中，喷杆基本上定位在转筒组装件的内部。在某些实施方式中，喷杆被定位成将材料分配在转筒组装件的内部。在某些实施方式中，喷杆组装件被配置成将含碳组合物(例如，rGO)分配在转筒组装件内。在某些实施方式中，喷杆组装件被配置成在低压下分配含碳组合物。在某些实施方式中，喷杆组装件被配置成将液体(例如，来自去离子水容纳罐4706的去离子水)分配在转筒组装件内以供洗涤和/或纯化含碳组合物。在某些实施方式中，喷杆组装件被配置成通过在高压下喷射液体来分配液体(例如，以便冲洗含碳组合物)。在某些实施方式中，该高压是高于低压的压力，其中含碳组合物与在较高压力下分配的液体相比在较低的压力下分配。在某些实施方式中，喷杆组装件包括一个或多个喷杆(例如，图28A的喷杆2801)。在某些实施方式中，喷杆组装件包括至少两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个喷杆。在某些实施方式中，喷杆包括用于分配一种或多种材料的一个或多个开口(例如，喷管、喷嘴2809等)。在某些实施方式中，喷杆包括用于分配含碳组合物的一组开口。在某些实施方式中，喷杆包括用于分配液体的一组开口。在某些实施方式中，喷杆包括用于(例如，在低压下)分配含碳组合物的第一组开口和用于(例如，在高压下)分配液体的第二组开口。在某些实施方式中，转筒组装件的内部是基本上封闭的，以防止固体和/或液体颗粒离开转筒组装件的内部。例如，在某些实施方式中，转筒组装件的内部是基本上封闭的，其中该组装件包括转筒网和/或转筒微米过滤器，其包括具有适合于将还原形式的含碳组合物保留在转筒组装件内，同时允许杂质、反应副产物和/或废物通过的孔径。在一些实施方式中，第二反应过滤器包括喷杆组装件，该喷杆组装件被配置成从转筒组装件的外部分配液体。在一些实施方式中，第二反应过滤器4708包括转筒组装件，该转筒组装件部分或完全浸没在排放盘中的液体(例如，去离子水)中(图23A)。在某些实施方式中，旋转转筒组装件以增强对转筒组装件内的含碳组合物的冲洗。在某些实施方式中，排放盘包括排放器。在某些实施方式中，排放器被配置以打开或关闭。在某些实施方式中，第二反应过滤器包含一个或多个传感器(例如，温度、pH和/或盐浓度传感器)。在某些实施方式中，所述一个或多个传感器被定位在排放盘内。在某些实施方式中，所述一个或多个传感器被定位在排放器处。在某些实施方式中，第二反应过滤器经历针对含碳组合物(例如，一批rGO)的多次洗涤或洗涤循环。在某些实施方式中，每次洗涤使用一定体积的液体(例如，去离子水)。在某些实施方式中，洗涤或洗涤循环使用至少5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90或100加仑的液体。在某些实施方式中，包含含碳组合物的转筒组装件经历一次或多次冲洗或洗涤循环。在某些实施方式中，冲洗或洗涤循环包括用一定体积的液体填充排放盘(例如，排放器关闭)，旋转转筒组装件以冲洗含碳组合物，以及打开排放器以排出液体。在某些实施方式中，冲洗或洗涤循环包括从喷杆组装件喷射一定体积的液体以冲洗或洗涤含碳组合物，并允许液体排放。在某些实施方式中，第二反应过滤器的一个或多个组件的操作是自动化或半自动化的。例如，在某些实施方式中，第二反应过滤器的操作包括一组适合于过滤和/或纯化含碳组合物(例如，rGO)的指令或步骤。在某些实施方式中，第二反应过滤器的操作包括控制转筒组装件(例如，致动转筒组装件的马达、转筒轴杆、驱动轴杆、惰轮轴杆等)、喷杆组装件(例如，低压输入、高压输入)和排放盘排放器(例如，打开或关闭)的一个或多个组件。
在一些实施方式中，中央控制单元控制第一反应系统或设备、第一反应过滤器、第二反应系统或设备和第二反应过滤器。在某些实施方式中，中央控制单元提供手动、自动化或半自动化的控制。在某些实施方式中，中央控制单元控制本文描述的系统、设备、过滤器或过程的任何组合。在某些实施方式中，中央控制单元控制第一反应的温度。在某些实施方式中，中央控制单元控制第一反应系统或设备的一个或多个组件(例如，用于进行含碳组合物的氧化)。作为示例，在某些实施方式中，中央控制单元控制混合器、冰螺旋进料器和催化剂螺旋进料器(例如，高锰酸钾螺旋进料器)中的一个或多个。在某些实施方式中，中央控制单元控制一种或多种反应物或成分向用于进行第一反应的系统(例如，第一反应系统、设备或组装件)中的添加时机、量和/或速率。在某些实施方式中，中央控制单元控制高锰酸钾和/或冰向第一反应系统的容器、反应室或单元中的添加时机、量和/或速率。在某些实施方式中，中央控制单元控制第一反应过滤器或第一反应过滤过程。在某些实施方式中，中央控制单元控制第二反应系统或设备。在某些实施方式中，中央控制单元控制一种或多种反应物或成分向用于进行第二反应的系统(例如，第二反应系统、设备或组装件)中的添加时机、量和/或速率。在某些实施方式中，中央控制单元控制过氧化氢和/或抗坏血酸钠向第二反应系统的容器、反应室或单元中的添加时机、量和/或速率。