炭素質組成物の処理のための方法、デバイス、およびシステムが本明細書に提供される。特定の実施形態では、処理は、炭素質組成物の酸化形態の製造(もしくは合成)および/または酸化炭素質組成物の還元形態の製造(もしくは合成)を含む。いくつかの実施形態は、グラファイトからの酸化グラファイトの製造(もしくは合成)および/または酸化グラファイトからの還元型酸化グラファイトの製造(もしくは合成)のための方法、デバイス、およびシステムを提供する。本明細書に説明される開示の様々な態様は、以下に記載される具体的な用途のいずれか、または任意の他のタイプの製造、合成、もしくは処理設定に適用可能である。特定の実施形態では、材料の他の製造、合成、または処理は、本明細書に説明される特徴から同等に利益を得る。特定の実施形態では、本明細書の方法、デバイス、およびシステムは、非炭素質組成物の様々な形態の製造(または合成)に有利に適用される。特定の実施形態では、本明細書に説明される主題は、独立の方法、デバイス、もしくはシステムとして、または統合された製造または材料(例えば、化学物質)処理システムの一部として適用される。本明細書に説明される主題の異なる態様が、個々に、集合的に、または互いの組み合わせにおいて認められ得ることが理解されるべきである。
本明細書に開示された主題の態様は、材料の製造(もしくは合成)または処理のためのシステム(1つ以上のデバイスを備える)に関する。特定の実施形態では、システムは、炭素質組成物の酸化形態を製造するために使用される。
本明細書に開示される主題の別の態様は、反応システムであって、(a)炭素質組成物を含む反応容器であって、容器が、(i)容器に装着され、容器と流体連通である反応ミキサ、および(ii)反応ミキサに機械的に連結され、容器内の炭素質組成物を撹拌するように構成されている反応撹拌機を含む、反応容器と、(b)タンクであって、(i)タンクに装着され、容器と流体連通であるタンクミキサ、(ii)タンクミキサに機械的に連結され、組成物がタンクに移された後にタンク内の炭素質組成物を撹拌するように構成されているタンク撹拌機を含む、タンクと、を備え、反応システムが、炭素質組成物を反応容器からタンクに移すように構成されている、反応システムに関する。
本明細書に開示される主題の別の態様は、反応フィルタであって、(a)ドラムアセンブリと、(b)ドラムアセンブリの内部内に配設されたスプレーバーアセンブリであって、(i)洗浄液を分注するための第1の一組の1つ以上の開口部、および(ii)炭素質組成物を分注するための第2の一組の1つ以上の開口部を備える、スプレーバーアセンブリと、を備え、ドラムアセンブリが、回転するように構成されている、反応フィルタに関する。
本明細書に開示される主題の別の態様は、反応フィルタであって、(a)ドラムアセンブリと、(b)ドラムアセンブリの内部内に配設され、洗浄液および炭素質組成物を分注するように構成されたスプレーバーアセンブリと、を備え、ドラムアセンブリが、回転するように構成されている、反応フィルタに関する。
本明細書に開示された主題の別の態様は、装置であって、炭素質組成物を含むタンクと、タンクに装着され、タンクと流体連通であるミキサと、ミキサに機械的に連結されたタンク撹拌機と、を備え、タンク撹拌機が、タンク内の炭素質組成物を撹拌し、それによって、約1トン/年(tpy)超の速度で炭素質組成物の酸化形態を形成するように構成されている、装置に関する。
本明細書に開示された主題の別の態様は、真空濾過システムであって、a)排液を可能にするように構成された表面を含むフィルタ支持体と、b)表面上に配設され、炭素質組成物を濾過するための細孔を含む、濾過材料と、c)炭素質組成物および洗浄液のうちの少なくとも1つを濾過材料上に分注するように位置決めされた少なくとも1つのスプレーバーアセンブリと、d)炭素質組成物の濾過を増強するためにフィルタ支持体に負圧を加えるように構成された真空源と、を備える、真空濾過システムに関する。
本明細書に開示された主題の別の態様は、真空濾過システムであって、a)排液を可能にする孔を有するスペーサ材料を含む真空テーブルトレイと、b)スペーサ材料上に配設され、炭素質組成物を保持するのに好適な平均孔径を有する細孔を含む、濾過材料と、c)炭素質組成物を濾過材料上に分注するように構成され、洗浄液を炭素質組成物上に分注するように構成された、少なくとも1つのスプレーバーアセンブリと、を備え、炭素質組成物の少なくとも80%w/wが濾過後に保持される、真空濾過システムに関する。
本明細書に開示された主題の別の態様は、真空濾過システムを使用して酸化グラフェンを含む炭素質組成物を濾過する方法であって、a)フィルタ支持体上に配設された濾過材料および少なくとも1つのスプレーバーアセンブリを含む真空濾過システムを提供することと、b)少なくとも1つのスプレーバーアセンブリによって、酸化グラフェンを含む炭素質組成物を濾過材料上に分注することと、c)少なくとも1つのスプレーバーアセンブリによって、洗浄液を炭素質組成物上に分注することと、d)濾過材料に吸引を施して、炭素質組成物の濾過を増強することと、を含み、濾過液が流出することを可能にしながら、濾過材料が、酸化グラフェンを保持する、方法に関する。
本明細書に開示された主題の別の態様は、炭素系電極シートを生成するために固体基材上にグラフェンを含む炭素質組成物を分注するためのシステムであって、a)固体基材を係合するための表面を有する第1のローラであって、ローラの回転が固体基材を経路に沿って前進させる、第1のローラと、b)ローラが固体基材を経路に沿って前進させる際に、固体基材上に炭素質組成物を分注するように経路に沿って位置決めされた印刷アセンブリと、c)固体基材および炭素質組成物を炭素系電極シートの水平帯状片に切断するように、経路に沿って位置決めされた一連のカッタを含む第2のローラと、を備える、システムに関する。
本明細書に使用される際、「約」の付いた数は、その数を含み、かつその数のプラスまたはマイナス10%の数に及ぶ範囲を指す。「約」の付いた範囲は、範囲の下限の10%低く、上限の10%高く拡張された範囲を指す。
ここで図を参照する。図およびその中の特徴が、必ずしも正確な寸法に描写されていないことが認識されるであろう。
図1は、2つの容器を備えるシステム100の概略図である。特定の実施形態では、システム100は、第1の反応(例えば、炭素質組成物の酸化)を実行するために使用される。特定の実施形態では、システムは、第2の反応(例えば、炭素質組成物の還元)を実行するために使用される。特定の実施形態では、システムは、第1の容器(例えば、反応が起こる反応チャンバまたは反応容器)101、および第2の容器(例えば、反応が反応停止されるタンクまたはミキサタンク)102を含む。特定の実施形態では、第1の容器101は、開かれるか、または閉じられる(例えば、密封される)。特定の実施形態では、第1の容器は、反応チャンバ(例えば、反応容器または反応ボウル)を備える。特定の実施形態では、第1の容器は、ミキサボウルを備える。特定の実施形態では、第1の容器は、混合および/または反応している物質または組成物を収容する。第1の容器(例えば、第1の反応容器、反応ボウルなど)の本明細書の任意の説明は、ミキサボウル(またはミキサ)に適用可能であり、その逆も同様である。特定の実施形態では、ミキサまたはミキサシステム103は、第1の容器の内容物(例えば、ミキサボウルの内容物)をかき混ぜるか、または混合する。一例では、ミキサは、20クォートのミキサである。特定の実施形態では、ミキサ103は、第1の容器の内容物(例えば、ミキサボウルの内容物)をかき混ぜるか、または混合する1つ以上のミキサ撹拌機104を備える。特定の実施形態では、ミキサ103は、モータ(図示せず)を備える。特定の実施形態では、モータは、ミキサ撹拌機104を駆動する。特定の実施形態では、ミキサ撹拌機は、シャフト105、およびパドル、ブレードまたは他のスターラ106を備える。特定の実施形態では、モータは、本明細書の他の箇所に説明されるシステム100の他の構成要素にさらに連結される。特定の実施形態では、ミキサ103は、ファン107、任意選択の新鮮空気取入口108、および/または1つ以上の制御部109を備える。特定の実施形態では、電源(図示せず)がミキサ103と電気的に連通する。特定の実施形態では、ミキサ103は、第1の容器(例えば、ミキサボウル)101を備える(すなわち、ミキサボウルは、ミキサシステムの一部である)。特定の実施形態では、任意選択の新鮮空気取入口108は、例えば、腐食性ガス(例えば、ミキサ103またはシステム100の任意の他の要素内の腐食性ガス)からモータを保護するために、空気を取り入れる。特定の実施形態では、新鮮空気取入口108は、特定の実施形態では提供されない(例えば、新鮮空気は、いくつかの場合、モータが油圧モータであるとき使用されない)。特定の実施形態では、モータは、ミキサ撹拌機104および/またはシステム100の他の構成要素を適切に駆動し得る任意の好適なモータである。特定の実施形態では、モータは、油圧モータ、電気モータ、または他のモータである。
特定の実施形態では、ミキサは、流体(例えば、固体、液体、または気体)を含む(例えば、保持または収容する)。特定の実施形態では、ミキサは、液体(例えば、硫酸)、固体(例えば、グラファイト)またはそれらの混合物を含む。特定の実施形態では、ミキサの内容物は、例えば、約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℃、または100℃以下などの好適な温度で維持される。一例では、ミキサの内容物は、約0℃に維持される。別の例では、ミキサの内容物は、約15℃未満に維持される。特定の実施形態では、ミキサ内の混合物の反応温度および/または反応時間が制御される。特定の実施形態では、反応時間および/または反応温度は、好適な値未満に維持される(例えば、ミキサの内容物が約0℃の温度または約15℃未満の温度に維持されるように)。特定の実施形態では、反応温度は、例えば、ミキサボウルの周囲の管またはコイルを冷却することによって、温度制御槽(例えば、サーモスタット制御槽または氷槽)内にミキサボウルを浸漬することによって、他の冷却方法によって、またはそれらの任意の組み合わせによって下げられる。特定の実施形態では、冷却コイル/管は、冷水を循環させる。特定の実施形態では、冷水の流量は、温度を下げるために増加される。特定の実施形態では、冷水の温度は、温度を下げるために下げられる。特定の実施形態では、反応温度および/または反応時間は、ミキサボウルの内容物に1つ以上の反応物を追加する速度を変更することによって変化させられる(例えば、温度は、発熱反応をもたらす反応物が加えられる速度を低下させることによって下げられる)。特定の実施形態では、ミキサボウルの内容物は、約7、6、5、4、または3.5以下のpHである。特定の実施形態では、ミキサボウルの内容物は、約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、または約0.1以下のpHである。特定の実施形態では、ミキサボウルの内容物は、約3~約7のpHを有する。特定の実施形態では、ミキサボウルの内容物は、少なくとも約3のpHを有する。特定の実施形態では、ミキサボウルの内容物は、約7以下のpHを有する。特定の実施形態では、ミキサボウルの内容物は、約3~約3.5、約3~約4、約3~約4.5、約3~約5、約3~約5.5、約3~約6、約3~約6.5、約3~約7、約3.5~約4、約3.5~約4.5、約3.5~約5、約3.5~約5.5、約3.5~約6、約3.5~約6.5、約3.5~約7、約4~約4.5、約4~約5、約4~約5.5、約4~約6、約4~約6.5、約4~約7、約4.5~約5、約4.5~約5.5、約4.5~約6、約4.5~約6.5、約4.5~約7、約5~約5.5、約5~約6、約5~約6.5、約5~約7、約5.5~約6、約5.5~約6.5、約5.5~約7、約6~約6.5、約6~約7、または約6.5~約7のpHを有する。特定の実施形態では、ミキサボウルは、少なくとも約0.1ガロン、0.2ガロン、0.5ガロン、1ガロン、2ガロン、3ガロン、4ガロン、5ガロン、6ガロン、7ガロン、8ガロン、9ガロン、10ガロン、15ガロン、25ガロン、50ガロン、75ガロン、80ガロン、85ガロン、90ガロン、100ガロン、250ガロン、500ガロン、750ガロン、1,000ガロン、5,000ガロン、10,000ガロン、15,000ガロン、25,000ガロン、50,000ガロン、100,000ガロン、150,000ガロン、200,000ガロン、1,000立方メートル、5,000立方メートル、10,000立方メートル、50,000立方メートル、100,000立方メートル、または500,000立方メートルの容積を有する。
特定の実施形態では、ミキサ撹拌機は、約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、または250回転/分(rpm)以上の出力/周波数で駆動される。特定の実施形態では、ミキサ撹拌機は、最大約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、または250回転/分(rpm)の出力/周波数で駆動される。特定の実施形態では、ミキサ撹拌機は、約20rpm~約300rpmの出力/周波数で駆動される。特定の実施形態では、ミキサ撹拌機が、少なくとも約20rpmからの出力/周波数で駆動される。特定の実施形態では、ミキサ撹拌機が、最大で約300rpmからの出力/周波数で駆動される。特定の実施形態では、ミキサ撹拌機は、約20rpm~約60rpm、約20rpm~約100rpm、約20rpm~約150rpm、約20rpm~約200rpm、約20rpm~約250rpm、約20rpm~約300rpm、約60rpm~約100rpm、約60rpm~約150rpm、約60rpm~約200rpm、約60rpm~約250rpm、約60rpm~約300rpm、約100rpm~約150rpm、約100rpm~約200rpm、約100rpm~約250rpm、約100rpm~約300rpm、約150rpm~約200rpm、約150rpm~約250rpm、約150rpm~約300rpm、約200rpm~約250rpm、約200rpm~約300rpm、または約250rpm~約300rpmの出力/周波数で駆動される。一例では、ミキサ撹拌機は、少なくとも約60、100、または200回転/分の出力/周波数で駆動される。
特定の実施形態では、ミキサシステムは、リボンブレンダ、Vブレンダ、連続プロセッサ、コーンスクリューブレンダ、スクリューブレンダ、ダブルコーンブレンダ、高粘度ミキサ、対向回転ミキサ、ダブルまたはトリプルシャフトミキサ、真空ミキサ、分散ミキサ、パドルミキサ、ジェットミキサ、ドラムブレンダ、オーガミキサ、垂直ミキサ、回転ミキサ、タービンミキサ、緊密クリアランスミキサ、および高剪断ミキサを選択した1つ以上のタイプのミキサを備える。
特定の実施形態では、第2の容器102は、開かれるか、または閉じられる(例えば、密封される)。特定の実施形態では、第2の容器は、タンクを備える。特定の実施形態では、第2の容器の本明細書の説明は、タンクに適用可能であり、その逆も同様である。特定の実施形態では、タンクは、タンク撹拌機110によって撹拌される物質または組成物を含む。例えば、特定の実施形態では、タンクは、タンク撹拌機によって撹拌される炭素質組成物を含む。一例では、タンクは、100ガロンの氷槽を備え、氷槽撹拌機によって撹拌される。特定の実施形態では、タンク撹拌機は、シャフト111および1つ以上の撹拌機ブレード112を備える。特定の実施形態では、シャフトは、撹拌機が、タンクの内容物を動いている状態におよび/または冷却を増強(例えば、最大化)するように維持するように、駆動される。例えば、特定の実施形態では、シャフトは、酸化グラファイトがタンク内の氷を通って流れることを維持するように駆動される。特定の実施形態では、シャフト111は、軸受115を介して第2の容器に連結される。特定の実施形態では、システムが、複数のタンク撹拌機を備える。特定の実施形態では、システムは、少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、または10個のタンク撹拌機を備える。
特定の実施形態では、タンクは、流体(例えば、固体、液体、または気体)を含む(例えば、保持または収容する)。特定の実施形態では、ミキサは、液体(例えば、水、液体反応混合物など)、固体(例えば、氷)またはそれらの混合物を含む。特定の実施形態では、タンクの内容物は、例えば、約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℃、または100℃以下などの好適な温度で維持される。一例では、タンクの内容物は、約0℃に維持される。特定の実施形態では、タンクの内容物は、約3、4、5、6、7、8、9、または10以上のpHである。特定の実施形態では、タンクの内容物は、約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、または10.0以上のpHである。特定の実施形態では、ミキサボウルの内容物は、約3~約7のpHを有する。特定の実施形態では、ミキサボウルの内容物は、少なくとも約3のpHを有する。特定の実施形態では、ミキサボウルの内容物は、約7以下のpHを有する。特定の実施形態では、ミキサボウルの内容物は、約3~約3.5、約3~約4、約3~約4.5、約3~約5、約3~約5.5、約3~約6、約3~約6.5、約3~約7、約3.5~約4、約3.5~約4.5、約3.5~約5、約3.5~約5.5、約3.5~約6、約3.5~約6.5、約3.5~約7、約4~約4.5、約4~約5、約4~約5.5、約4~約6、約4~約6.5、約4~約7、約4.5~約5、約4.5~約5.5、約4.5~約6、約4.5~約6.5、約4.5~約7、約5~約5.5、約5~約6、約5~約6.5、約5~約7、約5.5~約6、約5.5~約6.5、約5.5~約7、約6~約6.5、約6~約7、または約6.5~約7のpHを有する。特定の実施形態では、タンクは、少なくとも約1ガロン、2ガロン、5ガロン、10ガロン、25ガロン、50ガロン、75ガロン、100ガロン、250ガロン、500ガロン、750ガロン、1,000ガロン、2,000ガロン、3,000ガロン、4,000ガロン、5,000ガロン、5,500ガロン、6,000ガロン、7,000ガロン、8,000ガロン、9,000ガロン、10,000ガロン、15,000ガロン、25,000ガロン、50,000ガロン、100,000ガロン、150,000ガロン、200,000ガロン、1,000立方メートル、5,000立方メートル、10,000立方メートル、50,000立方メートル、100,000立方メートル、500,000立方メートル、百万立方メートル、1.5百万立方メートル、2百万立方メートル、2.5百万立方メートル、または3百万立方メートルの容積を有する。特定の実施形態では、タンクは、少なくとも約1ガロン~約200,000ガロンの容積を有する。特定の実施形態では、タンクは、少なくとも約1ガロンの容積を有する。特定の実施形態では、タンクは、少なくとも最大で約200,000ガロンの容積を有する。特定の実施形態では、タンクは、少なくとも約1ガロン~約5ガロン、約1ガロン~約10ガロン、約1ガロン~約25ガロン、約1ガロン~約50ガロン、約1ガロン~約100ガロン、約1ガロン~約250ガロン、約1ガロン~約500ガロン、約1ガロン~約1,000ガロン、約1ガロン~約10,000ガロン、約1ガロン~約100,000ガロン、約1ガロン~約200,000ガロン、約5ガロン~約10ガロン、約5ガロン~約25ガロン、約5ガロン~約50ガロン、約5ガロン~約100ガロン、約5ガロン~約250ガロン、約5ガロン~約500ガロン、約5ガロン~約1,000ガロン、約5ガロン~約10,000ガロン、約5ガロン~約100,000ガロン、約5ガロン~約200,000ガロン、約10ガロン~約25ガロン、約10ガロン~約50ガロン、約10ガロン~約100ガロン、約10ガロン~約250ガロン、約10ガロン~約500ガロン、約10ガロン~約1,000ガロン、約10ガロン~約10,000ガロン、約10ガロン~約100,000ガロン、約10ガロン~約200,000ガロン、約25ガロン~約50ガロン、約25ガロン~約100ガロン、約25ガロン~約250ガロン、約25ガロン~約500ガロン、約25ガロン~約1,000ガロン、約25ガロン~約10,000ガロン、約25ガロン~約100,000ガロン、約25ガロン~約200,000ガロン、約50ガロン~約100ガロン、約50ガロン~約250ガロン、約50ガロン~約500ガロン、約50ガロン~約1,000ガロン、約50ガロン~約10,000ガロン、約50ガロン~約100,000ガロン、約50ガロン~約200,000ガロン、約100ガロン~約250ガロン、約100ガロン~約500ガロン、約100ガロン~約1,000ガロン、約100ガロン~約10,000ガロン、約100ガロン~約100,000ガロン、約100ガロン~約200,000ガロン、約250ガロン~約500ガロン、約250ガロン~約1,000ガロン、約250ガロン~約10,000ガロン、約250ガロン~約100,000ガロン、約250ガロン~約200,000ガロン、約500ガロン~約1,000ガロン、約500ガロン~約10,000ガロン、約500ガロン~約100,000ガロン、約500ガロン~約200,000ガロン、約1,000ガロン~約10,000ガロン、約1,000ガロン~約100,000ガロン、約1,000ガロン~約200,000ガロン、約10,000ガロン~約100,000ガロン、約10,000ガロン~約200,000ガロン、または約100,000ガロン~約200,000ガロンの容積を有する。特定の実施形態では、タンクは、液体、固体(例えば、氷)、またはそれらの組み合わせを保持または収容する。特定の実施形態では、タンクは、少なくとも約1ポンド(lb)、25lb、50lb、75lb、100lb、150lb、200lb、100キログラム(kg)、250kg、500kg、750kg、1トン(t)、5t、10t、25t、50t、100t、250t、500t、750t、1キロトン(kt)、2kt、5kt、10kt、20kt、50kt、100kt、200kt、500kt、1メガトン(Mt)、1.5Mt、2Mt、2.5Mt、または3Mtの固体(例えば、氷)または固液混合物を収容する。一例では、タンクは、少なくとも約100ガロンの容積を有する。特定の実施形態では、100ガロンタンクは、約22インチ幅(フレームを含む)および約2フィート深さ未満である。特定の実施形態では、タンクは、流体を含む。特定の実施形態では、流体は、炭素質組成物を含む。特定の実施形態では、タンクは、少なくとも約100ガロンの液体、少なくとも約150ポンドの氷、または液体および/とともに少なくとも約150ポンドの氷を保持または収容する。特定の実施形態では、液体は、水を含む。特定の実施形態では、タンクは、少なくとも1つの入口および/または少なくとも1つの出口を備える。特定の実施形態では、入口および出口は、雄型鉄パイプサイズ(IPS)ねじ山を備える。
特定の実施形態では、第1の容器101は、第2の容器102と流体連通である。特定の実施形態では、第1の容器は、流体が第1の容器から第2の容器まで通ることを可能にするように、開かれるか、閉じられるか、または調整可能に規制され得る弁(例えば、バタフライ弁)113を備える。例えば、特定の実施形態では、ミキサボウルが、ミキサボウルと実質的に面一に装着されたバタフライ弁を備え、ミキサ(例えば、ミキサボウル)が、バタフライ弁を介してタンクと流体連通である。特定の実施形態では、バタフライ弁(または同様の機能を有する別のタイプの弁)は、保護コーティング(例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)系コーティング、または、例えば、最大約800°Fの温度に耐えることができるECTFEコーティングなどのエチレンおよびクロロトリフルオロエチレンのコポリマー)を有する。
特定の実施形態では、第2の容器は、1つ以上の弁(例えば、入口弁および/または出口弁)を備える。例えば、特定の実施形態では、第2の容器は、さらなる精製のために生成物(例えば、酸化グラファイト)を別のタンクに流出させるために使用される出口を備える。図1の例では、第2の容器は、ドレンシステム(またはドレンエリア)117を備える。ドレンシステムは、ドレン弁118を備える。
特定の実施形態では、ミキサ103は、タンクの頂部に装着される。特定の実施形態では、システム(例えば、ミキサ)は、タンク撹拌機110をミキサ103に機械的に連結するシャフトを備える。特定の実施形態では、シャフトは、駆動シャフトを備える。特定の実施形態では、タンク撹拌機は、ミキサの前方取り付け部から駆動シャフトを用いて駆動される。特定の実施形態では、ミキサは、電源(例えば、110VAC)によって動力供給される。特定の実施形態では、ミキサに連結された電源は、システムの全ての構成要素に動力供給する。特定の実施形態では、システムは、ミキサとタンク撹拌機との間に伝動装置を備える。特定の実施形態では、伝動装置は、タンク撹拌機を停止、始動、および/または規制するように構成される。特定の実施形態では、ミキサおよびタンク撹拌機は、1つ以上のギヤ(例えば、直角ギヤ)114を介して連結される。特定の実施形態では、ミキサおよびタンク撹拌機は、ギヤボックスによって連結される。あるいは、特定の実施形態では、システムは、タンク撹拌機を停止、始動、および/または規制するように構成された分離モータを備える。特定の実施形態では、分離モータは、ミキサと同一電源から動力供給される。特定の実施形態では、分離モータは、ミキサと同一電源から動力供給されない(例えば、追加の電源が提供される)。
特定の実施形態では、タンク撹拌機は、約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、または250回転/分(rpm)以上の出力/周波数で駆動される。特定の実施形態では、タンク撹拌機は、約20rpm~約300rpmの出力/周波数で駆動される。特定の実施形態では、タンク撹拌機が、少なくとも約20rpmからの出力/周波数で駆動される。特定の実施形態では、タンク撹拌機が、最大で約300pmからの出力/周波数で駆動される。特定の実施形態では、タンク撹拌機は、約20rpm~約60rpm、約20rpm~約100rpm、約20rpm~約150rpm、約20rpm~約200rpm、約20rpm~約250rpm、約20rpm~約300rpm、約60rpm~約100rpm、約60rpm~約150rpm、約60rpm~約200rpm、約60rpm~約250rpm、約60rpm~約300rpm、約100rpm~約150rpm、約100rpm~約200rpm、約100rpm~約250rpm、約100rpm~約300rpm、約150rpm~約200rpm、約150rpm~約250rpm、約150rpm~約300rpm、約200rpm~約250rpm、約200rpm~約300rpm、または約250rpm~約300rpmの出力/周波数で駆動される。一例では、タンク撹拌機は、少なくとも約60、100、または200回転/分の出力/周波数で駆動される。
特定の実施形態では、混合(例えば、ミキサ内および/またはタンク内)は、非機械的手段(例えば、ガス注入、回転ドラム、磁気かき混ぜ棒、または他の手段)を通して達成される。いくつかの実施形態では、システム100は、フィルタ(図示せず)を備える。例えば、特定の実施形態では、タンクは、タンク混合物の1つ以上の成分を分離または精製するように構成されたフィルタに連結される(例えば、ドレン弁118と流体連通であるダイアフラムポンプを介して)。特定の実施形態では、フィルタは、例えば、最終生成物(例えば、炭素質組成物の酸化形態)、沈殿物、および/または他の分離されるべき成分(例えば、水流出分)を分離することを可能にする。例えば、特定の実施形態では、残余物は、分離容器内で中性化され、フィルタは、沈殿物および/または水流出分を保持または収容するように構成される。特定の実施形態では、フィルタは、タンク混合物(例えば、例えば、GOなどのグラファイトの酸化形態などの炭素質組成物の酸化形態を含むタンク混合物)を中性状態にする、かつ/またはタンク混合物を還元するために、1つ以上の酸および/または塩を除去する。特定の実施形態では、フィルタは、1つ以上のタイプのフィルタ(例えば、酸の除去、塩の除去、還元、および/または他の濾過もしくは処理目的のための)を含む。例えば、特定の実施形態では、フィルタ(例えば、本明細書の他の箇所により詳細に説明される第1の反応のためのフィルタ)は、単一フィルタ、または2つ以上の異なるタイプのフィルタ(例えば、濾過/除去が第1のフィルタによって実施され、還元が第2のフィルタによって実施されるか、または両方のフィルタが同一もしくは異なる程度の濾過/除去および還元を実施する)を使用してタンク混合物を中性状態にする、かつ/またはタンク混合物を還元するために、酸および塩を取り除く。
特定の実施形態では、システム100の少なくとも一部分が可搬である。特定の実施形態では、ミキサ103は、タンク102に連結され、タンク102は、キャスタを伴って構成される。特定の実施形態では、ミキサは、タンクに対して移動し得るように、スライド上に構成される。例えば、特定の実施形態では、ミキサは、タンクの清掃を容易にするために摺動および/または別様に移動して後退する。特定の実施形態では、ミキサボウルは、ミキサの残部と一緒にまたはそれらとは別個に移動可能である(例えば、摺動する)ように構成される。
特定の実施形態では、ミキサボウル、タンク、またはその両方は、対象の組成物を収容する(例えば、酸化形態に転換されるべき炭素質組成物)。特定の実施形態では、組成物は、ミキサボウル、タンク、またはその両方内に収容される。いくつかの実施形態では、組成物は、まず、ミキサボウル内に収容され、その後、タンクに移される。特定の実施形態では、タンクは、反応物、希釈剤、および/または温度規制槽(例えば、混合物が固定温度で相変化を受ける)を収容する。いくつかの実施形態では、ミキサボウルおよびタンクの内容物は、相互作用する(例えば、熱伝達を通して)が、組み合わせまたは混合されない。特定の実施形態では、ミキサボウルおよびタンクの内容物は、組み合わせまたは混合されると、互いに反応する。特定の実施形態では、ミキサボウルおよびタンクの内容物は、組み合わせまたは混合されると、互いに反応しない(内容物は、混合するが、反応しない)。特定の実施形態では、反応は、限定されるものではないが、酸化還元反応を含む。特定の実施形態では、他の流体が、ミキサボウルおよび/またはタンク内に導入される(例えば、ガス状反応物がミキサボウルおよび/またはタンクに追加される)。特定の実施形態では、システム100は、気体-固体、気体-液体、固体-液体、気体-気体、液体-液体、および/または固体-固体混合および/または反応を可能にするように構成される。特定の実施形態では、そのような混合および/または反応は、ミキサボウル、タンク、ミキサボウルおよびタンク内で、ならびに/またはミキサボウルの内容物およびタンクの内容物を組み合わせることによって起こる。
一例では、炭素質組成物は、グラファイトを含み、炭素質組成物の酸化形態は、酸化グラファイトまたは酸化グラフェンを含む。タンクの内容物は、約0℃の温度で維持され、ミキサボウルの内容物は、約15℃未満の温度で維持される。特定の実施形態では、ミキサボウルの内容物は、混合および/または反応する(例えば、本明細書の他の箇所に説明されるように)。特定の実施形態では、タンクの内容物は、混合および/または反応する(例えば、本明細書の他の箇所に説明されるように)。特定の実施形態では、ミキサボウルおよびタンクの内容物は、互いに混合および/または反応する(例えば、本明細書の他の箇所に説明されるように)。
図2は、2つの容器を備える別のシステム200の概略図である。特定の実施形態では、システム200は、第1の反応(例えば、炭素質組成物の酸化)を実行するために使用される。特定の実施形態では、システムは、第2の反応(例えば、炭素質組成物の還元)を実行するために使用される。特定の実施形態では、システムは、第1の容器(例えば、反応チャンバおよび/またはミキサボウル)201と、第2の容器(例えば、タンク)202とを含む。特定の実施形態では、制御部209を使用して操作され、かつシャフト205およびパドル、ブレードまたは他のスターラ206を有するミキサ撹拌機204を備えるミキサ203が、第1の容器201の内容物を撹拌または混合する。特定の実施形態では、ミキサは、タンクに(例えば、タンクの頂部に)装着される。特定の実施形態では、ミキサボウル201は、バタフライ弁213を介してタンク202と流体連通する(例えば、100ガロンのタンクを有するシステムにおいて、ミキサボウルは、ボウルと面一に装着された3インチのバタフライ弁を含む)。特定の実施形態では、ミキサボウルは、ホルダ、支柱、またはブラケット223によって定位置に保持される。特定の実施形態では、ミキサは、1つ以上のタンク撹拌機に(例えば、100ガロンのタンク撹拌機に)連結されるシャフトを備える。特定の実施形態では、ミキサは、伝動装置(例えば、ギヤまたはギヤボックス)214を介してタンク撹拌機210に機械的に連結される。特定の実施形態では、伝動装置は、タンク撹拌機を停止、始動、および/または規制するように直列である。特定の実施形態では、タンク撹拌機は、シャフト211および1つ以上の撹拌機ブレード212を備える。いくつかの実施形態では、ミキサは、シャフト211の少なくとも一部分を備える。特定の実施形態では、タンク撹拌機は、ミキサから駆動される。特定の実施形態では、タンク撹拌機は、駆動シャフトを用いてミキサから(例えば、ミキサの前方取り付け部から)駆動される。特定の実施形態では、タンク撹拌機(例えば、100ガロンのタンクのタンク撹拌機)は、例えば、タンク202の全ての側部および底部から少なくとも約1/2インチのクリアランスを有する2列の4つのブレードを備える。特定の実施形態では、タンク撹拌機の頂部ブレードは、タンクの頂部から少なくとも約6インチ、かつタンクの側部から少なくとも約1/2インチである。特定の実施形態では、タンクの底部に設置されたスタビライザブラケット223は、タンク撹拌機を機械的に支持または安定化するように構成される。
特定の実施形態では、タンク202は、1つ以上の出口(例えば、水出口)219を備える。特定の実施形態では、出口(例えば、ドレン)219(例えば、いくつかの実施形態では、単一出口)は、タンクを排液させる(例えば、タンク混合物および/または水をタンクから流出させる)。特定の実施形態では、出口219は、フィルタまたはフィルタシステム221内に排液する。いくつかの実施形態では、タンクは、2つの出口、タンクの中心端の頂部にある第1の出口および底部にある第2の出口を備える(例えば、100ガロンのタンクは、2つの1.5インチの出口を備え得る)。特定の実施形態では、第1の(頂部)出口は、タンクの頂部の約1インチ内にあり、第2の(底部)出口は、タンクの底部と実質的に面一である。特定の実施形態では、タンク202は、1つ以上の入口(例えば、水入口)220を備える。特定の実施形態では、入口220は、タンクに内容物を充填または追加する。いくつかの実施形態では、タンクは、2つの入口、タンクの頂部にある第1の入口(図示せず)およびタンクの後部の底部左縁にある第2の入口を備える(例えば、100ガロンのタンクは、2つの1インチの入口を備える)。特定の実施形態では、そのような入口および/または出口は、弁を備える。例えば、特定の実施形態では、出口219は、ドレン弁を備える。いくつかの実施形態では、1つ以上の入口および/または出口は、使用されないか、または含まれない(例えば、図1参照)。例えば、特定の実施形態では、頂部ドレン孔が必要とされず、底部ドレン孔のみが提供され、かつ/または入口が提供されない。