在某些实施方式中，中央控制单元控制第二反应过滤器或第二反应过滤过程中的一个或多个组件。在某些实施方式中，中央控制单元控制转筒组装件的旋转(例如，开启或关闭旋转、旋转速度、旋转增加或减少的速率)、喷杆组装件(例如，分配rGO的速率、量和/或压力；分配去离子水的速率、量和/或压力)和排放盘排放器(例如，打开或关闭排放器)中的一种或多种。在某些实施方式中，中央控制单元利用来自第一反应系统或设备、第一反应过滤器、第二反应系统或设备和第二反应过滤器中的一种或多种的传感器数据。在某些实施方式中，中央控制单元协调第一反应系统或设备、第一反应过滤器、第二反应系统或设备和第二反应过滤器中的一种或多种的操作。在某些实施方式中，中央控制单元控制用于处理含碳组合物的组件、子系统和/或系统。在某些实施方式中，中央控制单元协调用于处理含碳组合物的组件、子系统和/或系统的操作，以优化氧化石墨烯和/或还原的氧化石墨烯(例如，单层或多层GO或RGO)的生产率。
在某些实施方式中，中央控制单元和/或其外壳物理附接至本文描述的系统或设备的一个或多个组件。或者，在其他实施方式中，中央控制单元和/或其外壳位于远离本文所述的系统和组装件的一个或多个组件。例如，在某些实施方式中，中央控制单元在地理上与包含用于处理含碳组合物的系统(例如，第一反应系统、第一反应过滤器、第二反应系统、第二反应过滤器等)的空间分离。在某些实施方式中，中央控制单元电连接或电子连接到用于处理含碳组合物的系统的一个或多个组件以控制操作(例如，机械操作)。在某些实施方式中，中央控制单元控制用于进行例如第一反应、第一过滤、第二反应、第二过滤或其任何组合的一个或多个系统。在某些实施方式中，中央控制单元和系统通过有线或无线连接进行通信和/或连接。在某些实施方式中，中央控制单元包括允许用户在界面处键入输入的用户界面。在某些实施方式中，中央控制单元包括数字处理装置，该数字处理装置包括处理器以控制该系统或其任何组件或子系统。在某些实施方式中，中央控制单元包括嵌入并可由数字处理设备执行的一个或多个软件模块(例如，用于控制顶部组装件的一个或多个元件)。在某些实施方式中，中央控制单元包括用于从非暂时性计算机可读介质、因特网、云、移动应用等接收数据的电子接口。在某些实施方式中，中央控制单元包括数字显示器。在某些实施方式中，该数字显示器显示与第一反应系统、第一反应过滤器、第二反应系统、第二反应过滤器或其任何组合的控制和/或运行有关的信息。在某些实施方式中，中央控制单元包括用于打开和/或关闭第一反应系统、第一反应过滤器、第二反应系统、第二反应过滤器或其任何组合的通/断开关。在某些实施方式中，中央控制单元包括用于控制第一反应系统、第一反应过滤器、第二反应系统、第二反应过滤器或其任何组合的一个或多个元件的预编程方案。在某些实施方式中，这样的元件包括马达、搅拌器、混合器或混合器系统、冰螺旋进料器、高锰酸钾螺旋进料器、抗坏血酸钠进料器、过氧化氢进料器、盖子、盖、罩组装件、驱动器、转筒轴杆、惰轮轴杆、驱动轴杆、惰轮、驱动轮、喷杆组装件、支架枢轴组装件、转筒支架组装件、盖子、框架组装件、驱动皮带或其任何组合中的一种或多种。
在某些实施方式中，制备氧化石墨(GO)和石墨烯(rGO)的过程包括氧化、过滤(例如，纯化)、还原和第二过滤(例如，最终纯化)。在某些实施方式中，制备氧化石墨(GO)的过程包括氧化和过滤。在某些实施方式中，将由第一反应生成的GO处理至适当的pH以用于一种或多种下游应用。在某些实施方式中，将由第一反应生成的GO处理至约4.5至5.0、5.0至5.5、5.5至6.0、6.0至6.5或6.5至7.0之间的pH。在某些实施方式中，制备氧化石墨(GO)和/或石墨烯(rGO)的过程产生废料，例如硫酸。在某些实施方式中，制备GO/rGO的过程包括独立的废物处理步骤，例如，将石灰(例如，CaO)添加至反应1的反应副产物。在某些实施方式中，废物处理步骤用石灰中和硫酸废物以生成石膏。在某些实施方式中，通过例如压滤来处理石膏。在某些实施方式中，随后干燥石膏。在某些实施方式中，包括罐和混合器的废物处理设备被配置成通过将石灰与来自反应1的废液混合来产生石膏，其中废液包含硫酸。经处理的石膏可用于下游应用，例如作为肥料。石膏的高钙和硫含量及其高溶解度使其成为理想的肥料。石膏也不会使土壤酸化，并可能起到减少土壤中铝毒性的作用。因此，在某些实施方式中，制备GO和/或rGO的过程包括将硫酸废物转化成石膏的废物处理步骤。