特定の実施形態では、タンクは、フィルタまたはフィルタシステム221を備える(またはそれらに連結される)。特定の実施形態では、フィルタシステム(例えば、100ガロンのタンクの/それに連結されたフィルタシステム)は、幅約16インチかつ短い側部が高さ約8インチ、高い側部が高さ約14インチである(またはその寸法を有するフィルタ本体を備える)。特定の実施形態では、フィルタシステムは、フィルタタンクを備える。特定の実施形態では、フィルタシステムは、出口を備える。特定の実施形態では、フィルタの出口は、弁222を備える。特定の実施形態では、出口(例えば、100ガロンのタンクの/それに連結されたフィルタシステムでは、2インチの出口)は、フィルタタンクの底部と少なくとも部分的にまたは実質的に面一(例えば、可能な限り面一)である。特定の実施形態では、フィルタシステムは、所与の量の沈殿物および/または流出分を保持または収容するように構成される(例えば、システムサイズに依存して、少なくとも約13ガロン、20ガロン、30ガロン、35ガロン、50ガロン、100ガロン、150ガロン、200ガロン、250ガロン、300ガロン、350ガロン、400ガロン、450ガロン、500ガロン、550ガロン、600ガロン、700ガロン、800ガロン、900ガロン、1,000ガロン、2,000ガロン、3,000ガロン、4,000ガロン、5,000ガロン、10,000ガロン、50,000ガロン、100,000ガロン、250,000ガロン、500,000ガロン、750,000ガロン、百万ガロン、または1.5百万ガロンの沈殿物および/または流出分)。例えば、特定の実施形態では、100ガロンのタンクの/それに連結されたフィルタシステムは、少なくとも約13ガロンの沈殿物、少なくとも約13ガロンの沈殿物および水流出分、少なくとも約20ガロンの沈殿物および水流出分、合計で少なくとも約20ガロン、少なくとも約25ガロンの沈殿物および水流出分、合計で少なくとも約25ガロン、少なくとも約30ガロンの沈殿物および水流出分、合計で少なくとも約30ガロン、少なくとも約35ガロンの沈殿物および水流出分、合計で少なくとも約35ガロン、約25ガロン~30ガロンの沈殿物および水流出分(例えば、単一層のGOに関して)、合計で約25ガロン~30ガロン(例えば、単一層のGOに関して)、約30ガロン~35ガロンの沈殿物および水流出分(例えば、多層のGOに関して)、合計で約30ガロン~35ガロン(例えば、多層のGO)、約20ガロン~35ガロンの沈殿物および水流出分、ならびに/または合計で約20ガロン~35ガロンを保持または収容するように構成される。いくつかの実施形態では、フィルタは、フィルタタンクの側部の頂部の下(例えば、100ガロンのタンクの/それに連結されたフィルタシステムでは、約1インチだけ)に分散されたバッフル(図示せず)を備える。特定の実施形態では、バッフルは、フィルタタンクまたはフィルタシステムにわたって、および/またはそれらに沿って分散される(例えば、100ガロンのタンクの/それに連結されたフィルタシステムでは、バッフルは、少なくとも10インチ毎に提供され得る)。特定の実施形態では、バッフルは、少なくとも1、2、3、4、6、8、10以上(例えば、少なくとも3つ)のチャネルを備えて、フィルタを中に摺動させる。特定の実施形態では、バッフル(例えば、1ミクロンのスクリーンのバッフル)は、フィルタ内の流体(例えば、固体-液体混合物)の流れを方向付ける、および/または妨げるように構成されたベーンまたはパネルを備える。特定の実施形態では、バッフルは、フィルタに対する所与の配向を有する(例えば、バッフルは、フィルタ本体の1つ以上の側部または表面に対して直交または他の配向を有する)。特定の実施形態では、フィルタシステムは、矩形フレームの周囲に巻かれたフィルタ材料媒体を含む矩形フレームを有する個々のフィルタを受け入れるように構成される。特定の実施形態では、個々のフィルタは、フレームおよびフィルタを嵌合するために十分な幅のフレームチャネル内に挿入される(例えば、フレームチャネルは、フレームおよびフィルタを嵌合するために十分な幅である)。特定の実施形態では、個々のフィルタおよび/またはフィルタシステム(例えば、フィルタ本体の寸法)は、表面積を増加または最大化するように構成される。いくつかの実施形態では、フィルタは、いかなるバッフルも収容しない(例えば、図1参照)。
図3A~3Bは、タンク撹拌機310(例えば、図1のタンク撹拌機112)および関連構成要素の概略図を示す。特定の実施形態では、図3Aのタンク撹拌機310は、直角ギヤボックス314を備える。特定の実施形態では、ギヤボックスは、エポキシコーティングされる(または別のタイプの保護コーティングを備える)。特定の実施形態では、ギヤボックス314は、位置合わせ孔325を有する角度付きコーン324をさらに備える(またはそれに連結される)。接続ボルト(例えば、ステンレス鋼(SS)接続ボルト)326が、タンク撹拌機のシャフト311にギヤボックスを連結する。特定の実施形態では、撹拌機310は、撹拌機ブレード312を備える。特定の実施形態では、シャフト311、ブレード312および/またはタンク撹拌機310の他の部分は、保護コーティングを有する。一例では、特定の実施形態では、100ガロンの氷槽(例えば、少なくとも約150ポンドの氷を含む)を備えるタンク内で、タンク撹拌機は、ギヤボックス314から約47インチ延在し、約1インチのシャフト直径を有する。特定の実施形態では、撹拌機ブレード312は、シャフトに連結(例えば、溶接)される。特定の実施形態では、1つ以上のブッシング(例えば、ナイロンブッシング)327は、タンクの少なくとも一部分に(例えば、下部タンクに)シャフトを保持する。特定の実施形態では、ミキサからのシャフトは、1つ以上のブッシングの支援によってタンクの内側で安定して保持される(例えば、ブッシングが、タンクの側部にシャフトを支持する)。
特定の実施形態では、タンク撹拌機310は、1つ以上の締結部材328を使用してタンク(例えば、図1のタンク102)に連結される。特定の実施形態では、締結部材328は、ブッシングブラケット329および1つ以上のタンクマウント330を備える。締結部材328(頂部)の側面図および締結部材328(中央部)の上面視が図3Bに示される。特定の実施形態では、ブッシング330は、ブッシングブラケット329に連結される。特定の実施形態では、ブッシングは、頂部および底部フランジ331を備える。ブッシング330の側面図(左下)およびブッシング330の上面図(右下)が図3Bに示される。一例では、特定の実施形態では、100ガロンの氷槽(例えば、少なくとも約150ポンドの氷を含む)を備えるタンク内で、締結部材は、約22インチの長さを有し、タンクマウントは、幅3インチである。特定の実施形態では、ブッシング330は、高さ約3インチであり、約2インチの直径を有する。特定の実施形態では、ブッシングは、約2.5インチの直径を有するシャフト孔332を備える。特定の実施形態では、締結部材328のブッシングブラケット329および/または他の構成要素は、保護コーティング(例えば、ECTFE、エチレンおよびクロロトリフルオロエチレンのコポリマー)を備える。
図4は、ミキサボウル401(例えば、図1のミキサボウル101)および関連構成要素の概略図を示す。ミキサボウルは、反応チャンバを備える。特定の実施形態では、図4の1つ以上の構成要素(例えば、全ての部品)が、保護コーティングを備える。特定の実施形態では、コーティングは、混合ボウル内およびその周囲に存在する硫酸ヒュームから構成要素を保護する。ミキサボウル401およびミキサボウルに連結された弁(例えば、バタフライ弁)413の分解側面図が図4の右に示される。特定の実施形態では、ミキサボウルは、フランジ436に連結される。特定の実施形態では、フランジ436は、バタフライ弁413に連結される。特定の実施形態では、ミキサボウルが、ミキサボウル装着ブラケット433を使用してミキサまたは別の定着物に装着される。特定の実施形態では、ミキサボウルは、温度規制される。例えば、特定の実施形態では、ミキサボウルは、例えば、第1の冷却管434および第2の冷却管435などの1つ以上の冷却管またはコイルによって冷却されるか、または別様に規制される。特定の実施形態では、冷却管またはコイルは、銅冷却管もしくはコイルであるか、または熱を伝達するのに好適な別の材料から作製される。特定の実施形態では、熱伝達または冷却流体が、冷却管内を循環させられる。いくつかの実施形態では、ミキサボウルの異なる部位が、異なる冷却管によって冷却される。例えば、特定の実施形態では、ミキサボウルの頂部および底部は、独立して冷却される。特定の実施形態では、冷却管は、例えば、ミキサボウルの外側に提供される。特定の実施形態では、例えば、対流加熱または冷却を含む温度規制の他の形態が、冷却管に加えて、またはそれに代えて実装される。
引き続き図4を参照すると、フランジ436の上面図および底面図が、それぞれ、左上および左下に示される。特定の実施形態では、チャンバマウント438が、ミキサボウルをフランジに(および/またはミキサなどの定着物に)締結するために使用される。特定の実施形態では、ボルト孔437は、フランジをミキサおよび/または別の定着物に締結するために使用される。
一例では、ミキサボウル401は、20クォート(5ガロン)の反応チャンバを備える。ミキサボウルは、約6インチの直径(または幅)を有する2と1/2インチのバタフライ弁413と流体連通である。少なくとも約95フィートの3/8インチの銅冷却管が、混合ボウルの周囲に巻かれる(例えば、2つ以上の区分434、435に分割する)。フランジ436は、1/2インチのボルト孔437を通してボルトによって固定される。特定の実施形態では、そのようなミキサボウルおよび反応チャンバは、100ガロンの氷槽(例えば、少なくとも約150ポンドの氷を含む)を備えるタンクを含むシステムで使用される。
図5A~5Bは、タンク502(例えば、図1のタンク102)および関連構成要素の概略図を示す。特定の実施形態では、タンクは、頂部(例えば、プレキシグラス頂部)540(図5Aの左上)を備える。特定の実施形態では、プレキシグラス頂部は、1つ以上の部品を備える。特定の実施形態では、氷オーガシャフト孔541が提供される(例えば、2つの別個の部品の間に)。特定の実施形態では、磁気帯状片542がプレキシグラス頂部に連結される(例えば、タンクの容易な閉塞のために)。特定の実施形態では、タンクは、底部543(図5Aの右上)をさらに備える。特定の実施形態では、底部は、例えば、金属または別の好適な材料で形成される。特定の実施形態では、底部は、氷オーガブラケットマウント544を備える。特定の実施形態では、タンクは、ミキサ装着プレート545(上面図および側面図が図5Aの下に示される)をさらに備える。特定の実施形態では、ミキサ装着プレートは、タンクの頂部に配置される。特定の実施形態では、ミキサ装着プレートは、ミキサが固定されるミキサボルト孔546を備える。特定の実施形態では、ミキサクリート547が、ミキサがボルトと一緒に動かないようにするために使用される。
図5Bは、方向y1(上)およびy2(下)に沿ったタンク502の側面図を示す。特定の実施形態では、タンクは、キャスタ516上に位置決めされる。特定の実施形態では、タンクは、ドレンエリア548を含む。特定の実施形態では、タンクは、90°fip550に接続された継手549を介して排液する。特定の実施形態では、90°fip550は、ニップル551を介してドレン弁(例えば、耐酸性ボール弁)518に接続する。
一例では、100ガロンのタンク502(例えば、100ガロンの氷槽を収容する100ガロンの氷タンクが、例えば、少なくとも約150ポンドの氷を含む)は、プレキシグラス頂部540を備える。特定の実施形態では、プレキシグラス頂部540は、約21と3/4インチの幅および約23と1/2インチの長さを有する第1の部分、ならびに約21と3/4インチの幅および約5と3/4インチの長さを有する第2の部分を備える(図5Aの左上)。特定の実施形態では、タンクは、約21と3/4インチの幅および約46インチの長さを有する底部543をさらに備える(図5Aの右上)。特定の実施形態では、ミキサ装着プレート545は、約21と3/4インチの幅および約16インチの長さを有し、プレート内に約9インチ延在する切欠きを有する(図5Aの下)。特定の実施形態では、タンクは、約22インチ幅(図5Bの上)かつ約46インチ長さ(図5Bの下)である。特定の実施形態では、タンクは、約26インチ深さである。特定の実施形態では、タンクの底部は、地面から約9と1/2インチの高さである。特定の実施形態では、タンクは、1と1/2インチ90°fip550、1と1/2xクローズニップル551、およびドレン弁518に接続された、1と1/2インチmip継手549を介して排液される。
特定の実施形態では、反応を実行するためのシステム(例えば、第1の反応システムまたは装置)は、1つ以上のサブシステムまたは部分を備える。いくつかの実施形態では、第1の反応システム(例えば、グラファイト供給原料などの炭素質組成物の酸化のためのシステム)は、図44に示される拡縮可能な反応器を備える。特定の実施形態では、各そのようなサブシステムまたは部分は、ミキサ、撹拌機、容器、冷却システム、または他の構成要素(例えば、図1~3に説明されるもの)などの1つ以上の構成要素を備える。特定の実施形態では、第1の反応システムは、そのようなサブシステムまたは部分の任意の構成要素を備える。特定の実施形態では、そのような構成要素は、上記のサブシステムまたは部分に編成される。特定の実施形態では、そのような構成要素は、上記のサブシステムまたは部分に編成される。さらに、特定の実施形態では、所与のサブシステムまたは部分の任意の構成要素は、異なるサブシステムもしくは部分の部品として提供されるか(例えば、上記のサブシステムまたは部分の構成要素が異なるサブシステムまたは部分に再編成される)、置換されるか、または省略される。サブシステム/部分、構成要素、および構成要素の数量の例が表1に提供される。特定の実施形態では、そのような構成要素は、上記のサブシステムまたは部分に編成される。第1の反応システムに関して説明された開示の態様は、第2の反応システムまたは少なくともいくつかの構成における本明細書の他のシステムに同等に適用される。本開示に関して、当業者は、本明細書に説明されるデバイスおよびシステムの構築および製作のために有用な特定の材料が商業的供給源から得られ得ることを認識するであろう。
特定の実施形態では、反応システム(例えば、図44に示される拡縮可能な反応器などの第1の反応システム)は、リフトキャリッジ(図71)、第1の反応フレーム溶接物(図68A~68B)、タンクミキサパドル(図74)、第1の反応フレーム棚(図76A~76B)、氷オーガフィードおよび過マンガン酸カリウムオーガフィード(図76C)、ならびに第1の反応パドルアセンブリ(図77A~77B)のうちの1つ以上の要素を備える。
特定の実施形態では、リフトキャリッジは、リフトキャリッジ支柱7101、リフトキャリッジ溶接物7102、スペーサ7103、リフトキャリッジスキッドプレート7104、ねじ山なしのスペーサ7105、ネオプレンローラ7106、六角ヘッドキャップねじ7107および7114、フィリップス機械ねじ7108、ロックナット7109および7110、ならびに平ワッシャ7111、7112および7113のうちの要素の1つ以上を備える。リフトキャリッジスキッドプレート7104が、図48に示される。特定の実施形態では、リフトキャリッジスキッドプレートは、高さ4804、幅4805、および深さ4806を有する。一実施形態では、リフトキャリッジスキッドプレートは、約8.00インチの高さ4804、約1.75インチの幅4805を有し、深さ4806が、約0.375インチである。特定の実施形態では、リフトキャリッジスキッドプレートは、1つ以上の開口を備える。例えば、特定の実施形態では、リフトキャリッジスキッドプレートは、第1の開口4801、第2の開口4802、および第3の開口4803を備える。特定の実施形態では、開口は、円形形状を有する。リフトキャリッジスキッドプレートのそのような要素のサイズ、寸法および/または設置の例が、図48に示される。特定の実施形態では、異なるサイズおよび/または寸法の他の好適な要素および/または材料が使用される。
特定の実施形態では、第1の反応フレーム溶接物は、ステンレス鋼筐体6811、ステンレス鋼板6808および6809、ならびにステンレス鋼管6801、6802、6803、6804、6805、6806、6807、および6810を備える。第1の反応フレーム溶接物のそのような要素のサイズ、寸法および/または設置の例が、図68A~68Bに示される。特定の実施形態では、異なるサイズおよび/または寸法の他の好適な要素および/または材料が使用される。
特定の実施形態では、タンクミキサパドルは、ミキサシャフト7401、タンクミキサ補強材7402、およびタンクミキサブレード7403のうちの1つ以上の要素を備える。特定の実施形態では、タンクミキサパドルは、ミキサまたはミキサシステムの部品である。特定の実施形態では、タンクミキサパドルは、ステンレス鋼から作製される要素を備える。タンクミキサパドルのそのような要素のサイズ、寸法および/または設置の例が、図74に示される。特定の実施形態では、異なるサイズおよび/または寸法の他の好適な要素および/または材料が使用される。
特定の実施形態では、第1の反応フレーム棚は、ステンレス鋼板7607および7608(図示せず)、ならびにステンレス鋼管7601、7602、7603、7604、7605および7606を備える。特定の実施形態では、第1の反応フレーム棚は、ステンレス鋼から作製される要素を備える。第1の反応フレーム棚のそのような要素のサイズ、寸法および/または設置の例が、図76A~76Bおよび表1に示される。いくつかの実施形態では、第1の反応フレーム棚は、氷オーガフィードおよび/または過マンガン酸カリウムオーガフィード(図76C)と組み合わせて使用される。特定の実施形態では、異なるサイズおよび/または寸法の他の好適な要素および/または材料が使用される。
特定の実施形態では、第1の反応パドルアセンブリは、第1の反応ミキサブレード7711(例えば、図60参照)、第1の反応スクレーパブレードマウント7710(例えば、図61参照)、第1の反応スクレーパブレードシャフト7709(例えば、図62参照)、第1の反応スクレーパブレードホルダ7706(例えば、図63参照)、第1の反応パドルシャフト7713(例えば、図64参照)、第1の反応パドルキャップ7703(図65)、第1の反応ミキサ駆動シャフト(例えば、図66参照)、第1の反応スクレーパブレード7702、反応ボウル(例えば、反応容器7712)、および第1の反応パドル止め具7707(例えば、図67参照)のうちの1つ以上の要素を備える。特定の実施形態では、追加の構成要素は、キャップねじ7704、ねじりばね7701、およびHDPEブッシング(7705、7708)を含む。図77Aは、パドルアセンブリの分解図を示し、その様々な構成要素の関係を例示する。特定の実施形態では、パドルアセンブリは、反応ボウルが上昇および/または下降することを可能にするように構成される。特定の実施形態では、パドルアセンブリは、反応ボウルを上昇および/または下降させるように構成される。特定の実施形態では、パドルアセンブリは、反応ミキサブレードが上昇および/または下降することを可能にするように構成される。特定の実施形態では、パドルアセンブリは、反応ミキサブレードを上昇および/または下降させるように構成される。特定の実施形態では、反応ミキサブレードは、反応ボウル内に下降するか、または反応ボウルの外に上昇する。特定の実施形態では、反応ボウルは、反応ミキサブレードから離れるように下降するか、または反応ミキサブレードに向かって上昇する。特定の実施形態では、反応ミキサブレード7711は、スクレーパブレード7702に機械的に連結される。特定の実施形態では、スクレーパブレードは、反応ボウル7712の側部と係合するように構成される。特定の実施形態では、スクレーパブレードは、ボウルが反応ミキサブレードに向かって上昇する際に反応ボウルと係合するように構成される(例えば、図77Bに示されるように)。特定の実施形態では、スクレーパブレードホルダ7706は、スクレーパブレードが係合されるボウルの表面に対して、ある角度でスクレーパブレードを保持するように構成される。特定の実施形態では、スクレーパブレードは、撹拌機の操作が、スクレーパブレードが材料をボウルの下に押し込みながらボウルに固着した材料を掻き落とすことを可能にするように、ボウルの表面に対して、ある角度で保持される。特定の実施形態では、スクレーパブレードは、ミキサボウルが上昇するにつれて(図77B参照)ボウルと係合するテーパを備える。特定の実施形態では、第1の反応パドルアセンブリが操作中であるときに、反応ミキサブレードは、駆動シャフトを中心として回転する。特定の実施形態では、回転反応ミキサブレードは、炭素質組成物を混合する(例えば、第1または第2の反応のために)。特定の実施形態では、炭素質組成物が混合されると、異物および他の成分が、反応ボウルの側部に固着する。したがって、特定の実施形態では、パドルアセンブリは、反応ボウルの側部の高過ぎる位置に行き着く材料を掻き落とすように構成されたスクレーパブレードを備える。特定の実施形態では、第1の反応パドルアセンブリは、ステンレス鋼から作製される要素を備える。第1の反応パドルアセンブリのそのような要素のサイズ、寸法および/または設置の例が、図77A~77Bに示される。特定の実施形態では、異なるサイズおよび/または寸法の他の好適な要素および/または材料が使用される。
特定の実施形態では、第1の反応システムは、ボウルリフトロック(図46)、リフトキャリッジスキッドプレート(図48)、ボウルリフトロックスペーサ(図49)、リフトモータ装着プレート(図50)、リフトエルボスペーサプレート(図51)、ミキサセンサブラケット(図52)、タンクモータマウント(図53)、ミキサトルクブラケット(図54)、ミキサスプレーバー(図55)、タンクミキサシャフト(図56)、タンクミキサブレード(図57)、ボウル装着プレート(図58)、キャリッジスイッチ装着プレート(図59)、第1の反応ミキサ(図60)、第1の反応スクレーパブレードマウント(図61)、第1の反応スクレーパブレードシャフト(図62~63)、第1の反応パドルシャフト(図64)、第1の反応パドルキャップ(図65)、第1の反応ミキサ駆動シャフト(図66)、および第1の反応パドル止め具(図67)のうちの1つ以上の要素を備える。特定の実施形態では、反応システムはリフトキャリッジ溶接物(図69A~69B)リフトキャリッジ支柱(図70)、リフトキャリッジ(図71)、第1の反応頂部プレート(図72)、ミキサモータマウント(図73)、タンクミキサパドル(図74~75)、第1の反応フレーム棚(図76A、76Bおよび76C)、および第1の反応パドルアセンブリ(図77A~77B)のうちの1つ以上の要素を備える。
特定の実施形態では、第1の反応システムは、図46Aに示されるようなボウルリフトロックを備える。上の図は、閉鎖または係止構成のクランプまたは係止機構を示す。下の図は、開放または係止解除構成のクランプまたは係止機構を示す。
特定の実施形態では、第1の反応システムは、図46Bに示されるような第1の反応ミキサアセンブリ(例えば、第1の反応器)を備える。いくつかの実施形態では、第1の反応ミキサアセンブリは、グラファイト粒子フィード、カリウム粒子フィード、氷および/もしくは中和剤フィード、通気出口、熱I/Rセンサ、80クォートの混合容器、撹拌機パドル、パドル近接センサ、通気入口、または硫黄液体フィードのうちの少なくとも1つを備える。いくつかの実施形態では、第1の反応ミキサアセンブリは、入口密封ディスクおよび/または角度付きスクレーパブレードを備える。
特定の実施形態では、第1の反応システムは、図46Cに示されるような第1の反応ミキサアセンブリを備える。特定の実施形態では、第1の反応システムは、薄片氷機械、氷備蓄、氷コンベヤ、氷目盛/廃棄場、カリウムインフィード、カリウム目盛/廃棄場、80クォートの混合ボウル、バタフライ弁、混合パドル、スクレーパブレード、通気出口、通気入口、または硫黄/グラファイトプレミックスインフィードのうちの少なくとも1つを備える。
特定の実施形態では、第1の反応システムは、図46Dに示されるような第1の反応ミキサアセンブリの蓋またはカバーを備える。いくつかの実施形態では、蓋またはカバーは、パドル位置センサ、通気入口、氷入口、通気抽出部、グラファイト-硫酸プレミックス入口、熱I/Rセンサ、カリウム入口、またはリンス剤入口のうちの少なくとも1つを備える。いくつかの実施形態では、蓋またはカバーは、センサ空気入口、HDPEマニホールドブロック&プラグ、またはHDPEスプレーノズルのうちの少なくとも1つを備える。いくつかの実施形態では、蓋またはカバーは、キャップねじインジケータ、パドル位置センサ、熱I/Rセンサ、センサ空気入口、シャフトカプラ、駆動モータ、またはパドル位置センサのうちの少なくとも1つを備える。
特定の実施形態では、第1の反応システムは、図46Eに示されるような第1の反応ミキサアセンブリを備える。いくつかの実施形態では、第1の反応ミキサアセンブリは、混合ボウル4601、第1の反応フレーム溶接物4602、または混合ボウルが蓋まで上昇するときに混合ボウルを係止またはクランプするための機構のうちの任意のものを備える。
特定の実施形態では、第1の反応システムは、第1の反応ミキサアセンブリおよび図46Fに示されるような第1の反応タンクを備える。いくつかの実施形態では、第1の反応システムは、1000ガロンのタンク(第1の反応タンク)、カバー/パドル、ねじジャックリフト、80クォートの混合ボウル(第1の反応ミキサアセンブリ)、ガイドレール、ステンレス鋼管フレーム、タンク蓋、モータマウント、フレーム、駆動モータ、またはパドルアセンブリのうちの少なくとも1つを備える。いくつかの実施形態では、第1の反応システムは、ミキサ機構またはアセンブリに任意選択的に連結される格納式カバーを備える。いくつかの実施形態では、1つ以上の反応ミキサアセンブリは、タンクと流体連通である。いくつかの実施形態では、弁は、反応ミキサアセンブリの内容物がタンク内に流れることを可能にするように手動または自動で開放され得る(例えば、制御ユニットを介して)。図46Gは、下降構成にある第1の反応フレーム溶接物上のボウルマウント上に位置決めされた混合ボウルの一実施形態の斜視図(左図)、および上昇構成にある混合ボウルを有する側面図(右図)を示す。図46Hは、第1の反応ミキサアセンブリ内の混合ボウル用の蓋の一実施形態の図を示す。いくつかの実施形態では、蓋は、リンス剤入口、カリウム入口、通気入口、氷入口(もしくは低温水/氷水入口)、グラファイト硫黄プレミックス入口、熱I/Rセンサ、熱センサ空気入口、リンス剤入口、通気抽出部、またはパドル位置センサのうちの任意のものを備える。いくつかの実施形態では、蓋は、その内面上に(例えば、混合ボウルの内部に面して)、センサ空気入口、熱I/Rセンサ、(HDPE)スプレーノズル、通気抽出部、または(HDPE)マニホールドブロック&プラグのうちの任意のものを備える。いくつかの実施形態では、蓋は、外面上に(例えば、混合ボウルの内部に面さずに)、センサ空気入口、熱I/Rセンサ、シャフトカプラ、駆動モータ、キャップねじインジケータ、またはパドル位置センサのうちの任意のものを備える。図46Iは、蓋の追加の図を示す。いくつかの実施形態では、蓋は、オフセットモータ、チェーン駆動部、異径アダプタ、スリップリング、パドル、温度プローブ(熱伝導エポキシを用いてhalarコーティングされたステンレス鋼管内に任意選択的に埋め込まれる)、またはそれらの任意の組み合わせを備える。いくつかの実施形態では、蓋は、1つ以上のスクレーパブレードが取り付けられたミキサまたはパドルを備える。いくつかの実施形態では、パドルは、パドルの対向端に位置決めされた2つのスクレーパブレードを備える。いくつかの実施形態では、各スクレーパブレードは、反応容器(または代替的にもしくは組み合わせにおいて、タンク)の内面と面一であるように構成される。いくつかの実施形態では、蓋は、1つ以上のスプレーポートを備える。いくつかの実施形態では、スプレーポートは、タンクなどの供給源に連結され、反応物を分注する(例えば、GOの発生、ならびに/または過酸化水素および氷もしくは低温水/冷水/氷水を加えることによるなどのGO反応の反応停止のために)。いくつかの実施形態では、スプレーポートは、反応容器を清浄化するために流体(例えば、ddH2O)を分注するように構成される。いくつかの実施形態では、蓋は、例えば、反応容器の内容物が高過ぎるときを検出し、反応容器内により多くの反応物または他の材料を追加することを停止するために、遮断フロートを備える。いくつかの実施形態では、蓋は、温度センサ(例えば、温度プローブ)を備える。いくつかの実施形態では、温度センサは、ミキサに取り付けられる。いくつかの実施形態では、温度センサは、反応ミキサの操作中に反応容器内に残るように構成される。例えば、温度センサは、ミキサが回転するときにミキサとともに移動するようにミキサに取り付けられ得、酸化グラフェンを形成するためにグラファイトと他の反応物との間の反応中に容器内に残り得る。
特定の実施形態では、本明細書に開示されるものは、8つの第1の反応ミキサアセンブリおよび1つのタンクを備える反応システムの斜視図を有する図46Jに示されるような第1の反応システムである。いくつかの実施形態では、第1の反応ミキサアセンブリは、反応容器の底部またはその近くの弁が、内容物がタンク内に流れることを可能にするように開放され得るように、タンクの上に位置決めされる。
特定の実施形態では、様々なボウルリフトロックスペーサが図49に示される。特定の実施形態では、第1のスペーサ4901は、約0.700インチの長さを有する。特定の実施形態では、第2のスペーサ4902は、約2.063インチの長さを有する。特定の実施形態では、第3のスペーサ4903は、約0.900インチの長さを有する。特定の実施形態では、第4のスペーサ4904は、約3.031インチの長さを有する。特定の実施形態では、各スペーサは、内径4905および外径4906を有する。特定の実施形態では、第1のスペーサ4901は、約0.38インチの内径および約0.75インチの外径を有する。特定の実施形態では、第2のスペーサ4902は、約0.53インチの内径および約1.00インチの外径を有する。特定の実施形態では、第3のスペーサ4903は、約0.53インチの内径および約1.00インチの外径を有する。特定の実施形態では、第4のスペーサ4904は、約0.53インチの内径および約1.00インチの外径を有する。
リフトモータ装着プレートが、図50に示される。特定の実施形態では、リフトモータ装着プレートは、高さ5003、幅5004、および深さ5005を有する。特定の実施形態では、リフトモータ装着プレートは、約8.50インチの高さ5003、約8.00インチの幅5004、および約0.25インチの深さ5005を有する。特定の実施形態では、リフトモータ装着プレートは、1つ以上の内側開口5001および1つ以上の外側開口5002を備える。特定の実施形態では、リフトモータ装着プレートは、4つの内側開口5001および4つの外側開口5002を備える。特定の実施形態では、内側開口5001は、その中心が、約8.50インチの高さ5003を有するリフトモータ装着プレートの頂部または底部側から約2.38インチ、かつ反対側から約6.13インチに位置するように位置決めされる。特定の実施形態では、内側開口5001は、その中心が、約8.00インチの幅5004を有するリフトモータ装着プレートの左または右側から約2.84インチ、かつ反対側から約5.16インチに位置するように位置決めされる。特定の実施形態では、外側開口5002は、その中心が、約8.50インチの高さ5003を有するリフトモータ装着プレートの頂部または底部側から約0.75インチ、かつ反対側から約7.75インチに位置するように位置決めされる。特定の実施形態では、外側開口5002は、その中心が、約8.00インチの幅5004を有するリフトモータ装着プレートの左または右側から約0.50インチ、かつ反対側から約7.50インチに位置するように位置決めされる。特定の実施形態では、開口(5001および/または5002)は、約0.75インチの長さ(長手側)および約0.28インチの幅(短手側)を有する。
様々なリフトエルボスペーサプレートが図51に示される。特定の実施形態では、反応システムは、第1のリフトエルボスペーサプレート5104、第2のリフトエルボスペーサプレート5105、および第3のリフトエルボスペーサプレート5106を備える。特定の実施形態では、第1のリフトエルボスペーサプレート5104および第2のリフトエルボスペーサプレート5105は、互いに鏡像である。第1および/または第2のリフトエルボスペーサプレート5104および5105の断面側面図5101は、1つ以上の円形開口(5111、5112、5113)の半径5109および深さ5123を例示する。特定の実施形態では、第1または第2のリフトエルボスペーサプレート5102および5103の正面および側面図は、高さ5110、幅5116、および深さ5117を示す。特定の実施形態では、第1または第2のリフトエルボスペーサプレート5102は、約7.00インチの高さ5110、約3.50インチの幅5116、および約0.88インチの深さ5117(側面視では5103)を有する。特定の実施形態では、第1または第2のリフトエルボスペーサプレート5102は、第1の円形開口5111、第2の円形開口5112、および第3の円形開口5113を備える。特定の実施形態では、第1または第2のリフトエルボスペーサプレートは、1つ以上の角丸矩形開口を備える。特定の実施形態では、第1または第2のエルボスペーサプレートは、第1の角丸矩形開口5114および第2の角丸矩形開口5115を備える。第3のリフトエルボスペーサプレートは、斜視図5106、正面図5107、および側面図5108として図51に示される。第3のリフトエルボスペーサプレートは、幅5121および深さ5122を有する。特定の実施形態では、第3のリフトエルボスペーサプレートは、約5.00インチの幅5121および約0.38インチの深さ5122を有する。特定の実施形態では、第3のリフトエルボスペーサプレートは、左開口5118、中央開口5119、および右開口5120を備える。
ミキサセンサブラケットが、側面図5201、正面図5202、上面図5203、および斜視図5204を含む図52に示される。特定の実施形態では、ミキサセンサブラケットは、第1の高さ5208および第2の高さ5209を有する。特定の実施形態では、第1の高さ5208は、約2.13インチである。特定の実施形態では、第2の高さ5209は、約2.50インチである。特定の実施形態では、ミキサセンサブラケットは、第1の深さ5210および第2の深さ5211を有する。特定の実施形態では、第1の深さ5210は、約1.50インチである。特定の実施形態では、第2の深さ5211は、約1.50インチである。特定の実施形態では、ミキサセンサブラケットは、厚さ5212を有する。特定の実施形態では、厚さ5212は、約0.125インチである。特定の実施形態では、ミキサセンサブラケットは、1つ以上の開口を備える。特定の実施形態では、ミキサセンサブラケットは、第1の開口5205、第2の開口5206、および第3の開口5207を備える。特定の実施形態では、第1の開口は、約0.63インチの幅(短手側)および約1.13インチの高さ(長手側)を有する。特定の実施形態では、第1の開口は、その中心が、正面図のミキサセンサブラケット5202の底部側の約3.63インチ上に位置するように位置決めされる。
タンクモータマウントが図53に示される。特定の実施形態では、タンクモータマウントは、モータ装着プレートおよび軸受プレートを備える。図53は、モータ装着プレートの正面図5301、側面図5302、および斜視図5303を示す。図53は、軸受プレートの正面図5304、側面図5305、および斜視図5306を示す。特定の実施形態では、モータ装着プレートは、約14.00インチの高さ5307、約14.00インチの幅5308、および約0.25インチの深さ5302を有する。特定の実施形態では、モータ装着プレートは、中心開口5312を備える。特定の実施形態では、中心開口5312は、その中心位置が、約14.00インチの高さ5307および幅5308を有するモータ装着プレートの全側部から約7.00インチに位置するように位置決めされる。特定の実施形態では、モータ装着プレートは、1つ以上の角丸矩形開口5311を備える。特定の実施形態では、モータ装着プレートは、4つの角丸矩形開口5311を備える。特定の実施形態では、モータマウントは、1つ以上の円形開口5313および5314を備える。図53は、軸受プレートの正面図5304、側面図5305、および斜視図5306を示す。特定の実施形態では、軸受プレートは、約12.00インチの幅5310、約12.00インチの高さ5309、および約0.25インチの深さ5305を有する。特定の実施形態では、軸受プレートは、1つ以上の角丸矩形開口5311を備える。特定の実施形態では、軸受プレートは、4つの角丸矩形開口5311を備える。特定の実施形態では、角丸矩形開口5311は、約0.75インチの幅(長手側)および約0.50インチの高さ(短手側)を有する。
ミキサトルクブラケットは、上面図5401、側面図5402、および斜視図5403を含む図54に示される。特定の実施形態では、ミキサトルクブラケットは、開口5404および5405を備える。特定の実施形態では、ミキサトルクブラケットは、第1の幅5407および第2の幅5408、深さ5406、ならびに高さ5409を有する。特定の実施形態では、ミキサトルクブラケットは、約2.50インチの第1の幅5407、約6.00インチの第2の幅5408、約2.00インチの深さ5406、および約3.75インチの高さ5409を有する。
ミキサスプレーバーが図55に示される。ミキサスプレーバーは、斜視図5503、第1の端面図5502、第2の端面図5501、第1の開口5504を示す側面図、第2の開口5505を示す側面図、第3の開口5506を示す側面図、第4の開口5507を示す側面図、第5の開口5508を示す側面図、第6の開口5509を示す側面図によって示される。特定の実施形態では、ミキサスプレーバーは、長さ5510を有する。特定の実施形態では、ミキサスプレーバーは、約6.00インチの長さ5510を有する。側面図の各々は、開口、ミキサスプレーバーの片側の長さに沿った開口の位置、および周囲開口に対する開口の位置を示す。特定の実施形態では、ミキサスプレーバーは、6つの開口5504、5505、5506、5507、5508および5509を備え、各開口が、ミキサスプレーバーの6つの側部のうちの1つに位置決めされる。特定の実施形態では、開口は、約0.56インチの直径を有する。特定の実施形態では、開口5504は、その中心が、ミキサスプレーバーの第1の端から約2.00インチの長さ5513に位置するように位置決めされる。特定の実施形態では、開口5505は、その中心が、ミキサスプレーバーの第1の端から約1.00インチの長さ5514に位置するように位置決めされる。特定の実施形態では、開口5506は、その中心が、ミキサスプレーバーの第1の端から約5.00インチの長さ5515に位置するように位置決めされる。特定の実施形態では、開口5507は、その中心が、ミキサスプレーバーの第1の端から約4.00インチの長さ5516に位置するように位置決めされる。特定の実施形態では、開口5508は、その中心が、ミキサスプレーバーの第1の端から約3.00インチの長さ5512に位置するように位置決めされる。特定の実施形態では、開口5509は、その中心が、ミキサスプレーバーの第1の端から約3.00インチの長さ5511に位置するように位置決めされる。
タンクミキサシャフトが図56に示される。タンクミキサシャフトは、端面図5601、側面図5602、および斜視図5603によって示される。特定の実施形態では、タンクミキサシャフトは、直径5604、第1の長さ5605、第2の長さ5606、および第3の長さ5607を有する。特定の実施形態では、タンクミキサシャフトは、約1.250インチの直径5604、約68.50インチの第1の長さ5605、約5.00インチの第2の長さ5606、および約4.00インチの第3の長さ5607を有する。
タンクミキサ補強材が図57に示される。特定の実施形態では、タンクミキサ補強材は、正面図5701および側面図5702によって示されるように第1の構成要素を有する。特定の実施形態では、第1の構成要素は、約60.00インチの長さ5708を有する。特定の実施形態では、第1の構成要素は、約1.31インチの直径を有する開口5707を備える。特定の実施形態では、第1の構成要素は、約0.25インチ厚さである。特定の実施形態では、タンクミキサ補強材は、正面図5704、側面図5705、および斜視図5706によって示されるように第2の構成要素を有する。特定の実施形態では、第2の構成要素は、約32.00インチの幅5709、約4.0インチの幅5710、3.00インチの幅5711、約12.00インチの高さ5714、約4.4インチの高さ5712、および約3.00インチの高さ5713を有する。特定の実施形態では、第2の構成要素は、約0.25インチ厚さである。
ボウル装着プレートは、正面図5801、側面図5802、および斜視図5803を含む図58に示される。特定の実施形態では、ボウル装着プレートは、1つ以上の開口5806を備える。特定の実施形態では、ボウル装着プレートは、2つの開口5806を備える。特定の実施形態では、2つの開口は、約4.00インチ離れている(各開口の中心から測定して)。特定の実施形態では、開口5806は、約1.40インチの幅(長手側)および約0.40インチの高さ(短手側)を有する(開口の拡大図5804に示されるように)。特定の実施形態では、ボウル装着プレートは、約12.0インチの第1の高さ5805、約8.00インチの第2の高さ5807、および約5.84インチの幅5808を有する。特定の実施形態では、ボウル装着プレートは、約0.38インチ厚さである。
キャリッジスイッチ装着プレートが、正面5901、側面図5902、および斜視図5903を含む図59に示される。特定の実施形態では、キャリッジスイッチ装着プレートは、1つ以上の円形開口5904、および1つ以上の角丸矩形開口5905を備える。特定の実施形態では、円形開口5904は、約0.33インチの直径を有する。特定の実施形態では、角丸矩形開口5905は、約0.201インチの幅(短手側)および約1.20インチの高さ(長手側)を有する。特定の実施形態では、キャリッジスイッチ装着プレートは、約3.00インチの高さ5906および約2.00インチの幅5907を有する。
第1の反応ミキサブレードは、正面図6001および側面図6002を含む図60に示される。特定の実施形態では、ミキサブレードは、1つ以上の角丸矩形開口6003および1つ以上の円形開口6004を備える。特定の実施形態では、角丸矩形開口6003は、約0.53インチの幅(長手側)および約0.31インチの高さ(短手側)を有する。特定の実施形態では、円形開口6004は、約0.332インチの直径を有する。特定の実施形態では、ミキサブレードは、約11.50インチの高さ6006および約19.00インチの幅6005を有する。
第1の反応スクレーパブレードマウントは、上面図6101、正面図6102、側面図6103、および斜視図6104を含む図61に示される。特定の実施形態では、スクレーパブレードマウントは、開口6105を備える。特定の実施形態では、開口6105は、約0.313インチの直径を有する。特定の実施形態では、スクレーパブレードマウントは、1つ以上の開口6106を備える。特定の実施形態では、1つ以上の開口6106は、約0.201インチの内径および約0.266インチの外径を有する。特定の実施形態では、スクレーパブレードマウントは、約1.50インチの高さ6108、約1.50インチの幅6109、および約0.75インチの深さ6107を有する。特定の実施形態では、スクレーパブレードマウントは、約0.75インチの高さ6111、約1.50インチの幅6109、および約0.26インチの深さ6110を有するオープンスペースを備える。
第1の反応スクレーパブレードシャフトは、正面図6202、背面図6201、第1の斜視図6205、第2の斜視図6206、上面図6203、および底面図6204を含む図62に示される。特定の実施形態では、スクレーパブレードシャフトは、開口部6208を備える。特定の実施形態では、開口部6208は、約0.313インチの直径および約0.97インチの深さを有する。特定の実施形態では、スクレーパブレードシャフトは、開口部6209を備える。特定の実施形態では、開口部6209は、約0.159インチの直径および約0.47インチの深さを有する。特定の実施形態では、スクレーパブレードシャフトは、約0.63インチの直径6207を有する。
第1の反応スクレーパブレードホルダは、上面図6303、側面図(6301、6305)、正面図6302、斜視図6304、スクレーパブレードホルダ上のノッチ6306を示す背面図6307、およびスクレーパブレードホルダ6308の内部空間を示す側面図を含む図63に示される。特定の実施形態では、スクレーパブレードホルダは、約6.25インチの高さ6309および約1.075インチの直径6310を有する。特定の実施形態では、スクレーパブレードホルダは、シャフトの一端に1つ以上の開口部6312を備える。特定の実施形態では、開口部6312は、約0.136インチの直径を有する。特定の実施形態では、スクレーパブレードホルダは、その長さに沿って1つ以上の開口部6311を備える。特定の実施形態では、開口部6311は、約0.159インチの直径を有する。
第1の反応パドルシャフトは、断面正面図6401、正面図6403、側面図(6404、6402)、斜視図6405、上面図6406および底面図6407を含む図64に示される。特定の実施形態では、反応パドルシャフトは、約0.39インチの直径を有する、その側部に沿った開口6408を備える。特定の実施形態では、反応パドルシャフトは、約0.266インチの外径および約0.201インチの内径を有する、その側部に沿った1つ以上の開口6409を備える。特定の実施形態では、反応パドルシャフトは、約11.00インチの高さ6411および約0.980インチの幅6412を有する。特定の実施形態では、反応パドルシャフトは、頂部で約1.23インチの直径を有する(上面図6406参照)。特定の実施形態では、反応パドルシャフトは、底部6410で約1.00インチの直径を有する(底面図6407参照)。
第1の反応パドルキャップは、上面図6501、正面斜視図6502、背面斜視図6503、背面図6504、側面図6505、正面図6506、および断面側面図6507を含む図65に示される。特定の実施形態では、パドルキャップは、約0.177インチの第1の直径6509および約0.33インチの第2の直径6510を有する1つ以上の開口部6508を備える。
第1の反応ミキサ駆動シャフトは、斜視図6601、第1の端面図6602、第2の端面図6604、および正面図6603を含む図66に示される。特定の実施形態では、ミキサ駆動シャフトは、約1.000インチの直径を有する。特定の実施形態では、ミキサ駆動シャフトは、約8.06インチの長さ6606を有する。特定の実施形態では、ミキサ駆動シャフトの中心は、シャフトの平坦部分から約0.38インチの距離6605を有する。
第1の反応パドル止め具は、上面図6701、正面斜視図6702、背面斜視図6703、正面図6704、側面図6705、および背面図6706を含む図67に示される。特定の実施形態では、パドル止め具は、1つ以上の開口6707を備える。特定の実施形態では、開口6707は、内径6708および外径6709を有する。特定の実施形態では、内径6708は、約0.201インチであり、外径6709は、約0.39インチである。特定の実施形態では、パドル止め具は、約2.50インチの高さ6710および約0.63インチの幅6711を有する。
第1の反応フレーム溶接物は、複数の斜視図を含む図68Aに示される。特定の実施形態では、フレーム溶接物は、図68A~68Bに詳述される様々な構成要素を備える。
リフトキャリッジ溶接物は、正面斜視図6904、背面斜視図6905、および側面図6906を含む図69A~69Bに示される。特定の実施形態では、リフトキャリッジ溶接物の前方および後方プレートは、約3.03インチの距離6907によって分離される。
リフトキャリッジ支柱は、斜視図7001、正面図7004、および側面図7003および7005を含む図70に示される。特定の実施形態では、リフトキャリッジ支柱は、1つ以上の開口部7006を備える。特定の実施形態では、開口部7006は、約0.31インチの直径を有する。特定の実施形態では、リフトキャリッジ支柱は、約30.47インチの長さ7009および約3.81インチの高さ7007を有する。特定の実施形態では、リフトキャリッジ支柱は、約3.81インチの高さ7007を有するナットプレート7002を備える。特定の実施形態では、ナットプレートは、1つ以上の開口部7008を有する。特定の実施形態では、開口部7008は、約0.31インチの直径を有する。
リフトキャリッジは、斜視図を含む図71に示される。特定の実施形態では、リフトキャリッジは、図71に示される構成要素を備える。
第1の反応頂部プレートは、上面図7208、側面図7210、上面斜視図7201、および底面斜視図7209を含む図72に示される。特定の実施形態では、頂部プレートは、図72および表1に示される構成要素を備える。
ミキサモータマウントは、上面斜視図7311および底面斜視図7312を含む図73に示される。特定の実施形態では、ミキサモータマウントは、表1に示される構成要素を備える。特定の実施形態では、ミキサモータマウントは、軟鋼管(7301、7302、7304、7305)、CNCカット(7306、7307)、および軟鋼板7308の構成要素のうちの1つ以上を備える。
タンクミキサパドルは、2つの斜視図7406および7407を含む図74に示される。特定の実施形態では、タンクミキサパドルは、ミキサシャフト7401、タンクミキサ補強材7402、およびタンクミキサブレード7403を備える。特定の実施形態では、タンクミキサ補強材は、タンクミキサブレードの支持、強度、および/または耐久性を提供する。
タンクミキサパドルは、上面図7501、正面図7502および7503、ならびに正面斜視図7504を含む図75に示される。特定の実施形態では、タンクミキサパドルは、混合ブレードを備える。特定の実施形態では、タンクミキサパドルは、混合シャフトを備える。
本明細書の方法、デバイス、およびシステムは、材料の製造、合成、または処理についての既存の選択肢に対して有意な利点を提案する。特定の実施形態では、本明細書の方法、デバイス、およびシステムは、材料の拡縮可能な大量生産、合成、または処理を可能にする。例えば、特定の実施形態では、本明細書に説明されるデバイスおよびシステムは、タンク、ミキサ、およびタンク撹拌機を備える装置を含む。特定の実施形態では、タンクは、炭素質組成物(例えば、グラファイト)を含む。特定の実施形態では、ミキサは、タンクに装着される。特定の実施形態では、ミキサは、タンクと流体連通である。特定の実施形態では、タンク撹拌機は、ミキサに機械的に連結される。特定の実施形態では、タンク撹拌機は、タンク内の炭素質組成物を撹拌して、それによって、炭素質組成物の酸化形態(例えば、酸化グラファイト)を、例えば、約1トン/年(tpy)超の速度で形成するように構成される。いくつかの実施形態では、装置は、約100グラム(g)/年、200g/年、500g/年、750g/年、1キログラム(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以上の速度で炭素質組成物の酸化形態を形成する。特定の実施形態では、装置(例えば、システム100)は、バッチ生産、合成、または処理のために使用される(すなわち、バッチプロセスとして運転する)。特定の実施形態では、本明細書の他の箇所により詳細に説明されるように、本明細書の方法、デバイス、およびシステムは、拡縮可能である。いくつかの実施形態では、装置は、1バッチあたり、約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トン(t)、2t、4t、6t、8t、10t、15t、25t、50t、75t、100t、250t、500t、750t、または1,000t以上の速度で炭素質組成物の酸化形態を形成する。本明細書に使用される際、「バッチ」は、本明細書に説明される方法、装置、またはシステムを使用する群として一緒に形成される、生成される、処理される、濾過される、および/または発生する材料(例えば、炭素質組成物、炭素質組成物の酸化形態、炭素質組成物の還元形態、GO、rGOなど)の量を指す。一例では、GOのバッチは、反応容器内の第1の反応を含むプロセスを使用して生成され、バッチは、第1の反応で酸化される一定量のGOを含む。別の例では、GOのバッチは、第1の反応および第1の濾過を含むプロセスを使用して生成され、GOのバッチは、第1の反応で酸化され、第1の濾過によって続いて濾過される一定量のGOを含む。別の例では、rGOのバッチは、第1の反応、第1の濾過、第2の反応、第2の濾過を含むプロセスを使用して生成され、rGOのバッチは、第1の反応で酸化され、第1の濾過で濾過され、第2の反応で還元され、第2の濾過で濾過される一定量を含む。一例では、装置は、1日で、1度に1グラムのみを生成することができる装置を使用しての6か月分の生成物に対応する炭素質組成物の酸化形態の量を形成する。
本発明の別の態様は、材料の製造(もしくは合成)または処理のための方法を提供する。特定の実施形態では、方法は、炭素質組成物の酸化形態を製造するために使用される。特定の実施形態では、本明細書のデバイスおよびシステム(例えば、図1~5のデバイスおよびシステム)は、そのような製造のために使用される(例えば、炭素質組成物の酸化形態の製造)。特定の実施形態では、酸化グラファイトは、グラファイトから合成される。特定の実施形態では、酸化グラファイトは、溶液中の酸化グラファイトを含む。特定の実施形態では、酸化グラファイトは、本明細書に使用される際、酸化グラフェンを含む(その逆も同様である)。酸化グラファイトおよび酸化グラフェンは、本明細書ではまとめてGOと称される。特定の実施形態では、酸化グラファイトに関して説明された本開示の態様は、少なくともいくつかの構成では、酸化グラフェンにも同等に適用される。
図6は、グラファイトから酸化グラファイトを製造(または合成)するための方法または手順600の一例を概略的に示す。特定の実施形態では、図6の方法は、本明細書のシステムおよび方法を使用して実装される(例えば、図1~5のデバイスおよびシステム)。図6を参照すると、酸化グラファイトのバッチ(例えば、1×xグラム(g)またはy×xg、yは、1より大きいか、または小さい係数)は、第1のステップAで、約0℃の第1の温度で約750×xミリリットル(ml)の濃硫酸(H2SO4)に約15×xgのグラファイトを追加することによって生成される。硫酸は、ミキサ内(例えば、ミキサボウル内)に収容され、グラファイトは、ミキサ内の硫酸に追加される。第1の温度は、氷槽(例えば、ミキサボウルが氷槽内に浸漬される)、冷却コイル/管、またはそれらの組み合わせを使用して維持される。第2のステップBでは、合成は、約15℃未満の第2の温度を維持しながらミキサに約90×xgの過マンガン酸カリウム(KMnO4)を追加することを含む。約0℃の温度でのグラファイトおよび濃硫酸を含む混合物への過マンガン酸カリウムの追加は、発熱(例えば、自己発熱)反応を開始する。特定の実施形態では、第2の温度は、例えば、冷却コイル/管によって維持される。例えば、ミキサボウル(例えば、反応ボウル)の周囲の冷却コイル/管(本明細書では「チラー」でもある)に冷水を追加することによって、温度が下げられる。特定の実施形態では、第2の温度は、過マンガン酸カリウムが加えられるペース(それによって加熱を制御する)によって制御または維持される。例えば、より多くの熱(上昇した温度)が所望される場合、過マンガン酸カリウムは、より速いペースで追加される。特定の実施形態では、より低温が所望される場合、チラーが低温に設定される、および/または過マンガン酸カリウムの追加の流れもしくは速度が低減される。特定の実施形態では、方法は、第3のステップCで、約45分間、ミキサ内で反応混合物をかき混ぜる(例えば、第2の温度で)ことをさらに含む。特定の実施形態では、第4のステップDで、反応停止が、混合物を約2.6×xキログラム(kg)の氷と組み合わせ、次いで、約75×xmlの30%過酸化水素(H2O2)を追加することによって達成される。特定の実施形態では、第4のステップは、ミキサボウルの内容物をタンクに移し(例えば、バタフライ弁113または213を介して)、次いで、過酸化水素を加えることを含む。特定の実施形態では、氷槽は、反応を停止させる、および/または反応を冷却する。特定の実施形態では、過酸化水素は、反応を停止させるために追加される。特定の実施形態では、バタフライ弁は、GOが冷却のために水/氷槽内に移されることを可能にする。特定の実施形態では、第5のステップ(図示せず)は、5回のH2O洗浄、その後の約1週間の連続フロー透析によって精製することを含む。特定の実施形態では、xは、約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以上のスケール因子である。例えば、特定の実施形態では、少なくとも約150ポンドの氷を含むタンクを備えるシステムでは、xは、少なくとも約26である。
特定の実施形態では、本明細書の方法、デバイス、およびシステムは、拡縮可能である。一例では、本明細書の酸化グラファイト合成方法は、少なくとも約100ガロンの容積を有するタンクを使用して実施される。特定の実施形態では、ミキサは、少なくとも約20クォート(5ガロン)の容積を有する。特定の実施形態では、タンクは、液体(例えば、ミキサボウルからの水および/または反応混合物)および少なくとも約150ポンドの氷を保持または収容する。例えば、特定の実施形態では、氷以外の原材料は、反応チャンバ/混合ボウルに追加され、氷は、100ガロンのタンクに直接追加される。特定の実施形態では、最終生成物は、100ガロンのタンクの底部から出てくる。別の例では、ミキサの容積は、少なくとも約320クォート(80ガロン)であり、タンク(氷タンク)の容積は、少なくとも約1,600ガロンである(例えば、ミキサおよびタンクの容積は、16の倍数によって各々拡張される)。また別の例では、タンク(例えば、氷タンク)の容積は、少なくとも約3,000ガロン、3,500ガロン、または4,000ガロン(例えば、約4,000ガロン程度)である。特定の実施形態では、タンクは、例えば、少なくとも約320クォート(80ガロン)の容積を有するミキサ、または異なる容積を有するミキサとともに使用される。例えば、特定の実施形態では、いくつかの(例えば、少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、50、75または100)ミキサが、単一大型タンクとともに使用される(図44参照)。特定の実施形態では、ミキサの数およびサイズ/容積は、タンクのサイズ/容積とともに増減する。例えば、容積Vtのタンクは、Vm以下の容積を有する1つ以上のミキサとともに使用され、Vmは、所与のVtに対する最大の好適なミキサ容積である。さらに、特定の実施形態では、複数のミキサが単一タンクとともに使用され、ミキサは、同一サイズ/容積を有する。特定の実施形態では、複数のミキサが単一タンクとともに使用され、ミキサは、同一サイズ/容積を有していない。したがって、特定の実施形態では、異なるミキサの組み合わせが使用される。例えば、特定の実施形態では、少なくとも約5ガロンまたは80ガロンの容積を有するミキサは、約100ガロン~約4,000ガロンの容積を有するタンクとともに使用される(例えば、単独または1つ以上の他のミキサと組み合わせて)。いくつかの場合では、ミキサの1つ以上の部分(例えば、モータ)は、効率を向上させるために共有される。
特定の実施形態では、本明細書に説明されるデバイスおよびシステムは、拡大される(例えば、より大きいシステムでより多くの氷)。いくつかの実施形態では、倍率は、同一である(例えば、スケール因子xは、全ての構成要素に対して同一である)。いくつかの実施形態では、異なる構成要素(例えば、タンクおよびミキサボウル)は、少なくとも約1%、2%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、または50%の異なるスケール因子を有する。特定の実施形態では、第1の反応システム、第1の反応フィルタ、第2の反応システム、および/または第2の反応フィルタの異なる構成要素は、本明細書に提供されるサイズおよび/または寸法の少なくとも5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、または100%拡大される。特定の実施形態では、第1の反応システム、第1の反応フィルタ、第2の反応システム、および/または第2の反応フィルタの異なる構成要素は、本明細書に提供されるサイズおよび/または寸法の少なくとも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、または1000倍拡大される。特定の実施形態では、構成要素の少なくとも一部分(例えば、ミキサボウル)は、所与の寸法および比率が整合性を保つように、増減される。例えば、特定の実施形態では、ミキサボウルまたはタンクは、効率的な撹拌および/または混合を達成するように構成された所与の形状を有する。特定の実施形態では、そのような寸法は、そのような構成要素を拡大するときに整合性を保たれる(例えば、タンク撹拌機ブレードの場所および/またはクリアランスは、タンクに対するそれらの相対位置およびサイズが拡大の際に略同一に留まるようにされるか、または混合ボウル形状は、相対寸法を変化させずに容積が増減されるなど)。
特定の実施形態では、酸化グラファイトまたは酸化グラフェン(GO)は、1つ以上の官能基を含む。例えば、特定の実施形態では、GOは、1つ以上のエポキシ架橋、1つ以上のヒドロキシル基、1つ以上のカルボニル基、またはそれらの任意の組み合わせを含む。特定の実施形態では、GOは、酸化レベルを含む。例えば、特定の実施形態では、GOは、2.1~2.9の炭素対酸素比(C:O比)を含む。
特定の実施形態では、本明細書でまとめてrGOと称される、還元型酸化グラファイトまたは還元型酸化グラフェンは、グラフェンを含む。
特定の実施形態では、炭素質組成物は、所与のタイプまたは品質を有する。例えば、特定の実施形態では、炭素質組成物は、グラファイト供給原料を含む。特定の実施形態では、グラファイト供給原料は、様々な等級または純度(例えば、例えば、重量%グラファイトカーボン(Cg)として測定される炭素含有量)、タイプ(例えば、非晶質グラファイト(例えば、60~85%炭素)、鱗片状グラファイト(例えば85%超炭素)または鱗状グラファイト(例えば90%超炭素))、サイズ(例えば、メッシュサイズ)、形状(例えば、大きい鱗状片、中程度、鱗状片、粉末または球状グラファイト)、および起源(例えば、合成、または、例えば、天然鱗状片グラファイトなどの天然)を含む。特定の実施形態では、そのような特質(例えば、物理的および化学的特性)は、炭素質組成物の酸化形態のタイプまたは品質に影響を与える。例えば、特定の実施形態では、グラファイトのメッシュサイズは、結果物であるGOに影響を与える。特定の実施形態では、グラファイトは、約1%、2%、5%、10%、15%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、または100%(例えば、重量比)以上の等級または炭素含有量を有する。特定の実施形態では、グラファイトは、約100%、99%、98%、97%、96%、95%、94%、93%、92%、91%、90%、85%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、15%、10%、5%、2%、または1%(例えば、重量比)未満の等級または炭素含有量を有する。特定の実施形態では、グラファイトは、約-200、-150、-100、-80、-50、-48、+48、+80、+100、+150、または+200メッシュサイズ以上のメッシュサイズでそのような等級または炭素含有量を有する。
特定の実施形態では、炭素質組成物は、炭素質組成物の酸化形態の1つ以上のタイプに処理される。例えば、特定の実施形態では、異なる酸化形態または同一酸化形態の異なるタイプが、本明細書のデバイスおよびシステムの反応条件および/または構成/操作に依存して発生する(例えば、図1の機械がどのように機能するかの結果として)。いくつかの実施形態では、そのような因子は、単独または供給原料タイプまたは品質(例えば、グラファイト入力仕様)との組み合わせで結果物である合成生成物に影響する。一例では、グラファイト供給原料は、単一層GOまたは多層GOに転換される。特定の実施形態では、2つのタイプのGOは、異なる特性および/または最終生成物/用途を有する。特定の実施形態では、特性は、例えば、物理化学的特性および/または性能特性(例えば、伝導度または純度)を含む。例えば、特定の実施形態では、単一層GOおよび多層GOは、異なる伝導特性を有する。
特定の実施形態では、単一層GOおよび多層GOのための最終生成物/用途、またはそこから派生した材料(例えば、ICCN、グラフェンなど)は、例えば、エネルギー変換/貯蔵(例えば、(スーパー)コンデンサ、電池、燃料電池、太陽電池、または熱電機器)、触媒、検知(例えば、化学および生体検知)、足場/支持体、ナノ充填材、軽量化および構造材料(例えば、グラフェンシャーシ/部品またはタービンブレード)、任意の電子部品(例えば、タッチ画面)、半導体(例えば、モリブデナイトと組み合わせられたグラフェン(MoS2))、情報記憶装置、透明材料、超伝導体(例えば、二ホウ化マグネシウムが散在したグラフェン(MgB2)、医療および/または生化学的アッセイ(例えば、DNA分析)、非線形光学材料、濾過および/または水浄化、コーティング、紙(例えば、酸化グラフェン紙)、レンズなどを含む。一例では、特定の実施形態では、単一層GOの最終生成物/用途としては、ハイブリッドスーパーキャパシタおよび/またはリチウムイオン電池が挙げられ、多層GOの最終生成物/用途としては、高密度スーパーキャパシタが挙げられる。特定の実施形態では、GOは、そのような用途の前にさらに転換または処理される。特定の実施形態では、所与のGO供給原料がさらに処理されるとき、結果物である材料は、特定の物理化学的および/または性能特性を有する。例えば、特定の実施形態では、GOは、グラフェン、波状炭素系網状体(ICCN)(各々、複数の拡張かつ相互接続された炭素層を含む)、またはGOから派生した他の材料(例えば、他の2次元結晶(例えば、窒化ホウ素、セレン化ニオブまたはタンタル(IV)硫化物)と一体化したグラフェン、グラフェンまたはICCN複合材料など)の製造用の供給原料として使用される。特定の実施形態では、結果物である材料は、GO供給原料のタイプに依存する異なる特性(例えば、コンデンサでの最終用途の間の静電容量、電池としての最終用途の間の特質など)を有する。特定の実施形態では、本明細書の最終生成物/用途は、例えば、酸化グラフェンおよび/または様々なrGO(例えば、グラフェン)の最終生成物/用途を含む。
特定の実施形態では、合成のための方法(例えば、図6の方法)は、炭素質組成物を提供することと、第1の期間にわたる炭素質組成物の第1の転換によって炭素質組成物の第1の酸化形態を生成することと、を含む。特定の実施形態では、第1の期間は、約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、または500分以下である。特定の実施形態では、第1の期間は、約10分~約20分、約10分~約30分、約10分~約40分、約10分~約50分、約10分~約60分、約10分~約70分、約10分~約80分、約10分~約90分、約10分~約100分、約20分~約30分、約20分~約40分、約20分~約50分、約20分~約60分、約20分~約70分、約20分~約80分、約20分~約90分、約20分~約100分、約30分~約40分、約30分~約50分、約30分~約60分、約30分~約70分、約30分~約80分、約30分~約90分、約30分~約100分、約40分~約50分、約40分~約60分、約40分~約70分、約40分~約80分、約40分~約90分、約40分~約100分、約50分~約60分、約50分~約70分、約50分~約80分、約50分~約90分、約50分~約100分、約60分~約70分、約60分~約80分、約60分~約90分、約60分~約100分、約70分~約80分、約70分~約90分、約70分~約100分、約80分~約90分、約80分~約100分、約90分~約100分、約100分~約150分、約100分~約200分、約100分~約250分、約100分~約300分、約100分~約350分、約100分~約400分、約100分~約450分、約100分~約500分、約150分~約200分、約150分~約250分、約150分~約300分、約150分~約350分、約150分~約400分、約150分~約450分、約150分~約500分、約200分~約250分、約200分~約300分、約200分~約350分、約200分~約400分、約200分~約450分、約200分~約500分、約250分~約300分、約250分~約350分、約250分~約400分、約250分~約450分、約250分~約500分、約300分~約350分、約300分~約400分、約300分~約450分、約300分~約500分、約350分~約400分、約350分~約450分、約350分~約500分、約400分~約450分、約400分~約500分、または約450分~約500分である。特定の実施形態では、合成のための方法は、炭素質組成物を提供することと、第2の期間にわたる炭素質組成物の第2の転換によって炭素質組成物の第2の酸化形態を生成することと、を含む。特定の実施形態では、第1の酸化形態を生成するための方法と第2の酸化形態を生成するための方法との間の差は、期間の長さの差(例えば、第1および第2の期間の間の長さの差)を含む。特定の実施形態では、炭素質組成物の第1の酸化形態を含むコンデンサは、第1の期間よりも少なくとも約2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、または50倍長い第2の期間にわたる炭素質組成物の第2の転換によって生成された炭素質組成物の第2の酸化形態を含むときよりも、少なくとも約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、または200倍大きい静電容量を有する。特定の実施形態では、炭素質組成物の第1の酸化形態を含むコンデンサは、反応条件の範囲にわたって第1の期間よりも長い第2の期間にわたる炭素質組成物の第2の転換によって生成された炭素質組成物の第2の酸化形態を含むときよりも大きい静電容量を有する。特定の実施形態では、炭素質組成物の第1の酸化形態を含むコンデンサは、第1の期間よりも少なくとも約5倍長い第2の期間にわたる炭素質組成物の第2の転換によって生成された炭素質組成物の第2の酸化形態を含むときよりも、少なくとも約2倍大きい静電容量を有する。特定の実施形態では、炭素質組成物の第1の酸化形態を含むコンデンサは、炭素質組成物の第2の酸化形態を含むときよりも少なくとも約10倍大きい静電容量を有する。特定の実施形態では、炭素質組成物の第1の酸化形態を含むコンデンサは、炭素質組成物の第2の酸化形態を含むときよりも少なくとも約50倍大きい静電容量を有する。特定の実施形態では、第2の期間は、第1の期間よりも少なくとも約8倍長い。特定の実施形態では、静電容量は、反応条件の範囲にわたって少なくとも約10倍大きい。特定の実施形態では、方法は、静電容量をさらに増加させるために反応条件を調整することをさらに含む。特定の実施形態では、転換(例えば、反応)の期間(例えば、第1または第2の期間は、反応が反応停止されるとき(例えば、氷および過酸化水素が、炭素質組成物、硫酸、および過マンガン酸カリウムを含む酸化反応に追加されるとき)に終了する。
特定の実施形態では、炭素質組成物の酸化形態に関して説明された本開示の態様は、少なくともいくつかの構成の炭素質組成物の酸化形態から派生した材料に同等に適用され、その逆も同様である。一例では、特定の実施形態では、炭素質組成物の第1の酸化形態またはそこから派生した材料(例えば、第1の酸化炭素質組成物の還元形態)を含むコンデンサ(例えば、二重層コンデンサ/スーパーキャパシタ)は、炭素質組成物の第2の酸化形態またはそこから派生した材料(例えば、第2の酸化炭素質組成物の還元形態)を含むときよりも、少なくとも約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、または200倍大きい静電容量を有する。別の例では、特定の実施形態では、本開示の装置は、約100グラム(g)/年、200g/年、500g/年、750g/年、1キログラム(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以上の速度で炭素質組成物の酸化形態および/またはそこから派生した材料(例えば、酸化炭素質組成物の還元形態)を形成する。
特定の実施形態では、本明細書に説明されるシステムおよび方法によって合成された酸化グラファイト、酸化グラフェン、またはそれらから派生した材料を含む電極を備えるコンデンサは、約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、または50mV/sの走査速度で少なくとも約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、または1000mF/cm2のピーク静電容量を提供する。特定の実施形態では、本明細書に説明されるシステムおよび方法によって合成された還元型酸化グラファイトまたは還元型酸化グラフェンを含む電極を備えるコンデンサは、約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、または50mV/sの走査速度で少なくとも約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、または1000mF/cm2のピーク静電容量を提供する。特定の実施形態では、本明細書に説明されるシステムおよび方法によって合成された酸化グラファイト、酸化グラフェン、またはそれらから派生した材料を含む電極を備えるコンデンサは、約10mV/sの走査速度で少なくとも約200mF/cm2のピーク静電容量を提供する。特定の実施形態では、本明細書に説明されるシステムおよび方法によって合成された還元型酸化グラファイトまたは還元型酸化グラフェンを含む電極を備えるコンデンサは、約10mV/sの走査速度で少なくとも約200mF/cm2のピーク静電容量を提供する。特定の実施形態では、本明細書に説明されるシステムおよび方法によって合成された酸化グラファイト、酸化グラフェン、またはそれらから派生した材料を含む電極を備えるデバイスは、異なるシステムまたは方法を使用して合成された酸化グラファイト、酸化グラフェン、またはそれらから派生した材料を含むデバイスよりも、少なくとも約56倍大きい静電容量を提供する。特定の実施形態では、本明細書に説明されるシステムおよび方法によって合成された還元型酸化グラファイトまたは還元型酸化グラフェンを含む電極を備えるデバイスは、異なるシステムまたは方法を使用して合成された還元型酸化グラファイトまたは還元型酸化グラフェンを含むデバイスよりも、少なくとも約56倍大きい静電容量を提供する。特定の実施形態では、デバイスは、コンデンサ(例えば、スーパーキャパシタ)である。
特定の実施形態では、炭素質組成物は、グラファイトを含む。特定の実施形態では、炭素質組成物の第1の酸化形態は、酸化グラファイトまたは酸化グラフェンを含む。特定の実施形態では、炭素質組成物の第2の酸化形態は、酸化グラファイトまたは酸化グラフェンを含む。特定の実施形態では、方法は、炭素質組成物の第1の酸化形態を還元して炭素質組成物に戻すか、または炭素質組成物(例えば、rGO)と実質的に同様またはそれとは異なる別の脱酸素炭素質組成物に還元することをさらに含む。
図7は、静電容量対反応時間の測定の一例を示す。反応条件は、6×質量比Ox:Gr、自己発熱(発熱)、0~20時間を含んだ。10mV/sでのピーク静電容量は、20分で49mF/cm2であった。この例では、反応が自己発熱および長期間継続することを可能にすることは、その時間にわたってより低い静電容量のデバイスを生成する。いくつかの実施形態では、第1の転換中、自己発熱反応が継続できる時間を増加させることは、その時間にわたる最大静電容量を低下させる。
いくつかの実施形態では、自己発熱反応は、約0℃の温度でグラファイトおよび濃硫酸の混合物に過マンガン酸カリウム(KMnO4)を追加することによって開始される。
図8は、静電容量対反応時間の測定の別の例を示す。反応条件は、6×質量比Ox:Gr、自己発熱(発熱)、0~2時間を含んだ。10mV/sでのピーク静電容量は、15分で87mF/cm2であった。この例では、より短い反応時間は、少ない酸化損傷に伴い、グラフェンのより多くの本来のsp2構造を保持することによって、より高い静電容量をもたらす。いくつかの実施形態では、第1の転換中、少なくとも部分的な自己発熱反応の反応時間を減少させることは、少ない酸化損傷に伴い、炭素質組成物のより好適な構造を保持することによって、最大静電容量を増加させる。
図9は、静電容量対反応時間の測定のさらに別の例を示す。反応条件は、6×質量比Ox:Gr、氷槽による冷却、0~2時間を含んだ。10mV/sでのピーク静電容量は、45分で459mF/cm2であった。この例では、より低い反応温度は、適切な時点で反応を反応停止させるための機会のより大きい時間枠をもたらす。いくつかの実施形態では、第1の転換中、反応温度を下げることは、好適な時間で反応を反応停止するための機会のより大きい時間枠をもたらす。特定の実施形態では、方法は、氷槽による冷却を通して反応温度を下げることをさらに含む。特定の実施形態では、周囲反応温度未満で行われる反応は、(i)短期間にわたる改善された静電容量を示すか、(ii)より安全でより制御された反応をもたらすか、または(iii)それらの組み合わせである。特定の実施形態では、周囲反応温度は、周囲条件での反応温度である。
図10は、図9のサンプルから構築された二重層デバイス(二重層コンデンサ)の周期ボルタメトリ(CV)走査を示す。様々な走査速度での例示的な測定値が、表2に列挙される。
図11A~11Bは、その関連部分に関して本明細書に参照により組み込まれる、El-Kady M.F.,et al.,“Laser scribing of high-performance and flexible graphene-based electrochemical capacitors,”Science,335(6074),1326(2012)の結果(図11B)との、1000mV/sの走査速度での図9のサンプルから構築された二重層デバイス(二重層コンデンサ)の周期ボルタメトリ(CV)走査の比較を提供する(図11A)。図11Aのデバイスは、本明細書に説明されるように(例えば、図6の方法によって)製造されたGOから派生した材料を含む1つ以上の電極を備える。特定の実施形態では、図11Aのデバイスは、図11Bのデバイスの静電容量(例えば、1000mV/sのピーク静電容量)よりも少なくとも約35倍大きい静電容量(例えば、1000mV/sのピーク静電容量)を有する。本開示によって製造された材料を使用する増強された静電容量の他の例は、本明細書の他の箇所に提供される。
図12は、塩酸(HCl)洗浄の回数の関数としての静電容量を示す。この例では、0~5回のHCl洗浄によって生成物(例えば、図6の方法の)を洗浄する効果を比較することは、HCl洗浄が不必要であることを示す。反応条件は、6×質量比Ox:Gr、氷槽による冷却、0~1時間、変数であるHCl洗浄を含んだ。10mV/sでのピーク静電容量は、31分で261mF/cm2であった。確認可能な傾向を有さずに、全ての洗浄回数の間の静電容量の11%の変動が観察された。
特定の実施形態では、合成のための方法(例えば、図6の方法)は、グラファイトを提供することと、塩酸を用いずに、塩酸を用いるよりも少なくとも約1、2、3、4、5、6、7、8、9、または10倍速くグラファイトを酸化グラファイトに転換させることと、を含む。特定の実施形態では、合成のための方法は、グラファイトを提供することと、塩酸を用いずに、塩酸を用いるよりも少なくとも約2倍速くグラファイトを酸化グラファイトに転換させることと、を含む。いくつかの実施形態では、方法は、塩酸を用いずに、塩酸を用いるよりも少なくとも約5倍速くグラファイトを酸化グラファイトに転換させることを含む。いくつかの実施形態では、方法は、塩酸を用いずに、塩酸を用いるよりも少なくとも約8倍速くグラファイトを酸化グラファイトに転換させることを含む。
特定の実施形態では、方法は、modified Hummers法よりも少なくとも約1、2、3、4、5、6、7、または8倍速く酸化グラファイトを合成することを含む。特定の実施形態では、方法は、modified Hummers法よりも少なくとも約8倍速く酸化グラファイトを合成することを含む。特定の実施形態では、酸化グラファイトは、約1週間以下で合成される。特定の実施形態では、方法は、modified Hummers法よりも生成される酸化グラファイトの質量あたりの廃棄物が少ない。特定の実施形態では、方法は、再現可能な結果物を生成する。特定の実施形態では、酸化グラファイトは、空気乾燥せずに合成される。
いくつかの実施形態では、塩酸は、本明細書の酸化グラファイトの合成で消費されない。特定の実施形態では、modified Hummers法による精製のために使用された塩酸洗浄は、排除され、それによって、modified Hummers法と比較してより高速な精製をもたらす。特定の実施形態では、酸化グラファイトを1回以上塩酸洗浄することは、静電容量に関して実質的な影響がない。特定の実施形態では、精製ステップからの塩酸の除去は、静電容量の損失を示さないか、酸化グラファイトのコストを著しく低下させるか、精製手順を迅速化するか、またはそれらの組み合わせである。特定の実施形態では、方法は、modified Hummers法よりも少なくとも約1、2、3、4、5、6、7、8、9または10倍少ない酸化グラファイトの質量あたりのコストで酸化グラファイトを合成することを含む。一例では、方法は、modified Hummers法よりも少なくとも約4倍少ない酸化グラファイトの質量あたりのコストで酸化グラファイトを合成することを含む。
特定の実施形態では、方法は、合成が実施される各回で許容可能かつ再現性のある合成生成物をもたらす一式の正確なステップを含む。特定の実施形態では、方法は、ヒューマンエラーおよび/または人間の判断に対する依存が、それと関連付けられた1つ以上の合成ステップを排除することによって低減されることを可能にする。特定の実施形態では、ヒューマンエラーおよび/または人間の判断に対する依存は、経時的な水および/または氷の追加の速度を制御することと関連付けられる。
特定の実施形態では、方法は、(i)約45℃未満の、または(ii)modified Hummers法で使用される平均もしくは最大温度よりも少なくとも約30℃低い、平均または最大温度で酸化グラファイトを合成することを含む。特定の実施形態では、低下した平均または最大温度は、爆発の危険性を低下させ、それによって、安全性を向上させる。
特定の実施形態では、酸化グラファイトのバッチ(例えば、1gの酸化グラファイト)は、(a)氷槽を使用して維持される約0℃の第1の温度で750ml濃硫酸に15gグラファイトを追加することと、(b)約15℃未満の第2の温度を維持しながら90g過マンガン酸カリウム(KMnO4)を追加することと、(c)約45分間、(b)の混合物をかき混ぜることと、(d)2.6kgの氷に(c)の混合物を追加し、次いで、75mlの30%H2O2を追加することによって反応停止させることと、(e)5回のH2O洗浄、その後の約1週間の連続フロー透析によって精製することと、によって生成される。特定の実施形態では、(b)の追加は、発熱反応をもたらす。
特定の実施形態では、本明細書の方法は、炭素質組成物の酸化形態を作製する手順、炭素質組成物の酸化形態から派生した材料を作製する手順、またはその両方を含む。例えば、特定の実施形態では、本明細書の方法は、GOおよびグラフェン/還元型酸化グラファイトを作製する手順を含む。特定の実施形態では、GOは、第1の反応でグラファイトから形成される。特定の実施形態では、第1の反応は、酸化(例えば、酸化反応)を含む。特定の実施形態では、GOが処理される(例えば、濾過/精製、最終生成物の場合の濃縮など)。特定の実施形態では、GOは、第2の反応で還元される(例えば、グラフェン、ICCN、またはGOの還元を通して派生する任意の他の材料に)。特定の実施形態では、第2の反応は、還元を含む。例えば、特定の実施形態では、GOは、本明細書でまとめて還元型酸化グラファイト(rGO)と称される、グラフェンおよび/または他のGOの還元形態を形成するために還元される。特定の実施形態では、rGOは、還元形態酸化グラファイトおよび/または酸化グラフェンを含む。特定の実施形態では、グラフェンに関して説明された本開示の任意の態様は、少なくともいくつかの構成でrGOに同等に適用され、その逆も同様である。特定の実施形態では、rGO(例えば、グラフェン)が処理される。
いくつかの実施形態では、単層GOが製造される。特定の実施形態では、製造または方法(例えば、第1の反応)は、グラファイト1kgあたり約32リットル(L)の98%硫酸を使用する。特定の実施形態では、グラファイト1kgあたり約4.8kgの過マンガン酸カリウム粉末が使用される。特定の実施形態では、方法は、蒸解時間を含む。特定の実施形態では、方法は、蒸解時間を含まない。特定の実施形態では、方法は、所与の温度およびプロセスを含む。特定の実施形態では、方法は、反応の開始から、約1.5時間の過マンガン酸カリウムの追加(約15℃未満の反応温度)、約2時間の反応時間(約20~30℃の反応温度範囲)、約1時間の約32kgの氷の追加(約50℃の反応温度)、および約1時間の反応時間(約50℃の反応温度)を含む。特定の実施形態では、グラファイト1kgあたり約72kgの氷が、反応を反応停止させるために、および/または反応冷却用の氷のために使用される。特定の実施形態では、グラファイト1kgあたり約2Lの30%過酸化水素が、反応を反応停止させるために、および/または中性化のために使用される。特定の実施形態では、グラファイトは、所与のタイプである。特定の実施形態では、グラファイトは、325sh天然鱗片状グラファイトを含む。特定の実施形態では、混合速度(例えば、1つ以上の反応プロセス中の)は、約100rpmである。特定の実施形態では、方法は、成分の混合を時間調整することを含む。特定の実施形態では、硫酸およびグラファイトは、グラファイトダストを最小限に抑えるように予備混合され、次いで、反応器に迅速に追加される。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムの追加は、発熱反応をもたらす。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムは、反応温度を約15℃未満に維持するのに十分低速で追加される(例えば、過マンガン酸カリウムは、約1.5時間にわたって追加される)。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムは、反応温度を約15℃未満に維持するために、冷却機構(例えば、冷却パイプおよび/または氷の追加)と組み合わせて十分低速で追加される。
いくつかの実施形態では、多層GOが製造される。特定の実施形態では、製造または方法(例えば、第1の反応)は、グラファイト1kgあたり約25Lの98%硫酸を使用する。特定の実施形態では、酸化グラファイト1kgあたり約2kgの過マンガン酸カリウムが使用される。特定の実施形態では、方法は、蒸解時間を含む。特定の実施形態では、方法は、蒸解時間を含まない。特定の実施形態では、方法は、所与の温度およびプロセスを含む。特定の実施形態では、方法は、45分にわたる過マンガン酸カリウムの追加(約15℃未満の反応温度)および30分の反応時間(約15℃の反応温度)を含む。特定の実施形態では、グラファイト1kgあたり約125kgの氷が、反応を反応停止させるために、および/または反応冷却用の氷のために使用される。特定の実施形態では、グラファイト1kgあたり約1Lの30%過酸化水素が、反応を反応停止させるために、および/または中性化のために使用される。特定の実施形態では、グラファイトは、所与のタイプである。特定の実施形態では、グラファイトは、高度に剥離され粉砕された小さい鱗状片の大きい表面積のグラファイト、9ミクロンの鱗状片、またはそれらの任意の組み合わせである。特定の実施形態では、混合速度(例えば、1つ以上の反応プロセス中の)は、約100rpmである。特定の実施形態では、方法は、成分の混合を時間調整することを含む。特定の実施形態では、硫酸およびグラファイトは、グラファイトダストを最小限に抑えるように予備混合され、次いで、反応器に迅速に追加される。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムの追加は、発熱反応をもたらす。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムは、反応温度を約15℃未満に維持するのに十分低速で追加される(例えば、過マンガン酸カリウムは、約1.5時間にわたって追加される)。
特定の実施形態では、第1の濾過は、第1の反応後に実施される。特定の実施形態では、第1の濾過は、酸化後精製を含む。特定の実施形態では、第1の濾過の目的または目標は(例えば、それがどのように行われるかにかかわらず)、粗生成物から不純物を除去し、pHを最大で少なくとも約5にすることである。特定の実施形態では、酸化後(反応1)、粗生成物は、GOとともに、例えば、硫酸、マンガン酸化物、および硫酸マンガンなどの1つ以上の(例えば、数個の)不純物を含有する。特定の実施形態では、精製が完了した後、GOは、次いで、例えば、約1重量%の溶液に濃縮される。特定の実施形態では、第1の反応からの水および/または酸は、濾過中に除去される。特定の実施形態では、第1の反応後、酸濃度は、約30%(単層)または約16%(多層)の硫酸であり、約0のpHに対応する。特定の実施形態では、濾過は、pHが、約0.00005%の酸濃度に対応する、約5に達するときに完了する。特定の実施形態では、所与の量または濃度の程度が、GOの販売および/またはグラフェンの直接使用(例えば、第2の反応の供給原料として使用される場合)に必要とされる。特定の実施形態では、GO(例えば、大部分のGO)は、乾燥粉末状および/または約2%(重量比)の水溶液で販売または使用される。いくつかの実施形態では、炭素質組成物の酸化形態は、約100グラム(g)/年、200g/年、500g/年、750g/年、1キログラム(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以上の速度で第1の濾過を介して濾過される。いくつかの実施形態では、炭素質組成物の酸化形態は、バッチプロセスとして第1の反応フィルタを使用して濾過される。特定の実施形態では、本明細書の他の箇所により詳細に説明されるように、本明細書の方法、デバイス、およびシステムは、拡縮可能である。いくつかの実施形態では、第1の反応フィルタは、1バッチあたり、約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トン(t)、2t、4t、6t、8t、10t、15t、25t、50t、75t、100t、250t、500t、750t、または1,000t以上の速度で炭素質組成物の酸化形態を濾過するために使用される。
特定の実施形態では、第2の反応は、グラフェン(還元型酸化グラファイト)を形成するためにGOの還元を含む。例えば、特定の実施形態では、第1の精製後、生成物の硫酸濃度は、約5のpHを有する約0.00005%である。特定の実施形態では、溶液中のGOの濃度は、約1質量%である(100Lの水溶液中に1kgのGO)。特定の実施形態では、製造または方法(例えば、第2の反応)は、GO1kgあたり約20Lの30%過酸化水素(100リットルの溶液中)、およびGO1kgあたり約4.95kgのアスコルビン酸ナトリウム(アスコルビン酸のナトリウム塩)(100リットルの溶液中)を使用する。特定の実施形態では、方法は、蒸解時間を含む。特定の実施形態では、方法は、蒸解時間を含まない。特定の実施形態では、方法は、所与の温度およびプロセスを含む。特定の実施形態では、方法は、反応を約90℃まで加熱することと、1時間にわたって過酸化水素を追加することと、を含む。特定の実施形態では、反応は、さらに約3時間、約90℃で加熱を継続する。特定の実施形態では、アスコルビン酸ナトリウムは、約30分にわたって追加される。特定の実施形態では、反応は、おおよそ追加の1.5時間、約90℃で加熱を継続する。特定の実施形態では、90℃での合計時間は、約6時間である。特定の実施形態では、混合速度(例えば、1つ以上の反応プロセス中の)は、約200rpmである。いくつかの実施形態では、装置は、約100グラム(g)/年、200g/年、500g/年、750g/年、1キログラム(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以上の速度で炭素質組成物の還元形態を形成する。特定の実施形態では、第2の反応システムは、バッチ生産、合成、または処理のために使用される(すなわち、バッチプロセスとして運転する)。特定の実施形態では、本明細書の他の箇所により詳細に説明されるように、本明細書の方法、デバイス、およびシステムは、拡縮可能である。いくつかの実施形態では、第2の反応システムは、1バッチあたり、約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トン(t)、2t、4t、6t、8t、10t、15t、25t、50t、75t、100t、250t、500t、750t、または1,000t以上の速度で炭素質組成物の酸化形態を形成する。
特定の実施形態では、第2の濾過は、第2の反応後に実施される。特定の実施形態では、第2の反応後、例えば、アスコルビン酸ナトリウム、加えて少量の硫酸、マンガン酸化物およびマンガン塩などの数個の不純物が存在する。特定の実施形態では、第1の濾過の目的または目標は(例えば、それがどのように行われるかにかかわらず)、溶液から不純物(例えば、それらの塩)を除去することである。特定の実施形態では、水、酸、および/または塩は、第2の反応から放置される。例えば、特定の実施形態では、第2の反応からの溶液中に放置されたGO1kgあたり約4.95kgのアスコルビン酸ナトリウム、加えて初期酸化(第1の反応)からの残留する少量の硫酸、マンガン酸化物、およびマンガン塩が存在する。特定の実施形態では、還元後の溶液の伝導度は、約50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、250、300、350、400、450、または500mS/cm超である。特定の実施形態では、還元後の溶液の伝導度は、約200mS/cm超である。特定の実施形態では、rGO溶液は、rGOの伝導度が約50μS/cm以下に達するまで、脱イオン(DI)水(例えば、大量のDI水)を用いて洗浄される。特定の実施形態では、rGO溶液は、第2の反応フィルタまたは第2の反応濾過プロセスを使用して洗浄される。特定の実施形態では、所与の量または濃度の程度が、rGO(例えば、グラフェン)の直接使用に必要とされる。例えば、特定の実施形態では、約2重量%以上の濃度が必要とされる。いくつかの実施形態では、炭素質組成物の還元形態は、約100グラム(g)/年、200g/年、500g/年、750g/年、1キログラム(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以上の速度で第2の反応フィルタを使用して濾過される。特定の実施形態では、第2の反応フィルタは、バッチ濾過および/または精製するために使用される(すなわち、バッチプロセスとして運転する)。特定の実施形態では、本明細書の他の箇所により詳細に説明されるように、本明細書の方法、デバイス、およびシステムは、拡縮可能である。いくつかの実施形態では、第2の反応フィルタは、1バッチあたり、約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トン(t)、2t、4t、6t、8t、10t、15t、25t、50t、75t、100t、250t、500t、750t、または1,000t以上の速度で炭素質組成物の還元形態を濾過するために使用される。
いくつかの実施形態では、第2の反応は、第1の反応とは別個に実施される。例えば、特定の実施形態では、第2の反応は、場合によっては第2の濾過が後に続き、好適な仕様の任意の酸化グラファイト供給原料を使用して実施される。
特定の実施形態では、第1の反応、第1の濾過、第2の反応、および第2の濾過(または酸化、精製、還元および最終精製)のうちの1つ以上は、本明細書のデバイスおよびシステムを使用して実施される。特定の実施形態では、本明細書のデバイスおよびシステムは、任意の所与の処理ステップまたは手順のために好適に構成される(例えば、温度、反応冷却、反応剤の追加速度などが調整される)。例えば、特定の実施形態では、混合ボウルおよびタンク内容物(例えば、質量および/もしくは物質のタイプ)ならびに/またはサイズは、第2の反応を実施する(例えば、第1の反応の代わりに)ように調整される。特定の実施形態では、第1の反応は、第1のシステムで実施される。特定の実施形態では、第1の濾過は、第1のシステムで、または第1のシステムとは別個に実施される。特定の実施形態では、第2の反応は、第2のシステムで実施される。特定の実施形態では、第2の濾過は、第2のシステムで、または第2のシステムとは別個に実施される。いくつかの実施形態では、第1および第2のシステムは、連結される(例えば、第1のシステムは、第2のシステム内に材料供給する)。特定の実施形態では、本明細書の複数のデバイスおよびシステムは、連結される(例えば、タンクハウス内で)。いくつかの実施形態では、第1のシステムは、第2のシステムと同一である(例えば、システムは、まず、第1の反応にために使用され、清浄化または空にされ、次いで、第2の反応のために使用されるように構成される)。特定の実施形態では、第1および第2の濾過は、別個のシステムまたは単一フィルタシステムで実施される。特定の実施形態では、第1の反応、第1の濾過、第2の反応、および第2の濾過は、単一全体プロセスで順次実施される。特定の実施形態では、第1の反応生成物は、第2の反応および/または第2の濾過に進まずに、第1の濾過で濾過される。特定の実施形態では、第1の反応、第1の濾過、第2の反応、および第2の濾過プロセスの任意の組み合わせが自動化または半自動化される。自動化は、GO/rGOの連続生成が、相当なコストダウンを維持しながら生成速度を最大化することを可能にする。
図41A~41Bは、濾過システムの実施形態を提供する。特定の実施形態では、濾過システムは、第2の反応フィルタを備える(例えば、第2の反応に続く第2の濾過を実装するために使用される)。特定の実施形態では、第2の反応フィルタは、rGO/グラフェンの第2の反応フィルタである。図42は、図41A~41Bおよび図43A~43Fのシステムの操作の一例を提供する。いくつかの実施形態では、図43A~43FのrGO/グラフェンの第2の反応フィルタは、HDPEシート304ステンレス鋼を備えるか、または少なくとも部分的にHDPEシート304ステンレス鋼から形成される。濾過システム(例えば、第2の反応フィルタの)および方法のさらなる例および詳細な実施形態は、図13A~13C、図14A~14B、図15、図16A~16B、図17、図18A~18B、図19A~19B、図20、図21A~21C、図22、図23、図24、図25A~25B、図26A~26B、図27、図28A~28C、図29A~29B、図30A~30D、図31~35、図36A、図37、および図38~40に提供される。特定の実施形態では、第2の反応フィルタは、図43A~43Fに示されるように、フレームアセンブリ4301、受台枢動アセンブリ4302、ドラム受台アセンブリ4303、ドラムアセンブリ4304、駆動シャフト4305、アイドラシャフト4306、駆動シュラウド4307、ドラムシャフト支持体4308、ドラムシャフト支持体アイドラ側4309(図示せず、図19A参照)、モータ装着プレート4310、機械キーストック4311、クランプカラー4312、フランジ軸受4313、駆動ホイール4314、アイドラホイール4315、バルドーモータ4316、クランプカラー4317、筐体4318、制御筐体4319、駆動シャフトプーリー4320、駆動シャフトプーリー4321、駆動ベルト4322、保持クランプ4323(図示せず)、シーリングワッシャ4324、ナット4325、六角ボルト(4326、4327)、平ワッシャ(4328、4329)、ナット4330、ソケットヘッドキャップねじ4331、および六角ボルト4332のうちの1つ以上を備える。)特定の実施形態では、様々な空間サイズまたは寸法の単位は、インチまたはセンチメートルである。特定の実施形態では、角度の単位は、度である。いくつかの実施形態では、別途指定されない限り、寸法は、インチ単位である。いくつかの実施形態では、別途指定されない限り、許容差は、X=±.1、.XX=±.01、および.XXX=±.005(少数)、ならびに±1°(角度)である。拡縮は、示されるとおりであってもよく、そうでなくてもよい。
特定の実施形態では、濾過システム(例えば、第2の反応フィルタ)は、1つ以上のサブシステムまたは部分を備える。いくつかの実施形態では、濾過システム(例えば、rGO/グラフェンの第2の反応フィルタなどの、例えば、第2の反応フィルタ)は、頂部アセンブリ、フレームアセンブリ、蓋アセンブリ、受台枢動アセンブリ、ドラム受台アセンブリ、ドラムアセンブリ、スプレーバーアセンブリ、ドラムエンドキャップアセンブリ、またはそれらの任意の組み合わせを備える。特定の実施形態では、各そのようなサブシステムまたは部分は、同様に、1つ以上の構成要素を備える。特定の実施形態では、濾過システムは、そのようなサブシステムまたは部分の任意の構成要素を備える。特定の実施形態では、そのような構成要素は、上記のサブシステムまたは部分に編成される。特定の実施形態では、所与のサブシステムまたは部分の任意の構成要素は、異なるサブシステムもしくは部分の部品として提供されるか(例えば、上記のサブシステムまたは部分の構成要素が異なるサブシステムまたは部分に再編成される)、置換されるか、または省略される。サブシステム/部分、構成要素、および構成要素の数量の例が表3に提供される。表3(および本明細書の開示の他の箇所)に示されるサブシステム/部分、構成要素、および構成要素の数量、ならびに寸法および/またはサイズは、拡縮可能であることが理解される(例えば、炭素質組成物を処理/濾過するための速度および/または出力を増減するように)。特定の実施形態では、第2の反応フィルタに関して説明された開示の態様は、第1の反応フィルタまたは少なくともいくつかの構成における本明細書の他のフィルタに同等に適用される。本開示に関して、当業者は、本明細書に説明されるデバイスおよびシステムの構築および製作のために有用な特定の材料が商業的供給源から得られ得ることを認識するであろう。
特定の実施形態では、図41A~41Bに示される濾過システム(例えば、第2の反応濾過システム)は、ドラムアセンブリ(例えば、表3のドラムアセンブリGSRF-0108)の1つ以上の要素を含み、任意選択的に、図16A~16B、図28A~28C、図29A~29B、図30A~30Dおよび/または図31~34に示される1つ以上の要素を含む(例えば、表3参照)。特定の実施形態では、図41A~41Bに示される濾過システムは、フレームアセンブリ(例えば、表3のフレームアセンブリGSRF-0100)の1つ以上の要素を含み、任意選択的に、図13A~13C、図21A~21C、図22および/または図23に示される1つ以上の要素を含む(例えば、表3参照)。特定の実施形態では、濾過システムは、受台枢動アセンブリ(例えば、図14A~14B参照)、ドラム受台アセンブリ(例えば、図15参照)、駆動シャフト(例えば、図17の下図参照)、アイドラシャフト(例えば、図17の上図参照)、駆動シュラウド(例えば、図18参照)、ドラムシャフト支持体(例えば、図19A~19B参照)、モータ装着プレート(例えば、図20参照)および/または他の好適な要素のうちの1つ以上の要素を含む。
特定の実施形態では、フレームアセンブリは、rGO/グラフェンの第2の反応フィルタの頂部アセンブリ(例えば、図41A~41B、図43A~43Fおよび/または図41~43に示される実施形態参照)の部品である。特定の実施形態では、図13A~13Cまたは図43A~43F(例えば、4301参照)に示されるように、フレームアセンブリは、例えば、フレーム溶接物1301(例えば、図21A~21Cに示される)、ドレンパン溶接物1302(例えば、図23に示される)、蓋溶接物1303(例えば、図22に示される)、ピアノヒンジ1304、ドレン1305、ばね式Tハンドルラッチ1306、ガススプリング装着クレビス1307、ガススプリング1308、ならびにレベリングおよび/またはアンカー脚1309から選択された1つ以上の構造要素を含む。図13Aは、フレームアセンブリの一実施形態の斜視図を示す。図13Bは、蓋が閉じられたときのフレームアセンブリの側面図1311、および蓋が開かれたときの側面図1312を示す。いくつかの実施形態では、フレームアセンブリは、蓋が開かれたときに重心1310を有するように構成される。特定の実施形態では、ピアノヒンジは、ステンレス鋼から作製される。特定の実施形態では、ピアノヒンジは、例えば、約0.120インチの厚さ、約3インチの幅、かつ約36インチの長さの寸法を有する。図13Cは、ドレンパン溶接物の底面図1313、蓋が閉じた状態のフレームアセンブリの正面図1314、および蓋が閉じた状態のフレームアセンブリの側面図1315を示す。図13Cはまた、ドレンパンと面一の蓋アセンブリの側面図1316、およびピアノヒンジの側面図1317を示す。特定の実施形態では、ドレンは、ステンレス鋼から作製される。特定の実施形態では、フレーム溶接物は、ドレンパン溶接物および蓋溶接物を機械的に支持する。さらなる実施形態では、フレーム溶接物は、ドレンパンまたは蓋に直接的または間接的に取り付けられている要素および/またはサブアセンブリを支持する。特定の実施形態では、そのような要素および/またはサブアセンブリは、ドラムアセンブリ4303を含む。特定の実施形態では、ドレンパンおよび蓋溶接物は、互いに機械的に連結され、手動、自動、またはそれらの組み合わせで蓋を開閉することを可能にする。特定の実施形態では、ドレンパン溶接物の頂部上で閉じた蓋は、水密である。特定の実施形態では、蓋アセンブリの重心は、図13Bの右パネルに示されている。特定の実施形態では、ドレンは、ドレンパンの底部に位置する。特定の実施形態では、ドレンは、rGO/グラフェンの第2の反応フィルタ内(例えば、頂部アセンブリ内)で生成された水を流出させるために使用される。
特定の実施形態では、受台枢動アセンブリは、rGO/グラフェンの第2の反応フィルタの頂部アセンブリの部品である。図14Aは、受台枢動アセンブリの実施形態の上面図1417、正面図1418、側面図1420、および斜視図1419を示す。特定の実施形態では、受台枢動アセンブリは、約38.25インチの幅1423、約8.00インチの高さ1422、および約7.13インチの深さ1421を有する。特定の実施形態では、受台枢動アセンブリは、図14A~14Bに示されるように、または図43A~43Eの4302のように、例えば、受台枢動溶接物1401、ドラムキャッチ1402(例えば、図17に示される)、ドラムロールガイド1403(例えば、図26Aに示される)、フランジ軸受1404、スプリングピン5、ソケットヘッドキャップねじ1406および1407、皿ねじ1408、六角ボルト1409、平ワッシャ1410および1411、ナット1412および1413、ホールプラグ1414および1415、ならびに管エンドキャップ1416から選択される1つ以上の構造要素を含む。特定の実施形態では、ねじ1406は、5/16-18×1.75インチである。特定の実施形態では、ねじ1407は、5/16-18×1.50インチである。特定の実施形態では、ねじ1408は、5/16-18×1.25インチである。特定の実施形態では、ボルト1409は、1/2-13×1.375インチである。特定の実施形態では、平ワッシャ1410は、5/16インチである。特定の実施形態では、平ワッシャ1411は、1/2インチである。特定の実施形態では、ナット1412は、ステンレス鋼から作製され、5/16-18のサイズを有する。特定の実施形態では、ナット1413は、ステンレス鋼から作製され、1/2-13のサイズを有する。特定の実施形態では、ホールプラグは、1と1/8インチまたは1と1/2インチである。特定の実施形態では、エンドキャップは、その幅、長さ、または対角線が2.0インチである。特定の実施形態では、エンドキャップは、実質的に正方形または任意の他の好適な形状を有する。
特定の実施形態では、受台枢動アセンブリは、例えば、図15に示されるように、または図43A~43Fの4303のように、その上に機械的連結されるドラム受台アセンブリの枢動を可能にするために使用される。特定の実施形態では、ドラム受台アセンブリは、その初期位置(例えば、図43C内の中央パネルに示される)から転動位置(例えば、図43Cの右パネルに示される)に枢動する。特定の実施形態では、受台枢動アセンブリは、転動位置(例えば、図43Cの右パネルに示される)から取り出し位置(例えば、図43Eの右パネルに示される)へのドラム受台アセンブリの回転を可能にする。特定の実施形態では、受台枢動アセンブリは、ドラム受台アセンブリに取り付けられ、受台枢動アセンブリは、係止ピン1405によってフレームアセンブリに係止される。特定の実施形態では、係止ピン1405の除去は、ドラム受台アセンブリがフレームアセンブリに対してシャフトを中心に枢動することを可能にし、したがって、ドラム受台アセンブリに締結されたドラムアセンブリの回転を可能にする(例えば、図43E参照)。特定の実施形態では、ドラム受台アセンブリのそのような位置の1つ以上は、rGO/グラフェンをrGO/グラフェンの第2の反応フィルタの頂部アセンブリから取り出すプロセスで使用される。
特定の実施形態では、ドラム受台アセンブリは、rGO/グラフェンの第2の反応フィルタの頂部アセンブリの一部である。特定の実施形態では、ドラム受台アセンブリは、図15に示されるとおり、または図43A~43Fの4303のとおりである。図15は、ドラム受台アセンブリの一実施形態を示す。特定の実施形態では、ドラム受台アセンブリは、約24.75インチの長さ、および約32.00インチのドラム支柱間の幅を有する。特定の実施形態では、ドラム受台アセンブリは、例えば、ドラム受台溶接物1501、ドラム支柱1502(例えば、図26Bに示される)、係止スプリングピン1503、平ワッシャ1504、ナット1505、ソケットヘッドキャップねじ1506、およびホールプラグ1507から選択された1つ以上の構造要素を含む。特定の実施形態では、平ワッシャ1504は、5/16インチであり、ステンレス鋼から作製される。特定の実施形態では、ナット1505は、ステンレス鋼から作製され、5/16-18のサイズを有する。特定の実施形態では、ホールプラグ1507は、1と1/8インチである。特定の実施形態では、ソケットヘッドキャップねじ1506は、5/16-18×1.375インチである。特定の実施形態では、ねじ1506は、ステンレス鋼から作製される。
特定の実施形態では、ドラム受台アセンブリは、ドラムアセンブリの機能および/または取り出しを容易にするように1つ以上の異なる固設位置を有する。特定の実施形態では、ドラム受台アセンブリは、ドラムアセンブリが係止解除され、ドラム受台アセンブリ上に転動され得るように、その初期位置(例えば、図43Cの中央パネルに示される)から、枢動された転動位置(例えば、図43Eの左パネルに示される)に枢動するように構成される。特定の実施形態では、ドラムアセンブリは、受台アセンブリに固設された後、ドラム受台アセンブリは、ドラムアセンブリからのスプレーバーアセンブリ(例えば、図28A~28Cに示される、および/または図16A~16Bの1606のような)ならびにrGO/グラフェンの除去を可能にするように、取り出し位置(例えば、図43Eの右パネルに示されるような)にさらに回転される。特定の実施形態では、ドラムアセンブリは、任意の好適な締結要素(例えば、ストラップ、ラッチ、フックなど)を介して受台アセンブリに締結される。
特定の実施形態では、ドラムアセンブリは、rGO/グラフェンの第2の反応から得られるrGO/グラフェンの濾過および回収を容易にするためのrGO/グラフェンの第2の反応フィルタの頂部アセンブリの部品である。特定の実施形態では、ドラムアセンブリは、図16A~16Bに示されるとおり、または図43A~43Fの4301のとおりである。特定の実施形態では、ドラムアセンブリは、例えば、ドラムフレーム1601(例えば、図30A~30Dに示される)、ドラム補強材1602(例えば、図31に示される)、ドラム補強リング1603(例えば、図32に示される)、ドラムメッシュ1604(例えば、図33に示される)、ドラムミクロンフィルタ1605(例えば、図34に示される)、スプレーバーアセンブリ1606(例えば、図28A~28Cに示される)、ドラムエンドキャップアセンブリ1607(例えば、図29A~29Bに示される)、ソケットヘッドキャップねじ1608、ねじ山付きインサート1609、蝶ねじ1610、止めねじ1611、エポキシ1612(図示せず)、およびマスクまたはマスキング(青色マスキング)1613から選択される1つ以上の構造要素を含む。特定の実施形態では、エポキシは、ロッド端および/またはドラム補強材1602のねじ山に適用される。特定の実施形態では、エポキシは、ソケットヘッドキャップねじ1608、および/または止めねじ1611の設置前に適用される。特定の実施形態では、エポキシは、最終アセンブリの前にメッシュおよび/またはミクロン材料溝を充填するように適用される。特定の実施形態では、ドラムアセンブリのアセンブリの前に、アセンブリの1つ以上の要素(例えば、サブセットまたはいくつかの要素)は、乾式嵌合される。特定の実施形態では、そのような要素は、ドラムフレーム1601、メッシュ材料1604、ミクロン材料1605および/または対向する継目を含む。特定の実施形態では、メッシュ材料の継目は、ドラムフレームの所与の場所で重なる。特定の実施形態では、ミクロン材料の継目は、ドラムフレームの所与の場所で重なる。特定の実施形態では、重なる継目の場所は、メッシュ1623とミクロン材料1624とで異なる(例えば、図16Aの右下図参照)。特定の実施形態では、マスク1613は、内面および外面(例えば、ドラムフレーム1601と面一である)で使用される。特定の実施形態では、ソケットヘッドキャップねじ1608、ねじ山付きインサート1609、蝶ねじ1610、および止めねじ1611のうちの1つ以上は、任意の好適な材料、例えば、ステンレス鋼を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、ドラムフレーム1601、ドラム補強材1602、およびドラム補強リング1603のうちの1つ以上は、任意の好適な材料、例えば、HDPEを含むか、またはそれらから作製される。図16Bは、ドラムアセンブリの一実施形態の斜視図1625、正面図1626、側面図1617、および断面側面図1615を示す。特定の実施形態では、ドラムアセンブリは、約24.00インチのドラムフレーム外径、約23.00インチのドラムフレーム内径1619、約28.50インチの第1の長さ1620、約31.00インチの第2の長さ1621、約33.50インチの第3の長さ1622、約40.42インチの第4の長さ1616、および約8.50インチのドラム補強リングとドラムフレームとの間の距離1618のうちの1つ以上を含む寸法を有する。図16Cおよび図16Dは、ドラムアセンブリの別の実施形態を示す。いくつかの実施形態では、ドラムアセンブリは、1つ以上のスプレー先端を有するスプレーバーアセンブリを備える。いくつかの実施形態では、スプレーバーアセンブリは、1つ以上のスプレーバー補強材(図87B参照)を備える。いくつかの実施形態では、ドラムアセンブリは、任意選択的に粉末コーティング(例えば、Halarコーティング)される2024アルミニウムケージを備える。いくつかの実施形態では、ドラムアセンブリは、7/16”組紐を有するパッキン材料を備える。いくつかの実施形態では、ドラムアセンブリは、ラジアル軸受空隙を密封するために外側ドラムキャップにリップシールを備える。
特定の実施形態では、ドラムアセンブリの構成要素は、その重量を最小化するように構成される。一例として、特定の実施形態では、ドラム補強材リング間および/またはドラム補強材リングとドラムフレームとの間の距離は、少なくとも8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、35、40、45、50インチ以上であり、より長い距離は、より少ない数のドラム補強材リングが使用される(それによって、軽量化する)ことを可能にし、より短い距離は、より多くのドラム補強材リングをもたらす(それによって、耐久性を促進する)。一実施形態では、約8.50インチのドラム補強材リングとドラムフレームとの間の距離は、より多くの補強材リングが使用されることを必要とせずに軽量化しつつ、耐久性を提供する。別の例として、特定の実施形態では、ドラム補強材間の距離は、少なくとも8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、35、40、45、50インチ以上である。特定の実施形態では、ドラムアセンブリの構成要素は、耐久性を維持しつつ重量を最小化するように選択された材料を備える。例えば、いくつかの実施形態では、ドラム補強材リングおよび/またはドラムは、軽量かつ耐久性がある材料(例えば、HDPE)を備える。好ましい実施形態では、ドラムメッシュおよび/またはドラムミクロンフィルタは、rGO/グラフェンの第2の反応から得られるrGO/グラフェンの濾過および回収を容易にするために使用される。特定の実施形態では、ドラムメッシュは、ドラムミクロンフィルタに構造的支持を提供する。ドラムミクロンフィルタに構造的支持を提供することは、回転ドラムの遠心力およびスプレーバーアセンブリから洗浄液の高圧スプレーとの組み合わせで炭素質材料の重量および洗浄液によって生じる力に起因して、ミクロンフィルタが撓むか、または破れることを防止するために重要である。いくつかの実施形態では、ドラムメッシュは、ステンレス鋼メッシュである。特定の実施形態では、ドラムメッシュの細孔形状は、正方形、円形、楕円形、矩形、菱形または他の幾何学的形状を含む(例えば、メッシュが平坦かつ巻かれていないとき)。いくつかの実施形態では、ドラムメッシュの細孔形状は、正方形である。特定の実施形態では、ドラムメッシュの孔径は、細孔の直径を説明する。いくつかの実施形態では、ドラムメッシュは、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、または2.0インチ以下の孔径を有する細孔を含む。いくつかの実施形態では、ドラムメッシュは、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、または2.0インチ以上の孔径を有する細孔を含む。いくつかの実施形態では、ドラムメッシュは、約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、または2.0インチの孔径を有する細孔を含む。いくつかの実施形態では、ドラムメッシュは、約0.1インチ~約1インチの孔径を有する。いくつかの実施形態では、ドラムメッシュは、少なくとも約0.1インチの孔径を有する。いくつかの実施形態では、ドラムメッシュは、最大で約1インチの孔径を有する。いくつかの実施形態では、ドラムメッシュは、約0.1インチ~約0.2インチ、約0.1インチ~約0.3インチ、約0.1インチ~約0.4インチ、約0.1インチ~約0.5インチ、約0.1インチ~約0.6インチ、約0.1インチ~約0.7インチ、約0.1インチ~約0.8インチ、約0.1インチ~約0.9インチ、約0.1インチ~約1インチ、約0.2インチ~約0.3インチ、約0.2インチ~約0.4インチ、約0.2インチ~約0.5インチ、約0.2インチ~約0.6インチ、約0.2インチ~約0.7インチ、約0.2インチ~約0.8インチ、約0.2インチ~約0.9インチ、約0.2インチ~約1インチ、約0.3インチ~約0.4インチ、約0.3インチ~約0.5インチ、約0.3インチ~約0.6インチ、約0.3インチ~約0.7インチ、約0.3インチ~約0.8インチ、約0.3インチ~約0.9インチ、約0.3インチ~約1インチ、約0.4インチ~約0.5インチ、約0.4インチ~約0.6インチ、約0.4インチ~約0.7インチ、約0.4インチ~約0.8インチ、約0.4インチ~約0.9インチ、約0.4インチ~約1インチ、約0.5インチ~約0.6インチ、約0.5インチ~約0.7インチ、約0.5インチ~約0.8インチ、約0.5インチ~約0.9インチ、約0.5インチ~約1インチ、約0.6インチ~約0.7インチ、約0.6インチ~約0.8インチ、約0.6インチ~約0.9インチ、約0.6インチ~約1インチ、約0.7インチ~約0.8インチ、約0.7インチ~約0.9インチ、約0.7インチ~約1インチ、約0.8インチ~約0.9インチ、約0.8インチ~約1インチ、または約0.9インチ~約1インチの孔径を有する。いくつかの実施形態では、ドラムメッシュ自体は、撓みまたは変形を防止するために、ドラムリングおよび/またはドラム補強材によってさらに支持される。特定の実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、ドラムアセンブリの内側のドラムメッシュの内面内にちょうど位置決めされる。特定の実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、ドラムメッシュと面一である。特定の実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、1つ以上の層を備える。いくつかの実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、約1層~約10層を備える。いくつかの実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、少なくとも約1層(例えば、ミクロンフィルタシート)を備える。いくつかの実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、最大で約10層を備える。いくつかの実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、約1層~約2層、約1層~約3層、約1層~約4層、約1層~約5層、約1層~約6層、約1層~約7層、約1層~約8層、約1層~約9層、約1層~約10層、約2層~約3層、約2層~約4層、約2層~約5層、約2層~約6層、約2層~約7層、約2層~約8層、約2層~約9層、約2層~約10層、約3層~約4層、約3層~約5層、約3層~約6層、約3層~約7層、約3層~約8層、約3層~約9層、約3層~約10層、約4層~約5層、約4層~約6層、約4層~約7層、約4層~約8層、約4層~約9層、約4層~約10層、約5層~約6層、約5層~約7層、約5層~約8層、約5層~約9層、約5層~約10層、約6層~約7層、約6層~約8層、約6層~約9層、約6層~約10層、約7層~約8層、約7層~約9層、約7層~約10層、約8層~約9層、約8層~約10層、または約9層~約10層を備える。特定の実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、望ましくない反応生成物または不純物が通過することを可能にしつつ、rGO/グラフェンを保持するのに好適な孔径を有する。特定の実施形態では、ドラムアセンブリの内部内で分注される炭素質組成物(例えば、GOおよび/またはrGO)は、ドラムメッシュおよび/またはドラムミクロンフィルタによって捕集される。特定の実施形態では、ドラムミクロンフィルタの孔径は、細孔の直径を説明する。特定の実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、rGO/グラフェンの少なくとも約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、または99%を保持するのに好適な孔径を有する。特定の実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、約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、または10.0ミクロンの孔径を有する。特定の実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、約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、または10.0ミクロン以上の孔径を有する。特定の実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、約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、または10.0ミクロン以下(例えば、以下)の孔径を有する。いくつかの実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、約0.1ミクロン~約3ミクロンの孔径を有する。いくつかの実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、少なくとも約0.1ミクロンの孔径を有する。いくつかの実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、最大で約3ミクロンの孔径を有する。いくつかの実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、約0.1ミクロン~約0.5ミクロン、約0.1ミクロン~約0.8ミクロン、約0.1ミクロン~約0.9ミクロン、約0.1ミクロン~約1ミクロン、約0.1ミクロン~約1.1ミクロン、約0.1ミクロン~約1.2ミクロン、約0.1ミクロン~約1.5ミクロン、約0.1ミクロン~約2ミクロン、約0.1ミクロン~約2.5ミクロン、約0.1ミクロン~約3ミクロン、約0.5ミクロン~約0.8ミクロン、約0.5ミクロン~約0.9ミクロン、約0.5ミクロン~約1ミクロン、約0.5ミクロン~約1.1ミクロン、約0.5ミクロン~約1.2ミクロン、約0.5ミクロン~約1.5ミクロン、約0.5ミクロン~約2ミクロン、約0.5ミクロン~約2.5ミクロン、約0.5ミクロン~約3ミクロン、約0.8ミクロン~約0.9ミクロン、約0.8ミクロン~約1ミクロン、約0.8ミクロン~約1.1ミクロン、約0.8ミクロン~約1.2ミクロン、約0.8ミクロン~約1.5ミクロン、約0.8ミクロン~約2ミクロン、約0.8ミクロン~約2.5ミクロン、約0.8ミクロン~約3ミクロン、約0.9ミクロン~約1ミクロン、約0.9ミクロン~約1.1ミクロン、約0.9ミクロン~約1.2ミクロン、約0.9ミクロン~約1.5ミクロン、約0.9ミクロン~約2ミクロン、約0.9ミクロン~約2.5ミクロン、約0.9ミクロン~約3ミクロン、約1ミクロン~約1.1ミクロン、約1ミクロン~約1.2ミクロン、約1ミクロン~約1.5ミクロン、約1ミクロン~約2ミクロン、約1ミクロン~約2.5ミクロン、約1ミクロン~約3ミクロン、約1.1ミクロン~約1.2ミクロン、約1.1ミクロン~約1.5ミクロン、約1.1ミクロン~約2ミクロン、約1.1ミクロン~約2.5ミクロン、約1.1ミクロン~約3ミクロン、約1.2ミクロン~約1.5ミクロン、約1.2ミクロン~約2ミクロン、約1.2ミクロン~約2.5ミクロン、約1.2ミクロン~約3ミクロン、約1.5ミクロン~約2ミクロン、約1.5ミクロン~約2.5ミクロン、約1.5ミクロン~約3ミクロン、約2ミクロン~約2.5ミクロン、約2ミクロン~約3ミクロン、または約2.5ミクロン~約3ミクロンの孔径を有する。特定の実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、約1、2、3、5、または10ミクロンの孔径を有する。一実施形態では、ドラムミクロンフィルタは、約1ミクロンの孔径を有する。特定の実施形態では、約1ミクロンの孔径を有するドラムミクロンフィルタは、ドラムアセンブリの内部内で分注されるrGO/グラフェンの少なくとも約80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、または99%を保持する。ミクロンフィルタを使用する1つの利点は、残余反応物、反応副生成物、不純物、および他の望ましく
ない化合物を含む濾過液を分離および/または除去しながらrGO/グラフェンの高保持を伴ってrGO/グラフェンを効率的に濾過する能力である。例えば、高圧脱イオン水(またはrGO/グラフェンの清浄化/精製に好適な他の液体)を用いて捕捉されたrGO/グラフェンを洗浄するスプレーバーアセンブリと組み合わせてrGO/グラフェンを捕捉するドラムミクロンフィルタの使用は、下流用途での使用のための(例えば、電池またはコンデンサを構築する際に使用するための)rGO/グラフェンの効率的な濾過および/または精製を可能にする。特定の実施形態では、ドラムアセンブリは、初期位置(例えば、図43の左下パネルに示される)を有する。特定の実施形態では、ドラムアセンブリは、枢動されたドラム受台アセンブリ上に位置決めされるときの転動位置(例えば、図43の中央パネルに示される)を有する。特定の実施形態では、ドラムアセンブリは、回転されたドラム受台アセンブリ上に締結されるときの取り出し位置(例えば、図43の右パネルに示される)を有する。特定の実施形態では、ドラムアセンブリのそのような位置のうちの1つ以上は、rGO/グラフェンの第2の反応フィルタの頂部アセンブリからrGO/グラフェンを取り出すプロセスで使用される。特定の実施形態では、そのような位置(例えば、初期位置)のうちの1つ以上では、ドラムアセンブリは、モータによって作動されたときにドラムシャフトを介して回転する。特定の実施形態では、ドラムアセンブリは、約600rpm(回転/分)の回転速度を有する。特定の実施形態では、ドラムアセンブリは、約0~約50、約0~約100、約0~約150、約0~約200、約0~約250、約0~約300、約0~約350、約0~約400、約0~約450、約0~約500、約50~約100、約50~約150、約50~約200、約50~約250、約50~約300、約50~約350、約50~約400、約50~約450、約50~約500、約100~約150、約100~約200、約100~約250、約100~約300、約100~約350、約100~約400、約100~約450、約100~約500、約150~約200、約150~約250、約150~約300、約150~約350、約150~約400、約150~約450、約150~約500、約200~約250、約200~約300、約200~約350、約200~約400、約200~約450、約200~約500、約250~約300、約250~約350、約250~約400、約250~約450、約250~約500、約300~約350、約300~約400、約300~約450、約300~約500、約350~約400、約350~約450、約350~約500、約400~約450、約400~約500、または約450~約500、約500~約600、約500~約700、約500~約800、約500~約900、約500~約1,000、約600~約700、約600~約800、約600~約900、約600~約1,000、約700~約800、約700~約900、約700~約1,000、約800~約900、約800~約1,000、または約900~約1,000rpm(回転/分)の回転速度を有する。
特定の実施形態では、駆動シャフト4305およびアイドラシャフト4306(例えば、図17および図43A~43Fに示される)は、頂部アセンブリの要素および/またはサブアセンブリを機械的に支持するためのrGO/グラフェンの第2の反応フィルタの頂部アセンブリの部位を形成する。図17は、駆動シャフト1702およびアイドラシャフト1701の一実施形態を示し、正面図(それぞれ1702および1701)ならびに側面図(それぞれ1704および1703)を含む。特定の実施形態では、駆動シャフト1702は、約40.69インチの長さ1706を有する。特定の実施形態では、アイドラシャフト1701は、約38.06インチの長さ1705を有する。特定の実施形態では、駆動シャフトは、駆動モータ4316によって作動される。特定の実施形態では、駆動モータ4316は、プーリーシステムと係合される。特定の実施形態では、プーリーシステムは、駆動シャフトプーリー4320および4321を備える。特定の実施形態では、駆動シャフトプーリー4320および4321は、駆動ベルト4322を介して機械的にリンクされる。特定の実施形態では、駆動モータは、駆動シャフトプーリー4320に、駆動ベルト4322を回転または転回させ、これにより、駆動シャフトプーリー4321を回転または転回させる。特定の実施形態では、駆動シャフトプーリー4321は、駆動シャフト4305と係合される。特定の実施形態では、駆動シャフト4305は、ドラムアセンブリの回転を作動させるように構成される。特定の実施形態では、駆動シャフト4305は、1つ以上の駆動ホイール4314と係合される。特定の実施形態では、駆動シャフトは、2つの駆動ホイールと係合される。特定の実施形態では、2つの駆動ホイールの中心は、約31.00インチ離れている。特定の実施形態では、1つ以上の駆動ホイール4314は、ドラムアセンブリと係合される。特定の実施形態では、1つ以上の駆動ホイールは、ドラムアセンブリの1つ以上のドラムフレーム1601と係合される。特定の実施形態では、ドラム軸受プレート2801は、ドラムフレーム1601に取り付けられる。特定の実施形態では、駆動ホイールは、ドラムアセンブリのドラムフレーム1601と係合される。特定の実施形態では、駆動ホイール4314は、駆動シャフト4305からドラムアセンブリに回転を伝達するように、ドラムアセンブリのドラムフレーム1601と係合される。特定の実施形態では、1つ以上の駆動ホイールは、駆動シャフトの回転をドラムアセンブリに伝達する(図43C~43D参照)。特定の実施形態では、駆動シャフト4305および駆動ホイール4314は、ドラムアセンブリの片側と係合される。特定の実施形態では、アイドラシャフト4306およびアイドラホイール4315は、ドラムアセンブリの反対側と係合される。特定の実施形態では、アイドラシャフト4306は、ドラムアセンブリを作動させない。特定の実施形態では、アイドラシャフト4306は、ドラムアセンブリが回転する際の受動的支持を提供する。特定の実施形態では、アイドラシャフト4306はまた、アセンブリが取り出し手順中に支持受台上に転動されるときにドラムアセンブリに支持を提供する(例えば、図43E参照)。いくつかの実施形態では、図43A~43Fに示されるように、駆動モータ4316は、駆動シャフト4305と係合される別の駆動シャフトプーリー4321に回転を伝達する駆動ベルト4322に連結される駆動シャフトプーリー4320を作動させる。駆動シャフト4305が回転すると、駆動シャフト4305に取り付けられている2つの駆動ホイール4314が同様に回転する。駆動ホイール4314がドラムアセンブリのドラム軸受プレート2802と係合されるため、駆動ホイール4314の回転は、ドラム軸受プレート2802、結果的にドラムアセンブリを、その軸(例えば、ドラムシャフト)を中心として回転または転回させる。ドラムアセンブリが回転すると、駆動シャフト4305の反対側でドラムアセンブリと係合されたアイドラシャフト4306に取り付けられたアイドラホイール4315は、ドラムアセンブリとともに回転して、支持を提供する。駆動シャフトおよびアイドラシャフトの例は、図17に示されるとおり、または図43A~43Fの4305および/もしくは4306のとおりである。特定の実施形態では、駆動シャフトおよび/またはアイドラシャフトは、任意の好適な材料、例えば、ステンレス鋼を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、駆動シャフトおよび/またはアイドラシャフトの長手方向断面の直径は、約1インチである。特定の実施形態では、アイドラシャフトの長手方向長さは、約38.06インチである。特定の実施形態では、駆動シャフトの長手方向長さは、約40.69インチである。特定の実施形態では、駆動シャフトの材料は、例えば、ステンレス鋼を含む。特定の実施形態では、駆動シャフトおよび/またはアイドラシャフトは、所定長さに切断された、および/または面取り端を有する、キー付きである。
特定の実施形態では、駆動シュラウドは、図18に示されるとおり、または図43A~43Fの4307のとおりである。特定の実施形態では、駆動シュラウドは、ドラムアセンブリを作動させるモータを含む要素を覆うために、rGO/グラフェンの第2の反応フィルタの頂部アセンブリ内に含められる。図18は、2つの角度からの駆動シュラウドの一実施形態の斜視図1801を示す。特定の実施形態では、駆動シュラウドは、約8.75インチの幅、約9.94インチの幅、約19.00インチの長さ、約21.13インチの長さ、約1.13インチの高さ、および約2.00インチの高さのうちの1つ以上を含む寸法を有する。特定の実施形態では、駆動シュラウドは、例えば、ステンレス鋼板を含む材料を含むか、またはそれから作製される。特定の実施形態では、板の厚さは、約0.063インチである。特定の実施形態では、駆動シュラウドは、溶接された角の継目を有し、平滑に研磨される。
ドラムシャフト支持体の一実施形態が、図19A~19Bに示されるか、または図43Dの4308および4309として示される。特定の実施形態では、ドラムシャフト支持体は、rGO/グラフェンの第2の反応フィルタの頂部アセンブリ内に含められる。特定の実施形態では、ドラムシャフト支持体は、ドラムアセンブリの一部であり、ドラムアセンブリ(例えば、ドラム)に支持を提供する。特定の実施形態では、ドラムシャフト支持体は、ドラムシャフトマウント(図28Aの2804)に支持を提供する。特定の実施形態では、ドラムシャフトは、ドラムまたはその上で回転するドラムアセンブリを作動させない。特定の実施形態では、ドラムアセンブリは、駆動モータによって作動される駆動シャフトによって能動的に回転させられる(直接的または間接的に)。特定の実施形態では、ドラムシャフトは、受動的に回転するドラムアセンブリに支持を提供する。特定の実施形態では、ドラムシャフトは、その上で回転するドラムアセンブリを作動させる。図19Aに示されるように、特定の実施形態では、ドラムシャフト支持体は、流体面側(ドレンパンの内側および/またはドラムの内部に向かって面する)およびアイドラ面側(ドレンパンの外側および/またはドラムの外部に向かって面する)を有する。特定の実施形態では、ドラムシャフト支持体は、ドラムシャフトを支持するために使用される。特定の実施形態では、ドラムシャフト支持体は、ドラムシャフトがドラムシャフト支持体から持ち上げられることを可能にするように構成される(例えば、その後、ドラムアセンブリは、ドラム受台アセンブリ上に転動され得る)。特定の実施形態では、駆動シュラウドは、高密度ポリエチレン(例えば、約1.75インチの厚さ)を含む材料を含むか、またはそれから作製される。図19Bは、ドラムシャフト支持体の一実施形態の上面図1901、正面図1902、および断面側面図1903を示す。特定の実施形態では、ドラムシャフト支持体は、1つ以上の開口1905を備える。特定の実施形態では、1つ以上の開口1905は、約1.75インチの直径を有する。特定の実施形態では、ドラムシャフト支持体は、開口部1904を備える。特定の実施形態では、ドラムシャフト支持体は、約10.00インチの高さ1906、約6.11インチの幅1907、および約1.75インチの深さ1908のうちの1つ以上を含む寸法を有する。
特定の実施形態では、モータ装着プレートは、図20に示されるとおり、または図43A~43Fの4310のとおりである。特定の実施形態では、モータ装着プレートは、ドラムアセンブリおよび/または頂部アセンブリの他の要素を作動するモータの装着を可能にするために、rGO/グラフェンの第2の反応フィルタの頂部アセンブリ内に含められる。図20は、斜視図2003を用いてモータ装着プレートの一実施形態を示す。特定の実施形態では、モータ装着プレートは、約8.00インチの幅、約10.00インチの高さ、および約0.50インチの厚さのうちの1つ以上を含む寸法を有する。特定の実施形態では、モータ装着プレートは、ステンレス鋼板(例えば、約0.5インチの厚さ)を含む材料を含むか、またはそれから作製される。
特定の実施形態では、フレーム溶接物1301は、図21A~21Cに示されるとおりである。特定の実施形態では、フレーム溶接物は、ステンレス鋼板2110、2111および2112、ならびにステンレス鋼管2101、2102、2103、2104、2105、2106、2107、2108および2109を含む。特定の実施形態では、ステンレス鋼管は、長さ約35.00インチ、約38.75インチ、約39.00インチ、または約42.75インチ、幅約3.00インチ、約2.00インチ、または約2.38インチ、および高さ約2.00インチまたは約0.50インチの高さのうちの1つ以上を含む寸法を有する。特定の実施形態では、フレーム溶接物は、約38.75インチの幅2113および約38.38インチの高さ2114のうちの1つ以上を含む寸法を有する。特定の実施形態では、異なるサイズおよび/または寸法の他の好適な要素および/または材料が使用される。
特定の実施形態では、蓋溶接物1303は、図22に示されるとおりである。特定の実施形態では、蓋溶接物は、頂部カバー2201を含む。特定の実施形態では、頂部カバーは、例えば、ステンレス鋼板などの1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、蓋溶接物は、流体側パネル2202およびアイドラ側パネル2203を備える。特定の実施形態では、流体側パネル2202およびアイドラ側パネル2203は、例えば、ステンレス鋼板を含むか、またはそれから作製される。特定の実施形態では、ステンレス鋼板は、約0.125インチの厚さである。特定の実施形態では、蓋は、蓋の前側に窓2204および窓トリムガスケット2205を含む。特定の実施形態では、同一側に、蓋は、ハンドル2206、平ワッシャ2207、およびソケットヘッドキャップねじ2208を含む。特定の実施形態では、蓋溶接物は、蓋を開いた位置または閉じた位置に位置決めするための蓋止め具2210を含む。蓋止め具の形状、サイズおよび/または寸法の例は、図24に示される。特定の実施形態では、蓋止め具は、例えば、高密度ポリエチレン(HDPE)などの1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、窓は、例えば、プレキシグラスを含む材料を含むか、またはそれから作製される。特定の実施形態では、プレキシグラスの厚さは、約3/16インチである。特定の実施形態では、蓋溶接物は、ガススプリング装着ブラケット2211、六角ボルト2213、ナット2214または同様の機能の好適な要素を含む。特定の実施形態では、平ワッシャ、ねじ、ボルトおよびナットは、例えば、ステンレス鋼などの1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、蓋溶接物は、約44.4インチの長さ、約38.1インチの幅、および約27.5インチの高さのうちの1つ以上を含む寸法を有する。特定の実施形態では、流体側パネルは、約28.5インチの第1の幅、約39.0インチの第2の幅、約20.2インチの高さ、約0.125インチの厚さのうちの1つ以上を含む寸法を有する。蓋溶接物およびその要素の形状、サイズおよび/または寸法の例は、図22に示される。
特定の実施形態では、ドレンパン溶接物1302は、図23に示されるとおりである。特定の実施形態では、ドレンパン溶接物は、前方パネル2303、後方パネル2304、ドレンプレート2305、前方パネルガセット2306、駆動シャフトに面する/接続する側部パネル2301、およびアイドラシャフトに面する/接続する側部パネル2302を含む。特定の実施形態では、ドレンプレート2305は、約3.63インチの孔径、約4.56インチの幅、約5.44インチの長さ、および約0.125インチの厚さのうちの1つ以上を含む寸法を有する。特定の実施形態では、前方パネルガセット2306は、約7.38インチの長さ、約1.50インチの幅、および約0.125インチの厚さのうちの1つ以上を含む寸法を有する。特定の実施形態では、ドレンパン溶接物の1つ以上の要素は、例えば、ステンレス鋼板を含む材料を含むか、またはそれから作製される。特定の実施形態では、ステンレス鋼板は、約0.125インチの厚さを有する。特定の実施形態では、ドレンパン溶接物は、全ての継目で水密である。特定の実施形態では、1つ以上の(例えば、全ての)ジョイントおよび/または嵌合表面は、溶接された継目であり、平滑に研磨される。特定の実施形態では、ドレンパン溶接物は、約38.38インチの幅2307、約42.1インチの幅2308、約39.6インチの長さ2309、および約15.3インチの高さ2310のうちの1つ以上を含む寸法を有する。ドレンパン溶接物およびその要素の形状、サイズおよび/または寸法の例は、図23に示される。
特定の実施形態では、受台枢動溶接物1401は、図25A~25Bに示されるとおりである。特定の実施形態では、受台枢動溶接物は、1つ以上の管構造2501および2502を含む。一例では、そのような管構造のうちの1つ以上は、約2.00インチ×4.00インチ×0.13インチ、または約2.00インチ×2.00インチ×0.13インチの管サイズを有する。特定の実施形態では、受台枢動溶接物は、枢動シャフト2503を含む。特定の実施形態では、枢動シャフトは、約1インチの直径のロッド形状を有する。特定の実施形態では、受台枢動溶接物は、係止ピンを受容するための枢動ロック2504(例えば、受台枢動アセンブリを定位置に係止して回転を防止するための)および枢動プレート2505を含む。特定の実施形態では、そのような要素のうちの1つ以上は、例えば、ステンレス鋼などの1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、枢動プレートは、約0.25インチの厚さを有する。特定の実施形態では、枢動ロックは、約2.00インチ×3.00インチ×0.25インチのサイズを有する。特定の実施形態では、枢動プレートは、例えば、ステンレス鋼などの材料を含むか、またはそれから作製される。特定の実施形態では、枢動プレートおよび枢動シャフトは、所定長さに切断され、面取り端を有する。特定の実施形態では、1つ以上のジョイントは、溶接され、平滑に研磨される。特定の実施形態では、シャフトは、アイドラシャフトの液滴材料を使用する(例えば、図17に示される)。特定の実施形態では、受台枢動溶接物は、約38.25インチの幅2506、約36.63インチの幅2507、および約5.13インチの深さ2508のうちの1つ以上を含む寸法を有する。特定の実施形態では、受台枢動溶接物は、約34.50インチの幅、約2.00インチの深さ、および約4.00インチの高さのうちの1つ以上を含む寸法を有する管2501を備える。特定の実施形態では、管は、約4.75インチの長さ、約2.00インチの幅、および約2.00インチの高さのうちの1つ以上を含む寸法を有する。特定の実施形態では、枢動シャフト2503は、約2.00インチの長さおよび約1.00インチの直径のうちの1つ以上を含む寸法を有する。特定の実施形態では、枢動ロック2504は、約0.656インチの直径を有する開口、約1.25インチの幅、約2.00インチの高さ、および約2.25インチの深さのうちの1つ以上を含む寸法を有する。特定の実施形態では、枢動プレート2505は、約1.031インチの直径を有する開口、約1.81インチの幅、約3.81インチの高さ、および約0.25インチの厚さのうちの1つ以上を含む寸法を有する。受台枢動溶接物およびその要素の形状、サイズおよび/または寸法の例は、図25Bに示される。
特定の実施形態では、ドラムロールガイド1403は、図26Aに示されるとおりである。特定の実施形態では、ドラムロールガイドは、受台枢動アセンブリ内に含められる。特定の実施形態では、ドラムロールガイドは、1つ以上の開口を備える。特定の実施形態では、ドラムロールガイドは、約5.00インチの幅2601、約4.50インチの高さ2602、および約1.00インチの深さ2603のうちの1つ以上を含む寸法を有する。
特定の実施形態では、受台枢動アセンブリは、ドラム支柱を含む。特定の実施形態では、ドラム支柱は、図26Bに示されるとおりである。特定の実施形態では、ドラム支柱は、例えば、HDPEなどの1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、ドラム支柱は、18.00インチの幅2607、約3.00インチの高さ2605、約4.53インチの高さ2606、および約1.00インチの厚さ2604のうちの1つ以上を含む寸法を有する。
特定の実施形態では、ドラム受台溶接物1501は、図27に示されるとおりである。特定の実施形態では、ドラム受台溶接物は、約33.00インチの幅、約20.38インチの長さ、および約2.00インチの厚さのうちの1つ以上を含む寸法を有する。特定の実施形態では、ドラム受台溶接物は、1つ以上の管構造を含む。一例では、そのような管構造のうちの1つ以上は、約2.00インチ×2.00インチ×0.13インチの管サイズを有する。特定の実施形態では、ドラム受台溶接物は、シャフト2705を含む。特定の実施形態では、シャフトは、約1インチの直径および約6.5インチの長さのロッド形状を有する。特定の実施形態では、ドラム受台溶接物は、キャッチプレート2706を含む。特定の実施形態では、係止スプリングピン(図15Bに示される)は、キャッチプレートを通ってドラムキャッチ(図14Bに示される)内に通り、ドラム受台アセンブリを定位置に保持し、それが受台枢軸を中心に枢動することを防止する。これは、取り出し中にドラムアセンブリを受容するためにドラム受台アセンブリを安定して保持する(例えば、図43E参照)。特定の実施形態では、一旦、ドラムアセンブリ(例えば、ドラム)がドラム受台アセンブリ上に転動されると、ドラムアイドラハブが除去され、ドラムが受台に締結される。次に、ドラム受台アセンブリが、締結されたドラムとともに回転することを可能にするように、係止ピンが引っ張られる。回転されたドラムは、ここで、容器またはコンテナ内に移されることになる濾過された炭素質組成物(例えば、rGO)のバッチに対する所定位置にある。特定の実施形態では、ドラム受台溶接物の1つ以上の要素は、例えば、ステンレス鋼などの1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、枢動プレートは、約1.25インチ×3.25インチ×0.25インチのサイズを有する。特定の実施形態では、枢動ロックは、約2.00インチ×3.00インチ×0.25インチのサイズを有する。特定の実施形態では、シャフトは、例えば、ステンレス鋼板を含む材料を含むか、またはそれから作製される。特定の実施形態では、枢動プレートおよび枢動シャフトは、所定長さに切断され、面取り端を有する。特定の実施形態では、1つ以上のジョイントは、溶接され、平滑に研磨される。特定の実施形態では、シャフトは、アイドラシャフトの液滴材料を使用する(例えば、図17に示される)。ドレンパン溶接物の形状、サイズおよび/または寸法の例は、図27に示される。
特定の実施形態では、ドラムアセンブリ(例えば、図16A~16Bに示されるドラムアセンブリ)は、スプレーバーアセンブリを含む。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、図28A~28Cに示されるとおりである。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、例えば、第2の反応からの反応生成物(例えば、rGO)などの炭素質組成物を分注するために使用される。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、ドラムアセンブリの内部空間内に炭素質組成物を分注する。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、ドラムアセンブリが回転している間にドラムアセンブリの内部空間内に炭素質組成物を分注する。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、ドラムアセンブリが回転していないときにドラムアセンブリの内部空間内に炭素質組成物を分注する。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、炭素質組成物を低圧で分注する。特定の実施形態では、低圧は、約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、または200PSI以下である。特定の実施形態では、低圧は、約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、または200PSI以上である。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、第2の反応タンクまたは容器に流体連結される(例えば、ドラムシャフトマウントの導管および開口を介して)。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、第2の反応の生成物(例えば、rGO)を保持するタンクまたは容器に流体連結される。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、タンクまたは容器からドラムアセンブリ内に炭素質組成物を能動的にポンプ送出する。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリの操作は、自動化または半自動化される。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、スプレーバー2801(例えば、図35に示される)、ドラム軸受プレート2802(例えば、図36Aに示される)、スプレーバー軸受ハブ2803(例えば、図37に示される)、およびドラムシャフトマウント2804(例えば、図38に示される)を含む。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、例えば、ソケットヘッドキャップねじ2805、外部スナップリング2806、内部保持リング2807、ニップル2808、スプレー先端2809、玉軸受2810、ホールプラグ2811、エポキシ2812(図示せず)、皿ねじ2813、ならびに迅速脱着継手2814および2815から選択された1つ以上の要素を含む。スプレーバーアセンブリの拡大図2816もまた図28Bに示される。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリの1つ以上の要素は、例えば、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼および/またはHDPEなどの1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、ニップルは、直径が1/2インチの米国規格管用ねじテーパ(NPT)、長さが約6.0インチである。特定の実施形態では、スプレー先端は、50度のファンを有する3/8インチNPTである。特定の実施形態では、スプレー先端は、少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、または170度のスプレー角度で材料を分注するように構成される。特定の実施形態では、エポキシは、設置前にねじ山に適用される(例えば、ソケットヘッドキャップねじ2805、皿ねじ2813および/または任意の他の要素の)。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、例えば、ドラムアセンブリの内部内に液体(例えば、水、溶液、洗浄溶液、リンス溶液など)をスプレーするために使用される。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、ドラムアセンブリ内に保持された炭素質組成物を洗浄またはリンスするために使用される。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、液体を高圧でスプレーする。特定の実施形態では、高圧は、約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、または500PSI以下である。特定の実施形態では、高圧は、約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、または500PSI以上である。いくつかの実施形態では、スプレーバーアセンブリは、図28Cに示されるように構成される。いくつかの実施形態では、ドラムアセンブリは、スプレーバーアセンブリと、ドラムキャップ、パッキンナット、パッキンシール、シールハブ、保持リング、軸受、シャフト、またはマウントのうちの1つ以上と、を備える(図28C参照)。
特定の実施形態では、ドラムアセンブリは、炭素質組成物(例えば、rGO)の通過を防止するのに十分に小さい孔径を有するドラムメッシュおよび/またはミクロンフィルタを備え、それによって、廃棄生成物、未反応反応成分、および他の望ましくない化合物を含む濾過液がドラムアセンブリを通って流出する(例えば、ドラムアセンブリの下に位置決めされたドレンパン内に流出する)ことを可能にしつつ、炭素質組成物がスプレーバーによって分注された後にドラムアセンブリの内部内に炭素質組成物を保持する。特定の実施形態では、ドラムアセンブリ内に保持された炭素質組成物は、スプレーバーアセンブリからスプレーされた液体によって高圧で洗浄される。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、取り出しのためにドラムアセンブリから取り外し可能である。取り外し可能なスプレーバーアセンブリの利点は、例えば、清浄化、詰まりの除去、または交換の容易さを含む。別の利点は、精製された生成物(例えば、電池および/またはコンデンサでの使用に十分な純度および特性のGOまたはrGO)の生成を最大化するように設計された高スループットプロセスが、スプレーバーアセンブリの誤動作の場合のスプレーバーの取り外し、修理、および/または交換がダウンタイムを最小化することを可能にする取り外し可能なスプレーバーアセンブリの使用によって増強されることである。特定の実施形態では、精製された生成物は、乾燥後、少なくとも50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、または99.9%の純度(w/w)を有する。
特定の実施形態では、ドラムアセンブリ(例えば、図16A~16Bに示されるドラムアセンブリ)は、ドラムエンドキャップアセンブリを含む。特定の実施形態では、ドラムエンドキャップアセンブリは、図29A~28Bに示されるとおりである。特定の実施形態では、ドラムエンドキャップアセンブリは、ドラム軸受プレート2901(例えば、図36に示される)、スプレーバー軸受ハブ2902(例えば、図39に示される)、および/またはドラムシャフトマウント2903(例えば、図40に示される)を含む。特定の実施形態では、ドラム軸受プレート、スプレーバー軸受ハブ、ドラムシャフトマウントは、例えば、HDPEなどの1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、ドラムエンドキャップアセンブリは、例えば、外部スナップリング2904、内部保持リング2905、ニップル2808、ホールプラグ2907、エポキシ2909、皿ねじ2906、および深溝玉軸受2908から選択された1つ以上の要素を含む。特定の実施形態では、ドラムエンドキャップアセンブリの1つ以上の要素は、例えば、ステンレス鋼および/またはニッケルめっき鋼などの1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、玉軸受は、密封される。特定の実施形態では、エポキシは、皿ねじ2906および/または任意の他の要素の設置前にねじ山に適用される。
ドラムフレーム1601の形状、サイズおよび/または寸法の例は、図30A~30Dに示される。特定の実施形態では、ドラムフレームは、ドラムアセンブリに構造的支持を提供する。特定の実施形態では、ドラムフレームは、1つ以上の駆動ホイールと係合するように構成される。特定の実施形態では、ドラムフレームは、1つ以上の駆動ホイールから回転力(例えば、駆動モータを介して回転される駆動シャフト由来の)を受容し、ドラムフレームをその軸を中心に回転させる。特定の実施形態では、ドラムフレームは、1つ以上のアイドラホイールと係合するように構成される。特定の実施形態では、ドラムフレームは、その外面上に1つ以上の駆動ホイールを受容するための溝を備える。溝は、1つ以上の駆動ホイールと位置合わせされた状態でドラムフレームを維持する利点を提供する。特定の実施形態では、駆動ホイールは、摩擦を最大化するように構成される。特定の実施形態では、駆動ホイールは、回転エネルギーの効率的な伝達(例えば、駆動ホイールが転回する際の滑りを最小化する)のためにドラムフレームとの十分な摩擦を生成するように構成される。特定の実施形態では、アイドラホイールは、ドラムフレームとの摩擦を最小化するように構成される。特定の実施形態では、ドラムフレームは、例えば、HDPEなどの1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、ドラムフレームは、約2.50インチの厚さを有する。
ドラム補強材1602の形状、サイズおよび/または寸法の例は、図31に示される。特定の実施形態では、ドラム補強材は、例えば、HDPEなどの1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、ドラム補強材は、約1インチの直径を有する実質的にロッド様形状を有する(例えば、ロッド形状を有する)。特定の実施形態では、ドラム補強材は、約0.75インチの厚さを有する。特定の実施形態では、ドラム補強材は、約30.50インチの長さ3101を有する。特定の実施形態では、ドラム補強材は、ドラムアセンブリに構造的支持を提供する。特定の実施形態では、ドラム補強材は、ドラムメッシュおよび/またはドラムミクロンフィルタに構造的裏材を提供する。特定の実施形態では、ドラム補強材は、ドラムアセンブリの内側に分注された高粘度および/または高圧材料(例えば、ドラムアセンブリの内側の炭素質組成物を洗浄するためにスプレーバーからスプレーされた高圧脱イオン水)に起因する歪曲、破れ、または他の形態の変形を防止するために、ドラムメッシュおよび/またはドラムミクロンフィルタに構造的支持を提供する。特定の実施形態では、1つ以上のドラム補強材は、1つ以上のドラム補強材リングと組み合わせて構造的支持を提供するように構成される。
ドラム補強材リング1603の形状、サイズおよび/または寸法の例は、図32に示される。特定の実施形態では、ドラム補強材リングは、約22.75インチの直径および約0.75インチの厚さを有する。特定の実施形態では、ドラム補強材リングは、例えば、HDPEなどの1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、ドラム補強材リングは、ドラムアセンブリに構造的支持を提供する。特定の実施形態では、ドラム補強材リングは、ドラムメッシュおよび/またはドラムミクロンフィルタに構造的支持を提供する。特定の実施形態では、ドラム補強材リングは、ドラムアセンブリの内側に分注された高粘度および/または高圧材料(例えば、ドラムアセンブリの内側の炭素質組成物を洗浄するためにスプレーバーからスプレーされた高圧脱イオン水)に起因する歪曲、破れ、または他の形態の変形を防止するために、ドラムメッシュおよび/またはドラムミクロンフィルタに構造的支持を提供する。特定の実施形態では、1つ以上の補強材リングは、1つ以上のドラム補強材と組み合わせて構造的支持を提供するように構成される。
ドラムメッシュ1604の一例が図33に示される。特定の実施形態では、ドラムメッシュは、例えば、溶接されたステンレス鋼メッシュを含むか、それから作製される。特定の実施形態では、メッシュは、ロール化前(例えば、円筒形状へのロール化前)に所与のサイズに切断される。特定の実施形態では、メッシュは、例えば、4.0インチ幅のロールによる溶接された0.063インチワイヤの1/2インチメッシュT316である(例えば、TWP INC.製の部品#002X002WT0630W48T)。特定の実施形態では、ロール化前のメッシュのサイズは、例えば、約30.50インチの幅3301×約65.00インチの長さである。特定の実施形態では、ロール状メッシュは、約19.88インチの直径および約30.50インチの長さを有する。特定の実施形態では、メッシュは、巻かれて圧着された端を有する(例えば、図33の右下参照)。特定の実施形態では、メッシュは、ロール形状に締結し、平坦メッシュの端を円筒形状に接続するための、巻かれて圧着された端を有する。特定の実施形態では、端は、ロール状メッシュの長さに沿って(円形断面に直角に)巻かれて圧着される。特定の実施形態では、ドラムメッシュは、1つ以上の細孔形状および/または孔径を含む。特定の実施形態では、ドラムメッシュは、任意の好適な細孔形状および/または孔径を有する。特定の実施形態では、孔径は、メッシュ全体を通して可変または一定である。特定の実施形態では、細孔形状は、幾何学的形状を有する。特定の実施形態では、細孔形状は、メッシュ全体を通して可変または一定である。特定の実施形態では、細孔形状は、正方形、円形、楕円形、矩形、菱形または他の幾何学的形状を含む(例えば、メッシュが平坦かつ巻かれていないとき)。
特定の実施形態では、ドラムミクロンフィルタ(例えば、図34に示される)は、ステンレス鋼織組織を含むか、またはそれから作製される。特定の実施形態では、円筒形状にロール化される前の鋼織組織の切断サイズは、約30.50インチ×約65.00インチの長さである。特定の実施形態では、フィルタは、ロール状メッシュの長さに沿った(円形断面に直角)継目で約2.0インチの重なりを有する。特定の実施形態では、ロール状フィルタは、約19.81インチの直径および約30.50インチの長さを有する。特定の実施形態では、ミクロンフィルタの厚さは、例えば、約0.30インチである。特定の実施形態では、ミクロンフィルタは、1つ以上の細孔形状および/または孔径を含む。特定の実施形態では、ミクロンフィルタの細孔形状および/または孔径は、任意の好適な形状および/または孔径である。特定の実施形態では、孔径は、メッシュ全体を通して可変または一定である。特定の実施形態では、孔径は、約1ミクロン~約3ミクロンの幅、長さ、直径および/または対角線を含む。特定の実施形態では、細孔形状は、任意の幾何学的形状である。特定の実施形態では、細孔形状は、メッシュ全体を通して可変または一定である。特定の実施形態では、細孔形状は、例えば、正方形、円形、楕円形、矩形、菱形または他の幾何学的形状を含む(例えば、メッシュが平坦かつ巻かれていないとき)。
スプレーバー2801の形状、サイズおよび/または寸法の例は、図35に示される。特定の実施形態では、スプレーバーは、例えば、HDPEを含む1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、スプレーバーは、材料(例えば、液体、洗浄液、炭素質組成物)を分注するための1つ以上の開口部2809(例えば、スプレー先端)を備える。特定の実施形態では、スプレーバーは、材料を分注するための少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、または20個の開口部を備える。特定の実施形態では、スプレーバーは、液体および/または炭素質組成物を輸送するための1つ以上の内部チャネル3503を備える。特定の実施形態では、スプレーバーは、約32.38インチの長さ3501および約3.12インチの高さ3502のうちの1つ以上を含む寸法を有する。
ドラム軸受プレート2802の形状、サイズおよび/または寸法の例は、図36Aに示される。特定の実施形態では、ドラム軸受プレートは、例えば、HDPEを含む1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、ドラム軸受プレートは、約19.00インチの直径、約1インチの厚さ3602、および約4.319インチの内径3601のうちの1つ以上を含む寸法を有する。
スプレーバー軸受ハブ2803の形状、サイズおよび/または寸法の例は、図37に示される。特定の実施形態では、スプレーバー軸受ハブは、例えば、HDPEを含む1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、スプレーバー軸受ハブは、約3.86インチの直径3701、約3.543インチの直径3702、約3.316インチの直径3704、約1.563インチの幅3705、および約1.00インチの厚さ3703のうちの1つ以上を含む寸法を有する。特定の実施形態では、スプレーバー軸受ハブは、1つ以上の開口部3706を有する。
ドラムシャフトマウント2804の形状、サイズおよび/または寸法の例は、図38に示される。特定の実施形態では、ドラムシャフトマウントは、ドラムシャフト支持体上に着座する。特定の実施形態では、ドラムシャフトマウントは、ドラムシャフトマウントのアイドラ側(ドレンパンおよび/またはドラムの内部から離れて面する)で導管、管、または入力(図28Aの2808)を受容するための開口3801を備える。特定の実施形態では、導管、管、または入力は、ニップルである。特定の実施形態では、導管は、ドラムシャフトマウントの開口を通ってスプレーバーアセンブリに(例えば、スプレーバーアセンブリのスプレーバー2801内に)進む材料(例えば、液体)の流れを受容するように構成される。特定の実施形態では、導管は、ドラムアセンブリ内への低圧流(例えば、rGOなどの炭素質組成物の)を受容する。特定の実施形態では、導管は、ドラムアセンブリ内への高圧流(例えば、脱イオン水またはいくつかの他の洗浄液の)を受容する。いくつかの実施形態では、ドラムシャフトマウントは、2つの開口を備え、各開口は、材料の流れを受容する導管を受容する。特定の実施形態では、2つの開口は、高圧導管および低圧導管を受容する。特定の実施形態では、導管は、材料の供給源(例えば、洗浄液を保持するタンクまたは炭素質組成物を保持するタンク)と連結するように構成される。特定の実施形態では、材料は、ポンプを使用して、重力によって、または任意の他の方法によって、供給源からスプレーバーアセンブリまたはスプレーバーに移される。特定の実施形態では、ドラムシャフトマウントは、1つ以上のスプレーバー2801と係合される。特定の実施形態では、導管2808は、迅速脱着継手2814と連結するように構成される。迅速脱着継手と連結するように構成された導管の利点は、それが、いかなる材料の供給源も導管に連結されていないときに導管が密封されることを可能にすることである。例えば、操作中ではない反応フィルタは、材料の供給源に連結される必要がない。別の例として、特定の実施形態では、炭素質組成物のバッチがドラムアセンブリ内に既に導入されており、洗浄サイクルを受けているとき、炭素質組成物を受容するように構成された導管は、炭素質組成物の供給源に連結される必要がない。特定の実施形態では、単一導管が、炭素質組成物および洗浄液(例えば、脱イオン水)の両方を受容するように構成される。例えば、一実施形態では、単一導管が、スプレーバーアセンブリのスプレーバーを介してドラムアセンブリの内側に分注される炭素質組成物の供給源からの材料を受容し、次いで、その導管は、その後の清浄化サイクル中にドラムの内側に分注される脱イオン水の供給源に連結される。特定の実施形態では、ドラムシャフトマウントは、外部スナップリング2806、スプレーバー軸受ハブ2803、玉軸受2810(例えば、深溝玉軸受)、および内部保持リング2807を介してスプレーバー2801と係合される(例えば、図28Aおよび28Cに示される)。特定の実施形態では、ドラムシャフトマウントは、例えば、HDPEを含む1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、ドラムシャフトマウントは、厚さが約2インチである。
スプレーバー軸受ハブ2902の形状、サイズおよび/または寸法の例は、図39に示される。特定の実施形態では、スプレーバー軸受ハブは、例えば、HDPEを含む1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、スプレーバー軸受ハブは、厚さが約1インチである。図39は、ハブのアイドラ側を示す。特定の実施形態では、ハブの流体側は、アイドラ側と鏡像の形状および/またはサイズである。
ドラムシャフトマウント2903の形状、サイズおよび/または寸法の例は、図40に示される。特定の実施形態では、ドラムシャフトマウント2903は、導管および/または材料(例えば、洗浄液および/または炭素質組成物)の供給源を受容するための1つ以上の開口を含まない。特定の実施形態では、ドラムシャフトマウント2903は、他方のドラムシャフトマウント2804(1つ以上の開口を備える)とは反対側のドラムアセンブリ上に位置する。特定の実施形態では、ドラムシャフトマウントは、例えば、HDPEを含む1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。特定の実施形態では、ドラムシャフトマウントは、厚さが約2インチである。図39は、マウントのアイドラ側を示す。特定の実施形態では、マウントの流体側は、アイドラ側の鏡像の形状および/またはサイズである。いくつかの場合におけるrGO/グラフェンの第2の反応フィルタの構造要素およびそれらの相互関係の詳細は、図43A~43Fおよび/または表3に説明される。いくつかの場合、rGO/グラフェンの第2の反応フィルタ(図43A~43Fに示される)の動作の例示的な手順は、図42に示される。図42に示されるように、取り出し手順は、流体ラインを迅速脱着するステップと、蓋を開くステップと、ドラム支持体を上昇および係止させるステップと、ドラムを支持受台上に転動させるステップと、ドラムアイドラハブを除去するステップと、ドラムを受台に締結するステップと、係止ピンを引っ張り、受台を回転させるステップと、係止ピンを回転位置に係合するステップと、スプレーバーアセンブリを取り外すステップと、グラフェンを取り出すステップと、のうちのいずれかを含み得る。特定の実施形態では、第2の反応フィルタの操作および取り出しは、自動化または半自動化される。
いくつかの実施形態では、rGO/グラフェンの第2の反応フィルタ(あるいは、本明細書では頂部アセンブリとして)(例えば、図43A~43Fに示される)は、筐体4318および/または制御筐体4319を含む。特定の実施形態では、筐体4318および/または制御筐体4319は、その中に制御ユニットを収容または取り囲む。特定の実施形態では、制御ユニットおよび/またはその筐体は、頂部アセンブリの1つ以上の要素に物理的に取り付けられる。あるいは、他の実施形態では、制御ユニットおよび/またはその筐体は、頂部アセンブリから遠隔に位置する。特定の実施形態では、制御ユニットは、操作(例えば、機械的操作)を制御するために頂部アセンブリの1つ以上の要素に電気的または電子的に接続される。特定の実施形態では、制御ユニットは、例えば、濾過ステップおよび/もしくは反応、ならびに/または頂部アセンブリの取り出しを制御する。特定の実施形態では、頂部アセンブリの取り出しは、自動化される。特定の実施形態では、制御ユニットおよび頂部アセンブリは、有線または無線接続を介して通信する、および/または接続される。特定の実施形態では、制御ユニットは、ユーザインターフェースを含み、これは、ユーザがインターフェースで入力を入力することを可能にする。特定の実施形態では、制御ユニットは、頂部アセンブリを制御するために、プロセッサを備えるデジタル処理デバイスを含む。特定の実施形態では、制御ユニットは、デジタル処理デバイスによって埋め込まれ、実行可能である1つ以上のソフトウェアモジュールを含む(例えば、頂部アセンブリの1つ以上の要素を制御するために)。特定の実施形態では、制御ユニットは、非一時的コンピュータ可読媒体、インターネット、クラウド、モバイルアプリケーションなどからデータを受信するために、電子インターフェースを含む。特定の実施形態では、制御ユニットは、デジタルディスプレイを含む。特定の実施形態では、デジタルディスプレイは、第2の反応フィルタの機能および/または第2の反応フィルタの制御に関する情報を表示する。特定の実施形態では、制御ユニットは、第2の反応フィルタをオンおよび/またはオフに切り替えるためのオン/オフスイッチを含む。特定の実施形態では、制御ユニットは、第2の反応フィルタの1つ以上の要素を制御するための事前にプログラムされたプロトコルを含む。特定の実施形態では、制御ユニットは、清浄化プロトコル(例えば、ユーザ定義済みプロトコルまたは所定のプロトコル)を実行するために第2の反応フィルタを動作させる。特定の実施形態では、清浄化プロトコルは、いくつかの洗浄サイクルを含む。特定の実施形態では、清浄化プロトコルは、少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、または20回の洗浄サイクルを含む。特定の実施形態では、洗浄サイクルは、少なくとも10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、または99%の洗浄液がドラムアセンブリの内部から流出したときに、ドラムアセンブリおよび端内に洗浄液を分注することで開始する。特定の実施形態では、洗浄サイクルは、スピンサイクル(例えば、スピン乾燥サイクル)を含み、ドラムアセンブリは、遠心力を使用してドラムアセンブリの内部から洗浄液を流出させるために、洗浄液を分注せずに回転する。特定の実施形態では、各洗浄サイクルは、例えば、使用される洗浄液(例えば、脱イオン水)の量、各洗浄サイクルの長さ、洗浄サイクルの回数、ドラムの回転速度、洗浄液が分注される圧力、およびスプレーバーアセンブリが洗浄液を分注する方向(例えば、12時、3時、6時、9時など)などの特定の特性に従って構成される。特定の実施形態では、そのような要素は、限定されるものではないが、モータ、ドライバ、ドラムシャフト、アイドラシャフト、駆動シャフト、アイドラホイール、駆動ホイール、スプレーバーアセンブリ、受台枢動アセンブリ、ドラム受台アセンブリ、蓋、フレームアセンブリ、駆動ベルト、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
いくつかの実施形態では、rGO/グラフェンの第2の反応フィルタ(例えば、図43A~43Fに示される)は、図45に示されるようにカバーアセンブリを含む。特定の実施形態では、カバーアセンブリは、例えば、ハンドル4505、2個のボルトフランジ軸受4506、ナット(4507、4510)、平ワッシャ(4508、4509)、および皿ねじ4511などの、表3に列挙された1つ以上の構造要素を含む。特定の実施形態では、カバーアセンブリは、前方蓋溶接物4502および後方蓋溶接物4501を備える(例えば、図45に示される)。特定の実施形態では、カバーアセンブリは、フード枢動シャフト4504およびフード枢動プレート4503を備え、これらは、前方蓋溶接物が後方蓋溶接物に対して回転することを可能にすることを助ける。特定の実施形態では、フード枢動シャフト4504は、約1.75インチの長さを有する。特定の実施形態では、フード枢動プレート4503は、約2.75インチの直径および約0.125インチの厚さを有する。
いくつかの実施形態では、rGO/グラフェンの第2の反応フィルタは、スプラッシュガードを備える。特定の実施形態では、スプラッシュガードは、約37.75インチの幅および約7.30インチの高さのうちの1つ以上を含む寸法を有する。
いくつかの実施形態では、拡縮可能な反応器4400は、図44に示されるようにGOおよび/またはrGOを作製するために使用される。特定の実施形態では、反応器は、第1の反応反応器である(例えば、第1の反応を実装するために使用される)。特定の実施形態では、反応器は、自動化または半自動化される(例えば、GOおよび/またはrGOを作製するために)。特定の実施形態では、反応器およびその構成要素は、GOおよび/またはrGOを作製するために、マイクロ規模のサイズから大規模サイズまで拡縮される(例えば、本明細書の他の箇所に説明されるように)。特定の実施形態では、拡縮可能な反応器は、2つ以上の(複数の)ユニット(例えば、反応ポットまたは反応容器を含む)4401を含む。特定の実施形態では、反応器は、1~18個の容器を含む。特定の実施形態では、反応器は、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、または30個のユニットを備える。特定の実施形態では、反応器は、少なくとも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、または30個のユニットを備える。特定の実施形態では、反応器は、例えば、従来の反応器よりも少なくとも約16倍優れた容量、速度またはスループットでGOおよび/またはrGOを生成するように構成される。特定の実施形態では、各ユニット4401は、撹拌機およびミキサボウル(例えば、約20クォート~約320クォートのサイズ/容積を有する)を含むミキサ4403を備える。特定の実施形態では、反応器は、ユニット4401の各々に接続される(例えば、それらと連結および/または流体連通する)タンク4402(例えば、約100ガロン~約3000ガロンのサイズ/容量を有する)を含む。特定の実施形態では、反応器は、1つ以上の通気ポート(例えば、通気入口および通気出口)を備える。特定の実施形態では、反応器は、ミキサまたはミキサシステムを備え、ミキサシステムは、モータおよび撹拌機を備える。特定の実施形態では、撹拌機および/またはミキサは、反応器から上昇および/または下降されるように構成される。特定の実施形態では、反応器は、反応器の底端に、タンク4402と流体連通であるポートを備える。特定の実施形態では、ポートは、タンク内に直接注ぐ。特定の実施形態では、ポートは、反応器の内容物をタンク内に輸送する導管に連結される。特定の実施形態では、導管は、ステンレス鋼を含むか、またはそれから作製される。特定の実施形態では、反応器および/またはその構成要素は、自己清浄化する(例えば、清浄化が最小限の手動介在および/または手動介在の必要性なしで自動的に実施されるように)。
いくつかの実施形態では、システムは、図47に示されるように炭素質組成物を処理するために使用される。特定の実施形態では、システムは、炭素質組成物の酸化形態を作製するために第1の反応を実行するための第1の反応システムまたは装置、炭素質組成物の酸化形態を濾過するための第1の反応フィルタ、炭素質組成物の還元形態を作製するために第2の反応を実行するための第2の反応システムまたは装置、炭素質組成物の還元形態を濾過するための第2の反応フィルタ、またはそれらの任意の組み合わせを備える。特定の実施形態では、システムは、第1の反応システムまたは装置を備える。特定の実施形態では、第1の反応システムまたは装置は、炭素質組成物を保持するための反応容器を備える。特定の実施形態では、反応容器は、タンクの内側の条件を測定するための1つ以上のセンサを備える。特定の実施形態では、反応容器は、温度計または温度センサを備える。特定の実施形態では、温度計または温度センサは、反応温度および/または反応容器の内側の温度変化率の決定を可能にする。別の例として、特定の実施形態では、反応容器は、pHセンサを備える。別の例として、特定の実施形態では、反応容器は、塩濃度センサを備える。特定の実施形態では、第1の反応システムまたは装置は、第1の反応ミキサアセンブリ4702を備える。特定の実施形態では、第1の反応ミキサアセンブリ4702は、第1の反応前、反応中、および/または反応後に炭素質組成物を撹拌または混合する。特定の実施形態では、第1の反応システムまたは装置は、タンク4701を備える。特定の実施形態では、第1の反応容器の内側の炭素質組成物は、タンク4701に移される。
特定の実施形態では、オーガフィード(または反応容器および/またはタンク内に供給される材料の任意の他の供給源)は、反応容器および/またはタンクの取入口内に材料を分注する。さらなる実施形態では、取入口は、材料を受容し、材料は、次いで、反応容器および/またはタンクの内部内に分注される。いくつかの実施形態では、反応システムは、材料(例えば、反応物、成分、反応停止反応剤など)を受容するための1つ以上の取入口を備える1つ以上の反応容器および/またはタンクを備える。特定の実施形態では、第1の反応容器は、タンク4701と流体連通である。特定の実施形態では、第1の反応システムまたは装置は、氷オーガフィード4703を備える。特定の実施形態では、氷オーガフィード4703は、第1の反応前、反応中および/または反応後にタンク4701内に氷(例えば、取入口を介して)を分注する。特定の実施形態では、氷オーガフィード4703は、第1の反応を反応停止させるようにタンク内に氷を分注する。特定の実施形態では、氷オーガフィード4703は、特定の温度または温度範囲まで反応温度を低下させるようにタンク内に氷を分注する。特定の実施形態では、氷オーガフィード4703は、約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℃、または100℃以下の温度まで反応温度を低下させるようにタンク内に氷を分注する。特定の実施形態では、氷オーガフィード4703は、約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℃、または100℃まで反応温度を低下させるようにタンク内に氷を供給する。特定の実施形態では、氷オーガフィード4703は、特定の温度または温度範囲で反応温度を維持するようにタンク内に氷を分注する。特定の実施形態では、氷オーガフィード4703は、約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℃または約100℃で反応温度を維持するようにタンク内に氷を分注する。特定の実施形態では、氷オーガフィード4703は、タンク内で生じる発熱反応によって引き起こされる温度上昇を防止、低減または相殺するようにタンク内に氷を分注する。特定の実施形態では、氷オーガフィード4703は、自動化または半自動化される。いくつかの実施形態では、材料(例えば、氷、過マンガン酸カリウム、アスコルビン酸ナトリウム、過酸化水素、または他の反応物もしくは材料)は、オーガフィードではないフィードを使用して分注される。一例として、管チェーンコンベヤがオーガフィードの代わりに使用される。
いくつかの実施形態では、水冷ユニット(水分注ユニットとも称される)が、例えば、水などの、ユニット内に貯蔵された液体の温度を制御または調節するために提供される。いくつかの実施形態では、ユニットは、液体の温度を冷却または低下させるように構成される。いくつかの実施形態では、ユニットは、例えば、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℃、または100℃などの目標閾値以下に液体の温度を維持するように構成される。いくつかの実施形態では、閾値は、約0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、6℃、8℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃である。いくつかの実施形態では、水冷ユニットは、液体、例えば、水を貯蔵するための内側空間を備える。いくつかの実施形態では、水冷ユニットは、反応容器および/またはタンクに流体連結される。いくつかの実施形態では、水冷ユニットは、水冷ユニットの内部からの熱利得および/または熱損失を低減するように断熱される。いくつかの実施形態では、水冷ユニットは、氷(例えば、角氷および/または氷水もしくは氷片などの固体の氷)を受容するように構成される。いくつかの実施形態では、水冷ユニットは、氷がユニットの内部内に分注されることを可能にする1つ以上の開口部および/または入口(閉鎖および/またはカバーされ得る)を備える。いくつかの実施形態では、水冷ユニットは、冷水、氷および/または氷水を含む。いくつかの実施形態では、水冷ユニットは、水を貯蔵し、水を目標温度以下に維持するように構成される。いくつかの実施形態では、水冷ユニットは、冷却されるか、または冷却ユニットに連結される。いくつかの実施形態では、水冷ユニットは、ユニットおよび/またはユニットの内部を冷却するための冷却コイルを備える。いくつかの実施形態では、水冷ユニットは、温度センサなどの少なくとも1つのセンサを備える。いくつかの実施形態では、水冷ユニットは、例えば、反応の反応停止を支援するために、タンク内に水を分注するように構成される。いくつかの実施形態では、水冷ユニットは、水冷ユニットからタンク内への水の追加速度を制御するために、反応システムからのセンサ信号(例えば、タンクおよび水冷ユニット内のセンサからの温度読み取り値)を統合する制御ユニットに連結される。いくつかの実施形態では、制御ユニットは、タンク内および/または反応混合物/炭素質組成物中の目標温度を維持する(または目標温度以下に温度を保つ)ための目標追加速度でタンク内に水を分注するように水冷ユニットに命令するように構成される。いくつかの実施形態では、制御ユニットは、タンク内に水を追加するように水冷ユニットに命令し、かつ同時にタンク内に反応成分/生成物(例えば、酸化グラフェンを含む炭素質組成物)を追加するように反応容器に命令するように構成される。いくつかの実施形態では、制御ユニットは、目標温度閾値以下である温度を達成するために、タンク内への水および反応成分/生成物の両方の追加速度を制御する。いくつかの実施形態では、水冷ユニットは、反応ミキサ内に水を分注するように構成される。
特定の実施形態では、タンク、反応器、容器またはユニット内に材料を移動させる、および/または分注するための1つ以上の装置またはシステムは、例えば、コンベヤ(例えば、フレキシブルスクリューコンベヤ、ソリッドコアスクリューコンベヤ、オーガコンベヤ、ベルトコンベヤなど)などが使用される。いくつかの実施形態では、タンク内に材料を移動させる、および/または分注するための装置またはシステムは、貯蔵ユニット(例えば、脱イオン水保持タンク4706、酸保持タンク4707、氷貯蔵ユニット、過マンガン酸カリウム貯蔵ユニットなど)から第1の反応容器、第1の反応タンク(例えば、第1の反応を反応停止させるための)、第1の反応フィルタ、第2の反応システム、または第2の反応フィルタに該材料を輸送するためのコンベヤを備える。一例では、氷は、貯蔵ユニットから第1の反応システムまたは装置のタンクの氷フィード(例えば、氷オーガフィード4703)に輸送される。いくつかの実施形態では、コンテナは、炭素質組成物4704を含む。特定の実施形態では、反応容器は、過マンガン酸カリウムを受容するための取入口を備える。特定の実施形態では、反応容器は、硫酸を受容するための取入口を備える。特定の実施形態では、反応容器は、炭素質組成物(例えば、グラファイト供給原料)を受容するための取入口を備える。特定の実施形態では、コンテナは、予備混合されたグラファイトおよび硫酸を含む炭素質組成物4704を含む。特定の実施形態では、グラファイトおよび硫酸は、タンク4701内に導入される前に予備混合される。炭素質組成物(例えば、グラファイトおよび硫酸)を予備混合する1つの利点は、反応温度および/または反応速度の変動を抑制することである。未混合または不均質に混合された成分は、反応が開始したときに組成物全体を通して反応温度および/または反応速度の変動をもたらし得る。例えば、特定の実施形態では、未混合グラファイトおよび硫酸を含む第1の反応容器に触媒の過マンガン酸カリウムを追加することは、いくつかの場所で高い反応温度および/または反応速度をもたらすとともに、別の場所で反応活性の低下をもたらす。特定の実施形態では、グラファイトおよび硫酸を含む炭素質組成物は、反応容器、または代替的に別のコンテナ4704内で予備混合される。特定の実施形態では、例えば、過マンガン酸カリウムなどの触媒は、反応容器の内側の反応を触媒するために、予備混合されたグラファイトおよび硫酸に加えられる。特定の実施形態では、予備混合は、所与のバッチの反応(例えば、第1の反応)中の反応温度および/または反応速度の変動を抑制する。特定の実施形態では、予備混合は、別個のバッチ間の反応温度および/または反応速度の変動を抑制する。いくつかの実施形態では、別の触媒が、過マンガン酸カリウムと置換される(例えば、鉄酸カリウムK2FeO4)。特定の実施形態では、別の触媒が、本明細書に説明されるシステム、装置および方法のいずれかで過マンガン酸カリウムと置換される。特定の実施形態では、装置は、触媒オーガフィード(例えば、過マンガン酸カリウムオーガフィード4705)を備える。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムオーガフィード4705は、第1の反応前、反応中および/または反応後に、反応容器内に(例えば、第1の反応が反応容器内で起こり、タンク内で反応停止される場合)、またはタンク4701内に(例えば、第1の反応および反応停止の両方がタンク内で起こる場合)過マンガン酸カリウムを供給または分注する。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムオーガフィード4705は、分注される過マンガン酸カリウムの量の変動を可能にする。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムオーガフィード4705は、自動化または半自動化される。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムオーガフィード4705は、中央制御ユニットによって手動および/または自動で制御される。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムオーガフィード4705は、特定の反応温度(例えば、第1の反応用の反応容器内側の温度)または反応速度を維持するのに好適な速度で反応容器内に、またはタンク4701内に過マンガン酸カリウムを供給するように構成される(例えば、手動または自動)。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムオーガフィード4705は、反応温度を特定の温度未満に保つのに好適な速度で過マンガン酸カリウムを供給するように構成される。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムオーガフィード4705は、反応温度が温度閾値未満であるときに過マンガン酸カリウムが分注される速度を上昇させるように構成される。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムオーガフィード4705は、反応温度が温度閾値を上回るときに過マンガン酸カリウムが分注される速度を低下させるように構成される。特定の実施形態では、温度閾値は、約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℃または100℃である。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムオーガフィード4705は、反応温度が閾値変化率未満で上昇しているときに過マンガン酸カリウムがタンク4701内に分注される速度を上昇させるように構成される。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムオーガフィード4705は、反応温度が閾値変化率を上回って上昇しているときに過マンガン酸カリウムがタンク4701内に分注される速度を低下させるように構成される。特定の実施形態では、閾値温度変化率は、約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、または20℃/分(℃/min)である。
いくつかの実施形態では、図47に示されるシステムは、炭素質組成物(例えば、酸化グラフェン)の酸化形態を濾過するための第1の反応フィルタ(例えば、第1の反応フィルタシステムまたは第1の反応濾過システムもしくは装置)を備える。特定の実施形態では、第1の反応フィルタは、第1の反応(例えば、GOを発生させる酸化反応)の生成物を濾過する。特定の実施形態では、第1の反応フィルタは、濾過膜を備える。
いくつかの実施形態では、図47に示されるシステムは、炭素質組成物の還元形態(例えば、rGO)を発生させるために第2の反応を実行するための第2の反応システムまたは装置を備える。特定の実施形態では、第2の反応システムまたは装置は、第2の反応タンク、ミキサもしくはミキサシステム、加熱構成要素、過酸化水素フィード、アスコルビン酸ナトリウムフィード、またはそれらの任意の組み合わせを備える。特定の実施形態では、第2の反応タンクは、炭素質組成物を含む。特定の実施形態では、第2の反応システムまたは装置は、加熱されたタンク4709を備える(例えば、熱は、加熱構成要素によって提供される)。特定の実施形態では、ミキサまたはミキサシステムは、本明細書の他の箇所に説明される任意の他のミキサまたはミキサシステムと同等の様式でタンクの内容物(例えば、炭素質組成物および任意の他の反応物または反応成分)を撹拌および/または混合する。特定の実施形態では、加熱構成要素は、第2の反応温度を上昇させるためにタンクを加熱する。特定の実施形態では、加熱構成要素は、少なくとも約30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃または100℃にタンクを加熱するように構成される。特定の実施形態では、加熱構成要素は、少なくとも約30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃または100℃の温度を維持するためにタンクを加熱するように構成される。特定の実施形態では、過酸化水素フィードは、特定の速度または量で過酸化水素を分注するように構成される。特定の実施形態では、アスコルビン酸ナトリウムフィードは、特定の速度または量で過酸化水素を分注するように構成される。特定の実施形態では、過酸化水素フィードおよびアスコルビン酸ナトリウムフィードは、GO1kgあたり約20Lの30%過酸化水素(100リットルの溶液中)、およびGO1kgあたり約4.95kgのアスコルビン酸ナトリウム(アスコルビン酸のナトリウム塩)(100リットルの溶液中)を分注するように構成される。
いくつかの実施形態では、図47に示されるシステムは、炭素質組成物(例えば、rGO)の還元形態の濾過を実行するための第2の反応フィルタ4708(例えば、第2の反応フィルタシステムまたは第2の反応濾過システム)を備える。特定の実施形態では、第2の反応フィルタ4708は、本明細書の他の箇所に説明されるように様々な構成要素を備える。いくつかの実施形態では、第2の反応フィルタ4708は、ドラムアセンブリおよびスプレーバーアセンブリのうちの1つ以上を備える。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、ドラムアセンブリ内で1つ以上の材料(例えば、液体、固体、懸濁物、混合物など)を分注するための1つ以上の開口部(例えば、ノズルまたはスプレー先端)を含むスプレーバーを備える。特定の実施形態では、スプレーバーは、ドラムアセンブリの内部内に実質的に位置決めされる。特定の実施形態では、スプレーバーは、ドラムアセンブリの内部内で材料を分注するように位置決めされる。特定の実施形態では、スプレーバーは、ドラムアセンブリ内で炭素質組成物(例えば、rGO)を分注するように構成される。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、炭素質組成物を低圧で分注するように構成される。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、炭素質組成物を洗浄および/または精製するためのドラムアセンブリ内で液体(例えば、脱イオン水保持タンク4706からの脱イオン水)を分注するように構成される。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリが、液体を高圧でスプレーすることによって液体を分注するように構成される(例えば、炭素質組成物をリンスするために)。特定の実施形態では、高圧は、低圧よりも高い圧力であり、炭素質組成物は、高圧で分注される液体と比較して低圧で分注される。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、1つ以上のスプレーバー(例えば、図28Aのスプレーバー2801)を備える。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、または10個のスプレーバーを備える。特定の実施形態では、スプレーバーは、1つ以上の材料を分注するための1つ以上の開口部(例えば、ノズル、スプレー先端2809など)を備える。特定の実施形態では、スプレーバーは、炭素質組成物を分注するための一組の開口部を備える。特定の実施形態では、スプレーバーは、液体を分注するための一組の開口部を備える。特定の実施形態では、スプレーバーは、炭素質組成物を分注する(例えば、低圧で)ための第1の一組の開口部および液体を分注する(例えば、高圧で)ための第2の一組の開口部を備える。特定の実施形態では、ドラムアセンブリの内部は、固体および/または液体粒子がドラムアセンブリの内部から出ることを防止するように実質的に閉鎖される。例えば、特定の実施形態では、ドラムアセンブリの内部は、実質的に閉鎖され、アセンブリは、不純物、反応副生成物、および/または廃棄物が通過することを可能にしつつ、ドラムアセンブリ内の炭素質組成物の還元形態を保持するのに好適な孔径を含むドラムメッシュおよび/またはドラムミクロンフィルタを備える。いくつかの実施形態では、第2の反応フィルタは、ドラムアセンブリの外部からの液体を分注するように構成されたスプレーバーアセンブリを備える。いくつかの実施形態では、第2の反応フィルタ4708は、ドレンパン(図23)内の液体(例えば、脱イオン水)中に部分的または完全に浸漬されるドラムアセンブリを備える。特定の実施形態では、ドラムアセンブリは、ドラムアセンブリの内側の炭素質組成物のリンスを増強するために回転される。特定の実施形態では、ドレンパンは、ドレンを含む。特定の実施形態では、ドレンは、開閉するように構成される。特定の実施形態では、第2の反応フィルタは、1つ以上のセンサ(例えば、温度、pH、および/または塩濃度センサ)を備える。特定の実施形態では、1つ以上のセンサは、ドレンパンの内側に位置決めされる。特定の実施形態では、1つ以上のセンサは、ドレンに位置決めされる。特定の実施形態では、第2の反応フィルタは、炭素質組成物(例えば、rGOの1バッチ)に関して複数回の洗浄または洗浄サイクルを受ける。特定の実施形態では、各洗浄は、ある容積の液体(例えば、脱イオン水)を使用する。特定の実施形態では、洗浄または洗浄サイクルは、少なくとも5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、または100ガロンの液体を使用する。特定の実施形態では、炭素質組成物を含むドラムアセンブリは、1回以上のリンスまたは洗浄サイクルを受ける。特定の実施形態では、リンスまたは洗浄サイクルは、ある容積の液体でドレンパンを充填すること(例えば、ドレンは、閉じられる)と、ドラムアセンブリを回転させて、炭素質組成物をリンスすることと、ドレンを開いて、液体を流出させることと、を含む。特定の実施形態では、リンスまたは洗浄サイクルは、スプレーバーアセンブリから、ある容積の液体をスプレーして、炭素質組成物をリンスまたは洗浄することと、液体が流出することを可能にする。特定の実施形態では、第2の反応フィルタの1つ以上の構成要素の操作は、自動化または半自動化される。例えば、特定の実施形態では、第2の反応フィルタの操作は、炭素質組成物(例えば、rGO)を濾過および/または精製するのに好適な一組の命令またはステップを含む。特定の実施形態では、第2の反応フィルタの操作は、ドラムアセンブリ(例えば、ドラムアセンブリ、ドラムシャフト、駆動シャフト、アイドラシャフトなどを作動させるモータ)、スプレーバーアセンブリ(例えば、低圧入力、高圧入力)、およびドレンパンドレン(例えば、開閉)の1つ以上の構成要素の制御を含む。
いくつか実施形態では、中央制御ユニットは、第1の反応システムまたは装置、第1の反応フィルタ、第2の反応システムまたは装置、および第2の反応フィルタを制御する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、手動、自動、または半自動である制御を提供する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、本明細書に説明されるシステム、装置、フィルタ、またはプロセスの任意の組み合わせを制御する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、第1の反応温度を制御する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、第1の反応システムまたは装置の1つ以上の構成要素を制御する(例えば、炭素質組成物の酸化を実行するために)。一例として、特定の実施形態では、中央制御ユニットは、ミキサ、氷オーガフィード、および触媒オーガフィード(例えば、過マンガン酸カリウムオーガフィード)のうちの1つ以上を制御する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、第1の反応を実行するためのシステム(例えば、第1の反応システム、装置、またはアセンブリ)内への1つ以上の反応物または成分の追加のタイミング、量、および/または速度を制御する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、第1の反応システムの容器、反応チャンバ、またはユニット内への過マンガン酸カリウムおよび/または氷の追加のタイミング、量、および/または速度を制御する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、第1の反応フィルタまたは第1の反応濾過プロセスを制御する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、第2の反応システムまたは装置を制御する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、第2の反応を実行するためのシステム(例えば、第2の反応システム、装置、またはアセンブリ)内への1つ以上の反応物または成分の追加のタイミング、量、および/または速度を制御する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、第2の反応システムの容器、反応チャンバ、またはユニット内への過酸化水素および/またはアスコルビン酸ナトリウムの追加のタイミング、量、および/または速度を制御する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、第2の反応フィルタまたは第2の反応濾過プロセスの1つ以上の構成要素を制御する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、ドラムアセンブリの回転(例えば、回転のオンまたはオフ、回転速度、回転増減率)、スプレーバーアセンブリ(例えば、分注されるrGOの速度、量、および/または圧力、分注される脱イオン水の速度、量、および/または圧力)、ならびにドレンパンドレン(例えば、ドレンの開閉)のうちの1つ以上を制御する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、第1の反応システムまたは装置、第1の反応フィルタ、第2の反応システムまたは装置、および第2の反応フィルタのうちの1つ以上からのセンサデータを利用する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、第1の反応システムまたは装置、第1の反応フィルタ、第2の反応システムまたは装置、および第2の反応フィルタのうちの1つ以上の操作を調整する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、炭素質組成物を処理するための構成要素、サブシステム、および/またはシステムを制御する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、酸化グラフェンおよび/または還元型酸化グラフェン(例えば、単層または多層のGOまたはrGO)の生成速度を最適化するように、炭素質組成物を処理するための構成要素、サブシステム、および/またはシステムの操作を調整する。
特定の実施形態では、中央制御ユニットおよび/またはその筐体は、本明細書に説明されるシステムまたは装置の1つ以上の構成要素に物理的に取り付けられる。あるいは、他の実施形態では、中央制御ユニットおよび/またはその筐体は、本明細書に説明されるシステムおよびアセンブリの1つ以上の構成要素から遠隔に位置する。例えば、特定の実施形態では、中央制御ユニットは、炭素質組成物を処理するためのシステム(例えば、第1の反応システム、第1の反応フィルタ、第2の反応システム、第2の反応フィルタなど)を収容する空間から地理的に分離される。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、操作(例えば、機械的操作)を制御するために、炭素質組成物を処理するためのシステムの1つ以上の構成要素に電気的または電子的に接続される。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、例えば、第1の反応、第1の濾過、第2の反応、第2の濾過、またはそれらの任意の組み合わせを実行するための1つ以上のシステムを制御する。特定の実施形態では、中央制御ユニットおよびシステムは、有線または無線接続を介して通信および/または接続される。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、ユーザインターフェースを含み、これは、ユーザがインターフェースで入力を入力することを可能にする。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、システムまたはその構成要素もしくはサブシステムのいずれかを制御するために、プロセッサを備えるデジタル処理デバイスを含む。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、デジタル処理デバイスによって埋め込まれ、実行可能である1つ以上のソフトウェアモジュールを含む(例えば、頂部アセンブリの1つ以上の要素を制御するために)。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、非一時的コンピュータ可読媒体、インターネット、クラウド、モバイルアプリケーションなどからデータを受信するために、電子インターフェースを含む。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、デジタルディスプレイを含む。特定の実施形態では、デジタルディスプレイは、第1の反応システム、第1の反応フィルタ、第2の反応システム、第2の反応フィルタ、またはそれらの任意の組み合わせの制御および/または機能に関する情報を表示する。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、第1の反応システム、第1の反応フィルタ、第2の反応システム、第2の反応フィルタ、またはそれらの任意の組み合わせをオンおよび/またはオフに切り替えるためのオン/オフスイッチを含む。特定の実施形態では、中央制御ユニットは、第1の反応システム、第1の反応フィルタ、第2の反応システム、第2の反応フィルタ、またはそれらの任意の組み合わせの1つ以上の要素を制御するための事前にプログラムされたプロトコルを含む。特定の実施形態では、そのような要素は、モータ、撹拌機、ミキサもしくはミキサシステム、氷オーガフィード、過マンガン酸カリウムオーガフィード、アスコルビン酸ナトリウムフィード、過酸化水素フィード、蓋、カバー、フードアセンブリ、ドライバ、ドラムシャフト、アイドラシャフト、駆動シャフト、アイドラホイール、駆動ホイール、スプレーバーアセンブリ、受台枢動アセンブリ、ドラム受台アセンブリ、蓋、フレームアセンブリ、駆動ベルト、またはそれらの任意の組み合わせのうちの1つ以上を含む。
特定の実施形態では、酸化グラファイト(GO)およびグラフェンを作製するプロセスは、酸化、濾過(例えば、精製)、還元および第2の濾過(例えば、最終精製)を含む。特定の実施形態では、酸化グラファイト(GO)を作製するプロセスは、酸化および濾過を含む。特定の実施形態では、第1の反応から発生したGOは、1つ以上の下流用途のために適切なpHに処理される。特定の実施形態では、第1の反応から発生したGOは、約4.5~5.0、5.0~5.5、5.5~6.0、6.0~6.5、または6.5~7.0のpHに処理される。特定の実施形態では、酸化グラファイト(GO)および/またはグラフェン(rGO)を作製するプロセスは、例えば、硫酸などの廃棄物を発生させる。特定の実施形態では、GO/rGOを作製するためのプロセスは、例えば、反応1の反応副生成物に石灰(例えば、CaO)を追加するなどの独立廃棄物処理ステップを含む。特定の実施形態では、廃棄物処理ステップは、硫酸廃棄物を石灰で中和して、石膏を発生させる。特定の実施形態では、石膏は、例えば、圧縮濾過されることによって処理される。例えば、任意の数の工業用圧縮濾過が、液体および/または濾過液を除去しつつ石膏を取得するように混合物を圧縮濾過するために使用され得る。特定の実施形態では、石膏は、次いで、乾燥される。特定の実施形態では、タンクおよびミキサを備える廃棄物処理装置は、反応1からの硫酸を含む廃液と石灰を混合することによって石膏を発生させるように構成される。処理された石膏は、例えば、肥料としてなどの、下流用途に有用である。石膏の高カルシウムおよび硫黄含有量ならびにその溶解性は、石膏を理想的な肥料にする。石膏はまた、土壌を酸性化せず、土壌中のアルミニウムの毒性を低減するように作用し得る。それゆえに、特定の実施形態では、GOおよび/またはrGOを作製するプロセスは、硫酸廃棄物を石膏に転換させる廃棄物処理ステップを含む。
特定の実施形態では、単一層GOへの酸化中、グラファイト(約1kg)は、98%硫酸(約32L)と混合され、約-10℃に冷却される。特定の実施形態では、GO反応器冷却コイルは、-2℃に冷却される。特定の実施形態では、グラファイト/硫酸混合物は、次いで、反応器に慎重に注入される。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウム(約4.8kg)粉末が、約1.5時間にわたってゆっくり反応器に加えられ、反応温度を約15℃未満に慎重に保つ。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウムの追加が完了した後、反応器冷却コイル温度は、約12℃に上げられ、反応は、約1.5時間にわたって最大約30℃まで加熱する。特定の実施形態では、反応器冷却コイルは、次いで、約-2℃に冷却され、反応温度は、おおよそ追加の30分間、約30℃に留まる。特定の実施形態では、破砕氷(約32kg)が、次いで、約1時間にわたって追加される。特定の実施形態では、反応温度は、この間にわたって約50℃に上昇する。氷の追加後、特定の実施形態では、反応は、約1時間、かき混ぜられる。特定の実施形態では、反応は、破砕氷(約72kg)を用いて最終的に反応停止される。特定の実施形態では、氷は、この反応停止中に溶解し、次いで、30%過酸化水素(約2L)が反応を停止するために追加される。いくつかの実施形態では、反応は、GO反応器(例えば、反応器または反応容器)内で反応停止される。いくつかの実施形態では、反応は、反応停止されるタンクに移される。いくつかの実施形態では、本明細書に説明される冷却機構は、反応器および/またはタンクに適用される。例えば、冷却コイル、破砕氷、冷水、および他の機構は、反応を冷却する、かつ/または反応器および/またはタンク内で反応を反応停止させるために利用され得る。
特定の実施形態では、多層GOへの酸化中、グラファイト(約1kg)は、98%硫酸(約32L)と混合され、約-10℃に冷却される。特定の実施形態では、GO反応器冷却コイルは、約-2℃に冷却される。特定の実施形態では、グラファイト/硫酸混合物は、次いで、反応器に慎重に注入される。特定の実施形態では、過マンガン酸カリウム(約2kg)粉末は、約45分にわたってゆっくりと反応器に追加され、反応温度を約15℃未満に慎重に保つ。特定の実施形態では、反応は、次いで、約15℃の反応温度で約30分間かき混ぜることを可能にされる。特定の実施形態では、反応は、破砕氷(約125kg)を用いて最終的に反応停止される。特定の実施形態では、氷は、この反応停止中に溶解し、次いで、30%過酸化水素(約1L)が反応を停止するために追加される。
特定の実施形態では、精製は、接線流濾過プロセスを使用して実施される。特定の実施形態では、フィルタタイプは、約0.02ミクロン孔径を有する変性ポリエーテルスルホン中空フィルタ膜である。特定の実施形態では、精製は、生成物のpHが約5に達したときに完了する。いくつかの実施形態では、精製されたGOは、次いで、約1重量%の溶液に濃縮される。特定の実施形態では、GOは、図88A~88Bに示されるような真空濾過システムまたはテーブルを使用して精製される。
特定の実施形態では、還元は、精製された1重量%のGO(約1kg)溶液を約90℃に加熱することと、30%H2O2(約1L)を約1時間で追加することと、によって実施される。約1時間後、30%H2O2(約1L)が、反応に追加され、おおよそ追加の3時間、約90℃で加熱される。次いで、アスコルビン酸ナトリウム(約4.95kg)が、約30分にわたって反応に追加される。特定の実施形態では、反応は、還元型酸化グラファイト(rGO)を形成するために、おおよそ追加の1.5時間、かき混ぜながら加熱を継続する。
特定の実施形態では、最終的な精製は、例えば、2ミクロンの316ステンレス鋼メッシュフィルタ(例えば、第2の反応フィルタを介して)を通る真空濾過を介してrGOを精製することを含む。特定の実施形態では、水は、全ての塩を除去するためにrGOを通して流される。特定の実施形態では、精製は、rGO溶液が約50μS/cm以下の伝導度を有するときに完了する。特定の実施形態では、濾過は、本明細書に説明される(例えば、図41~43に示される)第2の反応フィルタを使用して達成される。一例として、特定の実施形態では、rGOの第2の反応生成物のスラリーは、ドラムが回転している(例えば、600rpm)ときにスプレーバーによって低圧(例えば、図41Aの「低圧流体入口」)でドラムアセンブリ(例えば、ドラム)の内部空間内にポンプ送出される。特定の実施形態では、ドラムの回転からの遠心力は、ドラムメッシュおよび/またはドラムミクロンフィルタの内面に対してスラリーを押し付ける。水および溶解した溶質は、メッシュ/フィルタ細孔を通過することができるが、rGO生成物は、保持される。特定の実施形態では、液体(例えば、脱イオン水)は、メッシュ/フィルタの内面上に固着したrGO生成物に対して、スプレーバーの開口部(例えば、スプレー先端2809)から高圧(例えば、図41Aの「高圧流体入口」)でスプレーされる。特定の実施形態では、高圧流体は、rGO生成物をメッシュ/フィルタの表面から、ドラムの底部内に落とす。特定の実施形態では、ドラムは、この洗浄プロセス中に回転している。特定の実施形態では、ドラムは、rGOの洗浄および/または乾燥を容易にするために、同一速度で連続的に回転するか、速度を変化させるか、ストップアンドゴーを行うか、逆転するか、またはそれらの任意の組み合わせを行う。特定の実施形態では、ドラムの底部(例えば、底部1/2、底部1/3、底部1/4、または底部1/5など)は、ドレンパン溶接物内に位置決めされる(例えば、ドレンパン溶接物の上縁の下)。いくつかの実施形態では、ドラムの底部の一部分は、rGOの第2の反応生成物を洗浄するために使用されている液体の下に浸漬される。これは、メッシュ/フィルタの表面から落とされたrGOが、ドレンパン溶接物内のある量の液体中での浸漬によってさらに洗浄されることを可能にする。特定の実施形態では、rGO生成物が十分に洗浄されると、液体は、ドレンパンから流出させられ、スプレーバーは、高圧液体の噴射を止める。特定の実施形態では、ドラムは、rGO生成物の乾燥を助けるために高rpmで回転する。特定の実施形態では、真空が、この手順の間の任意の時点で濾過および/または流出プロセスを増強するために適用される。いくつかの実施形態では、rGO生成物は、複数の洗浄段階を受ける。特定の実施形態では、各洗浄または洗浄段階は、ドレンパン内の液体の少なくとも大部分が流出したときに終了する。特定の実施形態では、ドラムは、1バッチの炭素質組成物(例えば、rGO)に対して少なくとも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、または30回の洗浄を提供する。
GO、rGO、グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせなどの炭素質組成物を濾過するための真空濾過デバイスおよびシステムが本明細書に開示される。真空濾過システムの一実施形態が図88A~88Cに示される。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、第1の反応フィルタ(例えば、反応生成物および/またはGOを作製するための第1の反応システムの廃棄物を濾過する)である。特定の実施形態では、真空濾過システムは、本明細書の他の箇所に説明されるように様々な構成要素を備える。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、少なくとも1つのドレンパンを備える(例えば、図78、図88Bに示されるように)。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、少なくとも1つのトレイを備える(例えば、図87Aに示されるように)。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、真空テーブルフレームなどのフレーム、および任意選択的に制御ユニットなどの電気システムを備える(例えば、図86Aおよび86Bに示されるように)。いくつかの実施形態では、制御ユニットは、精製プロセスに関する情報を表示する(清浄化サイクルのステップ、完了までの推定時間などの情報を監視する)、および/またはユーザ入力もしくは命令を受信するためのユーザインターフェースを備える。いくつかの実施形態では、制御ユニットは、ディスプレイ画面を備える。いくつかの実施形態では、ディスプレイ画面は、タッチ画面である。いくつかの実施形態では、制御ユニットは、真空テーブルフレームに取り付けられる。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、少なくとも1つの真空テーブルトレイメッシュを備える。いくつかの実施形態では、濾過材料(例えば、1つ以上のフィルタ層)は、真空テーブルトレイメッシュ上に位置決めされる。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、少なくとも1つのスプレーバーアセンブリを備える。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、炭素質組成物および少なくとも1つのスプレーバーアセンブリを受容するための表面を備える。特定の実施形態では、スプレーバーアセンブリは、ドラムアセンブリ内で1つ以上の材料(例えば、液体、固体、懸濁物、混合物など)を分注するための1つ以上の開口部(例えば、ノズルまたはスプレー先端)を含むスプレーバーを備える。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、真空テーブルフレームを備える。
いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、真空濾過テーブルに沿って1つ以上のスプレーバーアセンブリを移動させるための機構を備える。例えば、図86Cは、真空濾過装置の調整可能なアクチュエータおよび近接センサを示す。いくつかの実施形態では、アクチュエータは、1つ以上のスプレーバーアセンブリの移動を可能にする。いくつかの実施形態では、近接センサは、例えば、スプレーバーアセンブリがその許容可能なまたは最大の位置または範囲の端に近づいているときに、スプレーバーアセンブリの移動および/または位置を検出するように構成される。
いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、真空テーブルトレイを定位置にクランプするための調整可能な機構(例えば、クランプ)を備える(図86D参照)。いくつかの実施形態では、機構は、真空テーブルトレイ上に圧力を調整可能に適用し、真空テーブルトレイをドレンパンの上の真空テーブル上で定位置に保持するように構成される。いくつかの実施形態では、機構は、漏れが軽減され、濾過液が濾過材料を通過させられるように、真空テーブルトレイ上に圧力を提供する。
いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、例えば、図88Bおよび88Cに示されるように、少なくとも1つの真空タンクを備える。いくつかの実施形態では、真空タンクは、タンクの底部またはその周囲に位置決めされた少なくとも1つのドレン出口を備える。いくつかの実施形態では、真空タンクは、任意選択的にタンクの頂部またはその周囲に位置決めされた、少なくとも1つの真空入口を備える。いくつかの実施形態では、真空タンクは、任意選択的にタンクの頂部またはその周囲に位置決めされた、1つ以上の流体取入口または入口を備える。いくつかの実施形態では、真空タンクは、濾過材料を通して(例えば、流体取入口を通して)流出した廃棄物または濾過液を受容するように構成される。いくつかの実施形態では、廃棄物または濾過液の流出は、真空または吸引の適用によって増強される。例えば、いくつかの実施形態では、1つ以上の流体取入口は、廃棄物または濾過液を受容するためにドレンパン(図88B参照)の底部弁に流体連通であるか、または連結される。場合によっては、吸引または真空は、真空入口を通して真空タンクに適用され、これは、ドレンパンからの廃棄物または濾過液の吸引または取り入れを増強し得る。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、濾過液の廃液を可能にしつつ、濾過材料を支持するように構成された図88Dに示されるような支持体を備える。いくつかの実施形態では、支持体は、ドレンパン内および濾過材料の下に位置決めされる。
特定の実施形態では、真空テーブルトレイメッシュ(本明細書ではフィルタトレイメッシュとも称される)は、濾過材料に構造的支持を提供する。いくつかの実施形態では、濾過材料に構造的支持を提供することは、真空源によって適用されている真空/吸引力と併せて炭素質材料および洗浄液の重量によって生じた力に起因して、濾過材料の撓みまたは破れを防止するために重要である。いくつかの実施形態では、フィルタトレイメッシュは、ステンレス鋼メッシュである。特定の実施形態では、フィルタトレイメッシュは、複数の細孔を有する。特定の実施形態では、フィルタトレイメッシュの細孔形状は、正方形、円形、楕円形、矩形、菱形または他の幾何学的形状を含む(例えば、メッシュが平坦かつ巻かれていないとき)。いくつかの実施形態では、フィルタトレイメッシュの細孔形状は、正方形である。特定の実施形態では、フィルタトレイメッシュの孔径は、細孔の直径を説明する。いくつかの実施形態では、フィルタトレイメッシュは、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、または2.0インチ以下の孔径を有する細孔を含む。いくつかの実施形態では、フィルタトレイメッシュは、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、または2.0インチ以上の孔径を有する細孔を含む。いくつかの実施形態では、フィルタトレイメッシュは、約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、または2.0インチの孔径を有する細孔を含む。いくつかの実施形態では、フィルタトレイメッシュは、約0.1インチ~約1インチの孔径を有する。いくつかの実施形態では、フィルタトレイメッシュは、炭素質組成物を濾過するために使用される濾過材料である。例えば、特定の実施形態では、フィルタトレイメッシュは、約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、または10.0ミクロンの孔径を有する。特定の実施形態では、フィルタトレイメッシュは、約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、または10.0ミクロン以上の孔径を有する。特定の実施形態では、フィルタトレイメッシュは、約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、または10.0ミクロン以下(例えば、以下)の孔径を有する。いくつかの実施形態では、フィルタトレイメッシュは、約1ミクロンの孔径を有する。
一実施形態では、真空濾過システムは、少なくとも1つの真空テーブルトレイと、少なくとも1つの真空テーブルトレイ上に洗浄液を分注するように位置決めされた少なくとも1つのスプレーバーアセンブリとを備える(図88A~88Bに示される)。この実施形態では、少なくとも1つの真空テーブルトレイは、濾過材料を備え、六角スペーサ材料および/またはメッシュ(例えば、第2の反応フィルタについて説明されたメッシュ)などのグリッドの頂部上に位置決めされる。グリッドは、ステンレス鋼などの様々な材料で作製され得る。真空テーブルトレイおよび六角スペーサ材料は、真空テーブルフレームである。Vitonバルブシールは、真空テーブルトレイによって画定された空間の外側の漏出を防止するシールを提供し、したがって、濾過材料および六角スペーサ材料を通るように排液を方向付ける。真空テーブルトレイの下は、排液を回収するためのドレンパンである。六角スペーサ材料は、ドレンパン内および/またはその上に位置決めされる。真空テーブルトレイは、六角スペーサ材料の頂部上に位置決めされ、クランプは、シールを形成する(例えば、真空テーブルトレイとドレンパンとの間に位置決めされたガスケットを介して)ように六角スペーサ材料およびドレンパンに対して緊密にフィルタトレイを押し付けるために使用される。ドレンパンの底部は、真空源からの真空の適用が、濾過材料および六角スペーサ材料を通したドレンパン内、次いで、真空タンク内への濾過液の排液を増強するために吸引をもたらすように、真空タンクおよび真空源に連結される。真空濾過システムの動作中、酸化グラフェンを含む炭素質組成物は、過マンガン酸カリウム、硫酸、過酸化水素、水、および任意の不純物を含む第1の反応の廃棄物を伴って濾過材料上に分注される。真空または負圧は、真空テーブルトレイ上の濾過材料を通した第1の反応の廃棄物の排液または流通を増強するために真空源によって適用される。次に、スプレーバーアセンブリは、排液によって除去される廃棄物を希釈するために、真空テーブルトレイ上の炭素質組成物の上に均質に洗浄液を分注する。いくつかの実施形態では、洗浄液は、真空が排液速度を増強するために周期的に適用される前に、真空テーブルトレイの一部分を満たす。いくつかの実施形態では、真空は、排液速度を増強するために連続的に適用される。一方、酸化グラフェンは、濾過材料によって保持される。結果物である精製された酸化グラフェンは、第2の反応システムを使用するグラフェン/還元型GOの生成などの様々な下流用途に準備が整い、グラフェン/rGOは、本明細書に説明されるように電池および/またはコンデンサを製造するために使用され得る。
いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、スプレーバーアセンブリを備える。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、または20個のスプレーバーアセンブリを備える。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、または20個のスプレーバーアセンブリを備える。いくつかの実施形態では、スプレーバーアセンブリは、真空濾過システムのフレームの長さに並んでレールアセンブリに取り付けられる。いくつかの実施形態では、スプレーバーアセンブリは、レールアセンブリに沿って水平に摺動または移動するように構成される(図88A参照)。この構成の1つの利点は、スプレーバーアセンブリが、真空テーブル表面またはトレイ上に炭素質組成物および/または洗浄液を分注するために位置決めおよび/または再位置決めされ得る点である。いくつかの実施形態では、スプレーバーアセンブリは、レールアセンブリに沿った自動化された移動のために構成される(例えば、精製プロトコルに従う制御ユニットからの命令を介して)。いくつかの実施形態では、スプレーバーアセンブリは、精製プロトコルに従ってレールアセンブリに沿って移動するように構成される。いくつかの実施形態では、精製プロトコルは、炭素質組成物を分注している間にレールアセンブリに沿って移動するようにスプレーバーアセンブリを方向付けて、組成物が真空テーブルの表面またはトレイ表面上に均質に分注されることを確実にする。いくつかの実施形態では、精製プロトコルは、洗浄液を分注している間にレールアセンブリに沿って移動するようにスプレーバーアセンブリを方向付けて、真空テーブルの表面またはトレイ表面上での炭素質組成物の均質な洗浄または精製を確実にする。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、レールアセンブリに沿って1つ以上のスプレーバーアセンブリを移動させるために、駆動ギヤモータおよびチェーンならびにスプロケット伝動装置を備える。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、1つ以上のスプレーバーアセンブリの移動を可能にするために、レールアセンブリの移動を可能にするように構成される。
いくつかの実施形態では、スプレーバーアセンブリは、洗浄液の分散を改善するために管内に管を備える。単一管設計は、多くの場合、洗浄液の均質分散の発生に関する問題を有する(例えば、いくつかの開口部/ノズルは、他のものよりも多くの洗浄液を分注する)。いくつかの実施形態では、スプレーバーアセンブリは、外管内に配設された内管を備える。いくつかの実施形態では、内管は、上向きの1つ以上の開口部を備える(例えば、上向きは、内管の外周の上半分を指し、下向きは、内管の外周の下半分を指す)。したがって、いくつかの実施形態では、洗浄液は、まず、1つ以上の上向き開口部から出て、外管内に流れるのに十分高いレベルに洗浄液が上昇するまで、洗浄液の容積が内管を満たすまで内管を通って流れる。いくつかの実施形態では、内管の1つ以上の開口部は、外管の1つ以上の開口部と水平に位置合わせされる(図88Bのスプレーバーアセンブリの断面図に示されるように)。いくつかの実施形態では、内管は、内管の少なくとも一部分全体を通して均質に分散された複数の開口部を備える。洗浄液は、次いで、1つ以上の開口部を通って外管を出る(例えば、下向き開口部)。いくつかの実施形態では、外管は、外管の少なくとも一部分全体を通して均質に分散された複数の開口部を備える。いくつかの実施形態では、外管は、例えば、表面上に堆積した炭素質組成物を洗浄/清浄化するために、真空濾過システムの表面上に洗浄液を分注するように位置決めされる。スプレーバーの一例が図87Cに示される。いくつかの実施形態では、スプレーバーは、図87Bに示されるような1つ以上のスプレーバー補強材を備える。スプレーバー補強材は、スプレーバーに構造的支持を提供し得る。いくつかの実施形態では、スプレーバーアセンブリは、1つ以上のスプレーバーを回転または移動させるための1つ以上のハンドルを備える(図87D参照)。いくつかの実施形態では、スプレーバーアセンブリは、複数のスプレーバーを備える。いくつかの実施形態では、ハンドルの回転は、スプレー角度を調整するために対応するスプレーバーの回転をもたらす。いくつかの実施形態では、スプレーバーの回転は、自動化される(例えば、制御ユニットを介して制御される)。いくつかの実施形態では、スプレーバーアセンブリは、真空テーブルに並んでスプレーバーアセンブリを手動で再位置決めするためのハンドルを備える(例えば、真空テーブルの長さに沿った新たな位置にスプレーバーアセンブリをシフトする)。いくつかの実施形態では、スプレーバーアセンブリは、自動化システムを使用して再位置決めされる(例えば、制御ユニットを介して)。いくつかの実施形態では、スプレーバーアセンブリは、濾過または洗浄プロセスを改善する(例えば、濾過された酸化グラフェンの純度を高める)ために清浄化サイクルまたはプログラム中に再位置決めされる。
いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、モジュール式設計を有する。したがって、いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、複数の真空テーブルトレイおよび複数のスプレーバーアセンブリを備える。例えば、各真空テーブルトレイおよび/または真空テーブルトレイの構成要素(例えば、濾過材料、スペーサ材料など)は、濾過された/洗浄された炭素質組成物が真空濾過システムから移されることを可能にするように取り外され得る。このモジュール式設計は、炭素質組成物の拡大された濾過のための真空濾過の拡張を可能にする。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、少なくとも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、60、70、80、90、または100個以上の真空テーブルトレイおよび/またはスプレーバーアセンブリを備える。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、互いに隣接して配置された複数の真空テーブルトレイを備える。いくつかの実施形態では、各真空テーブルトレイは、濾過材料に構造的支持を提供するスペーサ材料などの表面を備える(例えば、真空/吸引の適用による、またはスプレーバーアセンブリによって分注される洗浄液による、破れまたは破壊から濾過材料を守るために)。いくつかの実施形態では、真空テーブルトレイは、例えば、液体がトレイからこぼれることを防止するために、1つ以上の側部を備える。いくつかの実施形態では、真空テーブルトレイは、水密である。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、濾過材料を備える。いくつかの実施形態では、濾過材料は、例えば、真空テーブルトレイの表面などの真空濾過システムの表面上に配設される。いくつかの実施形態では、真空テーブルトレイの表面は、スペーサ材料を通した流体の漏出を可能にする細孔、開口部、または他の間隙を有するスペーサ材料(例えば、六角スペーサ材料)を備える。いくつかの実施形態では、濾過材料は、スペーサ材料が構造的支持を提供するように、スペーサ材料の頂部上に配設される。いくつかの実施形態では、真空テーブルトレイは、少なくとも約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、または50平方フィート以上の頂部表面積(例えば、濾過材料の)を有する。いくつかの実施形態では、真空テーブルトレイは、約1×1、2×2、3×3、4×4、5×5、6×6、7×7、8×8、9×9、または10×10フィート以上の頂部表面積寸法を備える。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、濾過材料(例えば、濾過膜)を備える表面を有し、表面は、少なくとも約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、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450、または500平方フィート以上の表面積を有する。
いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、本明細書に説明される第1の反応システムから得られた炭素質組成物を濾過する。いくつかの実施形態では、第1の反応システムは、例えば、グラファイトなどの供給原料から酸化グラフェンを発生させる。ただし、様々な反応副生成物、残余反応物、および/または水もまた、発生する。したがって、いくつかの実施形態では、本明細書に開示される真空濾過デバイスおよびシステムは、第1の反応生成物の濾過を実行する。あるいは、いくつかの実施形態では、真空濾過デバイスおよびシステムは、第2の反応生成物(例えば、還元型GOまたはグラフェン)の濾過を実行する。いくつかの実施形態では、第1の反応生成物は、炭素質組成物を含む。いくつかの実施形態では、炭素質組成物は、グラフェン、酸化グラフェン、還元型酸化グラフェン、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、第1の反応生成物は、硫酸、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、水、不純物、反応副生成物、またはそれらの任意の組み合わせなどの廃棄物を含む。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、廃棄物が通過することを可能にしつつ、炭素質組成物を保持または捕捉するための濾過材料を支持する表面を備える。いくつかの実施形態では、表面は、濾過材料に構造的支持を提供する。いくつかの実施形態では、濾過材料は、ミクロンフィルタなどの少なくとも1つのフィルタ層を備える(例えば、第2の反応フィルタで使用されるドラムミクロンフィルタで使用されるものと同じ材料)。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのフィルタ層は、多孔質である。いくつかの実施形態では、フィルタ層は、少なくとも約0.5、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、50、60、70、80、90、または100ミクロンの平均直径、および/または約1、2、3、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、50、60、70、80、90、または100ミクロン以下の平均直径を有する細孔を備える。いくつかの実施形態では、濾過材料は、様々な孔径の複数のフィルタ層を備える。
特定の実施形態では、濾過材料は、望ましくない反応生成物または不純物が通過することを可能にしつつ、rGO/グラフェンを保持するのに好適な孔径を有する。特定の実施形態では、炭素質組成物(例えば、GOおよび/またはrGO)は、濾過材料の表面上に分注される。特定の実施形態では、濾過材料の孔径は、細孔の直径を説明する。特定の実施形態では、濾過材料は、GO/rGO/グラフェンの少なくとも約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.1%、99.2%、99.3%、99.4%、99.5%、99.6%、99.7%、99.8%、99.9%以上を保持するのに好適な孔径を有する。特定の実施形態では、濾過材料は、約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、または10.0ミクロンの孔径を有する。特定の実施形態では、濾過材料は、約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、または10.0ミクロン以上の孔径を有する。特定の実施形態では、濾過材料は、約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、または10.0ミクロン以下(例えば、以下)の孔径を有する。いくつかの実施形態では、濾過材料は、約0.1ミクロン~約3ミクロンの孔径を有する。いくつかの実施形態では、濾過材料は、少なくとも約0.1ミクロンの孔径を有する。いくつかの実施形態では、濾過材料は、最大で約3ミクロンの孔径を有する。いくつかの実施形態では、濾過材料は、約1ミクロンの孔径を有する。
ドレンパンの形状、サイズおよび/または寸法の例は、図78に示される。特定の実施形態では、ドレンパンは、例えば、ステンレス鋼などの1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。いくつかの実施形態では、ドレンパンは、ドレンを備える。いくつかの実施形態では、ドレンパンは、液体をドレンに向かって注ぐように角度付けられる。いくつかの実施形態では、ドレンパンは、水などの液体を回収および流出させるために真空濾過装置(例えば、VAC-0010)で使用される。
真空テーブルトレイの形状、サイズおよび/または寸法の例は、図87Aに示される。いくつかの実施形態では、真空テーブルトレイは、1つ以上の構成要素を備える。いくつかの実施形態では、真空テーブルトレイは、少なくとも1つのトレイ側部(図80)、トレイベースプレート(図81)、および濾過材料を備える。いくつかの実施形態では、真空テーブルトレイは、フィルタトレイメッシュとも称される、真空テーブルトレイメッシュ(図79)を備えるか、またはその頂部に載置される。
真空テーブルトレイメッシュの形状、サイズおよび/または寸法の例は、図79に示される。特定の実施形態では、真空テーブルトレイメッシュは、例えば、ステンレス鋼などの1つ以上の材料を含むか、またはそれらから作製される。いくつかの実施形態では、真空テーブルトレイメッシュは、真空テーブルトレイ上の濾過材料に支持を提供する。いくつかの実施形態では、真空テーブルトレイメッシュは、水などの液体が流出することを可能にする。いくつかの実施形態では、真空テーブルトレイメッシュは、メッシュ内の開口部のサイズに応じて、いくらかの濾過容量を提供する。いくつかの実施形態では、真空テーブルトレイメッシュは、液体が流出することを可能にしつつ、炭素質組成物またはGO/rGOなどの材料を捕捉する濾過材料を支持するために、真空濾過装置(例えば、VAC-0010)で使用される。
いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、軸受プレートを備える(図82に示される)。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、モータ装着プレートを備える(図83に示される)。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、レールガセットを備える(図84に示される)。いくつかの実施形態では、真空濾過システムは、フットプレートを備える(図85に示される)。
電池および/もしくはコンデンサまたはそれらの構成要素などのエネルギー貯蔵デバイスを生産するシステムおよびデバイスが本明細書に開示される。いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵デバイスは、GO、rGO、およびグラフェンなどの様々な炭素質組成物を使用して生産される。図89は、炭素質組成物を用いて基材(例えば、紙またはフィルム)をコーティングするための方法を示す。いくつかの実施形態では、炭素質組成物は、スラリーとして調製され、基材に適用され、次いで、電池を製造するために使用される。いくつかの実施形態では、スラリーは、リチウム化金属化合物、炭素質組成物(例えば、グラフェンなどの炭素系材料)、結合剤、溶媒、またはそれらの任意の組み合わせなどの1つ以上の構成要素を含む。いくつかの実施形態では、基材/シート上にスラリーをコーティングすることによって電極シートを調製するための圧延機械が本明細書に開示される(例えば、図94~99に示される)。
本開示のエネルギー貯蔵デバイスは、電極、セパレータ、電解質およびパッケージを備え得る。そのような構成要素は、異なる方式で製作および組み立てられ得る。特定の実施形態では、個々の構成要素が製作され、後から組み立てられ得る。いくつかの実施形態では、構成要素は、巻回または圧延によって組み立てられ得る。例えば、電池セルを作製する方法は、セパレータの第1のシートを提供することと、セパレータの第1のシート上に正電極シート(例えば、本開示の炭素系材料を含む)を配置することと、正電極シート上にセパレータの第2のシートを配置することと、セパレータの第2のシート上に負電極シート(例えば、グラファイトを含む)を配置することと、シートを圧延して、電池セル(ロール状セル)を形成することと、を含み得る。いくつかの実施形態では、構成要素は、スタッキングによって組み立てられ得る。
基材に適用されるスラリーは、電極混合物(例えば、カソード混合物またはアノード混合物)とすることができる。ミキサの一実施形態が図91に示される。いくつかの実施形態では、スラリーが混合され(例えば、カソードまたはアノードスラリー)、次いで、スラリーが圧延コーティングプロセスに進む前に大径粒子を除去するために真空フィルタによって濾過される。ミキサおよび真空フィルタの一実施形態が図93に示される。スラリーの特性は、スラリーが図92に示されるように測定され得るように測定され得る。スラリーの発生は、結合剤および溶媒を提供することを含み得る。結合剤および溶媒は、反応器内で組み合わせられ得る。反応器は、所与の温度(例えば、少なくとも約90℃)に加熱され得る。プロセスは、リチウム化金属化合物(例えば、リチウム化金属酸化物またはリン酸塩)および炭素系材料(例えば、多孔質炭素シート)を提供することを含み得る。スラリーは、圧延コーティングおよび乾燥、続いて圧延プレスによって処理され得る。次いで、プロセスは、スリッティングおよび金属タブの適用を含み得る。プロセスは、巻回、続いてネッキングをさらに含み得る。プロセスは、電解質の追加をさらに含み得る。最終的に、プロセスは、セル圧着を含み得る。
いくつかの実施形態では、スラリーは、図94~99に示されるように、圧延機械による大規模ロールツーロール処理を使用して基材上にコーティングされる。スラリーは、基材上にコーティングされ得る。基材(例えば、導電性の場合)は、電極集電体として機能し得る。いくつかの実施形態では、プロセス(処理)は、基材としてアルミニウム箔を使用することを含み得る。アルミニウム箔は、集電体を形成し得る。
コーティングされたスラリーは、フィルムを形成し得る。プロセス(処理)は、コーティングされたフィルムの乾燥を含み得る。コーティングされたフィルムは、例えば、図104、106、107、および108に示されるような最終製品(電池)を生産するために使用され得る。電池セルジャケットが図106に示される。例示的な電池セルジャケットおよびタブが図107に示される。本明細書に説明されるシステムおよび方法を使用して生産された例示的な電池が図108に示される。電池は、図109に示される装置を使用して試験され得る。
いくつかの実施形態では、固体基材上に炭素質組成物を分注するための装置であって、固体基材を係合するための表面を有するローラであって、ローラの回転が固体基材を経路に沿って前進させる、ローラと、ローラが固体基材を経路に沿って前進させる際に、固体基材上に炭素質組成物を分注するように経路に沿って位置決めされた印刷アセンブリと、を備える、装置が本明細書に開示される。いくつかの実施形態では、装置が、炭素質組成物を乾燥させるために、炭素質組成物を受容した後に固体基材に熱を提供する加熱源を備える。
いくつかの実施形態では、炭素質組成物を基材の表面上に含む基材を、エネルギー貯蔵デバイスに使用するための複数の帯状片に切断するための装置が本明細書に開示される。いくつかの実施形態では、装置は、ローラ上に位置決めされた複数のカッタを備えるスプリッタであり、ローラに沿って前進する基材が、複数の帯状片に分割される。複数の帯状片に分割された後の基材の例が図100に示される。スプリッタ装置の一実施形態が図90に示される。スラリーコーティングフィルムの例示的な帯状片が図101に示される。炭素質組成物および基材/フィルムが図102に示される。いくつかの実施形態では、装置は、カソード、アノード、および/またはセパレータ紙を図103に示されるような円筒形状に巻回するために使用される。いくつかの実施形態では、アノードは、図105に示されるように、スポット溶接機などの装置を使用して電池缶に取り付けられる。
特定の実施形態では、本明細書の方法(例えば、酸化グラファイトを作製する方法)は、酸化特質および剥離量の制御の点で調整可能である。特定の実施形態では、本明細書の方法は、手順および工学的温度制御によって、他の方法よりも安全である。特定の実施形態では、本明細書の方法は、本明細書に説明された反応および濾過を実行するための反応剤の使用を最小化するために効率的である。特定の実施形態では、本明細書の方法は、完全に拡縮可能であるように構成される。
本発明の好ましい実施形態が本明細書に示され説明されてきたが、そのような実施形態は単に例として提供されることが当業者には明らかであろう。ここで、多くの変形、変更、および置換が、本発明から逸脱せずに当業者に想到されるであろう。本明細書に説明されたシステム、デバイス、および方法の実施形態に対する様々な代替が本明細書に説明された主題を実施する際に採用可能であることが理解されるべきである。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を定義し、これらの特許請求の範囲内の方法および構造ならびにそれらの等価物がそれによって包含されることが意図される。