在某些实施方式中，在氧化成单层GO期间，将石墨(约1kg)与98％硫酸(约32L)混合并冷却至约-10℃。在某些实施方式中，将GO反应器冷却盘管冷却至-2℃。在某些实施方式中，然后将石墨/硫酸混合物小心地倒入反应器中。在某些实施方式中，在约1.5小时的过程中将高锰酸钾(约4.8kg)粉末缓慢添加至反应器，小心地保持反应温度低于约15℃。在某些实施方式中，在高锰酸钾的添加完成后，将反应器冷却盘管温度升至约12℃，并在约1.5小时内将反应加热至约30℃。在某些实施方式中，然后将反应器冷却盘管冷却至约-2℃，并且再将反应温度保持在约30℃约30分钟。在某些实施方式中，随后在约1小时的过程中添加碎冰(约32kg)。在某些实施方式中，反应温度在此期间上升到约50℃。在某些实施方式中，加冰后，允许将反应搅拌约1小时。在某些实施方式中，最后用碎冰(约72kg)猝灭反应。在某些实施方式中，冰在该猝灭期间融化，继而添加30％过氧化氢(约2L)以停止反应。
在某些实施方式中，在氧化成多层GO期间，将石墨(约1kg)与98％硫酸(约32L)混合并冷却至约-10℃。在某些实施方式中，将GO反应器冷却盘管冷却至约-2℃。在某些实施方式中，然后将石墨/硫酸混合物小心地倒入反应器中。在某些实施方式中，在约45分钟的过程中将高锰酸钾(约2kg)粉末缓慢添加至反应器，小心地保持反应温度低于约15℃。在某些实施方式中，随后允许将反应在约15℃的反应温度下搅拌约30分钟。在某些实施方式中，最后用碎冰(约125kg)猝灭反应。在某些实施方式中，冰在该猝灭期间熔化，继而添加30％过氧化氢(约1L)以停止反应。
在某些实施方式中，使用切向流过滤过程进行纯化。在某些实施方式中，过滤器类型是具有约0.02微米孔径的改性聚醚砜中空过滤膜。在某些实施方式中，当产物的pH达到约5时，纯化完成。在某些实施方式中，纯化的GO随后浓缩至约1重量％的溶液。
在某些实施方式中，通过将纯化的1重量％GO(约1kg)溶液加热至约90℃并添加30％H2O2(约1L)约1小时来进行还原。约1小时后，向反应添加30％H2O2(约1L)并在约90℃下再加热约3小时。然后，在约30分钟的过程中将抗坏血酸钠(约4.95kg)添加至反应。在某些实施方式中，反应在搅拌下再继续加热约1.5小时以形成还原的氧化石墨(rGO)。
在某些实施方式中，最终纯化包括通过例如2微米的316不锈钢网过滤器(例如，通过第二反应过滤器)通过真空过滤来纯化rGO。在某些实施方式中，用水冲洗rGO以去除所有盐。在某些实施方式中，当rGO溶液具有约50μS/cm或更低的电导率时，纯化完成。在某些实施方式中，使用如本文所述的第二反应过滤器(例如，如图41-图43中所示)完成过滤。作为实例，在某些实施方式中，当转筒旋转(例如，600rpm)时，在低压下通过喷杆将rGO第二反应产物的浆料泵送到转筒组装件(例如，转筒)的内部空间中(例如，图41A中的“低压流体进入”)。在某些实施方式中，来自转筒旋转的离心力迫使浆料抵靠转筒网和/或转筒微米过滤器的内表面。水和溶解的溶质能够通过网/过滤器孔，同时保留rGO产物。在某些实施方式中，在高压下(例如，图41A中的“高压流体进入”)从喷杆中的开口(例如，喷嘴2809)抵靠粘附在网/过滤器的内表面上的rGO产物喷射液体(例如，去离子水)。在某些实施方式中，高压液体迫使rGO产物离开网/过滤器的表面并进入转筒的底部。在某些实施方式中，转筒在该洗涤过程中旋转。在某些实施方式中，转筒以相同的速度、变速、停止/运行、反向旋转或其任何组合连续旋转，以便于rGO的洗涤和/或干燥。在某些实施方式中，转筒的底部(例如，底部1/2、底部1/3、底部1/4或底部1/5等)定位在排放盘焊接件内(例如，排放盘焊接件的顶部边缘下方)。在一些实施方式中，将转筒底部的一部分浸没在用于洗涤rGO第二反应产物的液体下方。这允许被迫离开网/过滤器表面的rGO通过浸没在排放盘焊接件中的一定体积的液体中而进一步被洗涤。在某些实施方式中，一旦rGO产物已被充分洗涤，从排放盘排放液体，并且喷杆停止喷射高压液体。在某些实施方式中，转筒以高rpm旋转以帮助干燥rGO产物。在某些实施方式中，施加真空以在该程序期间的任何时间点增强过滤和/或排放过程。在一些实施方式中，rGO产物经历多轮洗涤。在某些实施方式中，当排放盘中的至少大部分液体被排放时，每次洗涤或每轮洗涤结束。在某些实施方式中，对于一批含碳组合物(例如，rGO)，转筒提供至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30次洗涤。
在某些实施方式中，本文的方法(例如，制备氧化石墨的方法)在控制氧化特性和剥离量方面是可调的。在某些实施方式中，由于程序化和工程化温度控制，本文的方法比其他方法更安全。在某些实施方式中，本文的方法在使得用于进行本文所述反应和过滤的试剂的使用量最小化方面有效。在某些实施方式中，本文的方法被配置成完全可扩展的。
虽然本文已经显示和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员而言显而易见的是，这些实施方式仅以示例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现将想到许多变化、改变和替代。应当理解，本文描述的系统、装置和方法的实施方式的各种替代方案可用于实践本文描述的主题。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并且由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物。
Claims (20)
1.一种反应系统，其包括：
a)包含含碳组合物的反应容器，所述容器包括：
i)安装至所述容器的反应混合器，所述反应混合器与所述容器流体连通；和
ii)机械耦合至所述反应混合器的反应搅拌器，其中所述反应搅拌器被配置成搅拌所述容器中的所述含碳组合物；
b)罐，其包括：
i)安装至所述罐的罐混合器，所述罐混合器与所述罐流体连通；和
ii)机械耦合至所述罐混合器的罐搅拌器，其中所述罐搅拌器被配置成在所述组合物已经转移至所述罐之后搅拌所述罐中的所述含碳组合物；
其中所述反应系统被配置成将所述含碳组合物从所述反应容器转移至所述罐。
2.如权利要求1所述的系统，还包括安设在所述反应容器内的传感器。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述传感器测量温度、pH或盐浓度。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述系统调控一种或多种反应物向所述反应容器内的添加速率，以维持反应温度不高于15℃。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述系统包括一个或多个冷却盘管，所述冷却盘管被配置成降低所述反应容器内的反应温度。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述系统包括用于调节由所述系统进行的反应的控制单元。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述反应混合器包括用于在所述反应混合器下降到所述反应容器中时密封所述反应容器的盖。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述反应混合器包括与所述反应容器的内表面接合的刮刀，其中所述刮刀被配置成刮掉粘附在所述内表面上的材料。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述反应容器具有至少约20加仑的容积。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述反应容器包括阀，其中所述反应容器通过所述阀与所述罐流体连通。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述系统被配置成打开所述阀，以允许所述含碳组合物从所述反应容器转移至所述罐，以便猝灭在所述反应容器中进行的反应。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述罐具有至少约200加仑的容积。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述罐被配置成将过氧化氢分配到所述罐的内部空间中。
14.如权利要求1所述的系统，其中所述罐被配置成将碎冰分配到所述罐的内部空间中。
15.如权利要求1所述的系统，其中所述系统包括多个罐搅拌器。
16.如权利要求1所述的系统，其中以最高约60转/分钟的速率驱动所述罐搅拌器。
17.如权利要求1所述的系统，其中所述系统以大于约10kg/批的速率形成氧化形式的所述含碳组合物。
18.如权利要求1所述的系统，其中所述系统包括至少两个反应容器。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述罐的容积至少两倍于所述至少两个反应容器的组合容积。
20.如权利要求1所述的系统，其中所述系统被配置成将所述含碳组合物处理成氧化石墨烯。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: DE Ref document number: 1259763 Country of ref document: HK |
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| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Fla Applicant after: NANOTECH ENERGY, Inc. Address before: California, USA Applicant before: NANOTECH ENERGY, Inc. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181221 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |