KR20190002432A - 탄소질 조성물의 프로세싱을 위한 방법, 디바이스 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
탄소질 조성물을 프로세싱하기 위한 방법, 디바이스, 및 시스템이 본원에 제공된다. 그 프로세싱은, 탄소질 조성물의 산화된 형태의 제조(또는 합성) 및/또는 산화된 탄소질 조성물의 환원된 형태의 제조(또는 합성)를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태는, 그래파이트로부터의 그래파이트 산화물의 제조(또는 합성) 및/또는 그래파이트 산화물로부터의 환원된 그래파이트 산화물의 제조(또는 합성)를 위한 방법, 디바이스, 및 시스템을 제공한다.
Description
교차 참조
본 출원은 2016년 2월 26일자로 출원된 미국 가출원 제62/300,550호, 2016년 2월 29일자로 출원된 미국 가출원 제62/301,511호, 3016년 3월 2일자로 출원된 미국 가출원 제62/302,689호, 2016년 4월 19일자로 출원된 및 미국 가출원 제62/324,796호의 이점을 주장하는데, 이들 출원은 참조에 의해 그 전체가 본원에 통합된다.
탄소질 조성물(carbonaceous composition)의 프로세싱을 위한 방법, 디바이스, 및 시스템이 본원에 제공된다. 소정의 실시형태에서, 프로세싱은 탄소질 조성물의 산화된 형태의 제조(또는 합성) 및/또는 산화된 탄소질 조성물의 환원된 형태의 제조(또는 합성)를 포함한다. 몇몇 실시형태는, 그래파이트로부터의 그래파이트 산화물의 제조(또는 합성) 및/또는 그래파이트 산화물로부터의 환원된 그래파이트 산화물의 제조(또는 합성)를 위한 방법, 디바이스, 및 시스템을 제공한다.
하나의 양태에서, 장치가 본원에서 개시되는데, 그 장치는 다음을 포함한다: 탱크, 탱크는 탄소질 조성물을 포함함; 탱크에 마운트되는 믹서, 믹서는 탱크와 유체 연통함; 및 믹서에 기계적으로 커플링되는 탱크 교반기(agitator). 탱크 교반기는, 탱크 내의 탄소질 조성물을 교반하여, 약 1 톤/년(tonne per year; tpy)보다 더 큰 속도로 탄소질 조성물의 산화된 형태를 형성하도록 구성된다.
본원에서 개시되는 방법, 디바이스, 및 시스템의 다른 목적 및 이점은, 하기의 설명 및 첨부의 도면과 연계하여 고려될 때 추가로 인식되고 이해될 것이다. 다음의 설명은 특정한 실시형태를 설명하는 특정한 세부 사항을 포함하지만, 이것은 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며 오히려 바람직한 실시형태의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명의 각각의 양태의 경우, 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있는 많은 변형예가 본원에서 제안되는 바와 같이 가능하다. 몇몇 실시형태에서, 본원에서 개시되는 방법, 디바이스, 및 시스템은 명시적으로 열거되지 않는 다양한 변경 및 수정이 가능하다.
하나의 양태에서, 다음을 포함하는 반응 시스템이 본원에서 설명되는데: (a) 탄소질 조성물을 포함하는 반응 용기, 용기는 다음을 포함함 (i) 용기에 마운트되는 반응 믹서, 반응 믹서는 용기와 유체 연통함; 및 (ii) 반응 믹서에 기계적으로 커플링되는 반응 교반기, 반응 교반기는 용기 내의 탄소질 조성물을 교반하도록 구성됨; (b) 탱크, 탱크는 다음을 포함함 (i) 탱크에 마운트되는 탱크 믹서, 탱크 믹서는 탱크와 유체 연통함; 및 (ii) 탱크 믹서에 기계적으로 커플링되는 탱크 교반기, 교반기는 조성물이 탱크로 전달된 이후 탱크 내의 탄소질 조성물을 교반하도록 구성됨; 반응 시스템은 탄소질 조성물을 반응 용기로부터 탱크로 전달하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 반응 용기 내에 배치되는 센서를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 센서는 온도, pH, 또는 염 농도를 측정한다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 탱크 내에 배치되는 센서를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 센서는 온도, pH, 또는 염 농도를 측정한다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 15 ℃ 이하의 반응 온도를 유지하기 위해 반응 용기 안으로의 하나 이상의 반응물의 첨가의 속도를 조절한다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 반응이 끝난 이후에 반응 용기 내부의 온도(예를 들면, 반응 온도)가 주위 온도로 상승하는 것을 허용한다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 반응 용기 내부의 온도를 조정한다(예를 들면, 온도를 올리거나 내린다). 몇몇 실시형태에서, 시스템은 반응 용기 내부의 반응 온도를 감소시키도록 구성되는 하나 이상의 냉각 코일을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 시스템에 의해 수행되는 반응을 조절하기 위한 제어 유닛을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 제어 유닛은 반응 온도를 조절한다. 또 다른 실시형태에서, 제어 유닛은 반응 용기 내부의 탄소질 조성물의 온도를 조절한다. 또 다른 실시형태에서, 제어 유닛은 탄소질 조성물이 탱크로 전달된 이후에 탄소질 조성물의 온도를 조절한다. 또 다른 실시형태에서, 제어 유닛은 반응 용기 안으로의 하나 이상의 재료의 첨가의 속도를 제어하는 것에 의해 온도를 조절한다. 또 다른 실시형태에서, 하나 이상의 재료는 다음으로 구성되는 목록으로부터 선택된다: 탄소질 조성물, 과망간산 칼륨, 황산, 물, 과산화수소 및 얼음. 몇몇 실시형태에서, 반응 용기는 탄소질 조성물을 수용하기 위한 흡입구(intake)를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 용기는 과망간산 칼륨을 수용하기 위한 흡입구를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 용기는 황산을 수용하기 위한 흡입구를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 용기는 용기 내로 환기(ventilation)를 수용하기 위한 포트(port)를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 용기는 용기로부터 환기를 배출하기 위한 포트를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 반응 믹서 및 반응 용기를 서로를 향해 그리고 서로 멀어지게 이동시키도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 반응 믹서를 반응 용기 안으로 낮추도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 반응 믹서를 반응 용기로부터 멀어지게 상승시키도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 반응 용기를 반응 믹서로부터 멀어지게 낮추도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 반응 용기를 반응 믹서를 향해 상승시키도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 반응 믹서는, 반응 믹서가 반응 용기에 대해 이동할 수 있도록, 슬라이드 상에서 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 반응 믹서는 반응 용기의 클리닝(cleaning)의 용이성을 위해 반응 용기로부터 멀어지게 슬라이드하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 반응 믹서는, 반응 믹서가 반응 용기 안으로 낮추어 질 때, 반응 용기를 밀봉하기 위한 커버를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 믹서는 반응 믹서 블레이드(reaction mixer blade)인데, 반응 믹서 블레이드는 반응 용기의 측면의 5 인치 이내에 있는 에지를 구비한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 믹서는 반응 용기의 내부 표면과 맞물리는 스크레이퍼(scraper)를 포함하는데, 스크레이퍼는 내부 표면 상에 부착된 재료를 긁어내도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼는 스크레이퍼 블레이드이다. 또 다른 실시형태에서, 스크레이퍼는 반응 믹서에 부착된다. 또 다른 실시형태에서, 스크레이퍼는 비스듬히 반응 용기의 내부 표면과 맞물리는데, 스크레이퍼의 상부 부분은 교반기의 반응 믹서 블레이드의 회전 방향에서 스크레이퍼의 하부(bottom) 부분보다 앞서 있다. 몇몇 실시형태에서, 반응 믹서는 반응 용기에 부착되는 재료를 제거하도록 구성되는 스크레이퍼 블레이드를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 용기는 적어도 약 20 갤런의 부피를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 반응 용기는 적어도 약 60 갤런의 부피를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 탱크는 적어도 약 500 갤런의 부피를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 탱크는 적어도 약 1,600 갤런의 부피를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 반응 용기는 밸브를 포함하는데, 반응 용기는 밸브를 통해 탱크와 유체 연통한다. 또 다른 실시형태에서, 시스템은, 반응 용기에서 수행되는 반응을 냉각시키기 위해, 밸브를 개방하여 탄소질 조성물이 반응 용기로부터 탱크로 전달되는 것을 허용하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 반응 용기는 탱크보다 더 높게 배치되는데, 밸브의 개방은 반응 용기 내의 탄소질 조성물이 탱크 안으로 배출되는 것을 허용한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 교반기는 최대 약 60의 분당 회전수의 속도에서 구동된다. 몇몇 실시형태에서, 탱크는 적어도 약 200 갤런의 부피를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 탱크는, (i) 적어도 약 200 갤런의 액체, (ii) 적어도 약 300 파운드의 얼음, 또는 (iii) 액체 및 적어도 약 300 파운드의 얼음을 유지 또는 함유한다. 몇몇 실시형태에서, 탱크는 과산화수소를 수용하기 위한 흡입구를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 탱크는 과산화수소를 탱크의 내부 공간 안으로 분배하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 탱크는 분쇄된 얼음을 수용하기 위한 흡입구를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 탱크는 분쇄된 얼음을 탱크의 내부 공간 안으로 분배하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 탱크 믹서는 탱크의 상부에 마운트된다. 몇몇 실시형태에서, 탱크 믹서는, 탱크 교반기를 탱크 믹서에 기계적으로 커플링하는 샤프트를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 탱크 믹서는, 탱크 믹서가 탱크에 대해 이동할 수 있도록, 슬라이드 상에서 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 탱크 믹서는 탱크의 클리닝의 용이성을 위해 탱크로부터 슬라이드한다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 복수의 탱크 교반기를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 탱크 교반기는 최대 약 60의 분당 회전수의 속도에서 구동된다. 몇몇 실시형태에서, 탱크 교반기는 교반기 블레이드를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 교반기 블레이드는 탱크의 모든 측면 및 하부로부터 적어도 약 1/2 인치 간극을 갖는 2열의 4 블레이드를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 다음을 포함한다 (i) 탱크 믹서와 탱크 교반기 사이의 트랜스미션, 트랜스미션은 탱크 교반기를 작동시키도록 구성됨, 또는 (ii) 탱크 교반기를 작동시키도록 구성되는 모터, 모터는 탱크 믹서와는 분리됨. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 배치(batch)당 약 10 kg보다 더 큰 속도에서 탄소질 조성물의 산화된 형태를 형성한다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 배치당 약 50 kg보다 큰 속도에서 탄소질 조성물의 산화된 형태를 형성한다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 하나 이상의 추가 반응 용기를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 시스템은 적어도 두 개의 반응 용기를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 시스템은 적어도 세 개의 반응 용기를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 시스템은 적어도 네 개의 반응 용기를 포함한다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 탱크는 적어도 네 개의 반응 용기의 적어도 조합된 부피의 부피를 갖는다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 탱크는 적어도 네 개의 반응 용기의 조합된 부피의 적어도 두 배의 부피를 갖는다. 또 다른 실시형태에서, 시스템은 적어도 여덟 개의 반응 용기를 포함한다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 탱크는 적어도 네 개의 반응 용기의 적어도 조합된 부피의 부피를 갖는다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 탱크는 적어도 여덟 개의 반응 용기의 조합된 부피의 적어도 두 배의 부피를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 탄소질 조성물은 그래파이트를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 탄소질 조성물은 그래파이트 공급 원료(feedstock)를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 탄소질 조성물을 그래핀 산화물(graphene oxide)로 프로세싱하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 탄소질 조성물을 프로세싱하도록 구성되는데, 프로세싱된 탄소질 조성물은, 약 10 mV/s의 스캔 속도(scan rate)에서 적어도 약 100 mF/cm2의 피크 커패시턴스를 갖는 전극을 포함하는 커패시터를 제조함에 있어서 하류에서의 사용에 적합하다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 탄소질 조성물을 프로세싱하도록 구성되는데, 프로세싱된 탄소질 조성물은, 약 10 mV/s의 스캔 속도에서 적어도 약 150 mF/cm2의 피크 커패시턴스를 갖는 전극을 포함하는 커패시터를 제조함에 있어서 하류에서의 사용에 적합하다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 탄소질 조성물을 프로세싱하도록 구성되는데, 프로세싱된 탄소질 조성물은, 약 10 mV/s의 스캔 속도에서 적어도 약 200 mF/cm2의 피크 커패시턴스를 갖는 전극을 포함하는 커패시터를 제조함에 있어서 하류에서의 사용에 적합하다. 몇몇 실시형태에서, 시스템은 반응 용기에서 탄소질 조성물을 수반하는 제1 반응을 수행하도록 그리고 탱크에서 제1 반응을 냉각시키도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 시스템은, 탄소질 조성물, 황산 및 과망간산 칼륨 중 하나 이상을 첨가하는 것에 의해 제1 반응을 수행하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 시스템은, 과산화수소 및 얼음 중 하나 이상을 첨가하는 것에 의해 제1 반응을 냉각시키도록 구성된다. 앞선 실시형태 중 임의의 것의 시스템을 사용하여 탄소질 조성물을 프로세싱하는 방법이 본원에서 개시된다.
하나의 양태에서, 다음을 포함하는 반응 시스템이 본원에서 개시되는데: (a) 그래파이트를 포함하는 반응 용기, 용기는 다음을 포함함: (i) 용기에 마운트되는 반응 믹서, 반응 믹서는 용기와 유체 연통함; 및 (ii) 반응 믹서에 기계적으로 커플링되는 반응 교반기, 반응 교반기는 용기 내의 그래파이트를 교반하도록 그리고 그래핀 산화물로의 그래파이트의 변환을 용이하게 하도록 구성됨; (b) 탱크, 탱크는 다음을 포함함: (i) 탱크에 마운트되는 탱크 믹서, 탱크 믹서는 탱크와 유체 연통함; 및 (ii) 탱크 믹서에 기계적으로 커플링되는 탱크 교반기, 교반기는, 조성물이 탱크로 전달된 이후 탱크 내의 그래핀 산화물을 교반하도록 구성됨; 반응 시스템은 그래핀 산화물을 반응 용기로부터 탱크로 전달하도록 구성된다.
하나의 양태에서, 반응 필터가 본원에서 개시되는데, 반응 필터는 다음을 포함하는데: (a) 드럼 어셈블리; (b) 드럼 어셈블리의 내부 내에 배치되는 스프레이 바 어셈블리(spray bar assembly), 스프레이 바 어셈블리는 다음을 포함함: (i) 세정액(wash liquid)을 분배하기 위한 하나 이상의 개구(opening)의 제1 세트; 및 (ii) 탄소질 조성물을 분배하기 위한 하나 이상의 개구의 제2 세트; 드럼 어셈블리는 회전하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 저압에서 탄소질 조성물을 분배한다. 몇몇 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 탄소질 조성물의 소스에 커플링된다. 몇몇 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 중력을 사용하여 탄소질 조성물을 분배한다(예를 들면, 탄소질 조성물은 스프레이 바 어셈블리를 통해 흐르고 중력을 통해 하나 이상의 개구 밖으로 흘러나오며 능동적으로 펌핑되지 않는다). 몇몇 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 세정액을 고압으로 분배한다. 몇몇 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 세정액의 소스에 커플링되는데, 소스는, 스프레이 바 어셈블리가 고압에서 세정액을 분배하는 것을 가능하게 하도록 세정액을 가압하기 위한 펌프를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 세정액은 탈이온수(deionized water)이다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 반응 필터의 동작을 제어하기 위한 제어 유닛을 더 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 제어 유닛은 하나 이상의 세정 사이클을 수행함에 있어서 반응 필터의 자율적 동작을 위해 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 제어 유닛은 임계 조건이 충족될 때까지 하나 이상의 세정 사이클을 수행하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 제어 유닛은 클리닝 프로토콜(cleaning protocol)을 수행하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 드럼 메쉬(drum mesh)를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 메쉬는 드럼 미크론 필터(drum micron filter)에 구조적 지지를 제공하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 메쉬는 약 2 인치 이하의 기공 사이즈(pore size)를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 메쉬는 약 0.5 인치의 기공 사이즈를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 드럼 미크론 필터를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 복수의 층을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 두 개의 층과 약 10 개의 층 사이의 층을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 두 개의 층과 약 6 개의 층 사이의 층을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 네 개의 층을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는, 여과(filtration) 이후 탄소질 조성물의 적어도 95 % w/w를 보유하기에 적합한 기공 사이즈를 갖는 기공을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 1 미크론의 직경을 갖는 기공을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 1 미크론 이하의 직경을 갖는 기공을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 2 미크론 이하의 직경을 갖는 기공을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 3 미크론 이하의 직경을 갖는 기공을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 5 미크론 이하의 직경을 갖는 기공을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 10 미크론 이하의 직경을 갖는 기공을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 드럼 메쉬 및 드럼 미크론 필터를 포함하는데, 드럼 메쉬 및 드럼 미크론 필터는 각각 오버래핑 심(overlapping seam)을 가지며, 오버래핑 심은 서로의 중첩을 방지하도록 배치된다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 하나 이상의 드럼 보강재 링(drum stiffener ring)을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 하나 이상의 드럼 보강재를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 중량을 최소화하도록 구성되는데, 드럼 어셈블리는 탄소질 조성물에 대한 여과를 제공하기에 충분한 내구성을 유지한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 하나 이상의 드럼 베어링 플레이트(drum bearing plate)를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 하나 이상의 드럼 베어링 플레이트는 스프레이 바 어셈블리를 강제로 회전시키지 않고도 회전하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 하나 이상의 드럼 프레임을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 하나 이상의 드럼 프레임은 드럼 어셈블리를 회전시키기 위한 회전력을 수용하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 반응 필터는 드럼 어셈블리에 회전력을 제공하도록 구성되는 구동 샤프트를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 세정액의 소스로부터 세정액을 수용하기 위한 제1 흡입구를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 세정액은 세정액의 소스로부터 스프레이 바 어셈블리의 제1 흡입구 안으로 펌핑된다. 또 다른 실시형태에서, 제1 흡입구는, 세정액을 수용하기 위해 세정액의 소스와 유체 연통하는 도관과 커플링하도록 구성된다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 제1 흡입구는 도관과 효율적으로 커플링 및 커플링 해제하도록 구성된다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 제1 흡입구는 신속 분리 피팅과 커플링하도록 구성되는데, 신속 분리 피팅(quick disconnect fitting)은 제1 흡입구를 밀봉한다. 또 다른 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 탄소질 조성물의 소스로부터 탄소질 조성물을 수용하기 위한 제2 흡입구를 포함한다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 탄소질 조성물은 소스로부터 스프레이 바 어셈블리의 제2 흡입구 안으로 펌핑된다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 제2 흡입구는 탄소질 조성물을 수용하기 위해 탄소질 조성물의 소스와 유체 연통하는 도관과 커플링하도록 구성된다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 제2 흡입구는 도관과 효율적으로 커플링하고 커플링 해제하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 하나 이상의 스프레이 바를 포함하는데, 하나 이상의 개구의 제1 세트 및 제2 세트는 하나 이상의 스프레이 바 상에 배치된다. 또 다른 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는, 하나 이상의 개구의 제1 세트 및 하나 이상의 개구의 제2 세트를 포함하는 스프레이 바를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는, 하나 이상의 개구의 제1 세트를 포함하는 제1 스프레이 바 및 하나 이상의 개구의 제2 세트를 포함하는 제2 스프레이 바를 포함한다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 하나 이상의 개구의 제1 세트 및 제2 세트는 스프레이 팁(spray tip)을 포함한다. 또한 여전히 또 다른 실시형태에서, 각각의 스프레이 팁은 적어도 30 도의 비스듬한 스프레이에서 세정액을 분사하도록 구성된다. 또한 여전히 또 다른 실시형태에서, 각각의 스프레이 팁은 적어도 50 도의 비스듬한 스프레이에서 세정액을 분사하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는, 탄소질 조성물을 정제하기에 충분한 압력에서 드럼 어셈블리의 내부 안으로 세정액을 분사하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 적어도 50 PSI의 압력에서 드럼 어셈블리의 내부 안으로 세정액을 분사하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 적어도 100 PSI의 압력에서 드럼 어셈블리의 내부 안으로 세정액을 분사하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 적어도 150 PSI의 압력에서 드럼 어셈블리의 내부 안으로 세정액을 분사하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 적어도 200 PSI의 압력에서 드럼 어셈블리의 내부 안으로 세정액을 분사하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 적어도 150 PSI의 압력에서 드럼 어셈블리의 내부 안으로 세정액을 분사하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 탄소질 조성물을 세정하기 위한 롤링 위치 및 탄소질 조성물을 언로딩하기 위한 언로딩 위치를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 언로딩 동안 드럼 어셈블리를 수용하도록 구성되는 드럼 크래들 용접물(drum cradle weldment)을 포함하는데, 드럼 어셈블리는 드럼 크래들 용접물 상으로 롤링된다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 드럼 크래들 용접물은 드럼 어셈블리를 고정하기 위한 하나 이상의 부착 메커니즘을 포함한다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 드럼 크래들 용접물은, 드럼 크래들 용접물로부터 연장하며 장치에 커플링되는 샤프트를 포함하는데, 드럼 크래들 용접물은 장치에 대하여 샤프트의 축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 드럼 크래들 용접물은 드럼 크래들 용접물의 회전을 방지하기 위한 로킹 메커니즘(locking mechanism)을 포함하는데, 로킹 메커니즘은 드럼 크래들 용접물의 회전을 허용하도록 해제 가능하다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 드럼 보강재를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 드럼 보강재 링을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 하나 이상의 세정 사이클 동안 상이한 속도에서 회전하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 적어도 300 rpm의 속도에서 회전하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 적어도 500 rpm의 속도에서 회전하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 구동 샤프트를 포함하는데, 구동 샤프트는 드럼 어셈블리와 맞물려 드럼 어셈블리에 회전력을 전달한다. 또 다른 실시형태에서, 구동 샤프트는, 구동 샤프트를 작동시키는 모터에 기계적으로 연결된다. 또 다른 실시형태에서, 구동 샤프트는, 드럼 어셈블리에 직접 접촉하는 하나 이상의 구동 휠을 포함하는데, 하나 이상의 구동 휠은 회전력을 드럼 어셈블리에 전달하도록 구성된다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 하나 이상의 드럼 프레임을 포함하는데, 각각의 드럼 프레임은 구동 휠을 수용하도록 구성되는 홈(groove)을 외부 표면을 따라 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 탄소질 조성물의 환원된 형태를 유지하는 탱크에 유체 흐름 가능하게 커플링되는데(fluidly coupled), 탄소질 조성물은 스프레이 바 어셈블리를 통해 드럼 어셈블리 안으로 분배되도록 펌핑된다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는, 드럼 어셈블리로부터 폐액(waste liquid)을 수집하기 위해 드럼 어셈블리 아래에 배치되는 드레인 팬(drainpan)을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 드럼 어셈블리로부터 폐액의 특성을 측정하도록 구성되는 센서를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 특성은 pH, 온도, 전도도, 및 염 농도로부터 선택된다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는, 연간 약 100 kg보다 더 큰 속도에서 드럼 어셈블리 내의 탄소질 조성물을 필터링하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 탄소질 조성물을 필터링하여 건조 이후 탄소질 조성물의 적어도 1 kg의 배치에 대해 적어도 95 % w/w의 순도를 획득하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 탄소질 조성물을 필터링하여 탄소질 조성물의 적어도 1 kg의 배치에 대해 적어도 200 mS/cm의 전도도를 획득하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 신속한 분리 및 재부착을 위해 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 탄소질 조성물의 배치당 하나 이상의 세정 사이클을 수행하도록 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 반응 필터는 수동 입력을 요구하지 않고도 하나 이상의 세정 사이클을 수행하도록 자동화된다. 또 다른 실시형태에서, 반응 필터는 미리 정의된 세정 프로토콜에 따라 하나 이상의 세정 사이클을 수행한다. 또 다른 실시형태에서, 반응 필터는 임계 조건이 충족될 때까지 하나 이상의 세정 사이클을 수행한다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 임계 조건은 pH, 온도, 전도도, 및 염 농도로부터 선택된다. 몇몇 실시형태에서, 세정 사이클은 탄소질 조성물을 드럼 어셈블리의 내부 안으로 분배하는 것, 세정액을 드럼 어셈블리의 내부 안으로 분배하는 것, 및 드럼 어셈블리를 회전시키는 것을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 하나 이상의 임계 조건이 충족될 때까지 세정 사이클을 수행하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 탄소질 조성물은 그래핀 산화물의 환원된 형태를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 탄소질 조성물은 rGO를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 탄소질 조성물은 그래핀을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 탄소질 조성물을 필터링하도록 구성되는데, 필터링된 탄소질 조성물은 약 10 mV/s의 스캔 속도에서 적어도 약 100 mF/cm2의 피크 커패시턴스를 갖는 전극을 포함하는 커패시터를 제조함에 있어서 하류에서의 사용에 적합하다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 탄소질 조성물을 필터링하도록 구성되는데, 필터링된 탄소질 조성물은 약 10 mV/s의 스캔 속도에서 적어도 약 150 mF/cm2의 피크 커패시턴스를 갖는 전극을 포함하는 커패시터를 제조함에 있어서 하류에서의 사용에 적합하다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 탄소질 조성물을 필터링하도록 구성되는데, 필터링된 탄소질 조성물은 약 10 mV/s의 스캔 속도에서 적어도 약 200 mF/cm2의 피크 커패시턴스를 갖는 전극을 포함하는 커패시터를 제조함에 있어서 하류에서의 사용에 적합하다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는, 하나 이상의 세정 사이클 동안 세정액 및 탄소질 조성물이 배출되는 것을 방지하도록 실질적으로 엔클로징된다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 크래들 피봇 어셈블리를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 드럼 크래들 어셈블리를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 아이들러 샤프트(idler shaft)를 포함하는 반응 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 구동 쉬라우드(drive shroud)를 포함하는 반응 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 드럼 샤프트 지지체를 포함하는 반응 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 모터 마운트 플레이트(motor mount plate)를 포함하는 반응 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 프레임 용접물을 포함하는 반응 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 리드 용접물(lid weldment)을 포함하는 반응 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 드레인 팬 용접물을 포함하는 반응 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 크래들 피봇 용접물(cradle pivot weldment)을 포함하는 반응 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 드럼 롤 가이드(drum roll guide)를 포함하는 반응 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 드럼 브레이스(drum brace)를 포함하는 반응 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 드럼 크래들 용접물을 포함하는 반응 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 드럼 엔드 캡 어셈블리(drum end cap assembly)를 포함하는 반응 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 스프레이 바 베어링 허브를 포함하는 반응 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 드럼 베어링 플레이트를 포함하는 반응 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 반응 필터는 드럼 샤프트 마운트를 포함하는 반응 필터를 포함한다. 다른 양태에서, 앞선 실시형태 중 임의의 것의 반응 필터를 사용하여 탄소질 조성물을 필터링하는 방법이 본원에 개시된다.
다른 양태에서, 장치가 본원에서 개시되는데, 그 장치는 다음을 포함하고: 탱크, 탱크는 탄소질 조성물을 포함함; 탱크에 마운트되는 믹서, 믹서는 탱크와 유체 연통함; 및 믹서에 기계적으로 커플링되는 탱크 교반기, 탄소질 조성물을 포함하는 탱크; 상기 탱크에 마운트되고, 상기 탱크와 유체 연통하는 믹서; 및 상기 믹서에 기계적으로 커플링되는 탱크 교반기, 탱크 교반기는, 탱크 내의 탄소질 조성물을 교반하여, 약 1 톤/년(tpy)보다 더 큰 속도로 탄소질 조성물의 산화된 형태를 형성하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 탱크는 적어도 약 100 갤런의 부피를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 탱크는 유체를 유지 또는 함유한다. 몇몇 실시형태에서, 유체는 탄소질 조성물을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 탱크는, (i) 적어도 약 100 갤런의 액체, (ii) 적어도 약 150 파운드의 얼음, 또는 (iii) 액체 및 적어도 약 150 파운드의 얼음을 유지 또는 함유한다. 몇몇 실시형태에서, 탱크는, (i) 적어도 하나의 유입구(inlet), (ii) 적어도 하나의 유출구(outlet), 또는 (iii) 적어도 하나의 유입구 및 적어도 하나의 유출구를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 탱크는 탱크의 상부에서 제1 유입구를 그리고 탱크의 배면(back)의 좌측 하부 에지에서 제2 유입구를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 탱크는 상부에서 제1 유출구를 그리고 탱크의 중심 단부의 하부에서 제2 유출구를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 믹서는 믹서 볼(mixer bowl)을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 믹서 볼은, 믹서 볼과 실질적으로 동일 높이에 마운트되는 버터플라이 밸브(butterfly valve)를 포함하는데, 믹서는 버터플라이 밸브를 통해 탱크와 유체 연통한다. 몇몇 실시형태에서, 믹서는 탱크의 상부에 마운트된다. 몇몇 실시형태에서, 믹서는 탱크 교반기를 믹서에 기계적으로 커플링하는 샤프트를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 샤프트는 구동 샤프트를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 믹서는, 믹서가 탱크에 대해 이동할 수 있도록, 슬라이드 상에서 구성된다. 또 다른 실시형태에서, 믹서는 탱크의 클리닝의 용이성을 위해 탱크로부터 멀어지게 슬라이드한다. 몇몇 실시형태에서, 장치는 복수의 탱크 교반기를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 탱크 교반기는 믹서의 전방 연결 장치(attachment)로부터 떨어져 있는 구동 샤프트로 구동된다. 몇몇 실시형태에서, 탱크 교반기는 적어도 약 60의 분당 회전수의 전력/주파수에서 구동된다. 몇몇 실시형태에서, 탱크 교반기는 교반기 블레이드를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 교반기 블레이드는 탱크의 모든 측면 및 하부로부터 적어도 약 1/2 인치 간극을 갖는 2열의 4 블레이드를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 교반기 블레이드 중 하나 이상의 최상부 블레이드는 탱크의 상부로부터 적어도 약 6 인치, 탱크의 각각의 측면으로부터 적어도 약 1/2 인치 떨어져 있다. 몇몇 실시형태에서, 장치는 다음을 더 포함한다: (i) 믹서와 탱크 교반기 사이의 트랜스미션, 트랜스미션은 탱크 교반기를 작동시키도록 구성됨, 또는 (ii) 탱크 교반기를 작동시키도록 구성되는 모터, 모터는 믹서로부터 분리됨. 또 다른 실시형태에서, 장치는 기어박스를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 장치는 믹서와 전기 통신하는 전원을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 탄소질 조성물의 산화된 형태는 약 2 tpy보다 더 큰 속도에서 형성된다. 몇몇 실시형태에서, 탄소질 조성물의 산화된 형태는 약 5 tpy보다 더 큰 속도에서 형성된다. 다른 양태에서, 앞선 실시형태 중 어느 하나의 장치를 사용하여 탄소질 조성물을 프로세싱하는 방법이 본원에 개시된다.
본 발명의 신규의 피쳐가 첨부된 청구범위에서 상세하게 기술된다. 본 발명의 피쳐 및 이점의 더 나은 이해는, 본 발명의 원리가 활용되는 예시적인 실시형태를 기술하는 다음의 상세한 설명, 및 첨부의 도면(drawing) 또는 도면(figure)(또한 본원에서, "도면(Figure)" 및 "도면들(Figures)")을 참조하여 얻어질 것인데, 첨부의 도면에서:
도 1은 두 개의 용기를 포함하는 시스템의 개략도이다;
도 2는 두 개의 용기를 포함하는 다른 시스템의 개략도이다;
도 3a 및 도 3b는 탱크 교반기 및 관련 컴포넌트의 개략도를 도시한다;
도 4는 믹서 볼 및 관련 컴포넌트의 개략도를 도시한다;
도 5a 및 도 5b는 탱크 및 관련 컴포넌트의 개략도를 도시한다;
도 6은 그래파이트로부터 그래파이트 산화물을 제조(또는 합성)하기 위한 방법을 개략적으로 도시한다;
도 7은 커패시턴스 대 반응 시간의 측정의 예를 도시한다;
도 8은 커패시턴스 대 반응 시간의 측정의 다른 예를 도시한다;
도 9는 커패시턴스 대 반응 시간의 측정의 또 다른 예를 도시한다;
도 10은 도 9의 샘플로부터 구성되는 이중 층 디바이스의 순환 전압전류법(cyclic voltammetry; CV) 스캔을 도시한다;
도 11a 및 도 11b는 순환 전압전류법(CV) 스캔의 비교를 제공한다;
도 12는 커패시턴스를 염산(HCl) 세정의 횟수의 함수로서 도시한다;
도 13a 내지 도 13c는 프레임 어셈블리(예를 들면, GSRF-0100)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 14a 및 도 14b는 크래들 피봇 어셈블리(예를 들면, GSRF-0104)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 15a 및 도 15b는 드럼 크래들 어셈블리(예를 들면, GSRF-0106)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 16a 및 도 16b는 드럼 어셈블리(예를 들면, GSRF-0108)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 17은 아이들러 샤프트 및 구동 샤프트(예를 들면, GSRF-0011)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 18a 및 도 18b는 구동 쉬라우드(예를 들면, GSRF-0012)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 19a 및 도 19b는 드럼 샤프트 지지체(예를 들면, GSRF-0013)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 20은 모터 마운트 플레이트(예를 들면, GSRF-0014)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 21a 내지 도 21c는 프레임 용접물(예를 들면, GSRF-0101)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 22a 내지 도 22d는 리드 용접물(예를 들면, GSRF-0102)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 23a 내지 도 23e는 드레인 팬 용접물(예를 들면, GSRF-0103)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 24는 리드 스톱(예를 들면, GSRF-0015)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 25a 내지 도 25c는 크래들 피봇 용접물(예를 들면, GSRF-0105)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 26a 및 도 26b는 드럼 롤 가이드 및 드럼 브레이스(예를 들면, GSRF-0010)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 27a 및 도 27b는 드럼 크래들 용접물(예를 들면, GSRF-0107)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 28a 및 도 28b는 스프레이 바 어셈블리(예를 들면, GSRF-0109)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 29a 및 도 29b는 드럼 엔드 캡 어셈블리(예를 들면, GSRF-0110)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 30a 및 도 30b는 드럼 프레임(예를 들면, GSRF-0001)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 31은 드럼 보강재(예를 들면, GSRF-0002)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 32는 드럼 보강재 링(예를 들면, GSRF-0003)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 33은 드럼 메쉬(예를 들면, GSRF-0004)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 34는 드럼 미크론 필터(예를 들면, GSRF-0009)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 35는 스프레이 바(예를 들면, GSRF-0005)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 36a 및 도 36b는 드럼 베어링 플레이트(예를 들면, GSRF-0006)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 37a 및 도 37b는 유체 측 상의 스프레이 바 베어링 허브(예를 들면, GSRF-0007)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 38은 유체 측 상의 드럼 샤프트 마운트(예를 들면, GSRF-0008)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 39는 아이들러 측 상의 스프레이 바 베어링 허브(예를 들면, GSRF-0007)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 40은 아이들러 측 상의 드럼 샤프트 마운트(예를 들면, GSRF-0008)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 41a 및 도 41b는 rGO/그래핀 제2 반응 필터의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 42a 내지 도 42c는 도 41a및 도 41b 및 도 43a 내지 도 43f에서 rGO/그래핀 제2 반응 필터를 사용하는 언로딩 절차를 도시한다.
도 43a내지 도 43c 및 도 43d 내지 도 43f는 rGO/그래핀 제2 반응 필터(예를 들면, GSRF-1000)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 44는 확장형 반응기(scalable reactor)의 예시적인 실시형태 및 확장형 반응기를 사용하는 절차의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 45a 내지 도 45e는 전방 및 후방 후드 용접물(예를 들면, GSRF-0111, GSRF-0112)을 갖는 커버 어셈블리의 예시적인 실시형태를 도시한다; 그리고
도 46은 스플래쉬 가드(예를 들면, GSRF-0113)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 47은, 제1 반응 시스템, 탈이온수 유지 탱크, 산 유지 탱크(acid holding tank), 제2 반응 시스템, 및 제2 반응 필터의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 48은 리프트 캐리지 스키드 플레이트(lift carriage skid plate)(예를 들면, GFRC-0001)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 49는 볼 리프트 로크 스페이서(bowl lift lock spacer)(예를 들면, GFRC-0002)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 50은 리프트 모터 마운트 플레이트(lift motor mount plate)(예를 들면, GFRC-0004)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 51은 리프트 엘보우 스페이서 플레이트(lift elbow spacer plate)(예를 들면, GFRC-0005)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 52는 믹서 센서 브래킷(mixer sensor bracket)(예를 들면, GFRC-0006)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 53은 탱크 모터 마운트(예를 들면, GFRC-0008)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 54는 믹서 토크 브래킷(예를 들면, GFRC-0009)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 55는 믹서 스프레이 바(예를 들면, GFRC-0010)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 56은 탱크 믹서 샤프트(예를 들면, GFRC-0011)의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 57은 탱크 믹서 블레이드(예를 들면, GFRC-0012)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 58은 볼 마운트 플레이트(bowl mount plate)(예를 들면, GFRC-0013)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 59는 캐리지 스위치 마운트 플레이트(carriage switch mount plate)(예를 들면, GFRC-0014)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 60은 제1 반응 믹서 블레이드(예를 들면, GFRC-0016)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 61은 제1 반응 스크레이퍼 블레이드 마운트(예를 들면, GFRC-0017)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 62는 제1 반응 스크레이퍼 블레이드 샤프트(예를 들면, GFRC-0018)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 63은 제1 반응 스크레이퍼 블레이드 홀더(예를 들면, GFRC-0019)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 64는 제1 반응 패들 샤프트(first reaction paddle shaft)(예를 들면, GFRC-0020)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 65는 제1 반응 패들 캡(first reaction paddle cap)(예를 들면, GFRC-0021)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 66은 제1 반응 믹서 구동 샤프트(예를 들면, GFRC-0022)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 67은 제1 반응 패들 스톱(first reaction paddle stop)(예를 들면, GFRC-0024)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 68a 내지 도 68c는 제1 반응 프레임 용접물(예를 들면, GFRC-0101)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 69a 및 도 69b는 리프트 캐리지 용접물(예를 들면, GFRC-0102)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 70은 리프트 캐리지 브레이스(lift carriage brace)(예를 들면, GFRC-0103)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 71a 및 도 71b는 리프트 캐리지(예를 들면, GFRC-0104)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 72는 제1 반응 상부 플레이트(예를 들면, GFRC-0105)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 73은 믹서 모터 마운트(예를 들면, GFRC-0108)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 74는 1000 갤런 탱크 믹서 패들(예를 들면, GFRC-0109)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 75는 150 갤런 탱크 믹서 패들(예를 들면, GFRC-0110)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 76a 및 도 76b는 제1 반응 프레임 선반(first reaction frame shelf)(예를 들면, GFRC-0111)의 예시적인 실시형태를 도시한다; 그리고
도 77a 및 도 77b는 제1 반응 패들 어셈블리(예를 들면, GFRC-0112)의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 1은 두 개의 용기를 포함하는 시스템의 개략도이다;
도 2는 두 개의 용기를 포함하는 다른 시스템의 개략도이다;
도 3a 및 도 3b는 탱크 교반기 및 관련 컴포넌트의 개략도를 도시한다;
도 4는 믹서 볼 및 관련 컴포넌트의 개략도를 도시한다;
도 5a 및 도 5b는 탱크 및 관련 컴포넌트의 개략도를 도시한다;
도 6은 그래파이트로부터 그래파이트 산화물을 제조(또는 합성)하기 위한 방법을 개략적으로 도시한다;
도 7은 커패시턴스 대 반응 시간의 측정의 예를 도시한다;
도 8은 커패시턴스 대 반응 시간의 측정의 다른 예를 도시한다;
도 9는 커패시턴스 대 반응 시간의 측정의 또 다른 예를 도시한다;
도 10은 도 9의 샘플로부터 구성되는 이중 층 디바이스의 순환 전압전류법(cyclic voltammetry; CV) 스캔을 도시한다;
도 11a 및 도 11b는 순환 전압전류법(CV) 스캔의 비교를 제공한다;
도 12는 커패시턴스를 염산(HCl) 세정의 횟수의 함수로서 도시한다;
도 13a 내지 도 13c는 프레임 어셈블리(예를 들면, GSRF-0100)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 14a 및 도 14b는 크래들 피봇 어셈블리(예를 들면, GSRF-0104)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 15a 및 도 15b는 드럼 크래들 어셈블리(예를 들면, GSRF-0106)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 16a 및 도 16b는 드럼 어셈블리(예를 들면, GSRF-0108)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 17은 아이들러 샤프트 및 구동 샤프트(예를 들면, GSRF-0011)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 18a 및 도 18b는 구동 쉬라우드(예를 들면, GSRF-0012)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 19a 및 도 19b는 드럼 샤프트 지지체(예를 들면, GSRF-0013)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 20은 모터 마운트 플레이트(예를 들면, GSRF-0014)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 21a 내지 도 21c는 프레임 용접물(예를 들면, GSRF-0101)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 22a 내지 도 22d는 리드 용접물(예를 들면, GSRF-0102)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 23a 내지 도 23e는 드레인 팬 용접물(예를 들면, GSRF-0103)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 24는 리드 스톱(예를 들면, GSRF-0015)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 25a 내지 도 25c는 크래들 피봇 용접물(예를 들면, GSRF-0105)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 26a 및 도 26b는 드럼 롤 가이드 및 드럼 브레이스(예를 들면, GSRF-0010)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 27a 및 도 27b는 드럼 크래들 용접물(예를 들면, GSRF-0107)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 28a 및 도 28b는 스프레이 바 어셈블리(예를 들면, GSRF-0109)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 29a 및 도 29b는 드럼 엔드 캡 어셈블리(예를 들면, GSRF-0110)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 30a 및 도 30b는 드럼 프레임(예를 들면, GSRF-0001)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 31은 드럼 보강재(예를 들면, GSRF-0002)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 32는 드럼 보강재 링(예를 들면, GSRF-0003)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 33은 드럼 메쉬(예를 들면, GSRF-0004)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 34는 드럼 미크론 필터(예를 들면, GSRF-0009)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 35는 스프레이 바(예를 들면, GSRF-0005)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 36a 및 도 36b는 드럼 베어링 플레이트(예를 들면, GSRF-0006)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 37a 및 도 37b는 유체 측 상의 스프레이 바 베어링 허브(예를 들면, GSRF-0007)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 38은 유체 측 상의 드럼 샤프트 마운트(예를 들면, GSRF-0008)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 39는 아이들러 측 상의 스프레이 바 베어링 허브(예를 들면, GSRF-0007)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 40은 아이들러 측 상의 드럼 샤프트 마운트(예를 들면, GSRF-0008)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 41a 및 도 41b는 rGO/그래핀 제2 반응 필터의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 42a 내지 도 42c는 도 41a및 도 41b 및 도 43a 내지 도 43f에서 rGO/그래핀 제2 반응 필터를 사용하는 언로딩 절차를 도시한다.
도 43a내지 도 43c 및 도 43d 내지 도 43f는 rGO/그래핀 제2 반응 필터(예를 들면, GSRF-1000)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 44는 확장형 반응기(scalable reactor)의 예시적인 실시형태 및 확장형 반응기를 사용하는 절차의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 45a 내지 도 45e는 전방 및 후방 후드 용접물(예를 들면, GSRF-0111, GSRF-0112)을 갖는 커버 어셈블리의 예시적인 실시형태를 도시한다; 그리고
도 46은 스플래쉬 가드(예를 들면, GSRF-0113)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 47은, 제1 반응 시스템, 탈이온수 유지 탱크, 산 유지 탱크(acid holding tank), 제2 반응 시스템, 및 제2 반응 필터의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 48은 리프트 캐리지 스키드 플레이트(lift carriage skid plate)(예를 들면, GFRC-0001)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 49는 볼 리프트 로크 스페이서(bowl lift lock spacer)(예를 들면, GFRC-0002)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 50은 리프트 모터 마운트 플레이트(lift motor mount plate)(예를 들면, GFRC-0004)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 51은 리프트 엘보우 스페이서 플레이트(lift elbow spacer plate)(예를 들면, GFRC-0005)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 52는 믹서 센서 브래킷(mixer sensor bracket)(예를 들면, GFRC-0006)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 53은 탱크 모터 마운트(예를 들면, GFRC-0008)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 54는 믹서 토크 브래킷(예를 들면, GFRC-0009)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 55는 믹서 스프레이 바(예를 들면, GFRC-0010)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 56은 탱크 믹서 샤프트(예를 들면, GFRC-0011)의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 57은 탱크 믹서 블레이드(예를 들면, GFRC-0012)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 58은 볼 마운트 플레이트(bowl mount plate)(예를 들면, GFRC-0013)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 59는 캐리지 스위치 마운트 플레이트(carriage switch mount plate)(예를 들면, GFRC-0014)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 60은 제1 반응 믹서 블레이드(예를 들면, GFRC-0016)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 61은 제1 반응 스크레이퍼 블레이드 마운트(예를 들면, GFRC-0017)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 62는 제1 반응 스크레이퍼 블레이드 샤프트(예를 들면, GFRC-0018)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 63은 제1 반응 스크레이퍼 블레이드 홀더(예를 들면, GFRC-0019)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 64는 제1 반응 패들 샤프트(first reaction paddle shaft)(예를 들면, GFRC-0020)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 65는 제1 반응 패들 캡(first reaction paddle cap)(예를 들면, GFRC-0021)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 66은 제1 반응 믹서 구동 샤프트(예를 들면, GFRC-0022)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 67은 제1 반응 패들 스톱(first reaction paddle stop)(예를 들면, GFRC-0024)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 68a 내지 도 68c는 제1 반응 프레임 용접물(예를 들면, GFRC-0101)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 69a 및 도 69b는 리프트 캐리지 용접물(예를 들면, GFRC-0102)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 70은 리프트 캐리지 브레이스(lift carriage brace)(예를 들면, GFRC-0103)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 71a 및 도 71b는 리프트 캐리지(예를 들면, GFRC-0104)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 72는 제1 반응 상부 플레이트(예를 들면, GFRC-0105)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 73은 믹서 모터 마운트(예를 들면, GFRC-0108)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 74는 1000 갤런 탱크 믹서 패들(예를 들면, GFRC-0109)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 75는 150 갤런 탱크 믹서 패들(예를 들면, GFRC-0110)의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 76a 및 도 76b는 제1 반응 프레임 선반(first reaction frame shelf)(예를 들면, GFRC-0111)의 예시적인 실시형태를 도시한다; 그리고
도 77a 및 도 77b는 제1 반응 패들 어셈블리(예를 들면, GFRC-0112)의 예시적인 실시형태를 도시한다.
탄소질 조성물의 프로세싱을 위한 방법, 디바이스, 및 시스템이 본원에 제공된다. 소정의 실시형태에서, 프로세싱은 탄소질 조성물의 산화된 형태의 제조(또는 합성) 및/또는 산화된 탄소질 조성물의 환원된 형태의 제조(또는 합성)를 포함한다. 몇몇 실시형태는, 그래파이트로부터의 그래파이트 산화물의 제조(또는 합성) 및/또는 그래파이트 산화물로부터의 환원된 그래파이트 산화물의 제조(또는 합성)를 위한 방법, 디바이스, 및 시스템을 제공한다. 본원에 설명되는 개시의 다양한 양태는, 하기에서 기술되는 특정한 애플리케이션 중 임의의 것에 또는 임의의 다른 타입의 제조, 합성 또는 프로세싱 설정에서 적용 가능하다. 소정의 실시형태에서, 재료의 다른 제조, 합성 또는 프로세싱은 본원에서 설명되는 피쳐로부터 동등하게 이익을 얻는다. 소정의 실시형태에서, 본원의 방법, 디바이스, 및 시스템은, 유익하게는, 다양한 형태의 비 탄소질 조성물의 제조(또는 합성)에 적용된다. 소정의 실시형태에서, 본원에 설명된 주제는 독립형 방법, 디바이스 또는 시스템으로서, 또는 통합된 제조 또는 재료(예를 들면, 화학 재료) 프로세싱 시스템의 일부로서 적용된다. 본원에서 설명되는 주제의 상이한 양태는 개별적으로, 집합적으로, 또는 서로 조합하여 인식될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본원에서 개시되는 주제의 한 양태는, 재료의 제조(또는 합성) 또는 프로세싱을 위한 시스템(하나 이상의 디바이스를 포함함)에 관한 것이다. 소정의 실시형태에서, 시스템은 탄소질 조성물의 산화된 형태를 제조하기 위해 사용된다.
본원에서 개시되는 주제의 다른 양태는 다음을 포함하는 반응 시스템에 관한 것으로: (a) 탄소질 조성물을 포함하는 반응 용기, 용기는 다음을 포함함: (i) 용기에 마운트되는 반응 믹서, 반응 믹서는 용기와 유체 연통함; 및 (ii) 반응 믹서에 기계적으로 커플링되는 반응 교반기, 반응 교반기는 용기 내의 탄소질 조성물을 교반하도록 구성됨; (b) 탱크, 탱크는 다음을 포함함: (i) 탱크에 마운트되는 탱크 믹서, 탱크 믹서는 용기와 유체 연통함; 및 (ii) 탱크 믹서에 기계적으로 커플링되는 탱크 교반기, 교반기는, 조성물이 탱크로 전달된 이후 탱크 내의 탄소질 조성물을 교반하도록 구성됨; 반응 시스템은 탄소질 조성물을 반응 용기로부터 탱크로 전달하도록 구성된다.
본원에서 개시되는 주제의 다른 양태는 반응 필터에 관한 것으로, 반응 필터는 다음을 포함하는데: (a) 드럼 어셈블리; (b) 드럼 어셈블리의 내부 내에 배치되는 스프레이 바 어셈블리, 스프레이 바 어셈블리는 다음을 포함함: (i) 세정액을 분배하기 위한 하나 이상의 개구의 제1 세트; 및 (ii) 탄소질 조성물을 분배하기 위한 하나 이상의 개구의 제2 세트; 드럼 어셈블리는 회전하도록 구성된다.
본원에서 개시되는 주제의 다른 양태는 반응 필터에 관한 것으로, 반응 필터는 다음을 포함하는데: (a) 드럼 어셈블리; (b) 드럼 어셈블리의 내부 내에 배치되는 스프레이 바 어셈블리, 스프레이 바 어셈블리는 세정액 및 탄소질 조성물을 분배하도록 구성됨; 드럼 어셈블리는 회전하도록 구성된다.
본원에서 개시되는 주제의 다른 양태는 장치에 관한 것으로, 장치는 다음을 포함함: 탱크, 탱크는 탄소질 조성물을 포함함; 탱크에 마운트되는 믹서, 믹서는 탱크와 유체 연통함; 및 믹서에 기계적으로 커플링되는 탱크 교반기, 탱크 교반기는 탱크 내의 탄소질 조성물을 교반하도록, 그에 의해, 약 1 톤/년(tpy)보다 더 큰 속도로 탄소질 조성물의 산화된 형태를 형성하도록 구성됨.
이제 도면에 대한 참조가 이루어질 것이다. 도면 및 도면 내에서의 피쳐는 반드시 일정한 비율로 묘사되지 않는다는 것이 인식될 것이다.
도 1은 두 개의 용기를 포함하는 시스템(100)의 개략도이다. 소정의 실시형태에서, 시스템(100)은 제1 반응(예를 들면, 탄소질 조성물의 산화)을 수행하기 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 시스템은 제2 반응(예를 들면, 탄소질 조성물의 환원)을 수행하기 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 시스템은 제1 용기(예를 들면, 반응이 발생하는 반응 챔버 또는 반응 용기)(101) 및 제2 용기(예를 들면, 반응이 냉각되는 탱크 또는 믹서 탱크)(102)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 용기(101)는 개방 또는 폐쇄된다(예를 들면, 밀봉된다). 소정의 실시형태에서, 제1 용기는 반응 챔버(예를 들면, 반응 용기 또는 반응 볼)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 용기는 믹서 볼을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 용기는 혼합하고 있는 및/또는 반응하고 있는 물질 또는 조성물을 함유한다. 제1 용기(예를 들면, 제1 반응 용기, 반응 볼, 등등)의 본원에서의 임의의 설명은 믹서 볼(또는 믹서)에 적용 가능하며, 반대의 경우도 마찬가지이다. 소정의 실시형태에서, 믹서 또는 믹서 시스템(103)은 제1 용기의 내용물(예를 들면, 믹서 볼의 내용물)을 뒤섞거나(stir) 또는 혼합한다. 한 예에서, 믹서는 20 쿼트(quart) 믹서이다. 소정의 실시형태에서, 믹서(103)는, 제1 용기의 내용물(예를 들면, 믹서 볼의 내용물)을 뒤섞거나 또는 혼합하는 하나 이상의 믹서 교반기(104)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 믹서(103)는 모터(도시되지 않음)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 모터는 믹서 교반기(104)를 구동시킨다. 소정의 실시형태에서, 믹서 교반기는 샤프트(105) 및 패들(paddle), 블레이드 또는 다른 스터러(stirrer)(106)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 모터는 본원의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이 시스템(100)의 다른 컴포넌트에 추가로 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 믹서(103)는 팬(107), 옵션인(optional) 신선한 공기 흡입구(108) 및/또는 하나 이상의 컨트롤(109)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 전원(도시됨)은 믹서(103)와 전기 통신한다. 소정의 실시형태에서, 믹서(103)는 제1 용기(예를 들면, 믹서 볼)(101)를 포함한다(즉, 믹서 볼은 믹서 시스템의 일부이다). 소정의 실시형태에서, 옵션인 신선한 공기 흡입구(108)는, 예를 들면, 부식성 가스(예를 들면, 믹서(103) 또는 시스템(100)의 임의의 다른 엘리먼트 내의 부식성 가스)로부터 모터를 보호하기 위해 공기를 흡입한다. 소정의 실시형태에서, 신선한 공기 흡입구(108)는 소정의 실시형태에서는 제공되지 않는다(예를 들면, 모터가 유압 모터인 경우 신선한 공기는 몇몇 경우에 사용되지 않을 수도 있음). 소정의 실시형태에서, 모터는 믹서 교반기(104) 및/또는 시스템(100)의 다른 컴포넌트를 적절하게 구동할 수 있는 임의의 적합한 모터이다. 소정의 실시형태에서, 모터는 유압 모터, 전기 모터, 또는 다른 모터이다.
소정의 실시형태에서, 믹서는 유체(예를 들면, 고체, 액체 또는 기체)를 포함한다(예를 들면, 유지 또는 함유한다). 소정의 실시형태에서, 믹서는 액체(예를 들면, 황산), 고체(예를 들면, 그래파이트) 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 믹서의 내용물은, 예를 들면, 약 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 ℃ 또는 100 ℃ 이하와 같은 적절한 온도에서 유지된다. 한 예에서, 믹서의 내용물은 약 0 ℃에서 유지된다. 다른 예에서, 믹서의 내용물은 약 15 ℃ 미만에서 유지된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 내의 혼합물의 반응 온도 및/또는 반응 시간은 제어된다. 소정의 실시형태에서, 반응 시간 및/또는 반응 온도는 (예를 들면, 믹서의 내용물이 약 0 ℃의 온도에서 또는 약 15 ℃ 미만의 온도에서 유지되도록) 적절한 값 아래로 유지된다. 소정의 실시형태에서, 반응 온도는, 예를 들면, 믹서 볼 둘레의 튜브 또는 코일을 냉각시키는 것에 의해, 온도 제어된 배쓰(bath)(예를 들면, 자동 온도 제어 배쓰 또는 얼음 배쓰)에 믹서 볼을 침지하는 것에 의해, 다른 냉각 방법에 의해, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 감소된다. 소정의 실시형태에서, 냉각 코일/튜브는 냉각수(chilled water)를 순환시킨다. 소정의 실시형태에서, 냉각수의 유동 속도는 온도를 감소시키기 위해 증가된다. 소정의 실시형태에서, 냉각수의 온도는 온도를 감소시키기 위해 감소된다. 소정의 실시형태에서, 반응 온도 및/또는 반응 시간은, 믹서 볼의 내용물에 대한 하나 이상의 반응물의 첨가의 속도를 변경시키는 것에 의해 변한다(예를 들면, 온도는, 발열 반응으로 이어지는 반응물이 첨가되는 속도를 감소시키는 것에 의해 감소된다). 소정의 실시형태에서, 믹서 볼의 내용물은 약 7, 6, 5, 4 또는 3.5 이하의 pH에 있다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼의 내용물은 약 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, 또는 약 0.1 이하의 pH에 있다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼의 내용물은 약 3에서부터 약 7까지의 pH를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼의 내용물은 적어도 약 3의 pH를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼의 내용물은 약 7 이하의 pH를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼의 내용물은, 약 3에서부터 약 3.5까지의, 약 3에서부터 약 4까지의, 약 3에서부터 약 4.5, 약 3에서부터 약 5, 약 3에서부터 약 5.5, 약 3에서부터 약 6까지의, 약 3에서부터 약 6.5까지의, 약 3에서부터 약 7까지의, 약 3.5에서부터 약 4까지의, 약 3.5에서부터 약 4.5까지의, 약 3.5에서부터 약 5까지의, 약 3.5에서부터 약 5.5까지의, 약 3.5에서부터 약 6까지의, 약 3.5에서부터 약 6.5까지의, 약 3.5에서부터 약 7까지의, 약 4에서부터 약 4.5까지의, 약 4에서부터 약 5까지의, 약 4에서부터 약 5.5까지의, 약 4에서부터 약 6까지의, 약 4에서부터 약 6.5까지의, 약 4에서부터 약 7까지의, 약 4.5에서부터 약 5까지의, 약 4.5에서부터 약 5.5까지의, 약 4.5에서부터 약 6까지의, 약 4.5에서부터 약 6.5까지의, 약 4.5에서부터 약 7까지의, 약 5에서부터 약 5.5까지의, 약 5에서부터 약 6까지의, 약 5에서부터 약 6.5까지의, 약 5에서부터 약 7까지의, 약 5.5에서부터 약 6까지의, 약 5.5에서부터 약 6.5까지의, 약 5.5에서부터 약 7까지의, 약 6에서부터 약 6.5까지의, 약 6에서부터 약 7까지의, 또는 약 6.5에서부터 약 7까지의 pH를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼은, 적어도 약 0.1 갤런, 0.2 갤런, 0.5 갤런, 1 갤런, 2 갤런, 3 갤런, 4 갤런, 5 갤런, 6 갤런, 7 갤런, 8 갤런, 9 갤런, 10 갤런, 15 갤런, 25 갤런, 50 갤런, 75 갤런, 80 갤런, 85 갤런, 90 갤런, 100 갤런, 250 갤런, 500 갤런, 750 갤런, 1,000 갤런, 5,000 갤런, 10,000 갤런, 15,000 갤런, 25,000 갤런, 50,000 갤런, 100,000 갤런, 150,000 갤런, 200,000 갤런, 1,000 입방미터, 5,000 입방미터, 10,000 입방미터, 50,000 입방미터, 100,000 입방미터 또는 500,000 입방미터의 부피를 갖는다.
소정의 실시형태에서, 믹서 교반기는, 약 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 또는 250 이상의 분당 회전수(revolutions per minute; rpm)의 전력/주파수에서 구동된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 교반기는 최대 약 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 또는 250의 분당 회전수(rpm)의 전력/주파수에서 구동된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 교반기는 약 20 rpm으로부터 약 300 rpm까지의 전력/주파수에서 구동된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 교반기는 적어도 약 20 rpm의 전력/주파수에서 구동된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 교반기는 최대 약 300 rpm의 전력/주파수에서 구동된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 교반기는 약 20 rpm에서부터 약 60 rpm까지의, 약 20 rpm에서부터 약 100 rpm까지의, 약 20 rpm에서부터 약 150 rpm까지의, 약 20 rpm에서부터 약 200 rpm까지의, 약 20 rpm 약 250 rpm까지의, 약 20 rpm에서부터 약 300 rpm까지의, 약 60 rpm에서부터 약 100 rpm까지의, 약 60 rpm에서부터 약 150 rpm까지의, 약 60 rpm에서부터 약 200 rpm까지의, 약 60 rpm에서부터 약 250 rpm까지의, 약 60 rpm에서부터 약 300 rpm, 100 rpm에서부터 150 rpm, 100 rpm에서부터 200 rpm, 100 rpm에서부터 250 rpm, 100 rpm에서부터 300 rpm, 150 rpm에서부터 200 rpm, 150 rpm에서부터 250 rpm까지의, 약 150 rpm에서부터 약 300 rpm까지의, 약 200 rpm에서부터 약 250 rpm까지의, 약 200 rpm에서부터 약 300 rpm까지의, 또는 약 250 rpm에서부터 약 300 rpm까지의 전력/주파수에서 구동된다. 한 예에서, 믹서 교반기는 적어도 약 60, 100 또는 200의 분당 회전수의 전력/주파수에서 구동된다.
소정의 실시형태에서, 믹서 시스템은, 리본 블렌더, V 블렌더, 연속 처리기(continuous processor), 콘 스크류 블렌더(cone screw blender), 스크류 블렌더, 더블 콘 블렌더, 고 점성 믹서, 역 회전 믹서, 이중 또는 삼중 샤프트 믹서, 진공 믹서, 분산 믹서, 패들 믹서, 제트 믹서, 드럼 블렌더, 오거 믹서(auger mixer), 수직 믹서, 로터리 믹서, 터빈 믹서, 틈새 밀폐식 믹서(close-clearance mixer) 및 고 전단 믹서(high shear mixer)로부터 선택되는 하나 이상의 타입의 믹서를 포함한다.
소정의 실시형태에서, 제2 용기(102)는 개방 또는 폐쇄된다(예를 들면, 밀봉된다). 소정의 실시형태에서, 제2 용기는 탱크를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제2 용기의 본원에서의 설명은 탱크에 적용 가능하고, 그 반대도 마찬가지이다. 소정의 실시형태에서, 탱크는, 탱크 교반기(110)에 의해 교반되는 물질 또는 조성물을 포함한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 탱크는, 탱크 교반기에 의해 교반되는 탄소질 조성물을 포함한다. 한 예에서, 탱크는 100 갤런의 얼음 배쓰를 포함하고, 얼음 배쓰 교반기에 의해 교반된다. 소정의 실시형태에서, 탱크 교반기는 샤프트(111) 및 하나 이상의 교반기 블레이드(112)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 샤프트는, 교반기가 탱크의 내용물을 움직이는 상태로 계속 유지하도록 및/또는 냉각을 향상시키도록(예를 들면, 최대화하도록), 구동된다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 샤프트는 그래파이트 산화물이 탱크 내의 얼음을 통해 계속 유동하도록 구동된다. 소정의 실시형태에서, 샤프트(111)는 베어링(115)을 통해 제2 용기에 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 시스템은 복수의 탱크 교반기를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 시스템은, 적어도 한 개, 두 개, 세 개, 네 개, 다섯 개, 여섯 개, 일곱 개, 여덟 개, 아홉 개, 열 개, 또는 열한 개의 탱크 교반기를 포함한다.
소정의 실시형태에서, 탱크는 유체(예를 들면, 고체, 액체 또는 기체)를 포함한다(예를 들면, 유지 또는 함유한다). 소정의 실시형태에서, 믹서는 액체(예를 들면, 물, 액체 반응 혼합물, 등등), 고체(예를 들면, 얼음) 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탱크의 내용물은, 예를 들면, 약 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 ℃ 또는 100 ℃ 이하와 같은 적절한 온도에서 유지된다. 한 예에서, 탱크의 내용물은 약 0 ℃에서 유지된다. 소정의 실시형태에서, 탱크의 내용물은 약 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 이상의 pH에 있다. 소정의 실시형태에서, 탱크의 내용물은, 약 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, 또는 10.0 이상의 pH에 있다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼의 내용물은 약 3에서부터 약 7까지의 pH를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼의 내용물은 적어도 약 3의 pH를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼의 내용물은 약 7 이하의 pH를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼의 내용물은, 약 3에서부터 약 3.5까지의, 약 3에서부터 약 4까지의, 약 3에서부터 약 4.5, 약 3에서부터 약 5, 약 3에서부터 약 5.5, 약 3에서부터 약 6까지의, 약 3에서부터 약 6.5까지의, 약 3에서부터 약 7까지의, 약 3.5에서부터 약 4까지의, 약 3.5에서부터 약 4.5까지의, 약 3.5에서부터 약 5까지의, 약 3.5에서부터 약 5.5까지의, 약 3.5에서부터 약 6까지의, 약 3.5에서부터 약 6.5까지의, 약 3.5에서부터 약 7까지의, 약 4에서부터 약 4.5까지의, 약 4에서부터 약 5까지의, 약 4에서부터 약 5.5까지의, 약 4에서부터 약 6까지의, 약 4에서부터 약 6.5까지의, 약 4에서부터 약 7까지의, 약 4.5에서부터 약 5까지의, 약 4.5에서부터 약 5.5까지의, 약 4.5에서부터 약 6까지의, 약 4.5에서부터 약 6.5까지의, 약 4.5에서부터 약 7까지의, 약 5에서부터 약 5.5까지의, 약 5에서부터 약 6까지의, 약 5에서부터 약 6.5까지의, 약 5에서부터 약 7까지의, 약 5.5에서부터 약 6까지의, 약 5.5에서부터 약 6.5까지의, 약 5.5에서부터 약 7까지의, 약 6에서부터 약 6.5까지의, 약 6에서부터 약 7까지의, 또는 약 6.5에서부터 약 7까지의 pH를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 탱크는, 적어도 약 1 갤런, 2 갤런, 5 갤런, 10 갤런, 25 갤런, 50 갤런, 75 갤런, 100 갤런, 250 갤런, 500 갤런, 750 갤런, 1,000 갤런, 2,000 갤런, 3,000 갤런, 4,000 갤런, 5,000 갤런, 5,500 갤런, 6,000 갤런, 7,000 갤런, 8,000 갤런, 9,000 갤런, 10,000 갤런, 15,000 갤런, 25,000 갤런, 50,000 갤런, 100,000 갤런, 150,000 갤런, 200,000 갤런, 1,000 입방미터, 5,000 입방미터, 10,000 입방미터, 50,000 입방미터, 100,000 입방미터, 500,000 입방미터, 1 백만 입방미터, 1.5 백만 입방미터, 2 백만 입방미터, 2.5 백만 입방미터 또는 3 백만 입방미터의 부피를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 적어도 약 1 갤런 내지 약 200,000 갤런의 부피를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 적어도 약 1 갤런의 부피를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 적어도 최대 약 200,000 갤런의 부피를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 탱크는, 적어도 약 1 갤런 내지 약 5 갤런, 약 1 갤런 내지 약 10 갤런, 약 1 갤런 내지 약 25 갤런, 약 1 갤런 내지 약 50 갤런, 약 1 갤런 내지 약 100 갤런, 약 1 갤런 내지 약 250 갤런, 약 1 갤런 내지 약 500 갤런, 약 1 갤런 내지 약 1,000 갤런, 약 1 갤런 내지 약 10,000 갤런, 약 1 갤런 내지 약 100,000 갤런, 약 1 갤런 내지 약 200,000 갤런, 약 5 갤런 내지 약 10 갤런, 약 5 갤런 내지 약 25 갤런, 약 5 갤런 내지 약 50 갤런, 약 5 갤런 내지 약 100 갤런, 약 5 갤런 내지 약 250 갤런, 약 5 갤런 내지 약 500 갤런, 약 5 갤런 내지 약 1,000 갤런, 약 5 갤런 내지 약 10,000 갤런, 약 5 갤런 내지 약 100,000 갤런, 약 5 갤런 내지 약 200,000 갤런, 약 10 갤런 내지 약 25 갤런, 약 10 갤런 내지 약 50 갤런, 약 10 갤런 내지 약 100 갤런, 약 10 갤런 내지 약 250 갤런, 약 10 갤런 내지 약 500 갤런, 약 10 갤런 내지 약 1,000 갤런, 약 10 갤런 내지 약 10,000 갤런, 약 10 갤런 내지 약 100,000 갤런, 약 10 갤런 내지 약 200,000 갤런, 약 25 갤런 내지 약 50 갤런, 약 25 갤런 내지 약 100 갤런, 약 25 갤런 내지 약 250 갤런, 약 25 갤런 내지 약 500 갤런, 약 25 갤런 내지 약 1,000 갤런, 약 25 갤런 내지 약 10,000 갤런, 약 25 갤런 내지 약 100,000 갤런, 약 25 갤런 내지 약 200,000 갤런, 약 50 갤런 내지 약 100 갤런, 약 50 갤런 내지 약 250 갤런, 약 50 갤런 내지 약 500 갤런, 약 50 갤런 내지 약 1,000 갤런, 약 50 갤런 내지 약 10,000 갤런, 약 50 갤런 내지 약 100,000 갤런, 약 50 갤런 내지 약 200,000 갤런, 약 100 갤런 내지 약 250 갤런, 약 100 갤런 내지 약 500 갤런, 약 100 갤런 내지 약 1,000 갤런, 약 100 갤런 내지 약 10,000 갤런, 약 100 갤런 내지 약 100,000 갤런, 약 100 갤런 내지 약 200,000 갤런, 약 250 갤런 내지 약 500 갤런, 약 250 갤런 내지 약 1,000 갤런, 약 250 갤런 내지 약 10,000 갤런, 약 250 갤런 내지 약 100,000 갤런, 약 250 갤런 내지 약 200,000 갤런, 약 500 갤런 내지 약 1,000 갤런, 약 500 갤런 내지 약 10,000 갤런, 약 500 갤런 내지 약 100,000 갤런, 약 500 갤런 내지 약 200,000 갤런, 약 1,000 갤런 내지 약 10,000 갤런, 약 1,000 갤런 내지 약 100,000 갤런, 약 1,000 갤런 내지 약 200,000 갤런, 약 10,000 갤런 내지 약 100,000 갤런, 약 10,000 갤런 내지 약 200,000 갤런, 또는 약 100,000 갤런 내지 약 200,000 갤런의 부피를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 액체, 고체(예를 들면, 얼음), 또는 이들의 조합을 유지 또는 함유한다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 적어도 약 1 파운드(lb), 25 lb, 50 lb, 75 lb, 100 lb, 150 lb, 200 lb, 100 킬로그램(kg), 250 kg, 500 kg, 750 kg, 1 톤(t), 5 t, 10 t, 25 t, 50 t, 100 t, 250 t, 500 t, 750 t, 1 킬로톤(kt), 2 kt, 5 kt, 10 kt, 20 kt, 50 kt, 100 kt, 200 kt, 500 kt, 1 메가톤(Mt), 1.5 Mt, 2 Mt, 2.5 Mt 또는 3 Mt의 고체(예를 들면, 얼음) 또는 고체-액체 혼합물을 함유한다. 한 예에서, 탱크는 적어도 약 100 갤런의 부피를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 100 갤런 탱크는 (프레임을 포함하는) 폭이 약 22 인치 미만이고 깊이가 약 2 피트이다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 유체를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 유체는 탄소질 조성물을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 적어도 약 100 갤런의 액체, 적어도 약 150 파운드의 얼음, 또는 적어도 약 150 파운드의 얼음을 갖는 액체를 유지 또는 함유한다. 소정의 실시형태에서, 액체는 물을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 적어도 하나의 유입구 및/또는 적어도 하나의 유출구를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 유입구(들) 및 유출구(들)는 수(male) 철파이프 사이즈(IPS) 나사산을 포함한다.
소정의 실시형태에서, 제1 용기(101)는 제2 용기(102)와 유체 연통한다. 소정의 실시형태에서, 제1 용기는, 유체가 제1 용기로부터 제2 용기로 통과하는 것을 허용하도록 개방, 폐쇄 또는 조정 가능하게 조절될 수 있는 밸브(예를 들면, 버터플라이 밸브)(113)를 포함한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 믹서 볼은, 믹서 볼과 실질적으로 동일한 높이에 마운트되는 버터플라이 밸브를 포함하는데, 믹서(예를 들면, 믹서 볼)는 버터플라이 밸브를 통해 탱크와 유체 연통한다. 소정의 실시형태에서, 버터플라이 밸브(또는 유사한 기능성(functionality)을 갖는 다른 타입의 밸브)는 보호 코팅(예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 기반의 코팅, 또는, 예를 들면, 약 800 °F까지의 온도를 견딜 수 있는 ECTFE 코팅과 같은, 에틸렌과 클로로트리플루오로에틸렌의 공중합체)을 갖는다.
소정의 실시형태에서, 제2 용기는 하나 이상의 밸브(예를 들면, 유입구 밸브(들) 및/또는 유출구 밸브(들))를 포함한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 제2 용기는 생성물(예를 들면, 그래파이트 산화물)을 추가적인 정제를 위해 다른 탱크로 배출시키기 위해 사용되는 유출구를 포함한다. 도 1의 예에서, 제2 용기는 드레인 시스템(또는 드레인 영역)(117)을 포함한다. 드레인 시스템은 드레인 밸브(118)를 포함한다.
소정의 실시형태에서, 믹서(103)는 탱크의 상부에 마운트된다. 소정의 실시형태에서, 시스템(예를 들면, 믹서)은 탱크 교반기(110)를 믹서(103)에 기계적으로 커플링하는 샤프트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 샤프트는 구동 샤프트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탱크 교반기는 믹서의 전방 연결 장치로부터 떨어져 있는 구동 샤프트로 구동된다. 소정의 실시형태에서, 믹서는 전원(예를 들면, 110 VAC)에 의해 전력을 공급받는다. 소정의 실시형태에서, 믹서에 커플링되는 전원은 시스템의 모든 컴포넌트에 전력을 공급할 수도 있다. 소정의 실시형태에서, 시스템은 믹서와 탱크 교반기 사이의 트랜스미션을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 트랜스미션은 탱크 교반기를 정지, 시작 및/또는 조절하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 및 탱크 교반기는 하나 이상의 기어(예를 들면, 직각 기어)(114)를 통해 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 및 탱크 교반기는 기어박스에 의해 커플링된다. 대안적으로, 소정의 실시형태에서, 시스템은 탱크 교반기를 정지, 시작 및/또는 조절하도록 구성되는 별개의 모터를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 별개의 모터는 믹서와 동일한 전원으로부터 전력을 공급받는다. 소정의 실시형태에서, 별개의 모터는 믹서와 동일한 전원으로부터 전력을 공급받지 않는다(예를 들면, 추가적인 전원이 제공됨).
소정의 실시형태에서, 탱크 교반기는 약 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 또는 250 이상의 분당 회전수(rpm)의 전력/주파수에서 구동된다. 소정의 실시형태에서, 탱크 교반기는 약 20 rpm에서부터 약 300 rpm까지의 전력/주파수에서 구동된다. 소정의 실시형태에서, 탱크 교반기는 적어도 약 20 rpm의 전력/주파수에서 구동된다. 소정의 실시형태에서, 탱크 교반기는 최대 약 300 rpm의 전력/주파수에서 구동된다. 소정의 실시형태에서, 탱크 교반기는 약 20 rpm에서부터 약 60 rpm까지의, 약 20 rpm에서부터 약 100 rpm까지의, 약 20 rpm에서부터 약 150 rpm까지의, 약 20 rpm에서부터 약 200 rpm까지의, 약 20 rpm 약 250 rpm까지의, 약 20 rpm에서부터 약 300 rpm까지의, 약 60 rpm에서부터 약 100 rpm까지의, 약 60 rpm에서부터 약 150 rpm까지의, 약 60 rpm에서부터 약 200 rpm까지의, 약 60 rpm에서부터 약 250 rpm까지의, 약 60 rpm에서부터 약 300 rpm, 100 rpm에서부터 150 rpm, 100 rpm에서부터 200 rpm, 100 rpm에서부터 250 rpm, 100 rpm에서부터 300 rpm, 150 rpm에서부터 200 rpm, 150 rpm에서부터 250 rpm까지의, 약 150 rpm에서부터 약 300 rpm까지의, 약 200 rpm에서부터 약 250 rpm까지의, 약 200 rpm에서부터 약 300 rpm까지의, 또는 약 250 rpm에서부터 약 300 rpm까지의 전력/주파수에서 구동된다. 한 예에서, 탱크 교반기는 적어도 약 60, 100 또는 200의 분당 회전수의 전력/주파수에서 구동된다.
소정의 실시형태에서, (예를 들면, 믹서 내에서의 및/또는 탱크 내에서의) 혼합은 (예를 들면, 가스 주입, 회전 드럼, 자기 뒤섞음 막대(magnetic stirring rod), 또는 다른 수단을 갖는) 비 기계적 수단을 통해 달성된다. 몇몇 실시형태에서, 시스템(100)은 필터(도시되지 않음)를 포함한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 탱크는, 탱크 혼합물의 하나 이상의 성분을 분리 또는 정제하도록 구성되는 필터에 (예를 들면, 드레인 밸브(118)와 유체 연통하는 다이어프램 펌프(diaphragm pump)를 통해) 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 필터는, 예를 들면, 최종 생성물(예를 들면, 탄소질 조성물의 산화된 형태), 침전물(들) 및/또는 다른 성분(예를 들면, 유출수(water runoff))이 분리되는 것을 허용한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 잔류물은 별도의 용기에서 중화되는데, 필터는 침전물 및/또는 유출수를 유지 또는 함유하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 필터는 하나 이상의 산 및/또는 염을 제거하여 탱크 혼합물(예를 들면, GO와 같은 그래파이트의 산화된 형태와 같은 탄소질 조성물의 산화된 형태를 포함하는 탱크 혼합물)을 중성 상태로 가져가거나 및/또는 탱크 혼합물을 환원시킨다. 소정의 실시형태에서, 필터는 (예를 들면, 산의 제거, 염의 제거, 환원, 및/또는 다른 여과 또는 처리 목적을 위한) 하나 이상의 타입의 필터를 포함한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 필터(예를 들면, 본원의 다른 곳에서 더욱 상세히 설명되는 제1 반응을 위한 필터)는 산(들) 및 염(들)을 제거하여 탱크 혼합물을 중성 상태로 가져가고 및/또는 단일의 필터, 또는 둘 이상의 상이한 타입의 필터를 사용하여 탱크 혼합물을 환원시킨다(예를 들면, 필터링/제거는 제1 필터에 의해 수행되거나, 환원은 제2 필터에 의해 수행되거나, 또는 필터 둘 모두는 필터링/제거 및 환원을 동일한 또는 상이한 정도까지 수행한다).
소정의 실시형태에서, 시스템(100)의 적어도 일부는 이동 가능하다. 소정의 실시형태에서, 믹서(103)는 탱크(102)에 커플링되는데, 탱크(102)는 캐스터(caster)(116)를 가지고 구성된다. 소정의 실시형태에서, 믹서는, 믹스가 탱크에 대해 이동할 수 있도록, 슬라이드 상에 구성된다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 믹서는 탱크의 클리닝의 용이성을 위해 뒤로 슬라이딩하고 및/또는 다르게는 이동한다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼은, 믹서의 나머지 부분과 함께 또는 별도로 이동 가능하도록(예를 들면, 슬라이드하도록) 구성된다.
소정의 실시형태에서, 믹서 볼, 탱크, 또는 둘 모두는 주목하는 조성물(예를 들면, 산화된 형태로 전환될 탄소질 조성물)을 함유한다. 소정의 실시형태에서, 조성물은 믹서 볼, 탱크 또는 둘 모두 내에 함유된다. 몇몇 실시형태에서, 조성물은 먼저 믹서 볼에 함유되고 나중에 탱크로 전달된다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 반응물, 희석제 및/또는 온도 조절 배쓰(예를 들면, 고정된 온도에서 상 변화를 겪고 있는 혼합물)를 함유한다. 몇몇 실시형태에서, 믹서 볼 및 탱크의 내용물은 (예를 들면, 열 전달을 통해) 상호 작용하지만, 그러나 결합 또는 혼합되지는 않는다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼 및 탱크의 내용물은, 결합 또는 혼합될 때, 서로 반응한다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼 및 탱크의 내용물은, 결합 또는 혼합될 때, 서로 반응하지 않는다(예를 들면, 내용물은 혼합되지만 그러나 반응하지는 않는다). 소정의 실시형태에서, 반응은 산화 환원 반응을 포함하지만, 그러나 이것으로 제한되는 것은 아니다. 소정의 실시형태에서, 다른 유체가 믹서 볼 및/또는 탱크에 도입된다(예를 들면, 가스상 반응물이 믹서 볼에 및/또는 탱크에 첨가됨). 소정의 실시형태에서, 시스템(100)은 기체-고체, 기체-액체, 고체-액체, 기체-기체, 액체-액체 및/또는 고체-고체 혼합 및/또는 반응을 가능하게 하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 이러한 혼합 및/또는 반응은, 믹서 볼, 탱크, 믹서 볼과 탱크에서, 및/또는 믹서 볼의 내용물과 탱크의 내용물을 합하는 것에 의해 발생한다.
한 예에서, 탄소질 조성물은 그래파이트를 포함하고 탄소질 조성물의 산화된 형태는 그래파이트 산화물 또는 그래핀 산화물을 포함한다. 탱크의 내용물은 약 0 ℃의 온도에서 유지되고, 믹서 볼의 내용물은 약 15 ℃ 미만의 온도에서 유지된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼의 내용물은 (예를 들면, 본원의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이) 혼합 및/또는 반응한다. 소정의 실시형태에서, 탱크의 내용물은 (예를 들면, 본원의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이) 혼합 및/또는 반응한다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼 및 탱크의 내용물은 (예를 들면, 본원의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이) 혼합되고 및/또는 서로 반응한다.
도 2는 두 개의 용기를 포함하는 다른 시스템(200)의 개략도이다. 소정의 실시형태에서, 시스템(200)은 제1 반응(예를 들면, 탄소질 조성물의 산화)을 수행하기 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 시스템은 제2 반응(예를 들면, 탄소질 조성물의 환원)을 수행하기 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 시스템은 제1 용기(예를 들면, 반응 챔버 및/또는 믹서 볼)(201) 및 제2 용기(예를 들면, 탱크)(202)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제어부(209)를 사용하여 동작되며 샤프트(205) 및 패들, 블레이드 또는 다른 스터러(206)를 갖는 믹서 교반기(204)를 포함하는 믹서(203)는 제1 용기(201)의 내용물을 교반 또는 혼합한다. 소정의 실시형태에서, 믹서는 탱크에(예를 들면, 탱크의 상부에)에 마운트된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼(201)은 버터플라이 밸브(213)를 통해 탱크(202)와 유체 연통한다(예를 들면, 100 갤런 탱크를 갖는 시스템에서, 믹서 볼은 볼과 동일 높이에 마운트되는 3 인치 버터플라이 밸브를 포함함). 소정의 실시형태에서, 믹서 볼은 홀더, 브레이스 또는 브래킷(223)에 의해 제 위치에 유지된다. 소정의 실시형태에서, 믹서는, 하나 이상의 탱크 교반기에(예를 들면, 100 갤런 탱크 교반기에) 커플링되는 샤프트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 믹서는 트랜스미션(예를 들면, 기어 또는 기어박스)(214)을 통해 탱크 교반기(210)에 기계적으로 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 트랜스미션은 탱크 교반기를 정지, 시작 및/또는 조절하기 위해 일직선 상에 있다. 소정의 실시형태에서, 탱크 교반기는 샤프트(211) 및 하나 이상의 교반기 블레이드(212)를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 믹서는 샤프트(211)의 적어도 일부분을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탱크 교반기는 믹서로부터 떨어져 구동된다. 소정의 실시형태에서, 탱크 교반기는 믹서로부터 떨어져(예를 들면, 믹서의 전방 연결 장치로부터 떨어져) 구동 샤프트로 구동된다. 소정의 실시형태에서, 탱크 교반기(예를 들면, 100 갤런 탱크의 탱크 교반기)는, 예를 들면, 탱크(202)의 모든 측면 및 하부로부터 적어도 약 1/2 인치의 간극을 갖는 2열의 4 블레이드를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탱크 교반기의 상부 블레이드는 탱크의 상부로부터 적어도 약 6 인치 그리고 탱크의 측면으로부터 적어도 약 1/2 인치 떨어져 있다. 소정의 실시형태에서, 탱크의 하부에 설치되는 스태빌라이저 브래킷(223)은 탱크 교반기를 기계적으로 지지 또는 안정화하도록 구성된다.
소정의 실시형태에서, 탱크(202)는 하나 이상의 유출구(예를 들면, 물 유출구)(219)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 유출구(예를 들면, 드레인)(219)(예를 들면, 몇몇 실시형태에서 단일의 유출구)는 탱크를 배수시킨다(예를 들면, 탱크 혼합물 및/또는 물을 탱크로부터 배수시킨다). 소정의 실시형태에서, 유출구(219)는 필터 또는 필터 시스템(221) 안으로 배수된다. 몇몇 실시형태에서, 탱크는 두 개의 유출구: 탱크의 중앙 단부의 상부의 제1 유출구 및 하부의 제2 유출구를 포함한다(예를 들면, 100 갤런 탱크는 두 개의 1.5 인치 유출구를 포함할 수도 있음). 소정의 실시형태에서, 제1(상부) 유출구는 탱크의 상부의 약 1 인치 내에 있는데, 제2(하부) 유출구는 탱크의 하부와 실질적으로 동일 면에 있다. 소정의 실시형태에서, 탱크(202)는 하나 이상의 유입구(예를 들면, 물 유입구)(220)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 유입구(220)는 내용물을 탱크에 채우거나 첨가한다. 몇몇 실시형태에서, 탱크는 두 개의 유입구: 탱크의 상부의 제1 유입구(도시되지 않음) 및 탱크의 배면의 좌측 하부 에지의 제2 유입구를 포함한다(예를 들면, 100 갤런 탱크는 두 개의 1 인치 유입구를 포함함). 소정의 실시형태에서, 이러한 유입구(들) 및/또는 유출구(들)는 밸브(들)를 포함한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 유출구(219)는 드레인 밸브를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 하나 이상의 유입구 및/또는 유출구는 사용되지 않거나 또는 포함되지 않는다(예를 들면, 도 1 참조). 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 상부 드레인 구멍은 필요하지 않고, 하부 드레인 구멍만 제공되고, 및/또는 유입구는 제공되지 않는다.
소정의 실시형태에서, 탱크는 필터 또는 필터 시스템(221)을 포함한다(또는 그에 커플링된다). 소정의 실시형태에서, 필터 시스템(예를 들면, 100 갤런 탱크의 필터 시스템/100 갤런 탱크에 커플링되는 필터 시스템)은 폭이 약 16인치이고 단변(short side) 상에서 높이가 약 8인치이고 장변(tall side) 상에서 높이가 약 14인치이다(또는 이러한 치수를 갖는 필터 본체를 포함한다). 소정의 실시형태에서, 필터 시스템은 필터 탱크를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 필터 시스템은 유출구를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 필터의 유출구는 밸브(222)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 유출구(예를 들면, 100 갤런 탱크의 필터 시스템/100 갤런 탱크에 커플링되는 필터 시스템에서, 2 인치 유출구)는 필터 탱크의 하부와 적어도 부분적으로 또는 실질적으로 동일한 높이에(예를 들면, 가능한 한 동일한 높이에) 있다. 소정의 실시형태에서, 필터 시스템은 주어진 양의 침전물 및/또는 유출물(runoff)(예를 들면, 시스템 사이즈에 따라 적어도 약 13 갤런, 20 갤런, 30 갤런, 35 갤런, 50 갤런, 100 갤런, 150 갤런, 200 갤런, 250 갤런, 300 갤런, 350 갤런, 400 갤런, 450 갤런, 500 갤런, 550 갤런, 600 갤런, 700 갤런, 800 갤런, 900 갤런, 1,000 갤런, 2,000 갤런, 3,000 갤런, 4,000 갤런, 5,000 갤런, 10,000 갤런, 50,000 갤런, 100,000 갤런, 250,000 갤런, 500,000 갤런, 750,000 갤런, 1 백만 갤런 또는 1.5 백만 갤런의 침전물 및/또는 유출물) 유지 또는 함유하도록 구성된다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 100 갤런 탱크의 필터 시스템/100 갤런 탱크에 커플링되는 필터 시스템은, 적어도 약 13 갤런의 침전물, 적어도 약 13 갤런의 침전물 및 유출수, 적어도 약 20 갤런의 침전물 및 유출수, 합계 적어도 약 20 갤런, 적어도 약 25 갤런의 침전물 및 유출수, 합계 적어도 약 25 갤런, 적어도 약 30 갤런의 침전물 및 유출수, 합계 적어도 약 30 갤런, 적어도 약 35 갤런의 침전물 및 유출수, 합계 적어도 35 갤런, 약 25 갤런과 30 갤런 사이의 침전물 및 유출수(예를 들면, 단일 층 GO의 경우), 합계 약 25 갤런과 30 갤런 사이(예를 들면, 단일 층 GO의 경우), 약 30 갤런에서부터 35 갤런까지의 침전물 및 유출수(예를 들면, 다중 층 GO의 경우), 합계 약 30 갤런에서부터 35 갤런까지(예를 들면, 다중 층 GO의 경우), 약 20 갤런에서부터 35 갤런까지의 침전물 및 유출수, 및/또는 합계 약 20 갤런에서부터 35 갤런까지를 유지 또는 함유하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 필터는, (예를 들면, 100 갤런 탱크의 필터 시스템/100 갤런 탱크에 커플링되는 필터 시스템에서, 약 1 인치만큼) 필터 탱크의 측면의 상부 아래에 배치되는 배플(도시되지 않음)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 배플은, 필터 탱크 또는 필터 시스템에, 필터 탱크 또는 필터 시스템에 걸쳐 및/또는 필터 탱크 또는 필터 시스템을 따라 분포된다(예를 들면, 100 갤런 탱크의 필터 시스템/100 갤런 탱크에 커플링되는 필터 시스템에서, 배플은 적어도 10 인치마다 제공될 수도 있음). 소정의 실시형태에서, 배플은 필터를 안으로 슬라이딩시키기 위한 적어도 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10 개 또는 그 이상의(예를 들면, 적어도 3 개의) 채널을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 배플(예를 들면, 1 미크론 스크린 배플)은, 필터 내의 유체(예를 들면, 고체-액체 혼합물)의 흐름을 지향시키도록 및/또는 차단하도록 구성되는 베인(vane) 또는 패널을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 배플은 필터에 대해 주어진 방위를 갖는다(예를 들면, 배플은 필터 본체의 하나 이상의 측면 또는 표면에 대해 수직 또는 다른 방위를 갖는다). 소정의 실시형태에서, 필터 시스템은, 필터 재료 매체가 직사각형 프레임 주위에 감겨진 직사각형 프레임을 갖는 개개의 필터(들)를 수용하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 개개의 필터는 프레임 및 필터를 끼우기에 충분히 넓은 프레임 채널에 삽입된다(예를 들면, 프레임 채널은 프레임 및 필터를 끼우도록 충분히 넓다). 소정의 실시형태에서, 개개의 필터(들) 및/또는 필터 시스템(예를 들면, 필터 본체의 치수)은 표면적을 증가시키거나 또는 최대화하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 필터는 어떠한 배플도 포함하지 않는다(예를 들면, 도 1 참조).
도 3a 및 도 3b는, 탱크 교반기(310)(예를 들면, 도 1의 탱크 교반기(112)) 및 관련 컴포넌트의 개략도를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 도 3a의 탱크 교반기(310)는 직각 기어박스(314)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 기어박스는 에폭시로 코팅된다(또는 다른 타입의 보호 코팅을 포함한다). 소정의 실시형태에서, 기어박스(314)는 정렬 구멍(325)을 갖는 앵글 콘(angle cone)(324)을 더 포함한다(또는 그에 커플링된다). 연결 볼트(예를 들면, 스테인레스 스틸(stainless steel; SS) 연결 볼트)(326)는 기어박스를 탱크 교반기의 샤프트(311)에 커플링한다. 소정의 실시형태에서, 교반기(310)는 교반기 블레이드(312)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 샤프트(311), 블레이드(312) 및/또는 탱크 교반기(310)의 다른 부분은 보호 코팅을 갖는다. 한 예에서, 소정의 실시형태에서, 100 갤런의 얼음 배쓰(예를 들면, 적어도 약 150 파운드의 얼음을 포함함)를 포함하는 탱크에서, 탱크 교반기는 기어박스(314)로부터 약 47 인치 연장되고 약 1 인치의 샤프트 직경을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 교반기 블레이드(312)는 샤프트에 커플링(예를 들면, 용접)된다. 소정의 실시형태에서, 하나 이상의 부싱(예를 들면, 나일론 부싱)(327)은 샤프트를 탱크의 적어도 일부분에(예를 들면, 하부 탱크에) 유지시킨다. 소정의 실시형태에서, 믹서로부터의 샤프트는 하나 이상의 부싱의 도움으로 탱크 내부에서 안정하게 유지된다(예를 들면, 부싱은 샤프트를 탱크의 측면으로 지지함).
소정의 실시형태에서, 탱크 교반기(310)는 하나 이상의 체결 부재(fastening member)(328)를 사용하여 탱크(예를 들면, 도 1의 탱크(102))에 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 체결 부재(328)는 부싱 브래킷(329) 및 하나 이상의 탱크 마운트(330)를 포함한다. 체결 부재(328)의 측면도(상부) 및 체결 부재(328)의 상면도(중간)가 도 3b에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 부싱(330)은 부싱 브래킷(329)에 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 부싱은 상부 및 하부 플랜지(331)를 포함한다. 부싱(330)의 측면도(좌측 하부) 및 부싱(330)의 상면도(우측 하부)가 도 3b에서 도시된다. 한 예에서, 소정의 실시형태에서, (예를 들면, 적어도 약 150 파운드의 얼음을 포함하는) 100 갤런의 얼음 배쓰를 포함하는 탱크에서, 체결 부재는 약 22 인치의 길이를 가지며, 탱크 마운트는 폭이 3 인치이다. 소정의 실시형태에서, 부싱(330)은 높이가 약 3 인치이고 약 2 인치의 직경을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 부싱은 약 2.5 인치의 직경을 갖는 샤프트 구멍(332)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 부싱 브래킷(329) 및/또는 체결 부재(328)의 다른 컴포넌트는 보호 코팅(예를 들면, 에틸렌과 클로로트리플루오로에틸렌의 공중합체인 ECTFE)을 포함한다.
도 4는 믹서 볼(401)(예를 들면, 도 1의 믹서 볼(101)) 및 관련 컴포넌트의 개략도를 도시한다. 믹서 볼은 반응 챔버를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 도 4의 하나 이상의 컴포넌트(예를 들면, 모든 부품)는 보호 코팅을 포함한다). 소정의 실시형태에서, 코팅은 믹싱 볼 내부 및 주위에 존재하는 황산 증기(sulfuric acid fume)로부터 컴포넌트를 보호한다. 도 4의 우측에는, 믹서 볼(401) 및 믹서 볼에 커플링되는 밸브(예를 들면, 버터플라이 밸브)(413)의 분해 측면도가 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼은 플랜지(436)에 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 플랜지(436)는 버터플라이 밸브(413)에 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼은 믹서 볼 마운팅 브래킷(333)을 사용하여 믹서 또는 다른 고정구(fixture)에 마운트된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 볼은 온도 조절된다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 믹서 볼은, 예를 들면, 제1 냉각 튜브(434) 및 제2 냉각 튜브(435)와 같은 하나 이상의 냉각 튜브 또는 코일에 의해 냉각되거나 또는 다르게는 조절된다. 소정의 실시형태에서, 냉각 튜브 또는 코일은 구리 냉각 튜브 또는 코일이거나, 또는 열 전달에 적합한 다른 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 열 전달 또는 냉각 유체가 냉각 튜브 내에서 순환된다. 몇몇 실시형태에서, 믹서 볼의 상이한 부품은 상이한 냉각 튜브에 의해 냉각된다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 믹서 볼의 상부 및 하부는 독립적으로 냉각된다. 소정의 실시형태에서, 냉각 튜브는, 예를 들면, 믹서 볼의 외부에 제공된다. 소정의 실시형태에서, 냉각 튜브에 외에 또는 냉각 튜브 대신, 예를 들면, 대류 가열 또는 냉각을 비롯한, 다른 형태의 온도 조절이 구현된다.
도 4를 계속 참조하면, 플랜지(436)의 상면도 및 하면도가, 좌측 상부 및 좌측 하부에서 각각 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 챔버 마운트(438)는 믹서 볼을 플랜지에(및/또는 믹서와 같은 고정구)에 체결하기 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 볼트 구멍(437)은 플랜지를 믹서 및/또는 다른 고정구에 체결하기 위해 사용된다.
한 예에서, 믹서 볼(401)은 20 쿼트(5 갤런) 반응 챔버를 포함한다. 믹서 볼은, 약 6 인치의 직경(또는 폭)을 갖는 2와 1/2 인치 버터플라이 밸브(413)와 유체 연통한다. 적어도 약 95 피트의 3/8 인치 구리 냉각 튜브(예를 들면, 두 개 이상의 구역(434, 435)으로 분리됨)가 믹싱 볼 주위에 감겨져 있다. 플랜지(436)는 1/2 인치 볼트 구멍(437)을 통해 볼트에 의해 부착된다. 소정의 실시형태에서, 이러한 믹서 볼 및 반응 챔버는, 100 갤런의 얼음 배쓰(예를 들면, 적어도 약 150 파운드의 얼음을 포함함)를 포함하는 탱크를 포함하는 시스템에서 사용된다.
도 5a 및 도 5b는 탱크(502)(예를 들면, 도 1의 탱크(102)) 및 관련 컴포넌트의 개략도를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 상부(예를 들면, 플렉시 글래스(plexiglass) 상부)(540)(도 5a의 상부 좌측)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 플렉시 글래스 상부(상부는 하나 이상의 부품을 포함한다. 소정의 실시형태에서, (예를 들면, 두 개의 별개의 부품 사이에) 얼음 오거 샤프트 구멍(ice auger shaft hole)(541)이 제공된다. 소정의 실시형태에서, 자기 스트립(542)이 (예를 들면, 탱크의 용이한 잠금(closure)을 위해) 플렉시 글래스 상부에 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 하부(543)(도 5a에서 우측 상부)를 더 포함한다. 소정의 실시형태에서, 하부는, 예를 들면, 금속 또는 다른 적절한 재료로 형성된다. 소정의 실시형태에서, 하부는 얼음 오거 브래킷 마운트(544)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 믹서 마운팅 플레이트(545)(도 5a의 하부에서 도시되는 상면도 및 측면도)를 더 포함한다. 소정의 실시형태에서, 믹서 마운팅 플레이트는 탱크의 상부에 배치된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 마운팅 플레이트는, 믹서가 부착되는 믹서 볼트 구멍(546)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 믹서 클리트(mixer cleat)(547)는 믹서가 볼트와 함께 움직이는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 5b는 방향 y1(상부) 및 y2(하부)를 따른 탱크(502)의 측면도를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 캐스터(516) 상에 배치된다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 드레인 영역(548)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 90° 핍(fip)(550)에 연결되는 피팅(fitting)(549)을 통해 배수한다. 소정의 실시형태에서, 90° 핍(550)은 니플(551)을 통해 드레인 밸브(예를 들면, 내산성(acid-proof) 볼 밸브)(518)에 연결된다.
한 예에서, 100 갤런 탱크(502)(예를 들면, 적어도 약 150 파운드의 얼음을 포함하는, 예를 들면, 100 갤런의 얼음 배쓰를 함유하는 100 갤런의 얼음 탱크)는 플렉시 글래스 상부(540)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 플렉시 글래스 상부(540)는 약 21과 3/4 인치의 폭 및 약 23과 1/2 인치의 길이를 갖는 제1 부분, 및 약 21과 3/4 인치의 폭 및 약 5와 3/4 인치의 길이를 갖는 제2 부분을 포함한다(도 5a의 좌측 상부). 소정의 실시형태에서, 탱크는, 약 21과 3/4 인치의 폭 및 약 46 인치의 길이를 갖는 하부(543)를 더 포함한다(도 5a에서 우측 상부). 소정의 실시형태에서, 믹서 마운팅 플레이트(545)는, 플레이트 안으로 약 9 인치 연장되는 컷아웃을 가지면서, 약 21과 3/4 인치의 폭 및 약 16 인치의 길이를 갖는다(도 5a의 하부). 소정의 실시형태에서, 탱크는 폭이 약 22 인치이고(도 5b의 상부) 길이는 약 46 인치이다(도 5b의 하부). 소정의 실시형태에서, 탱크는 깊이가 약 26 인치이다. 소정의 실시형태에서, 탱크의 하부는 지면 위로 약 9.5 인치이다. 소정의 실시형태에서, 탱크는, 1과 1/2 인치의 90° 핍(550)에 연결되는 1과 1/2 인치의 밉 피팅(mip fitting)(549), 1과 1/2 배 폐쇄 니플(close nipple)(551) 및 드레인 밸브(518)를 통해 배수된다.
소정의 실시형태에서, 반응을 수행하기 위한 시스템(예를 들면, 제1 반응 시스템 또는 장치)은 하나 이상의 서브시스템 또는 부분을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 제1 반응 시스템(예를 들면, 그래파이트 공급 원료와 같은, 예를 들면, 탄소질 조성물을 산화시키기 위한 시스템)은 도 44에서 도시되는 바와 같은 확장형 반응기를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 각각의 그러한 서브시스템 또는 부분은, (예를 들면, 도 1 내지 도 3에서 설명되는 바와 같이) 하나 이상의 컴포넌트, 예컨대, 믹서, 교반기, 용기, 냉각 시스템 또는 다른 컴포넌트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 시스템은 이러한 서브시스템 또는 부분의 임의의 컴포넌트(들)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 이러한 컴포넌트(들)는 상기 언급된 서브시스템 또는 부분으로 편제된다. 소정의 실시형태에서, 이러한 컴포넌트(들)는 상기 언급된 서브시스템 또는 부분으로 편제되지 않는다. 또한, 소정의 실시형태에서, 주어진 서브시스템 또는 부분의 임의의 컴포넌트는, 상이한 서브시스템 또는 부분의 부품으로서 제공되거나(예를 들면, 상기 언급된 서브시스템 또는 부분의 컴포넌트는 상이한 서브시스템 또는 부분으로 재편제됨), 대체되거나 또는 생략된다. 서브시스템/부분, 컴포넌트 및 컴포넌트의 수량의 예가 표 1에서 제공된다. 소정의 실시형태에서, 이러한 컴포넌트(들)는 상기 언급된 서브시스템 또는 부분으로 편제된다. 제1 반응 시스템과 관련하여 설명되는 본 개시의 양태는, 적어도 몇몇 구성에서 제2 반응 시스템 또는 본원의 다른 시스템(들)에 동등하게 적용된다. 본 개시의 견지에서, 기술 분야에서 숙련된 자는, 본원에서 설명되는 디바이스 및 시스템에 대한 구성 및 제조에 유용한 소정의 재료가 상업적 소스로부터 얻어질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
소정의 실시형태에서, 반응 시스템(예를 들면, 도 44에서 도시되는 확장형 반응기와 같은 제1 반응 시스템)은 리프트 캐리지(도 71a 및 도 71b), 제1 반응 프레임 용접물(도 68a 내지 도 68c), 탱크 믹서 패들(도 74), 제1 반응 프레임 선반(도 76a 및 도 76b), 및 제1 반응 패들 어셈블리(도 77a 및 도 77b) 중 하나 이상의 엘리먼트를 포함한다.
소정의 실시형태에서, 리프트 캐리지는, 리프트 캐리지 브레이스(7101), 리프트 캐리지 용접물(7102), 스페이서(7103), 리프트 캐리지 스키드 플레이트(7104), 나사산이 없는 스페이서(unthreaded spacer)(7105), 네오프렌 롤러(7106), 육각 머리 캡 스크류(hex head cap screw)(7107 및 7114), 필립스 머신 스크류(Phillips machine screw)(7108), 로크너트(locknut)(7109 및 7110), 및 평와셔(flat washer)(7111, 7112 및 7113)의 엘리먼트 중 하나 이상을 포함한다. 리프트 캐리지 스키드 플레이트(7104)가 도 48에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 리프트 캐리지 스키드 플레이트는 높이(4804), 폭(4805) 및 깊이(4806)를 갖는다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 리프트 캐리지 스키드 플레이트는 약 8.00 인치의 높이(4804), 약 1.75 인치의 폭(4805)을 가지며, 깊이(4806)는 약 0.375 인치이다. 소정의 실시형태에서, 리프트 캐리지 스키드 플레이트는 하나 이상의 어퍼쳐(aperture)를 포함한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 리프트 캐리지 스키드 플레이트는 제1 어퍼쳐(4801), 제2 어퍼쳐(4802) 및 제3 어퍼쳐(4803)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 어퍼쳐는 원형 형상을 갖는다. 리프트 캐리지 스키드 플레이트의 이러한 엘리먼트의 사이즈, 치수 및/또는 설치의 예가 도 48에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 상이한 사이즈 및/또는 치수의 다른 적절한 엘리먼트 및/또는 재료가 사용된다.
소정의 실시형태에서, 제1 반응 프레임 용접물은 스테인레스 스틸 엔클로저(6811), 스테인레스 스틸 시트(6808 및 6809), 및 스테인레스 스틸 튜브(6801, 6802, 6803, 6804, 6805, 6806, 6807 및 6810)를 포함한다. 제1 반응 프레임 용접물의 이러한 엘리먼트의 사이즈, 치수 및/또는 설치의 예는 도 68a 내지 도 68c에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 상이한 사이즈 및/또는 치수의 다른 적절한 엘리먼트 및/또는 재료가 사용된다.
소정의 실시형태에서, 탱크 믹서 패들은, 믹서 샤프트(7401), 탱크 믹서 보강재(7402), 및 탱크 믹서 블레이드(7403) 중 하나 이상의 엘리먼트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탱크 믹서 패들은 믹서 또는 믹서 시스템의 일부이다. 소정의 실시형태에서, 탱크 믹서 패들은 스테인레스 스틸로 제조되는 엘리먼트를 포함한다. 탱크 믹서 패들의 이러한 엘리먼트의 사이즈, 치수 및/또는 설치의 예가 도 74에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 상이한 사이즈 및/또는 치수의 다른 적절한 엘리먼트 및/또는 재료가 사용된다.
소정의 실시형태에서, 제1 반응 프레임 선반은, 스테인레스 스틸 플레이트(7607 및 7608), 및 스테인레스 스틸 튜브(7601, 7602, 7603, 7604, 7605 및 7606)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 프레임 선반은 스테인레스 스틸로 제조되는 엘리먼트를 포함한다. 제1 반응 프레임 선반의 이러한 엘리먼트의 사이즈, 치수 및/또는 설치의 예가 도 76a 및 도 76b 및 표 1에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 상이한 사이즈 및/또는 치수의 다른 적절한 엘리먼트 및/또는 재료가 사용된다.
소정의 실시형태에서, 제1 반응 패들 어셈블리는, 제1 반응 믹서 블레이드(7711)(예를 들면, 도 60 참조), 제1 반응 스크레이퍼 블레이드 마운트(7710)(예를 들면, 도 61 참조), 제1 반응 스크레이퍼 블레이드 샤프트(7709)(예를 들면, 도 62 참조), 제1 반응 스크레이퍼 블레이드 홀더(7706)(예를 들면, 도 63 참조), 제1 반응 패들 샤프트(7713)(예를 들면, 도 64 참조), 제1 반응 패들 캡(7703)(도 65), 제1 반응 믹서 구동 샤프트(예를 들면, 도 66 참조), 제1 반응 스크레이퍼 블레이드(7702), 반응 볼(예를 들면, 반응 용기)(7712), 및 제1 반응 패들 스톱(7707)(예를 들면, 도 67 참조) 중 하나 이상의 엘리먼트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 추가 컴포넌트는 캡 스크류(7704), 토션 스프링(7701), 및 HDPE 부싱(7705, 7708)을 포함한다. 도 77a는, 자신의 다양한 컴포넌트의 관계를 예시하는 패들 어셈블리의 분해도를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 패들 어셈블리는 반응 볼이 상승 및/또는 하강되는 것을 허용하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 패들 어셈블리는 반응 용기를 상승 및/또는 하강시키도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 패들 어셈블리는 반응 믹서 블레이드가 상승 및/또는 하강되는 것을 허용하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 패들 어셈블리는 반응 믹서 블레이드를 상승 및/또는 하강시키도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 반응 믹서 블레이드는 반응 볼 안으로 하강되거나 또는 반응 볼 밖으로 상승된다. 소정의 실시형태에서, 반응 볼은 반응 믹서 블레이드로부터 멀어지게 하강되거나 또는 반응 믹서 블레이드를 향해 상승된다. 소정의 실시형태에서, 반응 믹서 블레이드(7711)는 스크레이퍼 블레이드(7702)에 기계적으로 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드는 반응 볼(7712)의 측면과 맞물리도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드는, 볼이 (예를 들면, 도 77b에서 도시되는 바와 같이) 반응 믹서 블레이드를 향해 상승됨에 따라 반응 볼과 맞물리도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드 홀더(7706)는, 스크레이퍼 블레이드가 맞물리는 볼의 표면에 대해 비스듬하게 스크레이퍼 블레이드를 유지하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드는, 볼에 부착되어 있는 재료를 스크레이퍼 블레이드가 긁어내는 것을 교반기의 동작이 허용하면서 동시에 또한 재료를 볼 아래로 밀어 내도록, 볼의 표면에 대해 비스듬하게 유지된다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드는 믹서 볼이 상승함에 따라 볼과 맞물리는 테이퍼(taper)를 포함한다(도 77b 참조). 소정의 실시형태에서, 제1 반응 패들 어셈블리가 동작 중일 때, 반응 믹서 블레이드는 구동 샤프트를 중심으로 회전한다. 소정의 실시형태에서, 회전하는 반응 믹서 블레이드는 (예를 들면, 제1 또는 제2 반응 동안) 탄소질 조성물을 혼합한다. 소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물이 혼합될 때, 파편 및 다른 원료(ingredient)가 반응 용기의 측면에 부착된다. 따라서, 소정의 실시형태에서, 패들 어셈블리는, 반응 볼의 측면 상에서 너무 높게 있게 되는 재료를 긁어내도록 구성되는 스크레이퍼 블레이드를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 패들 어셈블리는 스테인레스 스틸로 제조되는 엘리먼트를 포함한다. 제1 반응 패들 어셈블리의 이러한 엘리먼트의 사이즈, 치수 및/또는 설치의 예가 도 77a 내지 도 77b에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 상이한 사이즈 및/또는 치수의 다른 적절한 엘리먼트 및/또는 재료가 사용된다.
소정의 실시형태에서, 제1 반응 시스템은, 리프트 캐리지 스키드 플레이트(도 48), 볼 리프트 로크 스페이서(도 49), 리프트 모터 마운트 플레이트(도 50), 리프트 엘보우 스페이서 플레이트(도 51), 믹서 센서 브래킷(도 52), 탱크 모터 마운트(도 53), 믹서 토크 브래킷(도 54), 믹서 스프레이 바(도 55), 탱크 믹서 샤프트(도 56), 탱크 믹서 블레이드(도 57), 볼 마운트 플레이트(도 58), 캐리지 스위치 마운트 플레이트(도 59), 제1 반응 믹서(도 60), 제1 반응 스크레이퍼 블레이드 마운트(도 61), 제1 반응 스크레이퍼 블레이드 샤프트(도 62 및 도 63), 제1 반응 패들 샤프트(도 64), 제1 반응 패들 캡(도 65), 제1 반응 믹서 구동 샤프트(도 66), 및 제1 반응 패들 스톱(도 67) 중 하나 이상의 엘리먼트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응 시스템은, 리프트 캐리지 용접물(도 69a 및 도 69b), 리프트 캐리지 브레이스(도 70), 리프트 캐리지(도 71a 및 도 71b), 제1 반응 상부 플레이트(도 72), 믹서 모터 마운트(도 73), 탱크 믹서 패들(도 74 및 도 75), 제1 반응 프레임 선반(도 76a 및 도 76b), 및 제1 반응 패들 어셈블리(도 77a 및 도 77b) 중 하나 이상의 엘리먼트를 포함한다.
소정의 실시형태에서, 다양한 볼 리프트 로크 스페이서가 도 49에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 제1 스페이서(4901)는 약 0.700 인치의 길이를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제2 스페이서(4902)는 약 3.031 인치의 길이를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제3 스페이서(4903)는 약 2.063 인치의 길이를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제4 스페이서(4904)는 약 0.900 인치의 길이를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 각각의 스페이서는 내경(4905) 및 외경(4906)을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제1 스페이서(4901)는 약 0.38 인치의 내경 및 약 0.75 인치의 외경을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제2 스페이서(4902)는 약 0.53 인치의 내경 및 약 1.00 인치의 외경을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제3 스페이서(4903)는 약 0.53 인치의 내경 및 약 1.00 인치의 외경을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제4 스페이서(4904)는 약 0.53 인치의 내경 및 약 1.00 인치의 외경을 갖는다.
리프트 모터 마운트 플레이트가 도 50에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 리프트 모터 마운트 플레이트는 높이(5003), 폭(5004), 및 깊이(5005)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 리프트 모터 마운트 플레이트는 약 8.50 인치의 높이(5003), 약 8.00 인치의 폭(5004) 및 약 0.25 인치의 깊이(5005)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 리프트 모터 마운트 플레이트는 하나 이상의 내부 어퍼쳐(5001) 및 하나 이상의 외부 어퍼쳐(5002)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 리프트 모터 마운트 플레이트는 네 개의 내부 어퍼쳐(5001) 및 네 개의 외부 어퍼쳐(5002)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 내부 어퍼쳐(5001)는, 그 중심이 약 8.50 인치의 높이(5003)를 갖는 리프트 모터 마운트 플레이트의 상부 측 또는 하부 측으로부터 약 2.38 인치 떨어져 그리고 대향하는 측으로부터 약 6.13 인치 떨어져 위치되어 배치된다. 소정의 실시형태에서, 내부 어퍼쳐(5001)는, 그 중심이 약 8.00 인치의 폭(5004)을 갖는 리프트 모터 마운트 플레이트의 좌측 또는 우측으로부터 약 2.84 인치 떨어져 그리고 대향하는 측으로부터 약 5.16 인치 떨어져 위치되어 배치된다. 소정의 실시형태에서, 외부 어퍼쳐(5002)는, 그 중심이 약 8.50 인치의 높이(5003)를 갖는 리프트 모터 마운트 플레이트의 상부 측 또는 하부 측으로부터 약 0.75 인치 떨어져 그리고 대향하는 측으로부터 약 7.75 인치 떨어져 위치되어 배치된다. 소정의 실시형태에서, 외부 어퍼쳐(5002)는, 그 중심이 약 8.00 인치의 폭(5004)을 갖는 리프트 모터 마운트 플레이트의 좌측 또는 우측으로부터 약 0.50 인치 떨어져 그리고 대향하는 측으로부터 약 7.50 인치 떨어져 위치되어 배치된다. 소정의 실시형태에서, 어퍼쳐(5001 및/또는 5002)는 약 0.75 인치의 길이(장변) 및 약 0.28 인치의 폭(단변)을 갖는다.
다양한 리프트 엘보우 스페이서 플레이트가 도 51에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 반응 시스템은 제1 리프트 엘보우 스페이서 플레이트(5104), 제2 리프트 엘보우 스페이서 플레이트(5105), 및 제3 리프트 엘보우 스페이서 플레이트(5106)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 리프트 엘보우 스페이서 플레이트(5104) 및 제2 리프트 엘보우 스페이서 플레이트(5105)는 서로의 거울상(mirror image)이다. 제1 및/또는 제2 리프트 엘보우 스페이서 플레이트(5104 및 5105)의 측면도(5101)는 하나 이상의 원형 어퍼쳐(5111, 5112, 5113)의 반경(5109) 및 깊이(5123)를 예시한다. 소정의 실시형태에서, 제1 또는 제2 리프트 엘보우 스페이서 플레이트(5102)의 정면도는 높이(5110), 폭(5116), 및 깊이(5117)를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 제1 또는 제2 리프트 엘보우 스페이서 플레이트(5102)는 약 7.00 인치의 높이(5110), 약 3.50 인치의 폭(5116), 및 (측면도(5103)에서) 약 0.88 인치의 깊이(5117)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제1 또는 제2 리프트 엘보우 스페이서 플레이트(5102)는 제1 원형 어퍼쳐(5111), 제2 원형 어퍼쳐(5112) 및 제3 원형 어퍼쳐(5113)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 또는 제2 리프트 엘보우 스페이서 플레이트는 하나 이상의 둥근 직사각형 어퍼쳐를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 또는 제2 리프트 엘보우 스페이서 플레이트는 제1 둥근 직사각형 어퍼쳐(5114) 및 제2 둥근 직사각형 어퍼쳐(5115)를 포함한다. 제3 리프트 엘보우 스페이서 플레이트는 도 51에서 사시도(5106), 정면도(5107), 및 측면도(5108)로서 도시되어 있다. 제3 리프트 엘보우 스페이서 플레이트는 폭(5121) 및 깊이(5122)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제3 리프트 엘보우 스페이서 플레이트는 약 5.00 인치의 폭(5121) 및 약 0.38 인치의 깊이(5122)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제3 리프트 엘보우 스페이서 플레이트는 좌측 어퍼쳐(5118), 중간 어퍼쳐(5119), 및 우측 어퍼쳐(5120)를 포함한다.
믹서 센서 브래킷이 도 52에서 측면도(5201), 정면도(5202), 탑 다운 뷰(5203), 및 사시도(5204)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 믹서 센서 브래킷은 제1 높이(5208) 및 제2 높이(5209)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제1 높이(5208)는 약 2.13 인치이다. 소정의 실시형태에서, 제2 높이(5209)는 약 2.50 인치이다. 소정의 실시형태에서, 믹서 센서 브래킷은 제1 깊이(5210) 및 제2 깊이(5211)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제1 깊이(5210)는 약 1.50 인치이다. 소정의 실시형태에서, 제2 깊이(5211)는 약 1.50 인치이다. 소정의 실시형태에서, 믹서 센서 브래킷은 두께(5212)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 두께(5212)는 약 0.125 인치이다. 소정의 실시형태에서, 믹서 센서 브래킷은 하나 이상의 어퍼쳐를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 믹서 센서 브래킷은 제1 어퍼쳐(5205), 제2 어퍼쳐(5206), 및 제3 어퍼쳐(5207)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 어퍼쳐는 약 0.63 인치의 폭(단변) 및 약 1.13 인치의 높이(장변)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제1 어퍼쳐는, 그 중심이 정면 뷰 믹서 센서 브래킷(5202)의 하부 측 위로 약 3.63 인치에 위치되어 배치된다.
탱크 모터 마운트가 도 53에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 탱크 모터 마운트는 모터 마운트 플레이트 및 베어링 플레이트를 포함한다. 도 53은 모터 마운트 플레이트의 정면도(5301), 측면도(5302), 및 사시도(5303)를 도시한다. 도 53은 베어링 플레이트의 정면도(5304), 측면도(5305), 및 사시도(5306)를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 모터 마운트 플레이트는 약 14.00 인치의 높이(5307), 약 14.00 인치의 폭(5308), 및 약 0.25 인치의 깊이(5302)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 모터 마운트 플레이트는 중앙 어퍼쳐(5312)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 어퍼쳐(5312)는, 그 중심이 약 14.00 인치의 높이(5308) 및 폭(5308)을 갖는 모터 마운트 플레이트의 모든 측면으로부터 약 7.00 인치 떨어져 위치되어 배치된다. 소정의 실시형태에서, 모터 마운트 플레이트는 하나 이상의 둥근 직사각형 어퍼쳐(5311)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 모터 마운트 플레이트는 네 개의 둥근 직사각형 어퍼쳐(5311)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 모터 마운트는 하나 이상의 원형 어퍼쳐(5313 및 5314)를 포함한다. 도 53은 베어링 플레이트의 정면도(5304), 측면도(5305), 및 사시도(5306)를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 베어링 플레이트는 약 12.00 인치의 폭(5310), 약 12.00 인치의 높이(5309), 및 약 0.25 인치의 깊이(5302)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 베어링 플레이트는 하나 이상의 둥근 직사각형 어퍼쳐(5311)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 베어링 플레이트는 네 개의 둥근 직사각형 어퍼쳐(5311)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 둥근 직사각형 어퍼쳐(5311)는 약 0.75 인치의 폭(장변) 및 약 0.50 인치의 높이(단변)를 갖는다.
믹서 토크 브래킷은 도 54에서 탑 다운 뷰(5401), 측면도(5403), 및 사시도(5402)로 도시된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 토크 브래킷은 어퍼쳐(5404, 5405 및 5406)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 믹서 토크 브래킷은 제1 폭(5407), 제2 폭(5408), 깊이(5406), 및 약 높이(5409)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 믹서 토크 브래킷은 약 2.50 인치의 제1 폭(5407), 약 6.00 인치의 제2 폭(5408), 약 2.00 인치의 깊이(5406), 및 약 3.75 인치의 높이(5409)를 갖는다.
믹서 스프레이 바가 도 55에서 도시된다. 믹서 스프레이 바는 사시도(5503), 제1 단부도(end view)(5502), 제2 단부도(5501), 제1 측면도(5504), 제2 측면도(5505), 제3 측면도(5506), 제4 측면도(5507), 제5 측면(5508), 및 제6 측면도(5509)로 도시된다. 소정의 실시형태에서, 믹서 스프레이 바는 길이(5510)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 믹서 스프레이 바는 약 6.00 인치의 길이(5510)를 갖는다. 측면도의 각각은 어퍼쳐, 믹서 스프레이 바의 한 면의 길이를 따른 어퍼쳐의 위치, 및 주변 어퍼쳐에 대한 어퍼쳐의 위치를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 믹서 스프레이 바는 여섯 개의 어퍼쳐(5504, 5505, 5506, 5507, 5508 및 5509)를 포함하는데, 각각의 어퍼쳐는 믹서 스프레이 바의 여섯 개의 면 중 하나에 배치된다. 소정의 실시형태에서, 어퍼쳐는 약 0.56 인치의 직경을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 어퍼쳐(5504)는, 그 중심이 믹서 스프레이 바의 제1 단부로부터 약 2.00 인치의 길이(5513) 떨어져 위치되어 배치된다. 소정의 실시형태에서, 어퍼쳐(5505)는, 그 중심이 믹서 스프레이 바의 제1 단부로부터 약 1.00 인치의 길이(5514) 떨어져 위치되어 배치된다. 소정의 실시형태에서, 어퍼쳐(5506)는, 그 중심이 믹서 스프레이 바의 제1 단부로부터 약 5.00 인치의 길이(5515) 떨어져 위치되어 배치된다. 소정의 실시형태에서, 어퍼쳐(5507)는, 그 중심이 믹서 스프레이 바의 제1 단부로부터 약 4.00 인치의 길이(5516) 떨어져 위치되어 배치된다. 소정의 실시형태에서, 어퍼쳐(5508)는, 그 중심이 믹서 스프레이 바의 제1 단부로부터 약 3.00 인치의 길이(5512) 떨어져 위치되어 배치된다. 소정의 실시형태에서, 어퍼쳐(5509)는, 그 중심이 믹서 스프레이 바의 제1 단부로부터 약 3.00 인치의 길이(5511) 떨어져 위치되어 배치된다.
탱크 믹서 샤프트가 도 56에서 도시된다. 탱크 믹서 샤프트는 단부도(5601), 측면도(5602), 및 사시도(5603)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 탱크 믹서 샤프트는 직경(5604), 제1 길이(5605), 제2 길이(5606), 및 제3 길이(5607)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 탱크 믹서 샤프트는 약 1.250 인치의 직경(5604), 약 68.50 인치의 제1 길이(5605), 약 5.00 인치의 제2 길이(5606), 및 약 4.00 인치의 제3 길이(5607)를 갖는다.
탱크 믹서 보강재가 도 57에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 탱크 믹서 보강재는 정면도(5701), 측면도(5702), 및 사시도(5703)에 의해 도시되는 바와 같은 제1 컴포넌트를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제1 컴포넌트는 약 60.00 인치의 길이(5708)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제1 컴포넌트는 약 1.31 인치의 직경을 갖는 어퍼쳐(5707)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 컴포넌트는 두께가 약 0.25 인치이다. 소정의 실시형태에서, 탱크 믹서 보강재는 정면도(5704), 측면도(5705), 및 사시도(5706)에 의해 도시되는 바와 같은 제2 컴포넌트를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제2 컴포넌트는 약 32.00 인치의 폭(5709), 약 4.0 인치의 폭(5710), 3.00 인치의 폭(5711), 약 12.00 인치의 높이(5714), 약 4.4 인치의 높이(5712), 및 약 3.00 인치의 높이(5713)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제2 컴포넌트는 두께가 약 0.25 인치이다.
볼 마운트 플레이트가 도 58에서 정면도(5801), 측면도(5802), 및 사시도(5803)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 볼 마운트 플레이트는 하나 이상의 어퍼쳐(5806)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 볼 마운트 플레이트는 두 개의 어퍼쳐(5806)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 두 개의 어퍼쳐는 (각각의 어퍼쳐의 중심으로부터 측정될 때) 약 4.00 인치 떨어져 있다. 소정의 실시형태에서, 어퍼쳐(5804)는 약 1.40 인치의 폭(장변) 및 약 0.40 인치의 높이(단변)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 볼 마운트 플레이트는 약 12.0 인치의 제1 높이(5805), 약 8.0 인치의 제2 높이(5807), 및 약 5.84 인치의 폭(5808)을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 볼 마운트 플레이트는 두께가 약 0.38 인치이다.
캐리지 스위치 마운트 플레이트가 도 59에서 정면도(5901), 측면도(5902), 및 사시도(5903)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 캐리지 스위치 마운트 플레이트는 하나 이상의 원형 어퍼쳐(5904) 및 하나 이상의 둥근 직사각형 어퍼쳐(5905)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 원형 어퍼쳐(5904)는 약 0.33 인치의 직경을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 둥근 직사각형 어퍼쳐(5905)는 약 0.201 인치의 폭(단변) 및 약 1.20 인치의 높이(장변)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 캐리지 스위치 마운트 플레이트는 약 3.00 인치의 높이(5906) 및 약 2.00 인치의 폭(5907)을 갖는다.
제1 반응 믹서 블레이드가 도 60에서 정면도(6001) 및 측면도(6002)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 믹서 블레이드는 하나 이상의 둥근 직사각형 어퍼쳐(6003) 및 하나 이상의 원형 어퍼쳐(6004)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 둥근 직사각형 어퍼쳐(6003)는 약 0.53 인치의 폭(장변) 및 약 0.31 인치의 높이(단변)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 원형 어퍼쳐(6004)는 약 0.332 인치의 직경을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 믹서 블레이드는 약 11.50 인치의 높이(6006) 및 약 19.00 인치의 폭(6005)을 갖는다.
제1 반응 스크레이퍼 블레이드 마운트가 도 61에서 탑 다운 뷰(6101), 정면도(6102), 측면도(6103), 및 사시도(6104)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드 마운트는 어퍼쳐(6105)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 어퍼쳐(6105)는 약 0.313 인치의 직경을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드 마운트는 하나 이상의 어퍼쳐(6106)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 하나 이상의 어퍼쳐(6106)는 약 0.201 인치의 내경 및 약 0.266 인치의 외경을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드 마운트는 약 1.50 인치의 높이(6108), 약 1.50 인치의 폭(6109), 및 약 0.75 인치의 깊이(6107)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드 마운트는 약 0.75 인치의 높이(6111), 약 1.50 인치의 폭(6109), 및 약 0.26 인치의 깊이(6110)를 갖는 개방 공간을 포함한다.
제1 반응 스크레이퍼 블레이드 샤프트가 도 62에서 정면도(6202), 배면도(6201), 제1 사시도(6205), 제2 사시도(6206), 상면도(6203), 및 하면도(6204)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드 샤프트는 개구(6208)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 개구(6208)는 약 0.313 인치의 직경 및 약 0.97 인치의 깊이를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드 샤프트는 개구(6209)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 개구(6209)는 약 0.159 인치의 직경 및 약 0.47 인치의 깊이를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드 샤프트는 약 0.63 인치의 직경(6207)을 갖는다.
제1 반응 스크레이퍼 블레이드 홀더가 도 63에서 탑 다운 뷰(6303), 측면도(6301, 6305), 정면도(6302), 사시도(6304), 스크레이퍼 블레이드 홀더 상의 노치(6306)를 도시하는 배면도(6307), 및 스크레이퍼 블레이드 홀더의 내부 공간을 도시하는 측면도(6308)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드 홀더는 약 6.25 인치의 높이(6309) 및 약 1.075 인치의 직경(6310)을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드 홀더는 샤프트의 한 단부에 하나 이상의 개구(6201)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 개구(6201)는 약 0.136 인치의 직경을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 스크레이퍼 블레이드 홀더는 자신의 길이를 따라 하나 이상의 개구(6311)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 개구(6311)는 약 0.159 인치의 직경을 갖는다.
제1 반응 패들 샤프트는 도 64에서 단면 정면도(6401), 정면도(6403), 측면도(6404, 6402), 사시도(6405), 탑 다운 뷰(6406) 및 하면도(6407)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 반응 패들 샤프트는 자신의 측면을 따라 약 0.39 인치의 직경을 갖는 어퍼쳐(6408)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응 패들 샤프트는 자신의 측면을 따라 약 0.266 인치의 외경 및 약 0.201 인치의 내경을 갖는 하나 이상의 어퍼쳐(6409)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응 패들 샤프트는 약 11.00 인치의 높이(6411) 및 약 0.980 인치의 폭(6412)을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 반응 패들 샤프트는 상부에서 약 1.23 인치의 직경을 갖는다(탑 다운 뷰(6406) 참조). 소정의 실시형태에서, 반응 패들 샤프트는 하부(6410)에서 약 1.00 인치의 직경을 갖는다(하면도(6407) 참조).
제1 반응 패들 캡이 도 65에서 탑 다운 뷰(6501), 전방 사시도(6502), 후방 사시도(6503), 배면도(6504), 측면도(6505), 정면도(6506), 및 단면 측면도(6507)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 패들 캡은 약 0.177 인치의 제1 직경(6509) 및 약 0.33 인치의 제2 직경(6510)을 갖는 하나 이상의 개구(6508)를 포함한다.
제1 반응 믹서 구동 샤프트가 도 66에서 사시도(6601), 제1 단부도(6602), 제2 단부도(6604), 및 정면도(6603)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 믹서 구동 샤프트는 약 1.000 인치의 직경을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 믹서 구동 샤프트는 약 8.06 인치의 길이(6606)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 믹서 구동 샤프트의 중심은 샤프트의 편평한 부분으로부터 약 0.38 인치의 간격(6605)을 갖는다.
제1 반응 패들 스톱이 도 67에서 탑 다운 뷰(6701), 전방 사시도(6702), 후방 사시도(6703), 정면도(6704), 측면도(6705), 및 배면도(6706)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 패들 스톱은 하나 이상의 어퍼쳐(6707)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 어퍼쳐(6707)는 내경(6708) 및 외경(6709)을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 내경(6708)은 약 0.201 인치이고, 외경(6709)은 약 0.39 인치이다. 소정의 실시형태에서, 패들 스톱은 약 2.50 인치의 높이(6710) 및 약 0.63 인치의 폭(6605)을 갖는다.
제1 반응 프레임 용접물이 도 68a에서 다수의 사시도로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 프레임 용접물은 도 68a 내지 도 68c에 상세히 나타내어지는 바와 같은 다양한 컴포넌트를 포함한다.
리프트 캐리지 용접물이 도 69a 및 도 69b에서 탑 다운 뷰(6901), 정면도(6902), 하면도(6903), 측면도(6906), 전방 사시도(6904), 및 후방 사시도(6905)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 리프트 캐리지 용접물의 전방 및 후방 플레이트는 약 3.03 인치의 간격(6907)만큼 분리된다.
리프트 캐리지 브레이스가 도 70에서 사시도(7001), 정면도(7004), 및 측면도(7003 및 7005)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 리프트 캐리지 브레이스는 하나 이상의 개구(7006)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 개구(7006)는 약 0.31 인치의 직경을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 리프트 캐리지 브레이스는 약 30.47 인치의 길이(7006) 및 약 3.81 인치의 높이(7007)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 리프트 캐리지 브레이스는 약 3.81 인치의 높이(7007)를 갖는 너트 플레이트(nut plate)(7002)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 너트 플레이트는 하나 이상의 개구(7008)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 개구(7008)는 약 0.31 인치의 직경을 갖는다.
리프트 캐리지가 도 71a 및 도 71b에서 도시되는데, 도 71a에서는 사시도로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 리프트 캐리지는 도 71a에서 도시되는 바와 같은 컴포넌트를 포함한다. 리프트 캐리지는 도 71b에서 상면도(7115), 정면도(7116), 사시도(7117), 및 측면도(7118)로 도시되어 있다.
제1 반응 상부 플레이트가 도 72에서 탑 다운 뷰(7208), 측면도(7210), 상부 사시도(7201) 및 하부 사시도(7209)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 상부 플레이트는 도 72 및 표 1에서 나타내어지는 바와 같은 컴포넌트를 포함한다.
믹서 모터 마운트가 도 73에서 상부 단면도(7309), 측면도(7310), 상부 사시도(7311) 및 하부 사시도(7312)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 믹서 모터 마운트는 표 1에서 나타내어지는 바와 같은 컴포넌트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 믹서 모터 마운트는 다음의 컴포넌트 중 하나 이상을 포함한다: 연강(mild steel) 튜브(7301, 7302, 7304, 7305), CNC 컷(7306, 7307), 및 연강 플레이트(7308).
탱크 믹서 패들이 도 74에서 정면도(7404), 측면도(7405), 및 두 개의 사시도(7406 및 7407)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 탱크 믹서 패들은 믹서 샤프트(7401), 탱크 믹서 보강재(7402), 및 탱크 믹서 블레이드(7403)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탱크 믹서 보강재는 탱크 믹서 블레이드에 대한 지지력, 강도 및/또는 내구성을 제공한다.
탱크 믹서 패들이 도 75에서 탑 다운 뷰(7501), 정면도(7502 및 7503), 및 정면 사시도(7504)로 도시되어 있다. 소정의 실시형태에서, 탱크 믹서 패들은 탑 다운 뷰(7505), 정면도(7506), 및 측면도(7507)로 도시되는 믹싱 블레이드를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탱크 믹서 패들은 탑 다운 뷰(7508)로 도시되는 믹싱 샤프트(7509)를 포함한다.
본원의 방법, 디바이스, 및 시스템은, 재료의 제조, 합성 또는 프로세싱에 대한 현존하는 옵션과 관련하여 상당한 이점을 제공한다. 소정의 실시형태에서, 본원의 방법, 디바이스, 및 시스템은 재료의 확장 가능한, 대량 생산, 합성 또는 프로세싱을 가능하게 한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 본원에서 설명되는 디바이스 및 시스템은, 탱크, 믹서 및 탱크 교반기를 포함하는 장치를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 탄소질 조성물(예를 들면, 그래파이트)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 믹서는 탱크에 마운트된다. 소정의 실시형태에서, 믹서는 탱크와 유체 연통한다. 소정의 실시형태에서, 탱크 교반기는 믹서에 기계적으로 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 탱크 교반기는 탱크 내의 탄소질 조성물을 교반하고, 그에 의해 탄소질 조성물의 산화된 형태(예를 들면, 그래파이트 산화물)를, 약 1 톤(메트릭 톤)/년(tpy)보다 더 큰 속도에서 형성하도록 구성된다. 몇몇 실시형태에서, 장치는 탄소질 조성물의 산화된 형태를, 연간 약 100 그램(g), 연간 200 g, 연간 500 g, 연간 750 g, 연간 1 킬로그램(kg), 연간 10 kg, 연간 25 kg, 연간 50 kg, 연간 75 kg, 0.1 tpy, 0.2 tpy, 0.3 tpy, 0.4 tpy, 0.5 tpy, 0.6 tpy, 0.7 tpy, 0.8 tpy, 0.9 tpy, 1 tpy, 2 tpy, 3 tpy, 4 tpy, 5 tpy, 10 tpy, 25 tpy, 50 tpy, 75 tpy, 100 tpy, 200 tpy, 500 tpy, 750 tpy, 1,000 tpy(1 ktpy), 2,000 tpy, 3,000 tpy, 4,000 tpy, 5,000 tpy, 6,000 tpy, 7,000 tpy, 8,000 tpy, 9,000 tpy, 10,000 tpy 또는 그 이상보다 더 큰 또는 동일한 속도에서 형성한다. 소정의 실시형태에서, 장치(예를 들면, 시스템(100))는 배치(batch) 제조, 합성 또는 프로세싱을 위해 사용된다(즉, 배치 프로세스로서 실행된다). 소정의 실시형태에서, 본원의 다른 곳에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 본원의 방법, 디바이스, 및 시스템은 확장 가능하다. 몇몇 실시형태에서, 장치는 탄소질 조성물의 산화된 형태를, 배치당 약 1 g, 2 g, 4 g, 6 g, 8 g, 10 g, 25 g, 50 g, 75 g, 100 g, 250 g, 500 g, 750 g, 1 kg, 2 kg, 4 kg, 6 kg, 8 kg, 10 kg, 15 kg, 25 kg, 50 kg, 75 kg, 100 kg, 250 kg, 500 kg, 750 kg, 1 톤(t), 2 t, 4 t, 6 t, 8 t, 10 t, 15 t, 25 t, 50 t, 75 t, 100 t, 250 t, 500 t, 750 t 또는 1,000 t 이상의 속도에서 형성한다. 본원에서 사용될 때, "배치"는, 본원에서 설명되는 방법, 장치, 또는 시스템을 사용하여 그룹으로서 함께 형성, 생산, 프로세싱, 필터링, 및/또는 생성되는 재료(예를 들면, 탄소질 조성물, 탄소질 조성물의 산화된 형태, 탄소질 조성물의 환원된 형태, GO, rGO, 등등)의 양을 가리킨다. 한 예에서, GO의 배치는 반응 용기에서 제1 반응을 포함하는 프로세스를 사용하여 생산되는데, 배치는 제1 반응에서 산화되는 GO의 양을 포함한다. 다른 예에서, GO의 배치는 제1 반응 및 제1 여과를 포함하는 프로세스를 사용하여 생산되는데, GO의 배치는, 제1 반응에서 산화되고 후속하여 제1 여과에 의해 필터링되는 GO의 양을 포함한다. 다른 예에서, rGO의 배치는, 제1 반응, 제1 여과, 제2 반응, 및 제2 여과를 포함하는 프로세스를 사용하여 생산되는데, rGO의 배치는, 제1 반응에서 산화되고, 제1 여과에서 필터링되고, 제2 반응에서 환원되며, 제2 여과에서 필터링되는 양을 포함한다. 한 예에서, 장치는 한 번 1 그램만 생산할 수 있는 장치를 사용하여 6 개월의 생산량에 대응하는 양의 탄소질 조성물의 산화된 형태를 하루에 형성한다.
본 발명의 다른 양태는 재료의 제조(또는 합성) 또는 프로세싱을 위한 방법을 제공한다. 소정의 실시형태에서, 방법은 탄소질 조성물의 산화된 형태를 제조하기 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 본원의 디바이스 및 시스템(예를 들면, 도 1 내지 도 5의 디바이스 및 시스템)은 이러한 제조(예를 들면, 탄소질 조성물의 산화된 형태의 제조)를 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트 산화물은 그래파이트로부터 합성된다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트 산화물은 용액 중에 그래파이트 산화물을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트 산화물은, 본원에서 사용될 때, 그래핀 산화물을 포함한다(그리고 그 반대도 마찬가지임). 그래파이트 산화물 및 그래핀 산화물은 총칭하여 본원에서 GO로 지칭된다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트 산화물과 관련하여 설명되는 본 개시의 양태는 적어도 몇몇 구성에서 그래핀 산화물에 동등하게 적용된다.
도 6은 그래파이트로부터 그래파이트 산화물을 제조(또는 합성)하기 위한 방법 또는 절차(600)의 한 예를 개략적으로 도시한다. 소정의 실시형태에서, 도 6의 방법은 본원의 시스템 및 방법(예를 들면, 도 1 내지 도 5의 디바이스 및 시스템)을 사용하여 구현된다. 도 6을 참조하면, 그래파이트 산화물의 배치(예를 들면, 1*x 그램(g) 또는 y*x g, 여기서 y는 1보다 더 크거나 또는 더 작은 인자임)는, 제1 단계 A에서, 약 0 ℃의 제1 온도에서 약 15*x g의 그래파이트를 약 750*x 밀리리터(ml)의 진한 황산(H2SO4)에 첨가하는 것에 의해 생산된다. 황산은 믹서(예를 들면, 믹서 볼)에 포함되고, 그래파이트가 믹서의 황산에 첨가된다. 제1 온도는 얼음 배쓰(예를 들면, 믹서 볼이 얼음 배쓰에 침지됨), 냉각 코일/튜브, 또는 이들의 조합을 사용하여 유지된다. 제2 단계 B에서, 합성은, 약 15 ℃ 미만의 제2 온도를 유지하는 동안 약 90*x g의 과망간산 칼륨(KMnO4)을 믹서에 첨가하는 것을 포함한다. 약 0 ℃의 온도에서 그래파이트 및 진한 황산을 포함하는 혼합물에 대한 과망간산 칼륨의 첨가는, 발열(예를 들면, 자체 가열) 반응을 개시한다. 소정의 실시형태에서, 제2 온도는, 예를 들면, 냉각 코일/튜브에 의해 유지된다. 예를 들면, 믹서 볼(예를 들면, 반응 볼) 주의의 냉각 코일/튜브(본원에서는 또한 "칠러(chiller)")에 냉각수를 추가하는 것에 의해, 온도는 감소된다. 소정의 실시형태에서, 제2 온도는 과망간산 칼륨이 첨가되는 속도에 의해 제어 또는 유지된다(예를 들면, 그에 의해 가열을 제어함). 예를 들면, 더 많은 열(증가된 온도)이 소망되면, 과망간산 칼륨은 더 빠른 속도로 첨가된다. 소정의 실시형태에서, 더 차가운 온도가 소망되면, 칠러는 더 낮은 온도로 설정되고 및/또는 과망간산 칼륨의 흐름 또는 첨가의 속도는 감소된다. 소정의 실시형태에서, 본 방법은, 제3 단계 C에서, 믹서 내의 반응 혼합물을 (예를 들면, 제2 온도에서) 약 45 분 동안 뒤섞는 것을 더 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제4 단계 D에서, 혼합물을 약 2.6*x 킬로그램(kg)의 얼음과 혼합하고 그 다음 약 75*x ml의 30 % 과산화수소(H2O2)를 첨가하는 것에 의해 냉각이 달성된다. 소정의 실시형태에서, 제4 단계는, 믹서 볼의 내용물을 (예를 들면, 버터플라이 밸브(113 또는 213)를 통해) 탱크로 옮기는 것, 및, 그 다음, 과산화수소를 첨가하는 것을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 얼음 배쓰는 반응을 중단시키고 및/또는 반응을 냉각시킨다. 소정의 실시형태에서, 과산화수소는 반응을 정지시키기 위해 첨가된다. 소정의 실시형태에서, 버터플라이 밸브는 GO가 냉각을 위해 물/얼음 탱크로 이송되는 것을 허용한다. 소정의 실시형태에서, 제5 단계(도시되지 않음)는 5 번의 H2O 세정에 의한 정제와, 이어지는 약 1주일의 연속 유동 투석(continuous-flow dialysis)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, x는, 약 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, 또는 그 이상보다 더 큰 또는 동일한 스케일링 인자이다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 적어도 약 150 파운드의 얼음을 갖는 탱크를 포함하는 시스템에서, x는 적어도 약 26이다.
소정의 실시형태에서, 본원의 방법, 디바이스, 및 시스템은 확장 가능하다. 한 예에서, 본원의 그래파이트 산화물 합성 방법은, 적어도 약 100 갤런의 부피를 갖는 탱크를 사용하여 수행된다. 소정의 실시형태에서, 믹서는 적어도 약 20 쿼트(5 갤런)의 부피를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 탱크는 액체(예를 들면, 물 및/또는 믹서 볼로부터의 반응 혼합물) 및 적어도 약 150 파운드의 얼음을 유지 또는 함유한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 얼음 이외의 원 재료(raw material)가 반응 챔버/믹싱 볼에 첨가되고, 얼음은 100 갤런 탱크에 직접 첨가된다. 소정의 실시형태에서, 최종 생성물은 100 갤런 탱크의 하부에서 나온다. 다른 예에서, 믹서의 부피는 적어도 320 쿼트(80 갤런)이고 탱크(예를 들면, 얼음 탱크)의 부피는 적어도 약 1,600 갤런이다(예를 들면, 믹서 및 탱크의 부피는 각각 16 배 확장된다). 또 다른 예에서, 탱크(예를 들면, 얼음 탱크)의 부피는 적어도 약 3,000 갤런, 3,500 갤런 또는 4,000 갤런이다(예를 들면, 약 4,000 갤런만큼 높음). 소정의 실시형태에서, 탱크는, 예를 들면, 적어도 약 320 쿼트(80 갤런) 이상의 부피를 갖는 믹서와 함께, 또는 상이한 부피를 갖는 믹서와 함께 사용된다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 몇몇(예를 들면, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 50, 75 또는 100 개)의 믹서가 단일의 대형 탱크와 함께 사용된다(예를 들면, 도 44 참조). 소정의 실시형태에서, 믹서의 수 및 사이즈/부피는 탱크의 사이즈/부피와 함께 커진다. 예를 들면, 볼륨 Vt를 갖는 탱크는, Vm보다 더 작은 또는 같은 볼륨을 갖는 하나 이상의 믹서와 함께 사용되는데, 여기서 Vm은 주어진 Vt에 대한 최대 적합한 믹서 볼륨이다. 또한, 소정의 실시형태에서, 다수의 믹서가 단일의 탱크와 함께 사용될 때, 믹서는 동일한 사이즈/부피를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 다수의 믹서가 단일의 탱크와 함께 사용될 때, 믹서는 동일한 사이즈/부피를 갖지 않는다. 따라서, 소정의 실시형태에서, 상이한 믹서 조합이 사용된다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 적어도 약 5 갤런 또는 80 갤런의 부피를 갖는 믹서가, 약 100 갤런과 약 4,000 갤런 사이의 부피를 갖는 탱크와 함께 (예를 들면, 단독으로 또는 하나 이상의 다른 믹서와 조합하여) 사용된다. 몇몇 경우에, 효율성을 증가시키기 위해 믹서의 하나 이상의 부분(예를 들면, 모터)이 공유된다.
소정의 실시형태에서, 본원에서 설명되는 디바이스 및 시스템은 스케일 업된다(예를 들면, 더 큰 시스템에서는 더 많은 얼음). 몇몇 실시형태에서, 스케일링은 동일하다(예를 들면, 스케일링 인자 x는 모든 컴포넌트에 대해 동일하다). 몇몇 실시형태에서, 상이한 컴포넌트(예를 들면, 탱크 및 믹서 볼)는 적어도 약 1 %, 2 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 또는 50 %의 상이한 스케일링 인자를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 시스템, 제1 반응 필터, 제2 반응 시스템, 및/또는 제2 반응 필터에서의 상이한 컴포넌트는, 본원에서 제공되는 사이즈 및/또는 치수의 적어도 5 %, 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 또는 100 % 스케일 업된다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 시스템, 제1 반응 필터, 제2 반응 시스템, 및/또는 제2 반응 필터에서의 상이한 컴포넌트는, 본원에서 제공되는 사이즈 및/또는 치수의 적어도 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, 또는 1000 배 스케일 업된다. 소정의 실시형태에서, 컴포넌트의 적어도 일부(예를 들면, 믹서 볼)는, 주어진 치수 및 비율이 일정하게 유지되도록 스케일링된다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 믹서 볼 또는 탱크는 효율적인 교반 및/또는 혼합을 달성하도록 구성되는 주어진 형상을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 이러한 컴포넌트를 스케일 업할 때 이러한 치수는 일정하게 유지된다(예를 들면, 탱크 교반기 블레이드의 위치 및/또는 간극은, 탱크에 대한 그들의 상대적인 위치 및 사이즈가 스케일 업할 때 대략 동일하게 유지되는 그러한 것이거나, 또는 믹싱 볼 형상은 상대적인 치수, 등등을 변경하지 않으면서 부피가 증가 또는 감소된다).
소정의 실시형태에서, 그래파이트 산화물 또는 그래핀 산화물(GO)은 하나 이상의 작용기를 포함한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, GO는 하나 이상의 에폭시 브릿지, 하나 이상의 수산기, 하나 이상의 카르보닐기, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 소정의 실시형태에서, GO는 산화의 레벨을 포함한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, GO는 2.1과 2.9 사이의 탄소 대 산소 비율(C:O 비율)을 포함한다.
소정의 실시형태에서, 본원에서 일괄적으로 rGO로 칭해지는, 환원된 그래파이트 산화물 또는 환원된 그래핀 산화물은 그래핀을 포함한다.
소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물은 주어진 타입 또는 품질을 포함한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물은 그래파이트 공급 원료를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트 공급 원료는 다양한 등급 또는 순도(예를 들면, 중량 % 흑연질 탄소(graphitic carbon)(Cg)로 측정되는, 예를 들면, 탄소 함량), 타입(예를 들면, 비정질 그래파이트(예를 들면, 60-85 % 탄소), 편상 그래파이트(flake graphite)(예를 들면, 85 %보다 더 많은 탄소) 또는 괴상 그래파이트(vein graphite)(예를 들면, 90 %보다 더 많은 탄소)), 사이즈(예를 들면, 메쉬 사이즈), 형상(예를 들면, 큰 플레이크(flake), 중간, 플레이크, 분말 또는 구형 그래파이트) 및 원천(예를 들면, 천연 편상 그래파이트와 같은, 예를 들면, 천연 또는 합성)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 이러한 특성(들)(예를 들면, 물리적 및 화학적 특성)은 탄소질 조성물의 산화된 형태의 타입 또는 품질에 영향을 미친다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 그래파이트의 메쉬 사이즈는 결과적으로 나타나는 GO에 영향을 미친다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트는, (예를 들면, 중량의 관점에서) 약 1 %, 2 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 91 %, 92 %, 93 %, 94 %, 95 %, 96 %, 97 %, 98 %, 99 % 또는 100 % 이상의 탄소 함량 또는 등급을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트는, (예를 들면, 중량의 관점에서) 약 100 %, 99 %, 98 %, 97 %, 96 %, 95 %, 94 %, 93 %, 92 %, 91 %, 90 %, 85 %, 80 %, 70 %, 60 %, 50 %, 40 %, 30 %, 20 %, 15 %, 10 %, 5 %, 2 % 또는 1 %보다 더 적은 탄소 함량 또는 등급을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트는 약 -200, -150, -100, -80, -50, -48, +48, +80, +100, +150 또는 +200 메쉬 사이즈 이상의 메쉬 사이즈에서 그러한 등급 또는 탄소 함량을 갖는다.
소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물은 탄소질 조성물의 하나 이상의 타입의 산화된 형태(들)로 프로세싱된다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 상이한 산화된 형태 또는 상이한 타입의 동일한 산화된 형태는, 본원의 디바이스 및 시스템의 반응 조건 및/또는 구성/동작에 의존하여(예를 들면, 도 1의 머신이 어떻게 작동하는지의 결과로서) 생성된다. 몇몇 실시형태에서, 이러한 인자는, 단독으로 또는 공급 원료 타입 또는 품질(예를 들면, 그래파이트 투입 사양)과 조합하여, 결과적으로 나타나는 합성 생성물에 영향을 미친다. 한 예에서, 그래파이트 공급 원료는 단일 층 GO 또는 다중 층 GO로 변형된다. 소정의 실시형태에서, 두 타입의 GO는 상이한 특성 및/또는 최종 생성물/용도를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 특성은, 예를 들면, 물리 화학적 특성 및/또는 성능 특성(예를 들면, 전도도 또는 순도)을 포함한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 단일 층 GO 및 다중 층 GO는 상이한 전도 특성을 갖는다.
소정의 실시형태에서, 단일 층 GO 및 다중 층 GO, 또는 그로부터 유도되는 재료(예를 들면, ICCN, 그래핀, 등등)에 대한 최종 생성물/용도는, 예를 들면, 에너지 변환/저장(예를 들면, (수퍼)커패시터, 배터리, 연료 전지, 광기전 또는 열전기), 촉매 작용, 감지(예를 들면, 화학적 및 생물학적 감지), 비계/지지체, 나노필러, 경량의 구조적 재료(예를 들면, 그래핀 섀시/부품 또는 터빈 블레이드), 광학 전자 장치(예를 들면, 터치스크린), 반도체(예를 들면, 휘수연석(MoS2)과 결합되는 그래핀), 정보 저장, 투명 재료, 초전도체(예를 들면, 이붕화 마그네슘(MgB2)이 산재된 그래핀), 의료 치료 및/또는 생화학적 분석(예를 들면, DNA 분석), 비선형 광학 재료, 여과 및/또는 수질 정화, 코팅, 종이(예를 들면, 그래핀 산화물 종이), 렌즈, 및 등등을 포함한다. 한 예에서, 소정의 실시형태에서, 단일 층 GO에 대한 최종 제품/용도는, 하이브리드 수퍼커패시터 및/또는 리튬 이온 배터리를 포함하고, 다중 층 GO에 대한 최종 제품/용도는 고밀도 수퍼커패시터를 포함한다. 소정의 실시형태에서, GO는 이러한 용도에 앞서 추가로 변형 또는 프로세싱된다. 소정의 실시형태에서, 주어진 GO 공급 원료가 추가로 프로세싱될 때, 결과적으로 나타나는 재료(들)는 소정의 물리 화학적 및/또는 성능 특성을 갖는다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, GO는 그래핀, 상호 연결된 주름진 탄소 기반 네트워크(interconnected corrugated carbon-based network; ICCN)(각각은 복수의 팽창되고 상호 연결된 탄소 층을 포함함), 또는 GO로부터 유도되는 다른 재료(예를 들면, 다른 이차원 결정질(예를 들면, 질화 붕소, 이셀레늄화 니오븀(niobium diselenide) 또는 황화 탄탈(IV))과 연계한 그래핀), 그래핀 또는 ICCN 복합 재료, 등등의 제조를 위한 공급 원료로서 사용된다. 소정의 실시형태에서, 결과적으로 나타나는 재료는, GO 공급 원료의 타입에 의존하는 상이한 특성(예를 들면, 커패시터에서의 최종 사용 동안의 커패시턴스, 배터리에서의 최종 사용 동안의 특성, 등등)을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 본원에서의 최종 생성물/용도는, 예를 들면, 그래핀 산화물 및/또는 다양한 rGO(예를 들면, 그래핀)의 최종 제품/용도를 포함한다.
소정의 실시형태에서, 합성을 위한 방법(예를 들면, 도 6의 방법)은 탄소질 조성물을 제공하는 것 및 제1 시간 기간에 걸쳐 탄소질 조성물의 제1 변형에 의해 탄소질 조성물의 제1 산화된 형태를 생성하는 것을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 시간 기간은, 약 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, 또는 500 분 이하이다. 소정의 실시형태에서, 제1 시간 기간은, 약 10 분 내지 약 20 분, 약 10 분 내지 약 30 분, 약 10 분 내지 약 40 분, 약 10 분 내지 약 50 분, 약 10 분 내지 약 60 분, 약 10 분 내지 약 70 분, 약 10 분 내지 약 80 분, 약 10 분 내지 약 90 분, 약 10 분 내지 약 100 분, 약 20 분 내지 약 30 분, 약 20 분 내지 약 40 분, 약 20 분 내지 약 50 분, 약 20 분 내지 약 60 분, 약 20 분 내지 약 70 분, 약 20 분 내지 약 80 분, 약 20 분 내지 약 90 분, 약 20 분 내지 약 100 분, 약 30 분 내지 약 40 분, 약 30 분 내지 약 50 분, 약 30 분 내지 약 60 분, 약 30 분 내지 약 70 분, 약 30 분 내지 약 80 분, 약 30 분 내지 약 90 분, 약 30 분 내지 약 100 분, 약 40 분 내지 약 50 분, 약 40 분 내지 약 60 분, 약 40 분 내지 약 70 분, 약 40 분 내지 약 80 분, 약 40 분 내지 약 90 분, 약 40 분 내지 약 100 분, 약 50 분 내지 약 60 분, 약 50 분 내지 약 70 분, 약 50 분 내지 약 80 분, 약 50 분 내지 약 90 분, 약 50 분 내지 약 100 분, 약 60 분 내지 약 70 분, 약 60 분 내지 약 80 분, 약 60 분 내지 약 90 분, 약 60 분 내지 약 100 분, 약 70 분 내지 약 80 분, 약 70 분 내지 약 90 분, 약 70 분 내지 약 100 분, 약 80 분 내지 약 90 분, 약 80 분 내지 약 100 분, 약 90 분 내지 약 100 분, 약 100 분 내지 약 150 분, 약 100 분 내지 약 200 분, 약 100 분 내지 약 250 분, 약 100 분 내지 약 300 분, 약 100 분 내지 약 350 분, 약 100 분 내지 약 400 분, 약 100 분 내지 약 450 분, 약 100 분 내지 약 500 분, 약 150 분 내지 약 200 분, 약 150 분 내지 약 250 분, 약 150 분 내지 약 300 분, 약 150 분 내지 약 350 분, 약 150 분 내지 약 400 분, 약 150 분 내지 약 450 분, 약 150 분 내지 약 500 분, 약 200 분 내지 약 250 분, 약 200 분 내지 약 300 분, 약 200 분 내지 약 350 분, 약 200 분 내지 약 400 분, 약 200 분 내지 약 450 분, 약 200 분 내지 약 500 분, 약 250 분 내지 약 300 분, 약 250 분 내지 약 350 분, 약 250 분 내지 약 400 분, 약 250 분 내지 약 450 분, 약 250 분 내지 약 500 분, 약 300 분 내지 약 350 분, 약 300 분 내지 약 400 분, 약 300 분 내지 약 450 분, 약 300 분 내지 약 500 분, 약 350 분 내지 약 400 분, 약 350 분 내지 약 450 분, 약 350 분 내지 약 500 분, 약 400 분 내지 약 450 분, 약 400 분 내지 약 500 분, 또는 약 450 분 내지 약 500 분이다. 소정의 실시형태에서, 합성을 위한 방법은, 탄소질 조성물을 제공하는 것 및 제2 시간 기간에 걸쳐 탄소질 조성물의 제2 변형에 의해 탄소질 조성물의 제2 산화된 형태를 생성하는 것을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 산화된 형태를 생성하기 위한 방법과 제2 산화된 형태를 생성하기 위한 방법 사이의 차이는, 시간 기간의 지속 기간에서의 차이(예를 들면, 제1 시간 기관과 제2 시간 기간 사이의 지속 기간 차이)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물의 제1 산화된 형태를 포함하는 커패시터는, 제1 시간 기간보다 적어도 약 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 50 배 더 긴 제2 시간 기간에 걸쳐 탄소질 조성물의 제2 변형에 의해 생성되는 탄소질 조성물의 제2 산화된 형태를 포함하는 경우보다 적어도 약 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 또는 200 배 더 큰 커패시턴스를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물의 제1 산화된 형태를 포함하는 커패시터는, 일정 범위의 반응 조건에 걸친 제1 시간 기간보다 더 긴 제2 시간 기간에 걸쳐 탄소질 조성물의 제2 변형에 의해 생성되는 탄소질 조성물의 제2 산화된 형태를 포함하는 경우보다 더 큰 커패시턴스를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물의 제1 산화된 형태를 포함하는 커패시터는, 제1 시간 기간보다 적어도 약 5 배 더 긴 제2 시간 기간에 걸쳐 탄소질 조성물의 제2 변형에 의해 생성되는 탄소질 조성물의 제2 산화된 형태를 포함하는 경우보다 적어도 약 2 배 더 큰 커패시턴스를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물의 제1 산화된 형태를 포함하는 커패시터는, 탄소질 조성물의 제2 산화된 형태를 포함하는 경우보다 적어도 약 10 배 더 큰 커패시턴스를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물의 제1 산화된 형태를 포함하는 커패시터는, 탄소질 조성물의 제2 산화된 형태를 포함하는 경우보다 적어도 약 50 배 더 큰 커패시턴스를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 제2 시간 기간은 제1 시간 기간보다 적어도 약 8 배 더 길다. 소정의 실시형태에서, 커패시턴스는 반응 조건의 범위 걸쳐 적어도 약 10 배 더 크다. 소정의 실시형태에서, 방법은 커패시턴스를 추가로 증가시키기 위해 반응 조건을 조정하는 것을 더 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응이 냉각될 때(예를 들면, 탄소질 조성물, 황산, 및 과망간산 칼륨을 포함하는 산화 반응에 얼음 및 과산화수소가 첨가될 때) 변형(예를 들면, 반응)에 대한 시간 기간(예를 들면, 제1 및 제2 시간 기간)이 종료한다.
소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물의 산화된 형태와 관련하여 설명되는 본 개시의 양태는, 적어도 몇몇 구성에서 탄소질 조성물의 산화된 형태로부터 유도된 재료에 동등하게 적용되고, 그 반대도 마찬가지이다. 한 예에서, 소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물의 제1 산화된 형태 또는 그로부터 유도되는 재료(예를 들면, 제1 산화된 탄소질 조성물의 환원된 형태)를 포함하는 커패시터(예를 들면, 이중 층 커패시터/수퍼커패시터)는, 탄소질 조성물의 제2 산화된 형태 또는 그로부터 유도되는 재료(예를 들면, 제2 산화된 탄소질 조성물의 환원된 형태)를 포함하는 경우보다 적어도 약 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 또는 200 배 더 큰 커패시턴스를 갖는다. 다른 예에서, 소정의 실시형태에서, 본 개시의 장치는 탄소질 조성물의 산화된 형태 및/또는 그로부터 유도되는 재료(예를 들면, 산화된 탄소질 조성물의 환원된 형태)를, 연간 약 100 g, 연간 200 g, 연간 500 g, 연간 750 g, 연간 1 킬로그램(kg), 연간 10 kg, 연간 25 kg, 연간 50 kg, 연간 75 kg, 0.1 tpy, 0.2 tpy, 0.3 tpy, 0.4 tpy, 0.5 tpy, 0.6 tpy, 0.7 tpy, 0.8 tpy, 0.9 tpy, 1 tpy, 2 tpy, 3 tpy, 4 tpy, 5 tpy, 10 tpy, 25 tpy, 50 tpy, 75 tpy, 100 tpy, 200 tpy, 500 tpy, 750 tpy, 1,000 tpy (1 ktpy), 2,000 tpy, 3,000 tpy, 4,000 tpy, 5,000 tpy, 6,000 tpy, 7,000 tpy, 8,000 tpy, 9,000 tpy, 10,000 tpy 또는 그 이상보다 더 큰 또는 동등한 속도에서 형성한다.
소정의 실시형태에서, 본원에 설명되는 시스템 및 방법에 따라 합성되는 그래파이트 산화물, 그래핀 산화물, 또는 그로부터 유도되는 재료를 포함하는 전극을 포함하는 커패시터는, 약 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, 또는 50 mV/s의 스캔 속도에서, 적어도 약 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, 또는 1000 mF/cm2의 피크 커패시턴스를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 본원에 설명되는 시스템 및 방법에 따라 합성되는 환원된 그래파이트 산화물 또는 환원된 그래핀 산화물을 포함하는 전극을 포함하는 커패시터는, 약 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, 또는 50 mV/s의 스캔 속도에서, 적어도 약 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, 또는 1000 mF/cm2의 피크 커패시턴스를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 본원에 설명되는 시스템 및 방법에 따라 합성되는 그래파이트 산화물, 그래핀 산화물, 또는 그로부터 유도되는 재료를 포함하는 전극을 포함하는 커패시터는, 약 10 mV의 스캔 속도에서 적어도 약 200 mF/cm2의 피크 커패시턴스를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 본원에서 설명되는 시스템 및 방법에 따라 합성된 환원된 그래파이트 산화물 또는 환원된 그래핀 산화물을 포함하는 전극을 포함하는 커패시터는, 약 10 mV/s의 스캔 속도에서 적어도 약 200 mF/cm2의 피크 커패시턴스를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 본원에서 설명되는 시스템 및 방법에 따라 합성되는 그래파이트 산화물, 그래핀 산화물, 또는 그로부터 유도되는 재료를 포함하는 전극을 포함하는 디바이스는, 상이한 시스템 또는 방법을 사용하여 합성되는 그래파이트 산화물, 그래핀 산화물, 또는 그로부터 유도되는 재료를 포함하는 디바이스보다 적어도 약 56 배 더 큰 커패시턴스를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 본원에서 설명되는 시스템 및 방법에 따라 합성되는 환원된 그래파이트 산화물 또는 환원된 그래핀 산화물을 포함하는 전극을 포함하는 디바이스는, 상이한 시스템 또는 방법을 사용하여 합성되는 환원된 그래파이트 산화물 또는 환원된 그래핀 산화물을 포함하는 디바이스보다 적어도 약 56 배 더 큰 커패시턴스를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 디바이스는 커패시터(예를 들면, 수퍼커패시터)이다.
소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물은 그래파이트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물의 제1 산화된 형태는 그래파이트 산화물 또는 그래핀 산화물을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물의 제2 산화된 형태는 그래파이트 산화물 또는 그래핀 산화물을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 탄소질 조성물의 제1 산화된 형태를, 다시 탄소질 조성물로 또는 탄소질 조성물과 실질적으로 유사한 또는 상이한 산소가 제거된 다른 탄소질 조성물(예를 들면, rGO)로 환원시키는 것을 더 포함한다.
도 7은 커패시턴스 대 반응 시간의 측정의 예를 도시한다. 반응 조건은 다음을 포함하였다: 6배 질량비 Ox:Gr, 자체 가열됨(발열), 0 내지 20 시간. 10 mV/s에서의 피크 커패시턴스는 20 분에서 49 mF/cm2였다. 이 예에서, 반응이 자체 가열하는 것 및 시간의 연장된 기간 동안 진행하는 것을 허용하면, 그 시간에 걸쳐 더 낮은 커패시턴스를 갖는 디바이스가 생성된다. 몇몇 실시형태에서, 제1 변환 동안, 자체 가열된 반응이 진행하도록 허용되는 시간을 증가시키는 것은, 그 시간에 걸쳐 최대 커패시턴스를 감소시킨다.
몇몇 실시형태에서, 자체 가열된 반응은, 약 0 ℃의 온도에서 그래파이트 및 진한 황산을 포함하는 혼합물에 과망간산 칼륨(KMnO4)을 첨가하는 것에 의해 개시된다.
도 8은 커패시턴스 대 반응 시간의 측정의 다른 예를 도시한다. 반응 조건은 다음을 포함하였다: 6배 질량비 Ox:Gr, 자체 가열됨(발열), 0 내지 2 시간. 10 mV/s에서의 피크 커패시턴스는 15 분에서 87 mF/cm2였다. 이 예에서, 반응 시간이 더 짧으면, 더 적은 산화 손상으로 그래핀의 더욱 원래의 sp2 구조를 유지하는 것에 의해 더 높은 커패시턴스로 이어진다. 몇몇 실시형태에서, 제1 변형 동안, 적어도 부분적으로 자체 가열된 반응의 반응 시간을 감소시키는 것은, 더 적은 산화 손상으로 탄소질 조성물의 더욱 적합한 구조를 유지하는 것에 의해 최대 커패시턴스를 증가시킨다.
도 9는 반응 시간 대 커패시턴스의 측정의 또 다른 예를 도시한다. 반응 조건은 다음을 포함하였다: 6배 질량비 Ox:Gr, 얼음 배쓰에 의해 냉각됨, 0-2 시간. 10 mV/s에서의 피크 커패시턴스는 45 분에서 459 mF/cm2였다. 이 예에서, 더 차가운 반응 온도는, 적시에 반응을 냉각시키는, 더욱 큰 기회의 창으로 이어진다. 몇몇 실시형태에서, 제1 변형 동안, 반응 온도를 감소시키는 것은 적절한 시간에 반응을 냉각시키는, 더욱 큰 기회의 창으로 이어진다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 얼음 배쓰에 의한 냉각을 통해 반응 온도를 감소시키는 것을 더 포함한다. 소정의 실시형태에서, 주위 반응 온도 미만에서의 반응 실행은, (i) 시간의 짧은 기간에 걸쳐 향상된 커패시턴스를 나타내거나, (ii) 안전하고 더욱 제어된 반응으로 이어지거나, 또는 (iii) 이들의 조합을 나타낸다. 소정의 실시형태에서, 주위 반응 온도는 주위 조건에서의 반응 온도이다.
도 10은 도 9의 샘플로부터 구성되는 이중 층 디바이스(이중 층 커패시터)의 순환 전압전류법(CV) 스캔을 도시한다. 다양한 스캔 속도에서의 예시적인 측정 값이 표 2에 열거되어 있다.
도 11a 및 도 11b는, 그 안의 관련 부분과 관련하여 참조에 의해 본원에 통합되는, Science, 335(6074), 1326 (2012)의 El-Kady M. F. 등등의 "Laser scribing of high-performance and flexible graphene-based electrochemical capacitors"의 결과(도 11b)와의, 1000 mV/s의 스캔 속도에서 도 9의 샘플로부터 구성되는 이중 층 디바이스(이중 층 커패시터)의 순환 전압전류법(CV) 스캔(도 11a)의 비교를 제공한다. 도 11a의 디바이스는, (예를 들면, 도 6의 방법에 따라) 본원에서 설명되는 바와 같이 제조되는 GO로부터 유도되는 재료를 포함하는 하나 이상의 전극을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 도 11a의 디바이스는, 도 11b의 디바이스의 커패시턴스(예를 들면, 1000 mV/s에서의 피크 커패시턴스)보다 적어도 약 35 배 더 큰 커패시턴스(예를 들면, 1000 mV/s에서의 피크 커패시턴스)를 갖는다. 본 개시에 따라 제조되는 재료를 사용하는 향상된 커패시턴스의 다른 예는 본원의 다른 곳에서 제공된다.
도 12는 염산(HCl) 세정의 횟수의 함수로서 커패시턴스를 도시한다. 이 예에서, (예를 들면, 도 6의 방법의) 제품을 0과 5 회 사이의 HCl 세정으로 세정하는 효과를 비교하는 것은 HCl 세정이 불필요하다는 것을 나타낸다. 반응 조건은 다음을 포함하였다: 6배 질량비 Ox:Gr, 얼음 배쓰에 의한 냉각, 0-1 시간, 가변 HCl 세정. 10 mV/s에서의 피크 커패시턴스는 31 분에서 261 mF/cm2였다. 가시적인 경향이 없이 모든 세정 횟수 사이의 커패시턴스에서 11 % 변동이 관찰되었다.
소정의 실시형태에서, 합성을 위한 방법(예를 들면, 도 6의 방법)은, 그래파이트를 제공하는 것, 및 염산의 도움을 갖는 것보다 적어도 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 배 더 빨리, 염산의 도움 없이 그래파이트를 그래파이트 산화물로 변환하는 것을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 합성을 위한 방법은 그래파이트를 제공하는 것, 및 염산의 도움을 갖는 것보다 적어도 약 2 배 더 빨리, 염산의 도움 없이 그래파이트를 그래파이트 산화물로 변환하는 것을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 그 방법은, 염산의 도움을 갖는 것보다 적어도 약 5 배 더 빨리, 염산의 도움 없이 그래파이트를 그래파이트 산화물로 변환하는 것을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 그 방법은, 염산의 도움을 갖는 것보다 적어도 약 8 배 더 빨리, 염산의 도움 없이 그래파이트를 그래파이트 산화물로 변환하는 것을 포함한다.
소정의 실시형태에서, 그 방법은, 수정된 허머스 법(modified Hummers method)보다 적어도 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8 배 더 빨리, 그래파이트 산화물을 합성하는 것을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은, 수정된 허머스 법보다 적어도 약 8 배 더 빨리, 그래파이트 산화물을 합성하는 것을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트 산화물은 약 1 주일 이내에 합성된다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 수정된 허머스 법보다, 생성되는 그래파이트 산화물의 중량당 폐기물을 덜 생성한다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 반복 가능한 결과를 생성한다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트 산화물은 공기 건조 없이 합성된다.
몇몇 실시형태에서, 염산은 본원에서 그래파이트 산화물의 합성에서 소비되지 않는다. 소정의 실시형태에서, 수정된 허머스 법에 의한 정제를 위해 사용되는 염산 세정이 제거되고, 그에 의해, 수정된 허머스 법과 비교하여 더 빠른 정제로 이어진다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트 산화물을 하나 이상의 염산 세정에 노출시키는 것은, 커패시턴스에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 소정의 실시형태에서, 정제 단계로부터의 염산의 제거는, 커패시턴스의 어떠한 손실도 나타내지 않거나, 그래파이트 산화물의 비용을 상당히 감소시키거나, 정제 절차를 촉진시키거나, 또는 이들의 임의의 조합을 나타낸다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은, 수정된 허머스 법보다 적어도 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 배 더 적은 그래파이트 산화물의 질량당 비용에서 그래파이트 산화물을 합성하는 것을 포함한다. 하나의 예에서, 그 방법은 수정된 허머스 법보다 적어도 약 4 배 더 적은 그래파이트 산화물의 질량당 비용에서 그래파이트 산화물을 합성하는 것을 포함한다.
소정의 실시형태에서, 그 방법은 합성이 수행될 때마다 허용 가능하고 재현 가능한 합성 생성물로 이어지는 정확한 단계의 세트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은, 인간과 관련되는 하나 이상의 합성 단계를 제거하는 것에 의해, 인간의 에러 및/또는 인간 판단에 대한 의존이 감소되는 것을 허용한다. 소정의 실시형태에서, 인간의 에러 및/또는 인간의 판단에 대한 의존은, 시간 경과에 따른 물 및/또는 얼음의 첨가의 속도를 제어하는 것과 관련된다.
소정의 실시형태에서, 그 방법은, (i) 약 45 ℃ 미만의 또는 (ii) 수정된 허머스 법에서 사용되는 평균 또는 최대 온도보다 적어도 약 30 ℃ 더 낮은 평균 또는 최대 온도에서 그래파이트 산화물을 합성하는 것을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 감소된 평균 또는 최대 온도는 폭발의 위험성을 감소시키고, 그에 의해, 안전성을 증가시킨다.
소정의 실시형태에서, 그래파이트 산화물의 배치(예를 들면, 1 g의 그래파이트 산화물)는 다음에 의해 생성된다: (a) 약 0 ℃의 제1 온도에서 750 ml의 진한 황산에 15 g의 그래파이트를 첨가하는 것, 제1 온도는 얼음 배쓰를 사용하여 유지됨; (b) 약 15 ℃ 미만의 제2 온도를 유지하면서 90 g의 과망간산 칼륨(KMnO4)을 첨가하는 것; (c) 약 45 분 동안 (b)에서 혼합물을 뒤섞는 것; (d) 2.6 kg의 얼음에 (c)에서의 혼합물을 첨가하는 것 및 그 다음 75 ml의 30 % H2O2를 첨가하는 것에 의해 냉각시키는 것; 및 (e) 5 번의 H2O 세정에 의한 정제 및 뒤이은 약 1 주간의 연속 유동 투석. 소정의 실시형태에서, (b)에서의 첨가는 발열 반응으로 이어진다.
소정의 실시형태에서, 본원의 방법은, 탄소질 조성물의 산화된 형태를 제조하는 절차, 탄소질 조성물의 산화된 형태로부터 유도되는 재료를 제조하는 절차, 또는 이들 둘 모두를 포함한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 본원의 방법은 GO 및 그래핀/환원된 그래파이트 산화물 둘 모두를 제조하는 절차(들)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, GO는 제1 반응에서 그래파이트로부터 형성된다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응은 산화(예를 들면, 산화 반응)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, GO는 처리된다(예를 들면, 필터링/정제, 최종 생성물인 경우 농축, 등등). 소정의 실시형태에서, GO는 제2 반응에서 (예를 들면, 그래핀, ICCN, 또는 GO의 환원을 통해 유도되는 임의의 다른 재료로) 환원된다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응은 환원을 포함한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, GO는 환원되어 그래핀 및/또는, 본원에서 일괄적으로 환원된 그래파이트 산화물(rGO)로 칭해지는, GO의 다른 환원된 형태를 형성한다. 소정의 실시형태에서, rGO는 그래파이트 산화물 및/또는 그래핀 산화물의 환원된 형태를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 그래핀과 관련하여 설명되는 본 개시의 임의의 양태는 적어도 몇몇 구성에서는 rGO에 동등하게 적용되고, 그 반대도 마찬가지이다. 소정의 실시형태에서, rGO(예를 들면, 그래핀)는 처리된다.
몇몇 실시형태에서, 단일 층 GO가 제조된다. 소정의 실시형태에서, 제조 또는 방법(예를 들면, 제1 반응)은 그래파이트 kg당 약 32 리터(L)의 98 % 황산을 사용한다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트 kg당 과망간산 칼륨 분말 약 4.8 kg가 사용된다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 쿠킹(cooking) 시간을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 쿠킹 시간을 포함하지 않는다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 주어진 온도 및 프로세스(들)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은, 반응의 초기부터, 과망간산 칼륨의 약 1.5 시간의 첨가(약 15 ℃ 미만의 반응 온도), 약 2 시간의 반응 시간(약 20 내지 30 ℃의 반응 온도 범위), 약 32 kg의 얼음의 약 1 시간의 첨가(약 50 ℃의 반응 온도) 및 약 1 시간의 반응 시간(약 50 ℃의 반응 온도)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응을 냉각시키기 위해 및/또는 반응 냉각을 위한 얼음에 대해, 그래파이트 kg당 약 72 kg의 얼음이 사용된다. 소정의 실시형태에서, 반응을 냉각시키고 및/또는 중화를 위해, 그래파이트 kg당 약 2 L의 30 % 과산화수소가 사용된다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트는 주어진 타입이다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트는 325sh 천연 편상 그래파이트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, (예를 들면, 하나 이상의 반응 프로세스 동안의) 혼합 속도는 약 100 rpm이다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 원료 혼합의 타이밍을 측정하는 것을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 황산 및 그래파이트는, 그래파이트 먼지를 최소화하도록 예비 혼합되고, 그 다음, 신속하게 반응기에 첨가된다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨의 첨가는 발열 반응을 초래한다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨은 반응 온도를 약 15 ℃ 미만으로 유지할 정도로 충분히 느린 속도로 첨가된다(예를 들면, 과망간산 칼륨은 대략 1.5 시간에 걸쳐 첨가된다). 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨은, 냉각 메커니즘(예를 들면, 냉각 파이프 및/또는 얼음의 첨가)과 조합하여, 반응 온도를 약 15 ℃ 미만으로 유지할 정도로 충분히 느린 속도로 첨가된다.
몇몇 실시형태에서, 다중 층 GO가 제조된다. 소정의 실시형태에서, 제조 또는 방법(예를 들면, 제1 반응)은 그래파이트 kg당 약 25 L의 98 % 황산을 사용한다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트 산화물 kg당 과망간산 칼륨 약 2 kg가 사용된다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 쿠킹 시간을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 쿠킹 시간을 포함하지 않는다. 소정의 실시형태에서, 방법은 주어진 온도 및 프로세스(들)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 방법은 45 분에 걸친 과망간산 칼륨의 첨가(반응 온도 약 15 ℃ 미만) 및 30 분의 반응 시간(약 15 ℃의 반응 온도)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응을 냉각시키기 위해 및/또는 반응 냉각을 위한 얼음에 대해, 그래파이트 kg당 약 125 kg의 얼음이 사용된다. 소정의 실시형태에서, 반응을 냉각시키고 및/또는 중화를 위해, 그래파이트 kg당 약 1 L의 30 % 과산화수소가 사용된다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트는 주어진 타입이다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트는 고도로 박리 및 밀링되고, 작은 플레이크, 큰 표면적 그래파이트, 9 미크론 플레이크, 또는 이들의 임의의 조합이다. 소정의 실시형태에서, (예를 들면, 하나 이상의 반응 프로세스 동안의) 혼합 속도는 약 100 rpm이다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 원료 혼합의 타이밍을 측정하는 것을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 황산 및 그래파이트는, 그래파이트 먼지를 최소화하도록 예비 혼합되고, 그 다음, 신속하게 반응기에 첨가된다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨의 첨가는 발열 반응을 초래한다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨은 반응 온도를 약 15 ℃ 미만으로 유지할 정도로 충분히 느린 속도로 첨가된다(예를 들면, 과망간산 칼륨은 대략 1.5 시간에 걸쳐 첨가된다).
소정의 실시형태에서, 제1 반응 이후에 제1 여과가 수행된다. 소정의 실시형태에서, 제1 여과는 산화 후 정제(post-oxidation purification)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 여과의 목적 또는 목표는 (예를 들면, 그것이 행해지는지 방법에 무관하게), 조생성물(crude product)로부터 불순물을 제거하고 pH를 적어도 약 5까지 가져가는 것이다. 소정의 실시형태에서, 산화(반응 1) 이후, 조생성물은 GO뿐만 아니라, 예를 들면, 황산, 망간 산화물 및 황산 망간과 같은 하나 이상의(예를 들면, 여러 개의) 불순물을 함유한다. 소정의 실시형태에서, 정제가 완료된 이후, GO는, 그 다음, 예를 들면, 약 1 중량 %의 용액으로 농축된다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응으로부터의 물 및/또는 산은 여과 동안 제거된다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 이후, 산 농도는, 대략 0의 pH에 대응하는, 약 30 %(단일 층) 또는 약 16 %(다중 층) 황산이다. 소정의 실시형태에서, 여과는 pH가 약 5에 도달하는 경우 완료되는데, 약 0.00005 %의 산 농도에 대응한다. 소정의 실시형태에서, 주어진 양 또는 정도의 농도가 GO 판매 및/또는 스트레이트 그래핀(straight graphene) 사용에 대해 필요하다(예를 들면, 제2 반응에 대한 공급 원료로서 사용되는 경우). 소정의 실시형태에서, GO(예를 들면, 대부분의 GO)는 건조 분말 형태 및/또는 약 2 (중량) %의 수용액으로 판매되거나 또는 사용된다. 몇몇 실시형태에서, 탄소질 조성물의 산화된 형태는, 연간 약 100 그램(g), 연간 200 g, 연간 500 g, 연간 750 g, 연간 1 킬로그램(kg), 연간 10 kg, 연간 25 kg, 연간 50 kg, 연간 75 kg, 0.1 tpy, 0.2 tpy, 0.3 tpy, 0.4 tpy, 0.5 tpy, 0.6 tpy, 0.7 tpy, 0.8 tpy, 0.9 tpy, 1 tpy, 2 tpy, 3 tpy, 4 tpy, 5 tpy, 10 tpy, 25 tpy, 50 tpy, 75 tpy, 100 tpy, 200 tpy, 500 tpy, 750 tpy, 1,000 tpy(1 ktpy), 2,000 tpy, 3,000 tpy, 4,000 tpy, 5,000 tpy, 6,000 tpy, 7,000 tpy, 8,000 tpy, 9,000 tpy, 10,000 tpy 또는 그 이상보다 더 큰 또는 동일한 속도에서 제1 여과를 통해 필터링된다. 소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물의 산화된 형태는 배치 프로세스로서 제1 반응 필터를 사용하여 필터링된다. 소정의 실시형태에서, 본원의 다른 곳에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 본원의 방법, 디바이스, 및 시스템은 확장 가능하다. 몇몇 실시형태에서, 제1 반응 필터는, 배치당 약 1 g, 2 g, 4 g, 6 g, 8 g, 10 g, 25 g, 50 g, 75 g, 100 g, 250 g, 500 g, 750 g, 1 kg, 2 kg, 4 kg, 6 kg, 8 kg, 10 kg, 15 kg, 25 kg, 50 kg, 75 kg, 100 kg, 250 kg, 500 kg, 750 kg, 1 톤(t), 2 t, 4 t, 6 t, 8 t, 10 t, 15 t, 25 t, 50 t, 75 t, 100 t, 250 t, 500 t, 750 t 또는 1,000 t보다 더 큰 또는 동일한 속도에서 탄소질 조성물의 산화된 형태를 필터링하기 위해 사용된다.
소정의 실시형태에서, 제2 반응은, 그래핀(환원된 그래파이트 산화물)을 형성하는 GO의 환원을 포함한다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 제1 정제 이후, 생성물의 황산 농도는 약 5의 pH를 갖는 약 0.00005 %이다. 소정의 실시형태에서, 용액 중의 GO의 농도는 약 1 질량 %이다(100 L의 수용액 내에 1 kg의 GO). 소정의 실시형태에서, 제조 또는 방법(예를 들면, 제2 반응)은 (100 리터의 용액 내에서) GO의 kg당 20 L의 30 % 과산화수소 및 (100 리터의 용액 내에서) GO의 kg당 약 4.95 kg의 아스코르빈산 나트륨(아스코르브산의 나트륨 염)을 사용한다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 쿠킹 시간을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 쿠킹 시간을 포함하지 않는다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 주어진 온도 및 프로세스(들)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 그 방법은 반응을 약 90 ℃까지 가열하는 것 및 과산화수소를 1 시간에 걸쳐 첨가하는 것을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응은 약 3 시간 남짓 동안 약 90 ℃에서 계속 가열된다. 소정의 실시형태에서, 아스코르빈산 나트륨은 약 30 분에 걸쳐 첨가된다. 소정의 실시형태에서, 반응은 대략 추가적인 1.5 시간 동안 약 90 ℃에서 계속 가열된다. 소정의 실시형태에서, 90 ℃에서의 총 시간은 약 6 시간이다. 소정의 실시형태에서, (예를 들면, 하나 이상의 반응 프로세스 동안의) 혼합 속도는 약 200 rpm이다. 몇몇 실시형태에서, 장치는 탄소질 조성물의 환원된 형태를, 연간 약 100 그램(g), 연간 200 g, 연간 500 g, 연간 750 g, 연간 1 킬로그램(kg), 연간 10 kg, 연간 25 kg, 연간 50 kg, 연간 75 kg, 0.1 tpy, 0.2 tpy, 0.3 tpy, 0.4 tpy, 0.5 tpy, 0.6 tpy, 0.7 tpy, 0.8 tpy, 0.9 tpy, 1 tpy, 2 tpy, 3 tpy, 4 tpy, 5 tpy, 10 tpy, 25 tpy, 50 tpy, 75 tpy, 100 tpy, 200 tpy, 500 tpy, 750 tpy, 1,000 tpy(1 ktpy), 2,000 tpy, 3,000 tpy, 4,000 tpy, 5,000 tpy, 6,000 tpy, 7,000 tpy, 8,000 tpy, 9,000 tpy, 10,000 tpy 또는 그 이상보다 더 큰 또는 동일한 속도에서 형성한다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 시스템은 배치 제조, 합성 또는 프로세싱을 위해 사용된다(즉, 배치 프로세스로서 실행됨). 소정의 실시형태에서, 본원의 다른 곳에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 본원의 방법, 디바이스, 및 시스템은 확장 가능하다. 몇몇 실시형태에서, 제2 반응 시스템은, 탄소질 조성물의 산화된 형태를, 배치당 약 1 g, 2 g, 4 g, 6 g, 8 g, 10 g, 25 g, 50 g, 75 g, 100 g, 250 g, 500 g, 750 g, 1 kg, 2 kg, 4 kg, 6 kg, 8 kg, 10 kg, 15 kg, 25 kg, 50 kg, 75 kg, 100 kg, 250 kg, 500 kg, 750 kg, 1 톤(t), 2 t, 4 t, 6 t, 8 t, 10 t, 15 t, 25 t, 50 t, 75 t, 100 t, 250 t, 500 t, 750 t 또는 1,000 t 이상의 속도에서 형성한다.
소정의 실시형태에서, 제2 반응 이후에 제2 여과가 수행된다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 이후, 예를 들면, 소량의 황산, 망간 산화물 및 망간 염이 더해진 아스코르빈산 나트륨과 같은 몇몇 불순물이 존재한다. 소정의 실시형태에서, 제1 여과의 목적 또는 목표는 (예를 들면, 그것이 행해지는지 방법에 무관하게), 용액으로부터 불순물(예를 들면, 그들의 염)을 제거하는 것이다. 소정의 실시형태에서, 물, 산 및/또는 염은 제2 반응으로부터 남게 된다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 초기 산화(예를 들면, 제1 반응)로부터의 잔류하는 소량의 황산, 망간 산화물 및 망간 염에 더해, 제2 반응으로부터의 용액 중에 GO의 kg 당 약 4.95 kg의 아스코르빈산 나트륨이 남아 있다. 소정의 실시형태에서, 환원 이후의 용액의 전도도는, 약 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 250, 300, 350, 400, 450 또는 500 mS/cm보다 더 크다. 소정의 실시형태에서, 환원 이후의 용액의 전도도는 약 200 mS/cm보다 더 크다. 소정의 실시형태에서, rGO 용액의 전도도가 약 50 μS/cm 이하가 될 때까지 rGO 용액은 탈이온수(de-ionized(DI) water)(예를 들면, 다량의 DI 물을 가짐)로 세정된다. 소정의 실시형태에서, rGO 용액은 제2 반응 필터 또는 제2 반응 여과 프로세스를 사용하여 세정된다. 소정의 실시형태에서, 주어진 양 또는 정도의 농도가 스트레이트 rGO(예를 들면, 그래핀) 사용에 필요하다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 약 2 중량 % 이상의 농도가 필요하다. 몇몇 실시형태에서, 탄소질 조성물의 환원된 형태는, 연간 약 100 그램(g), 연간 200 g, 연간 500 g, 연간 750 g, 연간 1 킬로그램(kg), 연간 10 kg, 연간 25 kg, 연간 50 kg, 연간 75 kg, 0.1 tpy, 0.2 tpy, 0.3 tpy, 0.4 tpy, 0.5 tpy, 0.6 tpy, 0.7 tpy, 0.8 tpy, 0.9 tpy, 1 tpy, 2 tpy, 3 tpy, 4 tpy, 5 tpy, 10 tpy, 25 tpy, 50 tpy, 75 tpy, 100 tpy, 200 tpy, 500 tpy, 750 tpy, 1,000 tpy(1 ktpy), 2,000 tpy, 3,000 tpy, 4,000 tpy, 5,000 tpy, 6,000 tpy, 7,000 tpy, 8,000 tpy, 9,000 tpy, 10,000 tpy 또는 그 이상보다 더 큰 또는 동일한 속도에서 제2 반응 필터를 사용하여 필터링된다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 필터는 배치 여과 및/또는 정제를 위해 사용된다(즉, 배치 프로세스로서 실행됨). 소정의 실시형태에서, 본원의 다른 곳에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 본원의 방법, 디바이스, 및 시스템은 확장 가능하다. 몇몇 실시형태에서, 제2 반응 필터는, 배치당 약 1 g, 2 g, 4 g, 6 g, 8 g, 10 g, 25 g, 50 g, 75 g, 100 g, 250 g, 500 g, 750 g, 1 kg, 2 kg, 4 kg, 6 kg, 8 kg, 10 kg, 15 kg, 25 kg, 50 kg, 75 kg, 100 kg, 250 kg, 500 kg, 750 kg, 1 톤(t), 2 t, 4 t, 6 t, 8 t, 10 t, 15 t, 25 t, 50 t, 75 t, 100 t, 250 t, 500 t, 750 t 또는 1,000 t보다 더 큰 또는 동일한 속도에서 탄소질 조성물의 환원된 형태를 필터링하기 위해 사용된다.
몇몇 실시형태에서, 제2 반응은 제1 반응과는 별개로 수행된다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 제2 반응은, 제2 여과가 후속되는 몇몇 경우에서, 적절한 사양을 갖는 임의의 그래파이트 산화물 공급 원료를 사용하여 수행된다.
소정의 실시형태에서, 제1 반응, 제1 여과, 제2 반응 및 제2 여과(또는 산화, 정제, 환원 및 최종 정제) 중 하나 이상은 본원의 디바이스 및 시스템을 사용하여 수행된다. 소정의 실시형태에서, 본원의 디바이스 및 시스템은 임의의 주어진 프로세싱 단계 또는 절차에 대해 적절하게 구성된다(예를 들면, 온도, 반응 냉각, 시약의 첨가의 속도, 등등이 조정됨). 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 믹싱 볼 및 탱크 내용물(예를 들면, 물질(들)의 질량 및/또는 타입) 및/또는 사이즈는 (예를 들면, 제1 반응 대신) 제2 반응을 수행하도록 조정된다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응은 제1 시스템에서 수행된다. 소정의 실시형태에서, 제1 여과는 제1 시스템에서 또는 제1 시스템과는 별개로 수행된다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응은 제2 시스템에서 수행된다. 소정의 실시형태에서, 제2 여과는 제2 시스템에서 또는 제2 시스템과는 별개로 수행된다. 몇몇 실시형태에서, 제1 및 제2 시스템은 커플링된다(예를 들면, 제1 시스템이 제2 시스템으로 공급한다). 소정의 실시형태에서, 본원의 복수의 디바이스 및 시스템이 (예를 들면, 탱크 하우스에서) 커플링된다. 몇몇 실시형태에서, 제1 시스템은 제2 시스템과 동일하다(예를 들면, 시스템은 제1 반응을 위해 먼저 사용되도록, 세정되도록 또는 비워지도록, 그 다음, 제2 반응을 위해 사용되도록 구성된다). 소정의 실시형태에서, 제1 및 제2 여과는 별개의 시스템에서 또는 단일의 필터 시스템에서 수행된다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응, 제1 여과, 제2 반응, 및 제2 여과는 단일의 전체 프로세스에서 순차적으로 수행된다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 생성물은, 제2 반응 및/또는 제2 여과로 진행하지 않고, 제1 여과에서 필터링된다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응, 제1 여과, 제2 반응, 및 제2 여과 프로세스의 임의의 조합은 자동화되거나 또는 반자동화된다. 자동화는, GO/rGO의 지속적인 생산이 생산 속도를 최대화하고 동시에 인건비를 낮추는 것을 가능하게 한다.
도 41a 및 도 41b는 여과 시스템의 예시적인 실시형태를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 여과 시스템은 제2 반응 필터(예를 들면, 제2 반응에 후속하여 제2 여과를 구현하기 위해 사용됨)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 필터는 rGO/그래핀 제2 반응 필터이다. 도 42a 내지 도 42c는, 도 41a 및 도 41b와 도 43a 내지 도 43f의 시스템의 동작의 예를 제공한다. 몇몇 실시형태에서, 도 43a 내지 도 43f의 rGO/그래핀 제2 반응 필터는, HDPE 시트(304) 스테인레스 스틸을 포함하거나 또는 적어도 부분적으로 그로부터 형성된다. (예를 들면, 제2 반응 필터의) 여과 시스템 및 방법의 추가적인 예 및 상세한 실시형태가, 도 13a 내지 도 13c, 도 14a 및 도 14b, 도 15a 및 도 15b, 도 16a 및 도 16b, 도 17, 도 18a 및 도 18b, 도 19a 및 도 19b, 도 20, 도 21a 내지 도 21c, 도 22a 내지 도 22d, 도 23a 내지 도 23e, 도 24, 도 25a 내지 도 25c, 도 26a 및 도 26b, 도 27a 내지 도 27b, 도 28a 내지 도 28b, 도 29a 내지 도 29b, 도 30a 및 도 30b, 도 31 내지 도 35, 도 36a 및 도 36b, 도 37a 및 도 37b, 및 도 38 내지 도 40에서 제공된다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 필터는 다음 중 하나 이상을 포함한다: 프레임 어셈블리(4301), 크래들 피봇 어셈블리(4302), 드럼 크래들 어셈블리(4303), 드럼 어셈블리(4304), 구동 샤프트(4305), 아이들러 샤프트(4306), 구동 쉬라우드(4307), 드럼 샤프트 지지체(4308), 드럼 샤프트 지지체 아이들러 사이드(drum shaft support idler side)(4309), 모터 마운트 플레이트(4310), 머신 키 스톡(4311), 클램프 칼라(clamp collar)(4312), 플랜지 베어링(4313), 구동 휠(4314), 아이들러 휠(4315), 발도어 모터(baldor motor)(4316), 클램프 칼라(4317), 엔클로저(enclosure)(4318), 제어 엔클로저(4319), 구동 샤프트 풀리(4320), 구동 샤프트 풀리(4321), 구동 벨트(4322), 홀드 다운 클램프(4323), 밀봉 와셔(4324), 너트(4325), 육각 볼트(4326, 4327), 평와셔(4328, 4329), 너트(4330), 소켓 헤드 캡 스크류(4331), 및 육각 볼트(4332). 소정의 실시형태에서, 다양한 공간 사이즈 또는 치수에 대한 단위는 인치 또는 센티미터이다. 소정의 실시형태에서, 각도에 대한 단위는 도(degree)이다. 몇몇 실시형태에서, 달리 명시되지 않는 한, 치수는 인치 단위이다. 몇몇 실시형태에서, 달리 명시되지 않는 한, 공차는 X = ±0.1, .XX = ±0.01 및 .XXX = ±0.005(십진수) 및 ±1°(각도)이다. 스케일링은 나타내어진 대로일 수도 있거나 또는 아닐 수도 있다.
소정의 실시형태에서, 여과 시스템(예를 들면, 제2 반응 필터)은 하나 이상의 서브시스템 또는 부분을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 여과 시스템(예를 들면, rGO/그래핀 제2 반응 필터와 같은 제2 반응 필터)은 상부 어셈블리, 프레임 어셈블리, 리드 어셈블리, 크래들 피봇 어셈블리, 드럼 크래들 어셈블리, 드럼 어셈블리, 스프레이 바 어셈블리, 드럼 단부 캡 어셈블리, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 소정의 실시형태에서, 각각의 이러한 서브시스템 또는 부분은 차례로 하나 이상의 컴포넌트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 여과 시스템은 이러한 서브시스템 또는 부분의 임의의 컴포넌트(들)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 이러한 컴포넌트(들)는 상기 언급된 서브시스템 또는 부분으로 편제된다. 소정의 실시형태에서, 주어진 서브시스템 또는 부분의 임의의 컴포넌트는, 상이한 서브시스템 또는 부분의 부품으로서 제공되거나(예를 들면, 상기 언급된 서브시스템 또는 부분의 컴포넌트는 상이한 서브시스템 또는 부분으로 재편제됨), 대체되거나 또는 생략된다. 서브시스템/부분, 컴포넌트 및 컴포넌트의 수량의 예가 표 3에서 제공된다. 표 3(및 본원의 본 개시의 그 밖의 곳)에서 도시되는 서브시스템/부분, 컴포넌트, 및 컴포넌트의 수량뿐만 아니라 치수 및/또는 사이즈는 (예를 들면, 탄소질 조성물을 프로세싱/필터링하기 위한 속도 및/또는 출력을 증가 또는 감소시키기 위해) 확장 가능하다는 것이 이해된다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 필터와 관련하여 설명되는 본 개시의 양태는 적어도 몇몇 구성에서 본원에서의 제1 반응 필터 또는 다른 필터(들)에 동등하게 적용된다. 본 개시의 견지에서, 기술 분야에서 숙련된 자는, 본원에서 설명되는 디바이스 및 시스템에 대한 구성 및 제조에 유용한 소정의 재료가 상업적 소스로부터 얻어질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
소정의 실시형태에서, 도 41a 및 도 41b에서 도시되는 여과 시스템(예를 들면, 제2 반응 여과 시스템)은, 옵션적으로, 도 16a 및 도 16b, 도 28a 및 도 28b, 도 29a 및 도 29b, 도 30a 및 도 30b 및/또는 도 31 내지 도 34에서 도시되는 하나 이상의 엘리먼트를 비롯해서(예를 들면, 표 3 참조), 드럼 어셈블리(예를 들면, 표 3의 드럼 어셈블리 GSRF-0108)의 하나 이상의 엘리먼트를 포함하다. 소정의 실시형태에서, 도 41a 및 도 41b에 도시되는 여과 시스템은, 옵션적으로, 도 13a 내지 도 13c, 도 21a 내지 도 21c, 도 22a 내지 도 22d 및/또는 도 23a 내지 도 23e에서 도시되는 하나 이상의 엘리먼트를 비롯해서(예를 들면, 표 3 참조), 프레임 어셈블리(예를 들면, 표 3의 프레임 어셈블리 GSRF-0100)의 하나 이상의 엘리먼트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 여과 시스템은, 크래들 피봇 어셈블리(예를 들면, 도 14a 및 도 14b 참조), 드럼 크래들 어셈블리(예를 들면, 도 15a 및 도 15b 참조), 구동 샤프트(예를 들면, 도 17 하부 참조), 아이들러 샤프트(예를 들면, 도 17 상부 참조), 구동 쉬라우드(예를 들면, 도 18a 및 도 18b 참조), 드럼 샤프트 지지체(예를 들면, 도 19a 및 도 19b 참조), 모터 마운트 플레이트(예를 들면, 도 20 참조) 및/또는 다른 적절한 엘리먼트 중 하나 이상의 엘리먼트를 포함한다.
소정의 실시형태에서, 프레임 어셈블리는, rGO/그래핀 제2 반응 필터의 상부 어셈블리의 일부(예를 들면, 도 41a 및 도 41b, 도 43a 내지 도 43f 및/또는 도 41 내지 도 43에서 도시되는 예시적인 실시형태 참조)이다. 소정의 실시형태에서, 도 13a 내지 도 13c에서 또는 도 43a 내지 도 43f(예를 들면, 예를 들면, 4301 참조)에서 도시되는 바와 같이, 프레임 어셈블리는, 예를 들면, 다음으로부터 선택되는 하나 이상의 구조적 엘리먼트를 포함한다: (예를 들면, 도 21a 내지 도 21c에서 도시되는 바와 같은) 프레임 용접물(1301), (예를 들면, 도 23a 내지 도 23e에서 도시되는 바와 같은) 드레인 팬 용접물(1302), (예를 들면, 도 22a 내지 도 22d에서 도시되는 바와 같은) 리드 용접물(1303), 피아노 힌지(1304), 드레인(1305), 스프링 장전 T 핸들 래치(spring loaded T-handle latch)(1306), 가스 스프링 마운트 클레비스(1307), 가스 스프링(1308), 및 수평 조절 및/또는 앵커식 발(leveling and/or anchored foot)(1309). 도 13a는 프레임 어셈블리의 예시적인 실시형태의 사시도를 도시한다. 도 13b는 리드가 닫혀 있는 경우(1311)의 프레임 어셈블리의 측면도 및 리드가 열린 경우(1312)의 측면도를 도시한다. 몇몇 실시형태에서, 프레임 어셈블리는 리드가 개방될 때 무게 중심(center of gravity)(1310)을 가지도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 피아노 힌지는 스테인레스 스틸로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 피아노 힌지는, 예를 들면, 두께가 약 0.120 인치, 폭이 약 3 인치, 그리고 길이가 약 36 인치인 치수(들)를 갖는다. 도 13c는, 드레인 팬 용접물의 하면도(1313), 리드가 폐쇄된 프레임 어셈블리의 정면도(1314), 및 리드가 폐쇄된 프레임 어셈블리의 측면도(1315)를 도시한다. 도 13c는 또한, 드레인 팬과 동일 높이에 있는 리드 어셈블리의 측면도(1316) 및 피아노 힌지의 측면도(1317)를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 드레인은 스테인레스 스틸로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 프레임 용접물은 드레인 팬 용접물 및 덮개 용접물을 기계적으로 지지한다. 또 다른 실시형태에서, 프레임 용접물은, 드레인 팬 또는 리드에 직접적으로 또는 간접적으로 부착되는 엘리먼트 및/또는 서브 어셈블리를 지지한다. 소정의 실시형태에서, 이러한 엘리먼트 및/또는 서브 어셈블리는 드럼 어셈블리(4303)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드레인 팬 및 리드 용접물은 서로 기계적으로 커플링되고, 리드를 수동으로, 자동으로, 또는 이들의 조합으로 개폐하는 것을 가능하게 한다. 소정의 실시형태에서, 드레인 팬 용접물의 상부 상에 폐쇄되는 리드는 수밀성이다. 소정의 실시형태에서, 리드 어셈블리의 무게 중심은 도 13b의 우측 패널에서 도시되는 바와 같다. 소정의 실시형태에서, 드레인은 드레인 팬의 하부에 위치된다. 소정의 실시형태에서, 드레인은 (예를 들면, 상부 어셈블리 내의) rGO/그래핀 제2 반응 필터에서 생성되는 폐기물(들)을 배출하기 위해 사용된다.
소정의 실시형태에서, 크래들 피봇 어셈블리는 rGO/그래핀 제2 반응 필터의 상부 어셈블리의 일부이다. 도 14a는, 크래들 피봇 어셈블리의 예시적인 실시형태의 상면도(1417), 정면도(1418), 측면도(1420), 및 사시도(1419)를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 크래들 피봇 어셈블리는 약 38.25 인치의 폭(1423), 약 8.00 인치의 높이(1422), 및/또는 약 7.13 인치의 깊이(1421)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 크래들 피봇 어셈블리는, 도 14a 및 도 14b에서 도시되는 바와 같이 또는 도 43a 내지 도 43e에서 4302로서 도시되는 바와 같이, 예를 들면, 다음으로부터 선택되는 하나 이상의 구조적 엘리먼트를 포함한다: 크래들 피봇 용접물(1401), (예를 들면, 도 17에서 도시되는 바와 같은) 드럼 캐치(1402), (예를 들면, 도 26a 및 도 26b에서 도시되는 바와 같은) 드럼 롤 가이드(1403), 플랜지 베어링(1404), 스프링 핀(5), 소켓 헤드 캡 스크류(1406 및 1407), 납작 머리 스크류(1408), 육각 볼트(1409), 평와셔(1410 및 1411), 너트(1412 및 1413), 홀 플러그(hole plug)(1414 및 1415), 및 튜브 엔드 캡(1416). 소정의 실시형태에서, 스크류(1406)는 5/16-18×1.75 인치이다. 소정의 실시형태에서, 스크류(1407)는 5/16-18×1.50 인치이다. 소정의 실시형태에서, 스크류(1408)는 5/16-18×1.25 인치이다. 소정의 실시형태에서, 볼트(1409)는 1/2-13×1.375 인치이다. 소정의 실시형태에서, 평와셔(1410)는 5/16 인치이다. 소정의 실시형태에서, 평와셔(1411)는 1/2 인치이다. 소정의 실시형태에서, 너트(1412)는 스테인레스 스틸로 제조되고, 5/16-18의 사이즈를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 너트(1413)는 스테인레스 스틸로 제조되고, 1/2-13의 사이즈를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 홀 플러그는 1과 1/8 인치 또는 1 및 1/2 인치이다. 소정의 실시형태에서, 단부 캡은 그 폭, 길이 또는 대각선이 2.0 인치이다. 소정의 실시형태에서, 엔드 캡은 실질적으로 정사각형 형상 또는 임의의 다른 적합한 형상을 갖는다.
소정의 실시형태에서, 크래들 피봇 어셈블리는, 예를 들면, 도 15a 및 도 15b에서 도시되는 바와 같이 또는 도 43a 내지 도 43f에서 4303으로서 도시되는 바와 같이, 크래들 피봇 어셈블리 상에 기계적으로 커플링되는 드럼 크래들 어셈블리의 피봇팅을 가능하게 하기 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 크래들 어셈블리는 (예를 들면, 도 43c의 중간 패널에서 도시되는 바와 같은) 자신의 초기 위치로부터 (예를 들면, 도 43c의 우측 패널에서 도시되는 바와 같은) 롤링 위치로 선회된다. 소정의 실시형태에서, 크래들 피봇 어셈블리는, (예를 들면, 도 43c의 우측 패널에서 도시되는 바와 같은) 롤링 위치로부터 (예를 들면, 도 43e의 우측 패널에서 도시되는 바와 같은) 언로딩 위치로의 드럼 크래들 어셈블리의 회전을 가능하게 한다. 소정의 실시형태에서, 크래들 피봇 어셈블리는 드럼 크래들 어셈블리에 부착되는데, 크래들 피봇 어셈블리는 로킹 핀(locking pin)(드럼 크래들 어셈블리를)(1405)에 의해 프레임 어셈블리에 로킹된다(locked). 소정의 실시형태에서, 로킹 핀(1405)의 제거는, 드럼 크래들 어셈블리가, 프레임 어셈블리에 대해 샤프트를 중심으로 선회하는 것을 가능하게 하고, 따라서, 드럼 크래들 어셈블리에 묶인 드럼 어셈블리의 회전을 가능하게 한다(예를 들면, 도 43e 참조). 소정의 실시형태에서, 드럼 크래들 어셈블리의 이러한 위치 중 하나 이상은, rGO/그래핀 제2 반응 필터의 상부 어셈블리로부터 rGO/그래핀을 언로딩하는 프로세스에 사용된다.
소정의 실시형태에서, 드럼 크래들 어셈블리는 rGO/그래핀 제2 반응 필터의 상부 어셈블리의 일부이다. 소정의 실시형태에서, 드럼 크래들 어셈블리는 도 15a 및 도 15b에서 도시되는 바와 같거나 또는 도 43a 내지 도 43f에서 4303으로서 도시되는 바와 같다. 도 15a는 탑 다운 뷰(1508), 정면도(1509), 및 사시도(1510)에서 묘사되는 드럼 크래들 어셈블리의 예시적인 실시형태를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 크래들 어셈블리는 약 24.75 인치의 길이(1511) 및 약 32.00 인치의 드럼 브레이스 사이의 폭(1512)을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 드럼 크래들 어셈블리는, 예를 들면, 다음으로부터 선택되는 하나 이상의 구조적 엘리먼트를 포함한다: 드럼 크래들 용접물(1501), (예를 들면, 도 26a 및 도 26b에서 도시되는 바와 같은) 드럼 브레이스(1502), 로킹 스프링 핀(1503), 평와셔(1504), 너트(1505), 소켓 헤드 캡 스크류(1506), 및 홀 플러그(1507). 소정의 실시형태에서, 평와셔(1504)는 5/16 인치이고 스테인레스 스틸로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 너트(1505)는 스테인레스 스틸로 제조되고, 5/16-18의 사이즈를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 홀 플러그(1507)는 1과 1/8 인치이다. 소정의 실시형태에서, 소켓 헤드 캡 스크류(1506)는 5/16-18×1.375 인치이다. 소정의 실시형태에서, 스크류(1506)는 스테인레스 스틸로 제조된다.
소정의 실시형태에서, 드럼 크래들 어셈블리는, 드럼 어셈블리의 기능 및/또는 언로딩을 용이하게 하기 위해 하나 이상의 상이한 고정 위치를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 드럼 크래들 어셈블리는, 드럼 어셈블리가 로킹 해제되어(unlocked) 드럼 크래들 어셈블리 상으로 롤링될 수 있도록, (예를 들면, 도 43c의 중간 패널에서 도시되는 바와 같은) 자신의 초기 위치로부터 (예를 들면, 도 43e의 좌측 패널에서 도시되는 바와 같은) 선회된 롤링 위치로 선회하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리가 크래들 어셈블리에 고정된 이후에, 드럼 크래들 어셈블리는, 드럼 어셈블리로부터 (예를 들면, 도 28a 및 도 28b에서 도시되는 바와 같은 및/또는 도 16a 및 도 16b에서 1606으로서 도시되는 바와 같은) 스프레이 바 어셈블리 및 rGO/그래핀의 제거를 가능하게 하도록, (예를 들면, 도 43e의 우측 패널에서 도시되는 바와 같은) 언로딩 위치로 추가로 회전된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 임의의 적절한 체결 엘리먼트(예를 들면, 스트랩, 래치, 후크 및 등등)를 통해 크래들 어셈블리에 체결된다.
소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리는, rGO/그래핀 제2 반응으로부터 획득되는 rGO/그래핀의 여과 및 수집을 용이하게 하기 위한 rGO/그래핀 제2 반응 필터의 상부 어셈블리의 일부이다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 도 16a 및 도 16b에서 도시되는 바와 같거나 또는 도 43a 내지 도 43f에서 4301으로서 도시되는 바와 같다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리는, 예를 들면, 다음으로부터 선택되는 하나 이상의 구조적 엘리먼트를 포함한다: (예를 들면, 도 30a 및 도 30b에서 도시되는 바와 같은) 드럼 프레임(1601), (예를 들면, 도 31에서 도시되는 바와 같은) 드럼 보강재(1602), (예를 들면, 도 32에서 도시되는 바와 같은) 드럼 보강재 링(1603), (예를 들면, 도 33에서 도시되는 바와 같은) 드럼 메쉬(1604), (예를 들면, 도 34에서 도시되는 바와 같은) 드럼 미크론 필터(1605), (예를 들면, 도 28a 및 도 28b에서 도시되는 바와 같은) 스프레이 바 어셈블리(1606), (예를 들면, 도 29a 및 도 29b에서 도시되는 바와 같은) 드럼 엔드 캡 어셈블리(1607), 소켓 헤드 캡 스크류(1608), 나사산이 있는 인서트(1609), 나비 나사(thumb screw)(1610), 고정 나사(set screw)(1611), 에폭시(1612)(도시되지 않음), 및 마스크 또는 마스킹(예를 들면, 청색 마스킹)(1613). 소정의 실시형태에서, 에폭시는 드럼 보강재(1602)의 나사산 및/또는 막대 단부에 도포된다. 소정의 실시형태에서, 에폭시는, 소켓 헤드 캡 스크류(1608), 및/또는 고정 나사(1611)의 설치 이전에 도포된다. 소정의 실시형태에서, 에폭시는 최종 조립 이전에 메쉬 및/또는 미크론 재료 홈(들)을 채우도록 도포된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리의 조립 이전에, 어셈블리의 하나 이상의 엘리먼트(예를 들면, 서브세트 또는 다수의 엘리먼트)는 건식 끼워 맞춤(dry fit)된다. 소정의 실시형태에서, 이러한 엘리먼트는 드럼 프레임(1601), 메쉬 재료(1604), 미크론 재료(1605) 및/또는 대향 심(opposing seam)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 메쉬 재료의 심은 드럼 프레임의 주어진 위치에서 중첩된다. 소정의 실시형태에서, 미크론 재료의 심은 드럼 프레임의 주어진 위치에서 중첩된다. 소정의 실시형태에서, 중첩하는 심의 위치는, 메쉬(1623) 및 미크론 재료(1624)에 대해 상이하다(예를 들면, 도 16a, 우측 하부 참조). 소정의 실시형태에서, 마스크(1613)는 (예를 들면, 드럼 프레임(1601)과 동일 높이에 있는) 외측 표면 및 내측 표면에서 사용된다. 소정의 실시형태에서, 소켓 헤드 캡 스크류(1608), 나사산이 있는 인서트(1609), 나비 나사(1610), 및 고정 나사(1611) 중 하나 이상은, 임의의 적절한 재료, 예를 들면, 스테인레스 스틸을 포함하거나 또는 이것으로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 프레임(1601), 드럼 보강재(1602), 및 드럼 보강재 링(1603) 중 하나 이상은 임의의 적절한 재료, 예를 들면, HDPE를 포함하거나, 또는 이것으로 제조된다. 도 16b는, 드럼 어셈블리의 예시적인 실시형태의 사시도(1625), 정면도(1626), 측면도(1617), 및 단면 측면도(1615)를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 24.00 인치의 드럼 프레임 외경(1617), 약 23.00 인치의 드럼 프레임 내경(1619), 약 28.50 인치의 제1 길이(1620), 약 31.00 인치의 제2 길이(1621), 약 33.50 인치의 제3 길이(1622), 약 40.42 인치의 제4 길이(1616), 및 드럼 보강재 링과 드럼 프레임 사이의 약 8.50 인치의 간격(1618). 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리의 컴포넌트는 그 중량을 최소화하도록 구성된다. 예로서, 소정의 실시형태에서, 드럼 보강재 링 사이의 및/또는 드럼 보강재 링과 드럼 프레임 사이의 간격은, 적어도 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 35, 40, 45, 50 인치 또는 그 이상인데, 더 긴 간격은 더 적은 드럼 보강재 링이 사용되는 것을 허용하고(그에 의해 중량을 감소시키고), 더 짧은 간격은 더 많은 드럼 보강재 링으로 나타난다(그에 의해 내구성을 증진시킨다). 하나의 예시적인 실시형태에서, 드럼 보강재 링과 드럼 프레임 사이의 약 8.50 인치의 간격은, 더 많은 보강재 링이 사용되는 것을 필요로 하지 않는 것에 의해 중량을 감소시키면서 내구성을 제공한다. 다른 예로서, 소정의 실시형태에서, 드럼 보강재 사이의 간격은 적어도 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 35, 40, 45, 50 인치, 또는 그 이상이다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리의 컴포넌트는 내구성을 유지하면서 중량을 최소화하도록 선택되는 재료를 포함한다. 예를 들면, 몇몇 실시형태에서, 드럼 보강재 링 및/또는 드럼은 경량이고 내구성이 있는 재료(예를 들면, HDPE)를 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 드럼 메쉬 및/또는 드럼 미크론 필터는, rGO/그래핀 제2 반응으로부터 획득되는 rGO/그래핀의 여과 및 수집을 용이하기 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 메쉬는 드럼 미크론 필터에 구조적 지지를 제공한다. 드럼 미크론 필터에 구조적 지지를 제공하는 것은, 스프레이 바 어셈블리로부터의 세정액의 고압 스프레이 및 회전하는 드럼의 원심력과 결부된, 세정액 및 탄소질 재료의 중량에 의해 야기되는 힘으로 인해 미크론 필터가 처지거나 찢어지는(ripping) 것을 방지하는 데 중요하다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 메쉬는 스테인레스 스틸 메쉬이다. 소정의 실시형태에서, 드럼 메쉬의 기공 형상은, (예를 들면, 메쉬가 편평하고 펼쳐졌을 때) 정사각형, 원형, 타원형, 직사각형, 다이아몬드 또는 다른 기하학적 형상을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 메쉬의 기공 형상은 정사각형이다. 소정의 실시형태에서, 드럼 메쉬의 기공 사이즈는 기공의 직경을 나타낸다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 메쉬는 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, 또는 2.0 인치 이하의 기공 사이즈를 갖는 기공을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 메쉬는, 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, 또는 2.0 인치 이상의 기공 사이즈를 갖는 기공을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 메쉬는 약 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, 또는 2.0 인치의 기공 사이즈를 갖는 기공을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 메쉬는 약 0.1 인치 내지 약 1 인치의 기공 사이즈를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 메쉬는 적어도 약 0.1 인치의 기공 사이즈를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 메쉬는 최대 약 1 인치의 기공 사이즈를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 메쉬는, 약 0.1 인치 내지 약 0.2 인치, 약 0.1 인치 내지 약 0.3 인치, 약 0.1 인치 내지 약 0.4 인치, 약 0.1 인치 내지 약 0.5 인치, 약 0.1 인치 내지 약 0.6 인치, 약 0.1 인치 내지 약 0.7 인치, 약 0.1 인치 내지 약 0.8 인치, 약 0.1 인치 내지 약 0.9 인치, 약 0.1 인치 내지 약 1 인치, 약 0.2 인치 내지 약 0.3 인치, 약 0.2 인치 내지 약 0.4 인치, 약 0.2 인치 내지 약 0.5 인치, 약 0.2 인치 내지 약 0.6 인치, 약 0.2 인치 내지 약 0.7 인치, 약 0.2 인치 내지 약 0.8 인치, 약 0.2 인치 내지 약 0.9 인치, 약 0.2 인치 내지 약 1 인치, 약 0.3 인치 내지 약 0.4 인치, 약 0.3 인치 내지 약 0.5 인치, 약 0.3 인치 내지 약 0.6 인치, 약 0.3 인치 내지 약 0.7 인치, 약 0.3 인치 내지 약 0.8 인치, 약 0.3 인치 내지 약 0.9 인치, 약 0.3 인치 내지 약 1 인치, 약 0.4 인치 내지 약 0.5 인치, 약 0.4 인치 내지 약 0.6 인치, 약 0.4 인치 내지 약 0.7 인치, 약 0.4 인치 내지 약 0.8 인치, 약 0.4 인치 내지 약 0.9 인치, 약 0.4 인치 내지 약 1 인치, 약 0.5 인치 내지 약 0.6 인치, 약 0.5 인치 내지 약 0.7 인치, 약 0.5 인치 내지 약 0.8 인치, 약 0.5 인치 내지 약 0.9 인치, 약 0.5 인치 내지 약 1 인치, 약 0.6 인치 내지 약 0.7 인치, 약 0.6 인치 내지 약 0.8 인치, 약 0.6 인치 내지 약 0.9 인치, 약 0.6 인치 내지 약 1 인치, 약 0.7 인치 내지 약 0.8 인치, 약 0.7 인치 내지 약 0.9 인치, 약 0.7 인치 내지 약 1 인치, 약 0.8 인치 내지 약 0.9 인치, 약 0.8 인치 내지 약 1 인치, 또는 약 0.9 인치 내지 약 1 인치의 기공 사이즈를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 메쉬 그 자체는, 처짐 또는 변형을 방지하기 위해, 드럼 링 및/또는 드럼 보강재에 의해 추가로 지지된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 드럼 어셈블리 내부의 드럼 메쉬의 내부 표면 내에 바로 위치된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 드럼 메쉬와 동일 높이에 있다. 소정의 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 하나 이상의 층을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 1 층 내지 약 10 층을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 (예를 들면, 미크론 필터 시트의) 적어도 약 1 층을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 최대 약 10 층을 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는, 약 1 층 내지 약 2 층, 약 1 층 내지 약 3 층, 약 1 층 내지 약 4 층, 약 1 층 내지 약 5 층, 약 1 층 내지 약 6 층, 약 1 층 내지 약 7 층, 약 1 층 내지 약 8 층, 약 1 층 내지 약 9 층, 약 1 층 내지 약 10 층, 약 2 층 내지 약 3 층, 약 2 층 내지 약 4 층, 약 2 층 내지 약 5 층, 약 2 층 내지 약 6 층, 약 2 층 내지 약 7 층, 약 2 층 내지 약 8 층, 약 2 층 내지 약 9 층, 약 2 층 내지 약 10 층, 약 3 층 내지 약 4 층, 약 3 층 내지 약 5 층, 약 3 층 내지 약 6 층, 약 3 층 내지 약 7 층, 약 3 층 내지 약 8 층, 약 3 층 내지 약 9 층, 약 3 층 내지 약 10 층, 약 4 층 내지 약 5 층, 약 4 층 내지 약 6 층, 약 4 층 내지 약 7 층, 약 4 층 내지 약 8 층, 약 4 층 내지 약 9 층, 약 4 층 내지 약 10 층, 약 5 층 내지 약 6 층, 약 5 층 내지 약 7 층, 약 5 층 내지 약 8 층, 약 5 층 내지 약 9 층, 약 5 층 내지 약 10 층, 약 6 층 내지 약 7 층, 약 6 층 내지 약 8 층, 약 6 층 내지 약 9 층, 약 6 층 내지 약 10 층, 약 7 층 내지 약 8 층, 약 7 층 내지 약 9 층, 약 7 층 내지 약 10 층, 약 8 층 내지 약 9 층, 약 8 층 내지 약 10 층, 또는 약 9 층 내지 약 10 층을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는, 바람직하지 않은 반응 생성물 또는 불순물을 통과시키면서, rGO/그래핀을 보유하기에 적합한 기공 사이즈를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리의 내부 내에서 분배되는 탄소질 조성물(예를 들면, GO 및/또는 rGO)은 드럼 메쉬 및/또는 드럼 미크론 필터에 의해 포착된다(trapped). 소정의 실시형태에서, 드럼 미크론 필터의 기공 사이즈는 기공의 직경을 나타낸다. 소정의 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는, rGO/그래핀의 적어도 약 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 %, 96 %, 97 %, 98 %, 또는 99 %를 보유하기에 적합한 기공 사이즈를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 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, 또는 10.0 미크론의 기공 사이즈를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 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, 또는 10.0 미크론 이상의 기공 사이즈를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 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, 또는 10.0 미크론보다 더 작은 또는 동일한(예를 들면, 이하의) 기공 사이즈를 갖는다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 0.1 미크론 내지 3 미크론의 기공 사이즈를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 적어도 약 0.1 미크론의 기공 사이즈를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 최대 약 3 미크론의 기공 사이즈를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 0.1 미크론 내지 약 0.5 미크론, 약 0.1 미크론 내지 약 0.8 미크론, 약 0.1 미크론 내지 약 0.9 미크론, 약 0.1 미크론 내지 약 1 미크론, 약 0.1 미크론 내지 약 1.1 미크론, 약 0.1 미크론 내지 약 1.2 미크론, 약 0.1 미크론 내지 약 1.5 미크론, 약 0.1 미크론 내지 약 2 미크론, 약 0.1 미크론 내지 약 2.5 미크론, 약 0.1 미크론 내지 약 3 미크론, 약 0.5 미크론 내지 약 0.8 미크론, 약 0.5 미크론 내지 약 0.9 미크론, 약 0.5 미크론 내지 약 1 미크론, 약 0.5 미크론 내지 약 1.1 미크론, 약 0.5 미크론 내지 약 1.2 미크론, 약 0.5 미크론 내지 약 1.5 미크론, 약 0.5 미크론 내지 약 2 미크론, 약 0.5 미크론 내지 약 2.5 미크론, 약 0.5 미크론 내지 약 3 미크론, 약 0.8 미크론 내지 약 0.9 미크론, 약 0.8 미크론 내지 약 1 미크론, 약 0.8 미크론 내지 약 1.1 미크론, 약 0.8 미크론 내지 약 1.2 미크론, 약 0.8 미크론 내지 약 1.5 미크론, 약 0.8 미크론 내지 약 2 미크론, 약 0.8 미크론 내지 약 2.5 미크론, 약 0.8 미크론 내지 약 3 미크론, 약 0.9 미크론 내지 약 1 미크론, 약 0.9 미크론 내지 약 1.1 미크론, 약 0.9 미크론 내지 약 1.2 미크론, 약 0.9 미크론 내지 약 1.5 미크론, 약 0.9 미크론 내지 약 2 미크론, 약 0.9 미크론 내지 약 2.5 미크론, 약 0.9 미크론 내지 약 3 미크론, 약 1 미크론 내지 약 1.1 미크론, 약 1 미크론 내지 약 1.2 미크론, 약 1 미크론 내지 약 1.5 미크론, 약 1 미크론 내지 약 2 미크론, 약 1 미크론 내지 약 2.5 미크론, 약 1 미크론 내지 약 3 미크론, 약 1.1 미크론 내지 약 1.2 미크론, 약 1.1 미크론 내지 약 1.5 미크론, 약 1.1 미크론 내지 약 2 미크론, 약 1.1 미크론 내지 약 2.5 미크론, 약 1.1 미크론 내지 약 3 미크론, 약 1.2 미크론 내지 약 1.5 미크론, 약 1.2 미크론 내지 약 2 미크론, 약 1.2 미크론 내지 약 2.5 미크론, 약 1.2 미크론 내지 약 3 미크론, 약 1.5 미크론 내지 약 2 미크론, 약 1.5 미크론 내지 약 2.5 미크론, 약 1.5 미크론 내지 약 3 미크론, 약 2 미크론 내지 약 2.5 미크론, 약 2 미크론 내지 약 3 미크론, 또는 약 2.5 미크론 내지 약 3 미크론의 기공 사이즈를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 1, 2, 3, 5 또는 10 미크론의 기공 사이즈를 갖는다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 드럼 미크론 필터는 약 1 미크론의 기공 사이즈를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 약 1 미크론의 기공 사이즈를 갖는 드럼 미크론 필터는, 드럼 어셈블리의 내부 내에서 분배되는 rGO/그래핀의 적어도 약 80 %, 85 %, 90 %, 95 %, 96 %, 97 %, 98 %, 또는 99 %를 보유한다. 미크론 필터를 사용하는 것의 하나의 이점은, 잔류 반응물, 반응 부산물, 불순물, 및 다른 바람직하지 않은 화합물을 포함하는 여과액을 분리 및/또는 제거하면서, rGO/그래핀의 높은 보유력으로 rGO/그래핀을 효과적으로 필터링하는 능력이다. 예를 들면, 고압 탈이온수(또는 rGO/그래핀을 클리닝/정제하기에 적합한 다른 액체)로 포착된 rGO/그래핀을 세정하는 스프레이 바 어셈블리와 결부된, rGO/그래핀을 포착하는 드럼 미크론 필터의 사용은, 다운스트림 애플리케이션에서의 사용을 위한(예를 들면, 건전지 또는 커패시터를 만듦에 있어서 사용하기 위한) rGO/그래핀의 효율적인 여과 및/또는 정제를 가능하게 한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 (예를 들면, 도 43의 좌측 하부 패널에서 도시되는 바와 같은) 초기 위치를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리는, (예를 들면, 도 43의 중간 패널에서 도시되는 바와 같이) 피봇식 드럼 크래들 어셈블리 상에 위치될 때, 롤링 위치를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리는, (예를 들면, 도 43의 우측 패널에서 도시되는 바와 같이) 회전된 드럼 크래들 어셈블리 상에 체결될 때, 언로딩 위치를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리의 이러한 위치 중 하나 이상은, rGO/그래핀 제2 반응 필터의 상부 어셈블리로부터 rGO/그래핀을 언로딩하는 프로세스에 사용된다. 소정의 실시형태에서, 그러한 위치 중 하나 이상에서(예를 들면, 초기 위치에서), 드럼 어셈블리는, 모터에 의해 작동될 때, 드럼 샤프트를 통해 회전된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 약 600 rpm(분당 회전수)의 회전 속도를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 약 0 내지 약 50, 약 0 내지 약 100, 약 0 내지 약 150, 약 0 내지 약 200, 약 0 내지 약 250, 약 0 내지 약 300, 약 0 내지 약 350, 약 0 내지 약 400, 약 0 내지 약 450, 약 0 내지 약 500, 약 50 내지 약 100, 약 50 내지 약 150, 약 50 내지 약 200, 약 50 내지 약 250, 약 50 내지 약 300, 약 50 내지 약 350, 약 50 내지 약 400, 약 50 내지 약 450, 약 50 내지 약 500, 약 100 내지 약 150, 약 100 내지 약 200, 약 100 내지 약 250, 약 100 내지 약 300, 약 100 내지 약 350, 약 100 내지 약 400, 약 100 내지 약 450, 약 100 내지 약 500, 약 150 내지 약 200, 약 150 내지 약 250, 약 150 내지 약 300, 약 150 내지 약 350, 약 150 내지 약 400, 약 150 내지 약 450, 약 150 내지 약 500, 약 200 내지 약 250, 약 200 내지 약 300, 약 200 내지 약 350, 약 200 내지 약 400, 약 200 내지 약 450, 약 200 내지 약 500, 약 250 내지 약 300, 약 250 내지 약 350, 약 250 내지 약 400, 약 250 내지 약 450, 약 250 내지 약 500, 약 300 내지 약 350, 약 300 내지 약 400, 약 300 내지 약 450, 약 300 내지 약 500, 약 350 내지 약 400, 약 350 내지 약 450, 약 350 내지 약 500, 약 400 내지 약 450, 약 400 내지 약 500, 또는 약 450 내지 약 500, 약 500 내지 약 600, 약 500 내지 약 700, 약 500 내지 약 800, 약 500 내지 약 900, 약 500 내지 약 1,000, 약 600 내지 약 700, 약 600 내지 약 800, 약 600 내지 약 900, 약 600 내지 약 1,000, 약 700 내지 약 800, 약 700 내지 약 900, 약 700 내지 약 1,000, 약 800 내지 약 900, 약 800 내지 약 1,000, 또는 약 900 내지 약 1,000 rpm(분당 회전수)의 회전 속도를 갖는다.
소정의 실시형태에서, (예를 들면, 도 17 및 도 43a 내지 도 43f에서 도시되는 바와 같이) 구동 샤프트(4305) 및 아이들러 샤프트(4306)는, 상부 어셈블리의 엘리먼트 및/또는 서브 어셈블리를 기계적으로 지지하기 위해 rGO/그래핀 제2 반응 필터의 상부 어셈블리의 일부를 형성한다. 도 17은 구동 샤프트(1702) 및 아이들러 샤프트(1701)의 예시적인 실시형태를, 정면도(각각 1702 및 1701) 및 측면도(각각 1704 및 1703)로 도시한다. 소정의 실시형태에서, 구동 샤프트(1702)는 약 40.69 인치의 길이(1706)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 아이들러 샤프트(1701)는 약 38.06 인치의 길이(1705)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 구동 샤프트는 구동 모터(4316)에 의해 작동된다. 소정의 실시형태에서, 구동 모터(4316)는 풀리 시스템과 맞물린다. 소정의 실시형태에서, 풀리 시스템은 구동 샤프트 풀리(4320, 4321)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 구동 샤프트 풀리(4320 및 4321)는 구동 벨트(4322)를 통해 기계적으로 연결된다. 소정의 실시형태에서, 구동 모터는 구동 샤프트 풀리(4320)로 하여금 구동 벨트 풀리(4322)를 회전시키게 하거나 또는 돌리게(turn) 하는데, 이것은, 이어서, 구동 샤프트 풀리(4321)를 회전시키거나 또는 돌린다. 소정의 실시형태에서, 구동 샤프트 풀리(4321)는 구동 샤프트(4305)와 맞물린다. 소정의 실시형태에서, 구동 샤프트(4305)는 드럼 어셈블리의 회전을 작동시키도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 구동 샤프트(4305)는 하나 이상의 구동 휠(4314)과 맞물린다. 소정의 실시형태에서, 구동 샤프트는 두 개의 구동 휠과 맞물린다. 소정의 실시형태에서, 두 개의 구동 휠의 중심은 약 31.00 인치 떨어져 있다. 소정의 실시형태에서, 하나 이상의 구동 휠(4314)은 드럼 어셈블리와 맞물린다. 소정의 실시형태에서, 하나 이상의 구동 휠은 드럼 어셈블리의 하나 이상의 드럼 프레임(1601)과 맞물린다. 소정의 실시형태에서, 드럼 베어링 플레이트(2801)는 드럼 프레임(1601)에 부착된다. 소정의 실시형태에서, 구동 휠은 드럼 어셈블리의 드럼 프레임(1601)과 맞물린다. 소정의 실시형태에서, 구동 휠(4314)은 드럼 어셈블리의 드럼 프레임(1601)과 맞물려 회전을 구동 샤프트(4305)로부터의 드럼 어셈블리로 전달한다. 소정의 실시형태에서, 하나 이상의 구동 휠은 구동 샤프트의 회전을 드럼 어셈블리로 전달한다(도 43c 및 도 43d 참조). 소정의 실시형태에서, 구동 샤프트(4305) 및 구동 휠(4314)은 드럼 어셈블리의 하나의 측과 맞물린다. 소정의 실시형태에서, 아이들러 샤프트(4306) 및 아이들러 휠(4315)은 드럼 어셈블리의 대향하는 측과 맞물린다. 소정의 실시형태에서, 아이들러 샤프트(4306)는 드럼 어셈블리를 작동시키지 않는다. 소정의 실시형태에서, 아이들러 샤프트(4306)는, 회전할 때, 드럼 어셈블리에 수동 지지를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 아이들러 샤프트(4306)는 또한, 언로딩 절차(예를 들면, 도 43e 참조) 동안 어셈블리가 지지 크래들 상으로 롤링될 때 드럼 어셈블리에 지지를 제공한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 도 43a 내지 도 43f에서 도시되는 바와 같이, 구동 모터(4316)는, 구동 샤프트(4305)와 맞물리는 다른 구동 샤프트 풀리(4321)로 회전을 전달하는 구동 벨트(4322)에 커플링되는 구동 샤프트 풀리(4320)를 작동시킨다. 구동 샤프트(4305)가 회전함에 따라, 구동 샤프트(4305)에 부착되는 두 개의 구동 휠(4314)도 회전한다. 구동 휠(4314)이 드럼 어셈블리의 드럼 베어링 플레이트(2802)와 맞물리기 때문에, 구동 휠(4314)의 회전은, 드럼 베어링 플레이트(2802)로 하여금, 결과적으로, 드럼 어셈블리로 하여금, 자신의 축(예를 들면, 드럼 샤프트)을 중심으로 회전하게 또는 돌게 한다. 드럼 어셈블리가 회전함에 따라, 구동 샤프트(4305)의 대향하는 측 상에서 드럼 어셈블리와 맞물리는 아이들러 샤프트(4306)에 부착되는 아이들러 휠(4315)은 드럼 어셈블리와 함께 회전하여 지지를 제공한다. 구동 샤프트 및 아이들러 샤프트의 예시적인 실시형태는 도 17에서 도시되는 바와 같거나, 또는 도 43a 내지 도 43f에서 4305 및/또는 4306으로서 도시되는 바와 같다. 소정의 실시형태에서, 구동 샤프트 및/또는 아이들러 샤프트는 임의의 적절한 재료, 예를 들면, 스테인레스 스틸을 포함하거나 이것으로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 구동 샤프트 및/또는 아이들러 샤프트의 종단면의 직경은 약 1 인치이다. 소정의 실시형태에서, 아이들러 샤프트의 종방향 길이는 약 38.06 인치이다. 소정의 실시형태에서, 구동 샤프트의 종방향 길이는 약 40.69 인치이다. 소정의 실시형태에서, 구동 샤프트의 재료는, 예를 들면, 스테인레스 스틸을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 구동 샤프트 및/또는 아이들러 샤프트는 키형이고(keyed), 길이로 절단되고 및/또는 모따기 단부를 갖는다.
소정의 실시형태에서, 구동 쉬라우드는 도 18a 및 도 18b에서 도시되는 바와 같거나 또는 도 43a 내지 도 43f에서 4307로서 도시되는 바와 같다. 소정의 실시형태에서, 구동 쉬라우드는, 드럼 어셈블리를 작동시키는 모터를 포함하는 엘리먼트를 가리기 위해 rGO/그래핀 제2 반응 필터의 상부 어셈블리에 포함된다. 도 18a는, 두 개의 각도로부터의 구동 쉬라우드의 실시형태의 사시도(1801)를 도시한다. 도 18b는 구동 쉬라우드의 좌측면도(1802), 우측면도(1804), 정면도(1805), 및 탑 다운 뷰(1803)를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 구동 쉬라우드는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 8.75 인치의 폭(1806), 약 9.94 인치의 폭(1811), 약 19.00 인치의 길이(1807), 약 21.13 인치의 길이(1808), 약 1.13 인치의 높이(1810), 및 약 2.00 인치의 높이(1809). 소정의 실시형태에서, 구동 쉬라우드는, 예를 들면, 스테인레스 스틸 시트를 포함하는 재료를 포함하거나 또는 그 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 시트의 두께는 약 0.063 인치이다. 소정의 실시형태에서, 구동 쉬라우드는 용접된 코너 심을 가지며 평탄하게 연마된다.
드럼 샤프트 지지체의 예시적인 실시형태가 도 19a 및 도 19b에서 도시되거나, 또는 도 43d에서 4308 및 4309로서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 지지체는 rGO/그래핀 제2 반응 필터의 상부 어셈블리에 포함된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 지지체는 드럼 어셈블리의 일부이고 드럼 어셈블리(예를 들면, 드럼)에 지지를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 지지체는 드럼 샤프트 마운트(도 28a의 2804)에 지지를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트는 드럼 또는 드럼 상에서 회전하는 드럼 어셈블리를 작동시키지 않는다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리는, 구동 모터에 의해 작동되는 구동 샤프트에 의해 (직접적으로 또는 간접적으로) 능동적으로 회전된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트는 수동적으로 회전하는 드럼 어셈블리에 지지를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트는, 그 상에서 회전하는 드럼 어셈블리를 작동시킨다. 도 19a에서 도시되는 바와 같이, 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 지지체는 (드럼의 내부 및/또는 드레인 팬의 내부를 향해 향하는) 유체 대향 측 및 (드럼의 외부 및/또는 드레인 팬의 외부를 향해 향하는) 아이들러 대향 측을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 지지체는 드럼 샤프트를 지지하기 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 지지체는 드럼 샤프트가 드럼 샤프트 지지체로부터 들어 올려지는 것을 허용하도록(예를 들면, 그래서, 드럼 어셈블리가 드럼 크래들 어셈블리 상으로 롤링될 수 있도록) 구성된다. 소정의 실시형태에서, 구동 쉬라우드는, 고밀도 폴리에틸렌(예를 들면, 두께가 약 1.75 인치)을 포함하는 재료를 포함하거나 또는 그 재료로 제조된다. 도 19b는 드럼 샤프트 지지체의 한 실시형태의 탑 다운 뷰(1901), 정면도(1902), 및 단면 측면도(1903)를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 지지체는 하나 이상의 어퍼쳐(1905)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 하나 이상의 어퍼쳐(1905)는 약 1.75 인치의 직경을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 지지체는 개구(1904)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 지지체는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 10.00 인치의 높이(1906), 약 6.11 인치의 폭(1907), 및 약 1.75 인치의 깊이(1908).
소정의 실시형태에서, 모터 마운트 플레이트는 도 20에서 도시되는 바와 같거나 또는 도 43a 내지 도 43f에서 4310로서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 모터 마운트 플레이트는, 상부 어셈블리의 다른 엘리먼트 및/또는 드럼 어셈블리를 작동시키는 모터(들)의 마운팅을 가능하게 하기 위해 rGO/그래핀 제2 반응 필터의 상부 어셈블리에 포함된다. 도 20은 모터 마운트 플레이트의 실시형태를 정면도(2001), 측면도(2002), 및 사시도(2003)로 도시한다. 소정의 실시형태에서, 모터 마운트 플레이트는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 8.00 인치의 폭(2005), 약 10.00 인치의 높이(2004), 및 약 0.50 인치의 두께(2006). 소정의 실시형태에서, 모터 마운트 플레이트는, 스테인레스 스틸 시트(예를 들면, 두께가 약 0.5 인치)를 포함하는 재료를 포함하거나 또는 그 재료로 제조된다.
소정의 실시형태에서, 프레임 용접물(1301)은 도 21a 내지 도 21c에서 도시되는 바와 같다. 소정의 실시형태에서, 프레임 용접물은 스테인레스 스틸 플레이트(2110, 2111, 및 2112) 및 스테인레스 스틸 튜브(2101, 2102, 2103, 2104, 2105, 2106, 2107, 2108 및 2109)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 스테인레스 스틸 튜브는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 35.00 인치, 약 38.75 인치, 약 39.00 인치, 또는 약 42.75 인치의 길이, 약 3.00 인치, 약 2.00 인치, 또는 약 2.38 인치의 폭, 및 약 2.00 인치 또는 약 0.50 인치의 높이. 소정의 실시형태에서, 프레임 용접물은 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 38.75 인치의 폭(2113) 및 약 38.38 인치의 높이(2114). 소정의 실시형태에서, 상이한 사이즈 및/또는 치수의 다른 적절한 엘리먼트 및/또는 재료가 사용된다.
소정의 실시형태에서, 리드 용접물(1303)은 도 22a 내지 도 22d에서 도시되는 바와 같다. 소정의 실시형태에서, 리드 용접물은 상부 커버(2201)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 상부 커버는, 예를 들면, 스테인레스 스틸 시트와 같은 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 리드 용접물은 유체 측 패널(2202) 및 아이들러 측 패널(2203)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 유체 측 패널(2202) 및 아이들러 측 패널(2203)은, 예를 들면, 스테인레스 스틸 시트를 포함하거나 또는 이것으로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 스테인레스 스틸 시트는 두께가 약 0.125 인치이다. 소정의 실시형태에서, 리드는, 리드의 전방 측에 윈도우(2204) 및 윈도우 트림 개스킷(window trim gasket)(2205)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 동일한 측 상에서, 리드는 핸들(2206), 평와셔(2207) 및 소켓 헤드 캡 스크류(2208)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 리드 용접물은 리드를 개방 위치 또는 폐쇄 위치에 위치시키기 위한 리드 스톱(lid stop)(2210)을 포함한다. 리드 스톱의 형상, 사이즈 및/또는 치수의 예가 도 24에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 리드 스톱은, 예를 들면, 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene; HDPE)과 같은 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 윈도우는, 예를 들면, 플렉시 글래스를 포함하는 재료를 포함하거나 또는 그 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 플렉시 글래스의 두께는 약 3/16 인치이다. 소정의 실시형태에서, 리드 용접물은 가스 스프링 마운트 브래킷(2211), 육각 볼트(2213), 너트(2214) 또는 유사한 기능의 적절한 엘리먼트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 평와셔, 스크류, 볼트 및 너트는, 예를 들면, 스테인레스 스틸과 같은 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 리드 용접물은 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 44.4 인치의 길이(2215), 약 38.1 인치의 폭(2216), 및 약 27.5 인치의 높이(2217). 도 22c는, 윈도우(2204)의 정면도(2218)와 측면도(2219), 및 리드 용접물의 다중 뷰(2220, 2221, 2222, 2223, 2224, 2225)를 도시한다. 소정의 실시형태에서, 유체 측 패널은 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 28.5 인치의 제1 폭(2228), 약 39.0 인치의 제2 폭(2227), 약 20.2 인치의 높이(2226), 및 약 0.125 인치의 두께. 리드 용접물 및 그 엘리먼트의 형상, 사이즈 및/또는 치수의 예가 도 22b 내지 도 22d에서 도시된다.
소정의 실시형태에서, 드레인 팬 용접물(1302)은 도 23a 내지 도 23e에서 도시되는 바와 같다. 소정의 실시형태에서, 드레인 팬 용접물은, 전면 패널(2303), 배면 패널(2304), 드레인 플레이트(2305), 전면 패널 거싯(front panel gusset)(2306), 구동 샤프트(2301)를 향하는/연결하는 측면 패널, 및 아이들러 샤프트(2302)를 향하는/연결하는 측면 패널을 포함한다. 도 23b는 측면 패널(2301 및 2302)을 도시한다. 도 23c는 전면 패널(2303)을 도시한다. 도 23d는 배면 패널(2304)을 도시한다. 도 23e는 드레인 플레이트(2305) 및 전면 패널 거싯(2306)을 도시한다. 소정의 실시형태에서, 드레인 플레이트(2305)는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 3.63 인치의 어퍼쳐 직경, 약 4.56 인치의 폭, 약 5.44 인치의 길이, 및 약 0.125 인치의 두께. 소정의 실시형태에서, 전면 패널 거싯(2306)은 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 7.38 인치의 길이, 약 1.50 인치의 폭, 및 약 0.125 인치의 두께. 소정의 실시형태에서, 드레인 팬 용접물의 하나 이상의 엘리먼트는, 예를 들면, 스테인레스 스틸 시트를 포함하는 재료를 포함하거나 또는 그 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 스테인레스 스틸 시트는 약 0.125 인치의 두께를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 드레인 팬 용접물은 모든 심에서 수밀하다. 소정의 실시형태에서, 하나 이상의(예를 들면, 모든) 조인트 및/또는 결합 표면은 심 용접되고, 평탄하게 연마된다. 소정의 실시형태에서, 드레인 팬 용접물은 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 38.38 인치의 폭(2307), 약 42.1 인치의 폭(2308), 약 39.6 인치의 길이(2309), 및 약 15.3 인치의 높이(2310). 드레인 팬 용접물 및 그 엘리먼트의 형상, 사이즈 및/또는 치수의 예가 도 23a 내지 도 23e에서 도시된다.
소정의 실시형태에서, 크래들 피봇 용접물(1401)은 도 25a 내지 도 25c에서 도시되는 바와 같다. 소정의 실시형태에서, 크래들 피봇 용접물은 하나 이상의 튜브 구조체(2501 및 2502)를 포함한다. 한 예에서, 이러한 튜브 구조체 중 하나 이상은 약 2.00 인치×4.00 인치×0.13 인치, 또는 약 2.00 인치×2.00 인치×0.13 인치의 튜브 사이즈를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 크래들 피봇 용접물은 피봇 샤프트(2503)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 피봇 샤프트는 약 1 인치의 직경을 갖는 막대 형상을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 크래들 피봇 용접물은, (예를 들면, 회전을 방지하도록 크래들 피봇 어셈블리를 제 위치에 로킹하기 위한) 로킹 핀을 수용하기 위한 피봇 로크(pivot lock)(2504) 및 피봇 플레이트(2505)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 이러한 엘리먼트 중 하나 이상은, 예를 들면, 스테인레스 스틸과 같은 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 피봇 플레이트는 약 0.25 인치의 두께를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 피봇 로크는 약 2.00 인치×3.00 인치×0.25 인치의 사이즈를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 상기 피봇 플레이트는, 예를 들면, 스테인레스 스틸과 같은 재료를 포함하거나 또는 그 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 피봇 플레이트 및 피봇 샤프트는 길이로 절단되고 모따기된 단부를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 하나 이상의 조인트가 용접되고 평탄하게 연마된다. 소정의 실시형태에서, 샤프트는 (예를 들면, 도 17에서 도시되는 바와 같은) 아이들러 샤프트의 드롭 재료(drop material)를 사용한다. 소정의 실시형태에서, 크래들 피봇 용접물은 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 38.25 인치의 폭(2506), 약 36.63 인치의 폭(2507), 및 약 5.13 인치의 깊이(2508). 소정의 실시형태에서, 크래들 피봇 용접물은 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는 튜브(2501)를 포함한다: 약 34.50 인치의 폭(2509), 약 2.00 인치의 깊이(2510), 및 약 4.00 인치의 높이(2511). 소정의 실시형태에서, 튜브(2502)는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 4.75 인치의 길이, 약 2.00 인치의 폭, 및 약 2.00 인치의 높이. 소정의 실시형태에서, 피봇 샤프트(2503)는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 2.00 인치의 길이 및 약 1.00 인치의 직경. 소정의 실시형태에서, 피봇 로크(2504)는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 0.656 인치의 직경, 1.25 인치의 폭, 약 2.00 인치의 높이, 및 약 2.25 인치의 깊이. 소정의 실시형태에서, 피봇 플레이트(2505)는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 1.031 인치의 직경, 약 1.81 인치의 폭, 약 3.81 인치의 높이, 및 약 0.25 인치의 두께를 갖는 어퍼쳐. 크래들 피봇 용접물 및 그 엘리먼트의 형상, 사이즈 및/또는 치수의 예가 도 25b 및 도 25c에서 도시된다.
소정의 실시형태에서, 드럼 롤 가이드(1403)는 도 26a에서 도시되는 바와 같다. 소정의 실시형태에서, 드럼 롤 가이드는 크래들 피봇 어셈블리에 포함된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 롤 가이드는 하나 이상의 어퍼쳐를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 롤 가이드는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 5.00 인치의 폭(2601), 약 4.50 인치의 높이(2602), 및 약 1.00 인치의 깊이(2603).
소정의 실시형태에서, 크래들 피봇 어셈블리는 드럼 브레이스를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 브레이스는 도 26b에서 도시되는 바와 같다. 소정의 실시형태에서, 드럼 브레이스는, 예를 들면, HDPE와 같은 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 브레이스는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 18.00 인치의 폭(2607), 약 3.00 인치의 높이(2605), 약 4.53 인치의 높이(2606), 및 약 1.00 인치의 두께(2604).
소정의 실시형태에서, 드럼 크래들 용접물(1501)은 도 27a 및 도 27b에서 도시되는 바와 같다. 소정의 실시형태에서, 드럼 크래들 용접물은 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 33.00 인치의 폭(2708), 약 20.38 인치의 길이(2707), 및 약 2.00 인치의 두께(2709). 소정의 실시형태에서, 드럼 크래들 용접물은 하나 이상의 튜브 구조체(2701, 2702, 2703 및 2704)를 포함한다. 한 예에서, 이러한 튜브 구조체 중 하나 이상은 약 2.00 인치×2.00 인치×0.13 인치의 튜브 사이즈를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 드럼 크래들 용접물은 샤프트(2705)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 샤프트는 약 1 인치의 직경 및 약 6.5 인치의 길이를 갖는 막대 형상을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 드럼 크래들 용접물은 캐치 플레이트(catch plate)(2706)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 로킹 스프링 핀(도 15b에 도시됨)은, 드럼 크래들 어셈블리를 제 위치에 유지하고 드럼 크래들 어셈블리가 크래들 피봇 주위로 선회하는 것을 방지하기 위해, 캐치 플레이트를 통과하여 드럼 캐치(도 14b 상에서 도시됨) 안으로 진행한다. 이것은 언로드 동안 드럼 어셈블리를 수용하도록 드럼 크래들 어셈블리를 안정하게 유지한다(예를 들면, 도 43e 참조). 소정의 실시형태에서, 일단 드럼 어셈블리(예를 들면, 드럼)가 드럼 크래들 어셈블리 상으로 롤링되면, 드럼 아이들러 허브는 제거되고, 드럼은 크래들에 스트랩으로 묶인다. 다음으로, 로킹 핀이 당겨져서 드럼 크래들 어셈블리가 드럼 상에 묶인 상태로 회전하는 것을 가능하게 한다. 회전된 드럼은 이제, 필터링된 탄소질 조성물(예를 들면, rGO)의 배치가 용기 또는 컨테이너 안으로 옮겨지는 위치에 있게 된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 크래들 용접물의 하나 이상의 엘리먼트는, 예를 들면, 스테인레스 스틸과 같은 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 피봇 플레이트는 약 1.25 인치× 3.25 인치×0.25 인치의 사이즈를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 피봇 로크는 약 2.00 인치×3.00 인치×0.25 인치의 사이즈를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 샤프트는 예를 들면, 스테인레스 스틸과 같은 재료를 포함하거나 또는 그 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 피봇 플레이트 및 피봇 샤프트는 길이로 절단되고 모따기된 단부를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 하나 이상의 조인트가 용접되고 평탄하게 연마된다. 소정의 실시형태에서, 샤프트는 (예를 들면, 도 17에서 도시되는 바와 같은) 아이들러 샤프트의 드롭 재료(drop material)를 사용한다. 드레인 팬 용접물 및 그 엘리먼트의 형상, 사이즈 및/또는 치수의 예가 도 27b에서 도시된다.
소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리(예를 들면, 도 16a 및 도 16b에서 도시되는 드럼 어셈블리)는 스프레이 바 어셈블리를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 도 28a 및 도 28b에서 도시되는 바와 같다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는, 예를 들면, 제2 반응으로부터의 반응 생성물과 같은 탄소질 조성물(예를 들면, rGO)을 분배하기 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 탄소질 조성물을 드럼 어셈블리의 내부 공간으로 분배한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 드럼 어셈블리가 회전하는 동안 탄소질 조성물을 드럼 어셈블리의 내부 공간 안으로 분배한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 드럼 어셈블리가 회전하지 않는 동안 탄소질 조성물을 드럼 어셈블리의 내부 공간 안으로 분배한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 저압에서 탄소질 조성물을 분배한다. 소정의 실시형태에서, 저압은 약 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, 또는 200 PSI 이하이다. 소정의 실시형태에서, 저압은 약 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, 또는 200 PSI 이상이다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 제2 반응 탱크 또는 용기에 (예를 들면, 드럼 샤프트 마운트의 어퍼쳐 및 도관을 통해) 유체 흐름 가능하게 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 제2 반응의 생성물(예를 들면, rGO)을 유지하는 탱크 또는 용기에 유체 흐름 가능하게 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 탄소질 조성물을 탱크 또는 용기로부터 드럼 어셈블리 안으로 능동적으로 펌핑한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리의 동작은 자동화되거나 또는 반자동화된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는, (예를 들면, 예를 들면, 도 35에서 도시되는 바와 같은) 스프레이 바(2801), (예를 들면, 도 36a 및 도 36b에서 도시되는 바와 같은) 드럼 베어링 플레이트(2802), (예를 들면, 도 37a 및 도 37b에서 도시되는 바와 같은) 스프레이 바 베어링 허브(2803), 및 (예를 들면, 도 38에서 도시되는 바와 같은) 드럼 샤프트 마운트(2804)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는, 예를 들면, 다음으로부터 선택되는 하나 이상의 엘리먼트를 포함한다: 소켓 헤드 캡 스크류(2805), 외부 스냅 링(2806), 내부 유지 링(internal retaining ring)(2807), 니플(2808), 스프레이 팁(2809), 볼 베어링 2810), 홀 플러그(2811), 에폭시(2812)(도시되지 않음), 납작 머리 스크류(2813), 및 신속 분리 피팅(2814 및 2815). 스프레이 바 어셈블리의 클로우즈업 뷰(2816)가 또한 도 28b에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리의 하나 이상의 엘리먼트는 예를 들면, 스테인레스 스틸, 니켈 도금 스틸 및/또는 HDPE와 같은 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 니플은 직경이 1/2 인치인 미국식 관용 나사 테이퍼(national pipe thread taper; NPT)이고 길이가 약 6.0 인치이다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 팁은 50도 팬을 갖는 3/8 인치 NPT이다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 팁은, 적어도 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 또는 170도의 스프레이 각도에서 재료(예를 들면, 세정액 또는 탄소질 조성물)를 분배하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 에폭시는 (예를 들면, 소켓 헤드 캡 스크류(2805), 납작 머리 스크류(2813) 및/또는 임의의 다른 엘리먼트(들)의) 설치 이전에 나사산에 도포된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는, 예를 들면, 드럼 어셈블리의 내부 안으로 액체(예를 들면, 물, 액체 용액, 클리닝 용액, 헹굼 용액, 등등)를 분사하기 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 드럼 어셈블리 내에서 유지되는 탄소질 조성물을 세정 또는 헹구기 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 고압에서 액체를 분사한다. 소정의 실시형태에서, 고압은 약 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, 또는 500 PSI 이하이다. 소정의 실시형태에서, 고압은 약 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, 또는 500 PSI 이상이다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리는 탄소질 조성물(예를 들면, rGO)의 통과를 방지하기에 충분히 작은 기공 사이즈를 갖는 미크론 필터 및/또는 드럼 메쉬를 포함하고, 그에 의해, 폐 생성물, 반응하지 않은 반응 성분, 불순물, 및 다른 바람직하지 않은 화합물을 포함하는 여과액이 드럼 어셈블리를 통해 배수되는 것(예를 들면, 드럼 어셈블리 아래에 위치되는 드레인 팬으로 배수되는 것)을 허용하면서, 탄소질 조성물이 스프레이 바에 의해 분배된 이후 드럼 어셈블리의 내부 내에서 탄소질 조성물을 보유하게 된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리 내에서 보유되는 탄소질 조성물은 스프레이 바 어셈블리로부터 분사되는 액체에 의해 고압에서 세정된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 언로딩을 위해 드럼 어셈블리로부터 제거 가능하다. 제거 가능한 스프레이 바 어셈블리의 이점은, 예를 들면, 클리닝의 용이성, 막힘 제거, 또는 교체를 포함한다. 다른 이점은, 정제된 제품(예를 들면, 배터리 및/또는 커패시터에서 사용하기에 충분한 순도 및 특성을 갖는 GO 또는 rGO)의 생산을 최대화하도록 설계되는 높은 처리량의 프로세스가, 스프레이 바 어셈블리 불량의 경우에 스프레이 바의 제거, 수리, 및/또는 교체가 작동 중지 시간을 최소화하는 것을 가능하게 하는 제거 가능한 스프레이 바 어셈블리의 사용에 의해 향상된다는 것이다. 소정의 실시형태에서, 정제된 생성물은, 건조 이후 적어도 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 또는 99.9%의 순도(w/w)를 갖는다.
소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리(예를 들면, 도 16a 및 도 16b에서 도시되는 드럼 어셈블리)는 드럼 엔드 캡 어셈블리를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 단부 캡 어셈블리는 도 29a 및 도 28b에서 도시되는 바와 같다. 소정의 실시형태에서, 드럼 단부 캡 어셈블리는 (예를 들면, 도 36에서 도시되는 바와 같은) 드럼 베어링 플레이트(2901), (예를 들면, 도 39에서 도시되는 바와 같은) 스프레이 바 베어링 허브(2902) 및/또는 (예를 들면, 도 40에서 도시되는 바와 같은) 드럼 샤프트 마운트(2903)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 베어링 플레이트, 스프레이 바 베어링 허브, 드럼 샤프트 마운트는, 예를 들면, HDPE와 같은 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 단부 캡 어셈블리는, 예를 들면, 다음으로부터 선택되는 하나 이상의 엘리먼트를 포함한다: 외부 스냅 링(2904), 내부 유지 링(2905), 니플(2808), 홀 플러그(2907), 에폭시(2909), 납작 머리 스크류(2906) 및 깊은 홈 볼 베어링(2908). 소정의 실시형태에서, 드럼 엔드 캡 어셈블리의 하나 이상의 엘리먼트는, 예를 들면, 스테인레스 스틸 및/또는 니켈 도금 스틸과 같은 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 볼 베어링은 밀봉된다. 소정의 실시형태에서, 에폭시는 납작 머리 스크류(2906) 및/또는 임의의 다른 엘리먼트(들)의 설치 이전에 나사산에 도포된다.
드럼 프레임(1601)의 형상, 사이즈 및/또는 치수의 예가 도 30a 내지 도 30b에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 프레임은 드럼 어셈블리에 구조적 지지를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 프레임은 하나 이상의 구동 휠과 맞물리도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 프레임은 (예를 들면, 구동 모터를 통해 회전되는 구동 샤프트로부터 유래하는) 회전력을 하나 이상의 구동 휠로부터 수용하여, 드럼 프레임으로 하여금 그 축을 중심으로 회전하게 한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 프레임은 하나 이상의 아이들러 휠과 맞물리도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 프레임은 하나 이상의 구동 휠을 수용하기 위한 홈을 자신의 외부 표면 상에 포함한다. 홈은 드럼 프레임을 하나 이상의 구동 휠과 정렬된 상태로 유지하는 이점을 제공한다. 소정의 실시형태에서, 구동 휠은 마찰을 최대화하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 구동 휠은, 회전 에너지의 효율적인 전달을 위해 드럼 프레임과 충분한 마찰을 생성하도록(예를 들면, 구동 휠이 회전함에 따라 미끄러짐을 최소화하도록) 구성된다. 소정의 실시형태에서, 아이들러 휠은 드럼 프레임과의 마찰을 최소화하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 프레임은, 예를 들면, HDPE와 같은 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 프레임은 약 2.50 인치의 두께를 갖는다.
드럼 보강재(1602)의 형상, 사이즈 및/또는 치수의 예가 도 31에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 보강재는, 예를 들면, HDPE와 같은 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 보강재는 약 1 인치의 직경을 갖는 실질적으로 막대 형상을 갖는다(예를 들면, 막대 형상을 가짐). 소정의 실시형태에서, 드럼 보강재는 약 0.75 인치의 두께를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 드럼 보강재는 약 30.50 인치의 길이(3101)를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 드럼 보강재는 드럼 어셈블리에 구조적 지지를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 보강재는 드럼 메쉬 및/또는 드럼 미크론 필터에 구조적인 배킹(structural backing)을 제공한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 보강재는, 드럼 어셈블리 내부에 분배되는 고속 및/또는 고압 재료(예를 들면, 드럼 어셈블리 내부의 탄소질 조성물을 세정하기 위해 스프레이로부터 분사되는 고압의 탈이온수)로 인한 뒤틀림, 찢어짐, 또는 다른 형태의 변형을 방지하기 위해 드럼 메쉬 및/드럼 미크론 필터에 구조적 지지를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 하나 이상의 드럼 보강재는 하나 이상의 드럼 보강재 링과 결합하여 구조적 지지를 제공하도록 구성된다.
드럼 보강재 링(1603)의 형상, 사이즈 및/또는 치수의 예가 도 32에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 보강재 링은 약 22.75 인치의 직경 및 약 0.75 인치의 두께를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 드럼 보강재 링은, 예를 들면, HDPE와 같은 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 보강재 링은 드럼 어셈블리에 구조적 지지를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 보강재 링은 드럼 메쉬 및/또는 드럼 미크론 필터에 구조적 배킹을 제공한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 보강재 링은, 드럼 어셈블리 내부에 분배되는 고속 및/또는 고압 재료(예를 들면, 드럼 어셈블리 내부의 탄소질 조성물을 세정하기 위해 스프레이로부터 분사되는 고압의 탈이온수)로 인한 뒤틀림, 찢어짐, 또는 다른 형태의 변형을 방지하기 위해 드럼 메쉬 및/드럼 미크론 필터에 구조적 지지를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 하나 이상의 드럼 보강재 링은 하나 이상의 드럼 보강재와 결합하여 구조적 지지를 제공하도록 구성된다.
드럼 메쉬(1604)의 예가 도 33에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 메쉬는 ,예를 들면, 용접된 스테인레스 스틸 메쉬를 포함하거나 또는 용접된 스테인레스 스틸 메쉬로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 메쉬는 롤링 이전에(예를 들면, 원통형 형상으로 롤링하기 이전에) 주어진 사이즈로 절단된다. 소정의 실시형태에서, 메쉬는, 예를 들면, 4.0 인치 폭의 롤(예를 들면, TWP INC.로부터의 부품 번호 002X002WT0630W48T)에 의해 0.063 인치 와이어가 용접된 1/2 인치 메쉬 T316이다. 소정의 실시형태에서, 롤링 이전의 메쉬의 사이즈는, 예를 들면, 약 30.50 인치의 폭(3301)과 약 65.00 인치의 길이이다. 소정의 실시형태에서, 롤링된 메쉬는 약 19.88 인치의 직경 및 약 30.50 인치의 길이를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 메쉬는 겹쳐지고(wrapped) 크림프 처리된(crimped) 단부를 갖는다(예를 들면, 도 33의 우측 하부 참조). 소정의 실시형태에서, 메쉬는, 롤링된 형상을 체결하고 편평한 메쉬의 단부를 원통형 형상으로 연결하기 위한 겹쳐지고 크림프 처리된 단부를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 단부는 롤링된 메쉬의 길이(원형 단면에 수직임)를 따라 겹쳐지고 크림프 처리된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 메쉬는 하나 이상의 기공 형상 및/또는 사이즈를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 메쉬는 임의의 적합한 기공 형상 및/또는 세공 사이즈를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 기공 사이즈는 메쉬 전체에 걸쳐 가변적이거나 또는 일정하다. 소정의 실시형태에서, 기공 형상은 기하학적 형상을 갖는다. 소정의 실시형태에서, 기공 형상은 메쉬 전체에 걸쳐 가변적이거나 또는 일정하다. 소정의 실시형태에서, (예를 들면, 메쉬가 편평하고 펼쳐졌을 때) 기공 형상은 정사각형, 원형, 타원형, 직사각형, 다이아몬드 또는 다른 기하학적 형상을 포함한다.
소정의 실시형태에서, (예를 들면, 도 34에서 도시되는 바와 같은) 드럼 미크론 필터는, 예를 들면, 스테인레스 스틸 망(stainless steel weave)을 포함하거나 또는 스테인레스 스틸 망으로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 원통형 형상으로 롤링하기 이전의 스틸 망의 절단 사이즈는 약 30.50 인치의 길이(3401)×약 65.00 인치이다. 소정의 실시형태에서, 필터는 롤링된 메쉬의 길이(원형 단면에 수직임)를 따라 심에서 약 2.0 인치의 중첩부를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 롤링된 필터는 약 19.81 인치의 직경 및 약 30.50 인치의 길이를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 미크론 필터의 두께는, 예를 들면, 약 0.30 인치이다. 소정의 실시형태에서, 미크론 필터는 하나 이상의 기공 형상 및/또는 사이즈를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 미크론 필터의 기공 형상(들) 및/또는 사이즈(들)는 임의의 적합한 형상(들) 및/또는 사이즈(들)이다. 소정의 실시형태에서, 기공 사이즈는 메쉬 전체에 걸쳐 가변적이거나 또는 일정하다. 소정의 실시형태에서, 기공 사이즈는 약 1 미크론 내지 약 3 미크론의 폭, 길이, 직경 및/또는 대각선을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 기공 형상은 임의의 기하학적 형상이다. 소정의 실시형태에서, 기공 형상은 메쉬 전체에 걸쳐 가변적이거나 또는 일정하다. 소정의 실시형태에서, 기공 형상은, (예를 들면, 메쉬가 편평하고 펼쳐졌을 때), 예를 들면, 정사각형, 원형, 타원형, 직사각형, 다이아몬드, 또는 다른 기하학적 형상을 포함한다.
스프레이 바(2801)의 형상, 사이즈 및/또는 치수의 예가 도 35에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바는, 예를 들면, HDPE를 포함하는 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바는 재료(예를 들면, 액체, 세정액, 탄소질 조성물)를 분배하기 위한 하나 이상의 개구(2809)(예를 들면, 스프레이 팁)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바는, 재료를 분배하기 위한, 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 또는 20 개의 개구를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바는, 액체 및/또는 탄소질 조성물을 운반하기 위한 하나 이상의 내부 채널(3503)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 32.38 인치의 길이(3501) 및 약 3.12 인치의 높이(3502).
드럼 베어링 플레이트(2802)의 형상, 사이즈 및/또는 치수의 예가 도 36a 및 도 36b에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 베어링 플레이트는, 예를 들면, HDPE를 포함하는 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 베어링 플레이트는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 19.00 인치의 직경, 약 1 인치의 두께(3602), 및 약 4.319 인치의 내경(3601).
스프레이 바 베어링 허브(2803)의 형상, 사이즈 및/또는 치수의 예가 도 37a 및 도 37b에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 베어링 허브는, 예를 들면, HDPE를 포함하는 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 베어링 허브는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 3.86 인치의 직경(3701), 약 3.543 인치의 직경(3702), 약 3.316 인치의 직경(3704), 약 1.563 인치의 폭(3705), 및 약 1.00 인치의 두께(3703). 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 베어링 허브는 하나 이상의 개구(3706)를 갖는다.
드럼 샤프트 마운트(2804)의 형상, 사이즈 및/또는 치수의 예가 도 38에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 마운트는 드럼 샤프트 지지체 상에 놓인다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 마운트는 (드럼의 내부 및/또는 드레인 팬으로부터 멀어지는 쪽을 향하는) 드럼 샤프트 마운트의 아이들러 측에서 도관, 튜브 또는 입력(도 28a의 2808)을 수용하기 위한 어퍼쳐(3801)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 도관, 튜브, 또는 입력은 니플이다. 소정의 실시형태에서, 도관은, 드럼 샤프트 마운트의 어퍼쳐를 통해 스프레이 바 어셈블리로(예를 들면, 스프레이 바 어셈블리의 스프레이 바(2801) 안으로) 이동하는 재료(예를 들면, 액체)의 유동을 수용하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 도관은 드럼 어셈블리 안으로의 (예를 들면, rGO와 같은 탄소질 조성물의) 저압 유동을 수용한다. 소정의 실시형태에서, 도관은 드럼 어셈블리 안으로의 (예를 들면, 탈이온수 또는 몇몇 다른 세정액의) 고압 유동을 수용한다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 샤프트 마운트는 두 개의 어퍼쳐를 포함하는데, 각각의 어퍼쳐는 재료의 유동을 수용하는 도관을 수용한다. 소정의 실시형태에서, 두 개의 어퍼쳐는 고압 도관 및 저압 도관을 수용한다. 소정의 실시형태에서, 도관은 재료의 소스(예를 들면, 세정액을 유지하는 탱크 또는 탄소질 조성물을 유지하는 탱크)와 커플링하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 재료는 펌프를 사용하여, 중력에 의해, 또는 임의의 다른 방법에 의해, 소스로부터 스프레이 바 어셈블리 또는 스프레이 바로 전달된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 마운트는 하나 이상의 스프레이 바(2801)와 맞물린다. 소정의 실시형태에서, 도관(2808)은 신속 분리 피팅(2814)과 커플링하도록 구성된다. 신속 분리 피팅과 커플링하도록 구성되는 도관의 이점은, 재료의 어떤 소스도 도관에 커플링되지 않는 경우 도관이 밀봉되는 것을 신속 분리 피팅이 허용한다는 것이다. 예를 들면, 동작하고 있지 않은 반응 필터는 재료 소스에 커플링될 필요가 없다. 다른 예로서, 소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물의 배치가 드럼 어셈블리 안으로 이미 도입되어 세정 사이클을 거치고 있는 경우, 탄소질 조성물을 수용하도록 구성되는 도관은 탄소질 조성물의 소스에 커플링될 필요가 없다. 소정의 실시형태에서, 단일의 도관은 탄소질 조성물 및 세정액(예를 들면, 탈이온수) 둘 모두를 수용하도록 구성된다. 예를 들면, 하나의 실시형태에서, 단일의 도관은, 스프레이 바 어셈블리의 스프레이 바를 통해 드럼 어셈블리 내부에 분배되는 탄소질 조성물의 소스로부터 재료를 수용하고, 그 다음, 도관은 후속하는 클리닝 사이클(들) 동안 드럼 내부에 분배되는 탈이온수의 소스에 커플링된다. 몇몇 실시형태에서, 드럼 샤프트 마운트는, (예를 들면, 도 28a에서 도시되는 바와 같이) 외부 스냅 링(2806), 스프레이 바 베어링 허브(2803), 볼 베어링(2810)(예를 들면, 깊은 홈 볼 베어링), 및 내부 유지 링(2807)을 통해 스프레이 바(2801)와 맞물린다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 마운트는, 예를 들면, HDPE를 포함하는 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 마운트는 약 2 인치의 두께를 갖는다.
스프레이 바 베어링 허브(2902)의 형상, 사이즈 및/또는 치수의 예가 도 39에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 베어링 허브는, 예를 들면, HDPE를 포함하는 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 베어링 허브는 두께가 약 1 인치이다. 도 39는 허브의 아이들러 측을 도시한다. 소정의 실시형태에서, 허브의 유체 측은 아이들러 측의 미러링된 형상 및/또는 사이즈이다.
드럼 샤프트 마운트(2903)의 형상, 사이즈 및/또는 치수의 예가 도 40에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 마운트(2903)는, 재료(예를 들면, 세정액 및/또는 탄소질 조성물)의 소스 및/또는 도관을 수용하기 위한 하나 이상의 어퍼쳐를 포함하지 않는다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 마운트(2903)는 (하나 이상의 어퍼쳐를 포함하는) 다른 드럼 샤프트 마운트(2804)와는, 드럼 어셈블리의 대향하는 측에 위치된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 마운트는, 예를 들면, HDPE를 포함하는 하나 이상의 재료를 포함하거나 또는 그 하나 이상의 재료로 제조된다. 소정의 실시형태에서, 드럼 샤프트 마운트는 약 2 인치의 두께를 갖는다. 도 39는 마운트의 아이들러 측을 도시한다. 소정의 실시형태에서, 마운트의 유체 측은 아이들러 측의 미러링된 형상 및/또는 사이즈이다. 몇몇 경우에서 rGO/그래핀 제2 반응 필터의 구조적 엘리먼트 및 그들의 상호 관계의 세부 사항은, 도 43a 내지 도 43f 및/또는 표 3에서 설명된다. 몇몇 경우에, (도 43a 내지 도 43f에 도시되는) rGO/그래핀 제2 반응 필터를 동작시키는 예시적인 절차가 도 42a 내지 도 42c에서 도시된다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 필터의 동작 및 언로딩은 자동화되거나 또는 반자동화된다.
몇몇 실시형태에서, (예를 들면, 도 43a 내지 도 43f에서 도시되는 바와 같은) (대안적으로, 본원에서 상부 어셈블리로서의) rGO/그래핀 제2 반응 필터는 엔클로저(4318) 및/또는 제어 엔클로저(4319)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 엔클로저(4318) 및/또는 제어 엔클로저(4319)는 내부에 제어 유닛을 수용하거나 둘러싼다. 소정의 실시형태에서, 제어 유닛 및/또는 그것의 엔클로저는 상부 어셈블리의 하나 이상의 엘리먼트에 물리적으로 부착된다. 대안적으로, 다른 실시형태에서, 제어 유닛 및/또는 그것의 엔클로저는 상부 어셈블리로부터 멀리 위치된다. 소정의 실시형태에서, 제어 유닛은 동작(예를 들면, 기계적 동작)을 제어하기 위해 상부 어셈블리의 하나 이상의 엘리먼트에 전기적으로 또는 전자적으로 연결된다. 소정의 실시형태에서, 제어 유닛은, 예를 들면, 필터링 단계 및/또는 반응, 및/또는 상부 어셈블리의 언로딩을 제어한다. 소정의 실시형태에서, 상부 어셈블리의 언로딩은 자동화된다. 소정의 실시형태에서, 제어 유닛 및 상부 어셈블리는 유선 또는 무선 연결을 통해 통신하고 및/또는 연결된다. 소정의 실시형태에서, 제어 유닛은, 유저가 인터페이스에서 입력을 입력하는 것을 허용하는 유저 인터페이스를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제어 유닛은, 상부 어셈블리를 제어하기 위한 프로세서를 포함하는 디지털 프로세싱 디바이스를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제어 유닛은, 임베딩되며 (예를 들면, 상부 어셈블리의 하나 이상의 엘리먼트를 제어하기 위해) 디지털 프로세싱 디바이스에 의해 실행가능한 실행 가능한 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제어 유닛은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체, 인터넷, 클라우드, 모바일 애플리케이션, 및 등등으로부터 데이터를 수신하기 위한 전자 인터페이스를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제어 유닛은 디지털 디스플레이를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 디지털 디스플레이는 제2 반응 필터의 기능에 및/또는 제2 반응 필터의 제어에 관련되는 정보를 디스플레이한다. 소정의 실시형태에서, 제어 유닛은 제2 반응 필터를 턴 온 및/또는 턴 오프하기 위한 온/오프 스위치를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제어 유닛은 제2 반응 필터의 하나 이상의 엘리먼트를 제어하기 위한 사전 프로그래밍된 프로토콜을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제어 유닛은 클리닝 프로토콜(예를 들면, 유저 정의 프로토콜 또는 사전 정의된 프로토콜)을 수행하기 위해 제2 반응 필터를 동작시킨다. 소정의 실시형태에서, 클리닝 프로토콜은 다수의 세정 사이클을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 클리닝 프로토콜은 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 또는 20 회의 세정 사이클을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 세정 사이클은, 드럼 어셈블리 안으로의 세정액의 분배로 시작하고, 적어도 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % 또는 99 %의 세정액이 드럼 어셈블리의 내부로부터 배수되는 경우 종료한다. 소정의 실시형태에서, 세정 사이클은 스핀 사이클(예를 들면, 스핀 건조(spin dry) 사이클)을 포함하는데, 스핀 사이클에서는, 원심력을 사용하여 드럼 어셈블리의 내부로부터 세정액을 배수하기 위해, 드럼 어셈블리가 세정액을 분배하지 않고 회전한다. 소정의 실시형태에서, 각각의 세정 사이클은, 예를 들면, 사용되는 세정액(예를 들면, 탈이온수)의 양, 각각의 세정 사이클의 길이, 세정 사이클의 횟수, 드럼의 회전 속도, 세정액이 분배되는 압력, 및 스프레이 바 어셈블리가 세정액을 분배하는 방향(예를 들면, 12시, 3시, 6시, 9시, 등등)과 같은 소정의 특성에 따라 구성된다. 소정의 실시형태에서, 이러한 엘리먼트는, 모터, 드라이버, 드럼 샤프트, 아이들러 샤프트, 구동 샤프트, 아이들러 휠, 구동 휠, 스프레이 바 어셈블리, 크래들 피봇 어셈블리, 드럼 크래들 어셈블리, 리드, 프레임 어셈블리, 구동 벨트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만, 그러나 이들로 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시형태에서, (예를 들면, 예를 들면, 도 43a 내지 도 43f에서 도시되는 바와 같은) rGO/그래핀 제2 반응 필터는 도 45a 내지 도 45e에서 도시되는 바와 같은 커버 어셈블리를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 커버 어셈블리는, 예를 들면, 핸들(4505), 2 개의 볼트 플랜지 베어링(4506), 너트(4507, 4510), 평와셔(4508, 4509), 플랫 스크류(4511)와 같은 표 3에서 열거되는 하나 이상의 구조적 엘리먼트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 커버 어셈블리는 (예를 들면, 도 45a 내지 도 45e에서 도시되는 바와 같이) 전방 리드 용접물(4502) 및 후방 리드 용접물(4501)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 커버 어셈블리는, 전방 리드 용접물이 후방 리드 용접물을 중심으로 회전하는 것을 가능하게 하도록 돕는 후드 피봇 샤프트(4504) 및 후드 피봇 플레이트(4503)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 후드 피봇 샤프트(4504)는 약 1.75 인치의 길이를 갖는다. 소정의 실시형태에서, 후드 피봇 플레이트(4503)는 약 2.75 인치의 직경 및 약 0.125 인치의 두께를 갖는다.
몇몇 실시형태에서, rGO/그래핀 제2 반응 필터는 도 46에서 도시되는 바와 같은 스플래쉬 가드(splash guard)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 스플래쉬 가드는 다음 중 하나 이상을 포함하는 치수를 갖는다: 약 37.75 인치의 폭(4601) 및 약 7.30 인치의 높이(4602).
몇몇 실시형태에서, 도 44에서 도시되는 바와 같이, 확장형 반응기(4400)가 GO 및/또는 rGO를 만들기 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 반응기는 (예를 들면, 제1 반응을 구현하기 위해 사용되는) 제1 반응기이다. 소정의 실시형태에서, 반응기는 (예를 들면, GO 및/또는 rGO를 만들기 위해) 자동화되거나 또는 반자동화된다. 소정의 실시형태에서, 반응기 및 그것의 컴포넌트는, (예를 들면, 본원의 그 밖의 곳에서 설명되는 바와 같이) GO 및/또는 rGO를 만들기 위해 마이크로 스케일 사이즈(들)에서부터 대규모 스케일 사이즈(들)까지 스케일링된다. 소정의 실시형태에서, 확장형 반응기는 두 개 이상의(예를 들면, 복수의) 유닛(예를 들면, 반응 포트(pot) 또는 반응 용기를 포함함)(4401)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응기는 1 개에서부터 18 개의 용기를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응기는 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, 또는 30 개의 유닛을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응기는 적어도 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, 또는 30 개의 유닛을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응기는, 예를 들면, 종래의 반응기(들)보다 적어도 약 16 배 더 큰 용량(capacity), 속도 또는 처리량에서 GO 및/또는 rGO를 생성하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 각각의 유닛(4401)은, 교반기 및 (예를 들면, 약 20 쿼트에서부터 약 320 쿼트까지의 사이즈/부피를 갖는) 믹서 볼을 포함하는 믹서(4403)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응기는, 유닛(4401)의 각각에 연결되는(예를 들면, 유닛(4401)의 각각과 커플링되는 및/또는 유체 연통하는) 탱크(4402)(예를 들면, 약 100 갤런에서부터 약 3000 갤런까지의 사이즈/부피를 가짐)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응기는 하나 이상의 환기 포트(ventilation port)(예를 들면, 환기 유입(ventilation in) 및 환기 배출(ventilation out))를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응기는 믹서 또는 믹서 시스템을 포함하는데, 믹서 시스템은 모터 및 교반기를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 교반기 및/또는 믹서는 반응기로부터 상승 및/또는 하강되도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 반응기는 탱크(4402)와 유체 연통하는 반응기의 하부단(bottom end)에 포트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 포트는 탱크 안으로 직접 흐른다. 소정의 실시형태에서, 포트는, 반응기의 내용물을 탱크로 운반하는 도관에 커플링된다. 소정의 실시형태에서, 도관은 스테인레스 스틸을 포함하거나 또는 스테인레스 스틸로 제조된다. 소정의 실시형태에서, (예를 들면, 최소의 수동 개입을 통해 및/또는 수동 개입의 필요 없이 클리닝이 자동으로 수행되도록) 반응기 및/또는 그것의 컴포넌트는 자체 클리닝된다.
몇몇 실시형태에서, 시스템은 도 47에 도시되는 바와 같이 탄소질 조성물을 프로세싱하기 위해 사용된다. 소정의 실시형태에서, 시스템은, 탄소질 조성물의 산화된 형태를 만드는 제1 반응을 수행하기 위한 제1 반응 시스템 또는 장치, 탄소질 조성물의 산화된 형태를 필터링하기 위한 제1 반응 필터, 탄소질 조성물의 환원된 형태를 만드는 제2 반응을 수행하기 위한 제2 반응 시스템 또는 장치, 탄소질 조성물의 환원된 형태를 필터링하기 위한 제2 반응 필터, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 시스템은 제1 반응 시스템 또는 장치를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 시스템 또는 장치는 탄소질 조성물을 유지하기 위한 반응 용기를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응 용기는 탱크 내부의 상태를 측정하기 위한 하나 이상의 센서를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응 용기는 온도계 또는 온도 센서를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 온도계 또는 온도 센서는, 반응 용기 내부의 반응 온도 및/또는 온도 변화율의 결정을 허용한다. 다른 예로서, 소정의 실시형태에서, 반응 용기는 pH 센서를 포함한다. 다른 예로서, 소정의 실시형태에서, 반응 용기는 염 농도 센서를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 시스템 또는 장치는 제1 반응 믹서 어셈블리(4702)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 믹서 어셈블리(4702)는, 제1 반응 이전에, 동안 및/또는 이후에, 탄소질 조성물을 교반 또는 혼합한다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 시스템 또는 장치는 탱크(4701)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 용기 내부의 탄소질 조성물은 탱크(4701)로 전달된다.
소정의 실시형태에서, 오거 피드(auger feed)(또는 반응 용기 및/또는 탱크 안으로 공급되는 재료의 임의의 다른 소스)는 재료를 반응 용기 및/또는 탱크의 흡입구 안으로 분배한다. 또 다른 실시형태에서, 흡입구는 재료를 수용하는데, 재료는, 그 다음, 반응 용기 및/또는 탱크의 내부 안으로 분배된다. 몇몇 실시형태에서, 반응 시스템은, 재료(예를 들면, 반응물, 원료, 냉각제, 등등)를 수용하기 위한 하나 이상의 흡입구를 포함하는 하나 이상의 반응 용기 및/또는 탱크를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 용기는 탱크(4701)와 유체 연통한다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 시스템 또는 장치는 얼음 오거 피드(4703)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 얼음 오거 피드(4703)는, 제1 반응 이전에, 동안, 및/또는 이후에 탱크(4701) 안으로 (예를 들면, 흡입구를 통해) 얼음을 분배한다. 소정의 실시형태에서, 얼음 오거 피드(4703)는 제1 반응을 냉각시키기 위해 얼음을 탱크 안으로 분배한다. 소정의 실시형태에서, 얼음 오거 피드(4703)는 반응 온도를 소정의 온도 또는 온도 범위로 냉각시키기 위해 얼음을 탱크 안으로 분배한다. 소정의 실시형태에서, 얼음 오거 피드(4703)는, 반응 온도를 약 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 ℃ 또는 100 ℃ 이하의 온도까지 냉각시키기 위해 탱크 안으로 얼음을 분배한다. 소정의 실시형태에서, 얼음 오거 피드(4703)는, 반응 온도를 약 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 ℃ 또는 100 ℃까지 냉각시키기 위해 탱크 안으로 얼음을 분배한다. 소정의 실시형태에서, 얼음 오거 피드(4703)는 반응 온도를 소정의 온도 또는 온도 범위에서 유지하기 위해 탱크 안으로 얼음을 분배한다. 소정의 실시형태에서, 얼음 오거 피드(4703)는 반응 온도를 약 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 ℃ 또는 약 100 ℃에서 유지하기 위해 얼음을 탱크 안으로 분배한다. 소정의 실시형태에서, 얼음 오거 피드(4703)는, 탱크 내에서 발생하는 발열 반응에 의해 야기되는 온도 증가를 방지, 감소 또는 중화시키기 위해 탱크 안으로 얼음을 분배한다. 소정의 실시형태에서, 얼음 오거 피드(4703)는 자동화되거나 또는 반자동화된다. 몇몇 실시형태에서, 재료(예를 들면, 얼음, 과망간산 칼륨, 아스코르빈산 나트륨, 과산화수소, 또는 다른 반응물 또는 재료)가 오거 피드 이외의 피드를 사용하여 분배된다. 한 예로서, 오거 피드 대신 튜브 체인 컨베이어가 사용된다.
소정의 실시형태에서, 예를 들면, 컨베이어(예를 들면,가요성 스크류 컨베이어, 솔리드 코어 스크류 컨베이어, 오거 컨베이어, 벨트 컨베이어, 등등)와 같은, 탱크, 반응기, 용기, 또는 유닛 안으로 재료를 이동 및/또는 분배하기 위한 하나 이상의 장치 또는 시스템이 사용된다. 몇몇 실시형태에서, 재료를 탱크 안으로 이동 및/또는 분배하기 위한 장치 또는 시스템은, 상기 재료를 저장 유닛(예를 들면, 탈이온수 유지 탱크(4706), 산 유지 탱크(4707), 얼음 저장 유닛, 과망간산 칼륨 저장 유닛, 등등)으로부터, 제1 반응 용기, (예를 들면, 제1 반응을 냉각시키기 위한) 제1 반응 탱크, 제1 반응 필터, 제2 반응 시스템, 또는 제2 반응 필터로 운반하기 위한 컨베이어를 포함한다. 하나의 예에서, 얼음은 저장 유닛으로부터 제1 반응 시스템 또는 장치의 탱크의 얼음 피드(예를 들면, 얼음 오거 피드(4703))로 운반된다. 몇몇 실시형태에서, 컨테이너는 탄소질 조성물(4704)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응 용기는 과망간산 칼륨을 수용하기 위한 흡입구를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응 용기는 황산을 수용하기 위한 흡입구를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 반응 용기는 탄소질 조성물(예를 들면, 그래파이트 공급 원료)을 수용하기 위한 흡입구를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 컨테이너는 예비 혼합된 그래파이트 및 황산을 포함하는 탄소질 조성물(4704)을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트 및 황산은 탱크(4701) 안으로 도입되기 이전에 예비 혼합된다. 탄소질 조성물(예를 들면, 그래파이트 및 황산)을 예비 혼합하는 것의 하나의 이점은, 반응 온도 및/또는 반응 속도에서의 변동을 감소시키는 것이다. 혼합되지 않은 또는 불균일하게 혼합된 성분은, 반응이 개시될 때, 조성물 전체에 걸쳐 반응 온도 및/또는 반응 속도에서의 변동으로 나타날 수 있다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 촉매 과망간산 칼륨을, 혼합되지 않은 그래파이트 및 황산을 포함하는 제1 반응 용기 안으로 첨가하는 것은, 다른 위치에서 보다 더 낮은 반응 활성을 갖는 몇몇 위치에서 높은 반응 온도 및/또는 반응 속도로 나타난다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트 및 황산을 포함하는 탄소질 조성물은 반응 용기 내에서, 또는 대안적으로, 다른 컨테이너(4704)에서 예비 혼합된다. 소정의 실시형태에서, 예를 들면, 과망간산 칼륨과 같은 촉매가 예비 혼합된 그래파이트 및 황산에 첨가되어 반응 용기 내부의 반응을 촉진시킨다. 소정의 실시형태에서, 예비 혼합은 주어진 배치에 대한 반응(예를 들면, 제1 반응) 동안 반응 온도 및/또는 반응 속도에서의 변동을 감소시킨다. 소정의 실시형태에서, 예비 혼합은 개별 배치 사이의 반응 온도 및/또는 반응 속도에서의 변동을 감소시킨다. 몇몇 실시형태에서, 다른 촉매는 과망간산 칼륨(예를 들면, 칼륨 철산염(K2FeO4))으로 대체된다. 소정의 실시형태에서, 본원에서 설명되는 시스템, 장치 및 방법 중 임의의 것에서 과망간산 칼륨 대신 다른 촉매를 사용한다. 소정의 실시형태에서, 장치는 촉매 오거 피드(예를 들면, 과망간산 칼륨 오거 피드(4705))를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨 오거 피드(4705)는, 제1 반응 이전에, 동안, 및/또는 이후에, 과망간산 칼륨을, (예를 들면, 제1 반응이 반응 용기 내에서 발생하고 탱크에서 냉각되는 경우) 반응 용기 안으로 또는 (예를 들면, 제1 반응 및 냉각 둘 모두가 탱크 내에서 발생하는 경우) 탱크(4701) 안으로 공급 또는 분배한다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨 오거 피드(4705)는 분배되고 있는 과망간산 칼륨의 양에서의 변동을 허용한다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨 오거 피드(4705)는 자동화되거나 또는 반자동화된다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨 오거 피드(4705)는 중앙 제어 유닛에 의해 수동으로 및/또는 자동으로 제어된다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨 오거 피드(4705)는, 소정의 반응 온도(예를 들면, 제1 반응의 경우 반응 용기 내부의 온도) 또는 반응 속도를 유지하기에 적절한 속도에서, 과망간산 칼륨을 반응 용기 안으로 또는 탱크(4701) 안으로 (예를 들면, 수동으로 또는 자동으로) 공급하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨 오거 피드(4705)는, 반응 온도를 소정의 온도 아래로 유지하기에 적합한 속도에서 과망간산 칼륨을 공급하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨 오거 피드(4705)는, 반응 온도가 온도 임계치 아래에 있을 때 과망간산 칼륨이 분배되는 속도를 증가시키도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨 오거 피드(4705)는, 반응 온도가 온도 임계치를 초과할 때 과망간산 칼륨이 분배되는 속도를 감소시키도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 온도 임계치는 약 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 ℃ 또는 100 ℃이다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨 오거 피드(4705)는, 반응 온도가 임계 변화율 미만으로 증가하고 있을 때, 과망간산 칼륨이 탱크(4701) 안으로 분배되는 속도를 증가시키도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨 오거 피드(4705)는, 반응 온도가 임계 변화율을 초과하여 증가하고 있을 때, 과망간산 칼륨이 탱크(4701) 안으로 분배되는 속도를 감소시키도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 임계 온도 변화율은, 약 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, 또는 20 ℃/분(℃/min)이다.
몇몇 실시형태에서, 도 47에서 도시되는 시스템은, 탄소질 조성물의 산화된 형태(예를 들면, 그래핀 산화물)를 필터링하기 위한 제1 반응 필터(예를 들면, 제1 반응 필터 시스템 또는 제1 반응 여과 시스템 또는 장치)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 필터는 제1 반응(예를 들면, GO를 생성하는 산화 반응)의 생성물을 필터링한다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응 필터는 필터링 막(filtering membrane)을 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 도 47에서 도시되는 시스템은, 탄소질 조성물의 환원된 형태(예를 들면, rGO)를 생성하는 제2 반응을 수행하기 위한 제2 반응 시스템 또는 장치를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 시스템 또는 장치는, 제2 반응 탱크, 믹서 또는 믹서 시스템, 가열 컴포넌트, 과산화수소 피드, 아스코르빈산 나트륨 피드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 탱크는 탄소질 조성물을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 시스템 또는 장치는 가열된 탱크(4709)를 포함한다(예를 들면, 열은 가열 컴포넌트에 의해 제공됨). 소정의 실시형태에서, 믹서 또는 믹서 시스템은, 본 명세서 내의 본원의 그 밖의 곳에서 설명되는 임의의 다른 믹서 또는 믹서 시스템과 동일한 방식으로 탱크의 내용물(예를 들면, 탄소질 조성물 및 임의의 다른 반응물 또는 반응 성분)을 교반 및/또는 혼합한다. 소정의 실시형태에서, 가열 컴포넌트는 탱크를 가열하여 제2 반응 온도를 증가시킨다. 소정의 실시형태에서, 가열 컴포넌트는 적어도 약 30 ℃, 35 ℃, 40 ℃, 45 ℃, 50 ℃, 55 ℃, 60 ℃, 65 ℃, 70 ℃, 75 ℃, 80 ℃, 85 ℃, 90 ℃, 95 ℃ 또는 100 ℃까지 탱크를 가열시키도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 가열 컴포넌트는 약 30 ℃, 35 ℃, 40 ℃, 45 ℃, 50 ℃, 55 ℃, 60 ℃, 65 ℃, 70 ℃, 75 ℃, 80 ℃, 85 ℃, 90 ℃, 95 ℃ 또는 100 ℃의 온도를 유지하게끔 탱크를 가열하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 과산화수소 피드는 과산화수소를 소정의 속도 또는 양에서 분배하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 아스코르빈산 나트륨 피드는 소정의 속도 또는 양에서 과산화수소를 분배하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 과산화수소 피드 및 아스코르빈산 나트륨 피드는, (100 리터의 용액 내에서) GO의 kg 당 약 20 L의 30 % 과산화수소 및 (100 리터의 용액 내에서) GO의 kg당 약 4.95 kg의 아스코르빈산 나트륨(아스코르브산의 나트륨 염)을 분배하도록 구성된다.
몇몇 실시형태에서, 도 47에서 도시되는 시스템은, 탄소질 조성물의 환원된 형태(예를 들면, rGO)의 여과를 수행하기 위한 제2 반응 필터(4708)(예를 들면, 제2 반응 필터 시스템 또는 제2 반응 여과 시스템)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 필터(4708)는 본원의 그 밖의 곳에서 설명되는 바와 같은 다양한 컴포넌트를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 제2 반응 필터(4708)는 드럼 어셈블리 및 스프레이 바 어셈블리 중 하나 이상을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는, 드럼 어셈블리 내에서 하나 이상의 재료(예를 들면, 액체, 고체, 현탁액, 혼합물, 등등)를 분배하기 위한 하나 이상의 개구(예를 들면, 노즐 또는 스프레이 팁)를 포함하는 스프레이 바를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바는 드럼 어셈블리의 내부 내에서 실질적으로 배치된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바는 드럼 어셈블리의 내부 내에서 재료를 분배하도록 배치된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 드럼 어셈블리 내에서 탄소질 조성물(예를 들면, rGO)을 분배하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 저압에서 탄소질 조성물을 분배하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는, 탄소질 조성물을 세정 및/또는 정제하기 위한 액체(예를 들면, 탈이온수 유지 탱크(4706)로부터의 탈이온수)를 드럼 어셈블리 내에서 분배하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 (예를 들면, 탄소질 조성물을 헹구기 위해) 액체를 고압에서 분사하는 것에 의해 액체를 분배하도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 고압은 저압보다 더 높은 압력인데, 탄소질 조성물은, 더 높은 압력에서 분배되는 액체에 비해 더 낮은 압력에서 분배된다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 하나 이상의 스프레이 바(예를 들면, 도 28a의 스프레이 바(2801))를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바 어셈블리는 적어도 두 개, 세 개, 네 개, 다섯 개, 여섯 개, 일곱 개, 여덟 개, 아홉 개, 또는 열 개의 스프레이 바를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바는, 하나 이상의 재료를 분배하기 위한 하나 이상의 개구(예를 들면, 노즐, 스프레이 팁(2809), 등등)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바는 탄소질 조성물을 분배하기 위한 개구의 세트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바는 액체를 분배하기 위한 개구의 세트를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 스프레이 바는, 탄소질 조성물을 (예를 들면, 저압에서) 분배하기 위한 제1 세트의 개구 및 액체를 (예를 들면, 고압에서) 분배하기 위한 제2 세트의 개구를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리의 내부는, 고체 및/또는 액체 입자가 드럼 어셈블리의 내부를 빠져나가는 것을 방지하도록 실질적으로 둘러싸여 있다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리의 내부는 실질적으로 밀폐되는데, 어셈블리는, 불순물, 반응 부산물, 및/또는 폐기물이 통과하는 것을 허용하면서 드럼 어셈블리 내에서 탄소질 조성물의 환원된 형태를 보유하기에 적합한 기공 사이즈를 포함하는 드럼 메쉬 및/또는 드럼 미크론 필터를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 제2 반응 필터는, 드럼 어셈블리의 외부로부터 액체를 분배하도록 구성되는 스프레이 바 어셈블리를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 제2 반응 필터(4708)는 드레인 팬(도 23a) 내의 액체(예를 들면, 탈이온수)에 부분적으로 또는 완전히 침지되는 드럼 어셈블리를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드럼 어셈블리는, 드럼 어셈블리 내부의 탄소질 조성물의 헹굼을 향상시키기 위해 회전된다. 소정의 실시형태에서, 드레인 팬은 드레인을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 드레인은 개방 또는 폐쇄되도록 구성된다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 필터는 하나 이상의 센서(예를 들면, 온도, pH 및/또는 염 농도 센서)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 하나 이상의 센서는 드레인 팬 내부에 배치된다. 소정의 실시형태에서, 하나 이상의 센서는 드레인에 배치된다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 필터는 탄소질 조성물(예를 들면, rGO의 하나의 배치)에 대해 다수의 세정 또는 세정 사이클을 겪는다. 소정의 실시형태에서, 각각의 세정은 일정 부피의 액체(예를 들면, 탈이온수)를 사용한다. 소정의 실시형태에서, 세정 또는 세정 사이클은 적어도 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 또는 100 갤런의 액체를 사용한다. 소정의 실시형태에서, 탄소질 조성물을 포함하는 드럼 어셈블리는 하나 이상의 헹굼 또는 세정 사이클을 겪는다. 소정의 실시형태에서, 헹굼 또는 세정 사이클은, 일정 부피의 액체로 드레인 팬을 채우는 것(예를 들면, 드레인은 폐쇄됨), 드럼 어셈블리를 회전시켜 탄소질 조성물을 헹구는 것, 및 드레인을 개방하여 액체를 배수하는 것을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 헹굼 또는 세정 사이클은, 스프레이 바 어셈블리로부터 일정 부피의 액체를 분사하여, 탄소질 조성물을 헹구거나 또는 세정하는 것, 및 액체가 배수되게 하는 것을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 필터의 하나 이상의 컴포넌트의 동작은 자동화되거나 또는 반자동화된다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 제2 반응 필터의 동작은, 탄소질 조성물(예를 들면, rGO)의 필터링 및/또는 정제에 적합한 일련의 지시 또는 단계를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제2 반응 필터의 동작은, 드럼 어셈블리의 하나 이상의 컴포넌트(예를 들면, 드럼 어셈블리를 작동시키는 모터, 드럼 샤프트, 구동 샤프트, 아이들러 샤프트, 등등)의 제어, 스프레이 바 어셈블리의 제어(예를 들면, 저압 입력, 고압 입력), 및 드레인 팬 드레인의 제어(예를 들면, 개방 또는 폐쇄)를 포함한다.
몇몇 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은 제1 반응 시스템 또는 장치, 제1 반응 필터, 제2 반응 시스템 또는 장치, 및 제2 반응 필터를 제어한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 수동이거나, 자동화되거나, 또는 반자동화되는 제어를 제공한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은 본원에서 설명되는 시스템, 장치, 필터, 또는 프로세스의 임의의 조합을 제어한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은 제1 반응의 온도를 제어한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은 (예를 들면, 탄소질 조성물의 산화를 수행하기 위한) 제1 반응 시스템 또는 장치의 하나 이상의 컴포넌트를 제어한다. 한 예로서, 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은 믹서, 얼음 오거 피드, 및 촉매 오거 피드(예를 들면, 과망간산 칼륨 오거 피드) 중 하나 이상을 제어한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 제1 반응을 수행하기 위한 시스템(예를 들면, 제1 반응 시스템, 장치, 또는 어셈블리) 안으로의 하나 이상의 반응물 또는 원료의 첨가의 타이밍, 양, 및/또는 속도를 제어한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 제1 반응 시스템의 용기, 반응 챔버, 또는 유닛 안으로의 과망간산 칼륨 및/또는 얼음의 첨가의 타이밍, 양, 및/또는 속도를 제어한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은 제1 반응 필터 또는 제1 반응 여과 프로세스를 제어한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은 제2 반응 시스템 또는 장치를 제어한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은 제2 반응을 수행하기 위한 시스템(예를 들면, 제2 반응 시스템, 장치, 또는 어셈블리) 안으로의 하나 이상의 반응물 또는 원료의 첨가의 타이밍, 양, 및/또는 속도를 제어한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 제2 반응 시스템의 용기, 반응 챔버, 또는 유닛 안으로의 과산화수소 및/또는 아스코르빈산 나트륨의 첨가의 타이밍, 양, 및/또는 속도를 제어한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은 제2 반응 필터 또는 제2 반응 여과 프로세스의 하나 이상의 컴포넌트를 제어한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 드럼 어셈블리의 회전(예를 들면, 회전 온 또는 오프, 회전 속도, 회전의 증감률), 스프레이 바 어셈블리(예를 들면, 분배되는 rGO의 속도, 양, 및/또는 압력; 분배되는 탈이온수의 속도, 양, 및/또는 압력), 및 드레인 팬 드레인(예를 들면, 드레인을 개방하거나 또는 폐쇄하는 것) 중 하나 이상을 제어한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 제1 반응 시스템 또는 장치, 제1 반응 필터, 제2 반응 시스템 또는 장치, 및 제2 반응 필터 중 하나 이상으로부터의 센서 데이터를 활용한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 제1 반응 시스템 또는 장치, 제1 반응 필터, 제2 반응 시스템 또는 장치, 및 제2 반응 필터 중 하나 이상의 동작을 조정한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 탄소질 조성물을 프로세싱하기 위한 컴포넌트, 서브시스템, 및/또는 시스템을 제어한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 탄소질 조성물을 프로세싱하기 위한 컴포넌트, 서브시스템 및/또는 시스템의 동작을 조정하여, 그래핀 산화물 및/또는 환원된 그래핀 산화물(예를 들면, 단일 층 또는 다중 층 GO 또는 rGO)의 생성률을 최적화한다.
소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛 및/또는 그것의 엔클로저는, 본원에서 설명되는 시스템 또는 장치의 하나 이상의 컴포넌트에 물리적으로 부착된다. 대안적으로, 다른 실시형태에서, 중앙 제어 유닛 및/또는 그것의 엔클로저는, 본원에서 설명되는 시스템 및 어셈블리의 하나 이상의 컴포넌트로부터 원격에 위치된다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 탄소질 조성물을 프로세싱하기 위한 시스템(예를 들면, 제1 반응 시스템, 제1 반응 필터, 제2 반응 시스템, 제2 반응 필터, 등등)을 포함하는 공간으로부터 지리적으로 분리된다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 탄소질 조성물을 프로세싱하여 동작(예를 들면, 기계적 동작)을 제어하기 위한 시스템의 하나 이상의 컴포넌트에 전기적으로 또는 전자적으로 연결된다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 예를 들면, 제1 반응, 제1 여과, 제2 반응, 제2 여과, 또는 이들의 임의의 조합을 수행하기 위한 하나 이상의 시스템을 제어한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛 및 시스템은 유선 또는 무선 연결을 통해 통신하고 및/또는 연결된다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 유저가 인터페이스에서 입력을 입력하는 것을 허용하는 유저 인터페이스를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 시스템 또는 그것의 컴포넌트 또는 서브시스템 중 임의의 것을 제어하기 위한 프로세서를 포함하는 디지털 프로세싱 디바이스를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 임베딩되며 (예를 들면, 상부 어셈블리의 하나 이상의 엘리먼트를 제어하기 위해) 디지털 프로세싱 디바이스에 의해 실행가능한 실행 가능한 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체, 인터넷, 클라우드, 모바일 애플리케이션, 및 등등으로부터 데이터를 수신하기 위한 전자 인터페이스를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은 디지털 디스플레이를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 디지털 디스플레이는, 제1 반응 시스템, 제1 반응 필터, 제2 반응 시스템, 제2 반응 필터, 또는 이들의 임의의 조합의 제어 및/또는 기능과 관련된 정보를 디스플레이한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 제1 반응 시스템, 제1 반응 필터, 제2 반응 시스템, 제2 반응 필터, 또는 이들의 임의의 조합을 턴 온 및/또는 턴 오프하기 위한 온/오프 스위치를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 중앙 제어 유닛은, 제1 반응 시스템, 제1 반응 필터, 제2 반응 시스템, 제2 반응 필터, 또는 이들의 임의의 조합의 하나 이상의 엘리먼트를 제어하기 위한 사전 프로그래밍된 프로토콜을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 이러한 엘리먼트는, 모터, 교반기, 믹서 또는 믹서 시스템, 얼음 오거 피드, 과망간산 칼륨 오거 피드, 아스코르빈산 나트륨 피드, 과산화수소 피드, 리드, 커버, 후드 어셈블리, 드라이버, 드럼 샤프트, 아이들러 샤프트, 구동 샤프트, 아이들러 휠, 구동 휠, 스프레이 바 어셈블리, 크래들 피봇 어셈블리, 드럼 크래들 어셈블리, 리드, 프레임 어셈블리, 구동 벨트, 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상을 포함한다.
소정의 실시형태에서, 그래파이트 산화물(GO) 및 그래핀(rGO)을 만들기 위한 프로세스는, 산화, 여과(예를 들면, 정제), 환원 및 제2 여과(예를 들면, 최종 정제)를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트 산화물(GO)을 제조하는 프로세스는 산화 및 여과를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응으로부터 생성되는 GO는, 하나 이상의 하류 애플리케이션에 대해 적절한 pH로 프로세싱된다. 소정의 실시형태에서, 제1 반응으로부터 생성되는 GO는 약 4.5와 5.0 사이, 5.0과 5.5 사이, 5.5와 6.0 사이, 6.0과 6.5 사이, 또는 6.5와 7.0 사이의 pH로 프로세싱된다. 소정의 실시형태에서, 그래파이트 산화물(GO) 및/또는 그래핀(rGO)을 만드는 프로세스는, 예를 들면, 황산과 같은 폐기물 재료를 생성한다. 소정의 실시형태에서, GO/rGO를 제조하는 방법은, 예를 들면, 반응 1의 반응 부산물에 석회(예를 들면, CaO)를 첨가하는 것과 같은 독립적인 폐기물 프로세싱 단계를 포함한다. 소정의 실시형태에서, 폐기물 프로세싱 단계는 석회로 황산 폐기물을 중화시켜 석고를 생성한다. 소정의 실시형태에서, 석고는, 예를 들면, 필터 가압되는 것에 의해, 프로세싱된다. 소정의 실시형태에서, 석고는, 그 다음, 건조된다. 소정의 실시형태에서, 탱크 및 믹서를 포함하는 폐기물 프로세싱 장치는, 석회를, 반응 1로부터의 폐액과 혼합하는 것에 의해 석고를 생성하도록 구성되는데, 폐액은 황산을 포함한다. 프로세싱된 석고는, 예를 들면, 비료와 같은 다운스트림 애플리케이션에 대해 유용하다. 석고의 높은 칼슘 및 황 함량 및 그것의 높은 용해성은 그것을 이상적인 비료로 만든다. 석고는 또한 토양을 산성화시키지 않으며 토양에서 알루미늄 독성을 감소시키도록 작용할 수도 있다. 따라서, 소정의 실시형태에서, GO 및/또는 rGO를 만드는 프로세스는, 황산 폐기물을 석고로 전환시키는 폐기물 프로세싱 단계를 포함한다.
소정의 실시형태에서, 단일 층 GO로의 산화 동안, 그래파이트(약 1 kg)는 98 % 황산(약 32 L)과 혼합되고 약 -10 ℃로 냉각된다. 소정의 실시형태에서, GO 반응기 냉각 코일은 -2 ℃로 냉각된다. 소정의 실시형태에서, 그 다음, 그래파이트/황산 혼합물을, 반응기에 조심스럽게 붓는다. 소정의 실시형태에서, 반응 온도를 약 15 ℃ 미만으로 조심스럽게 유지하면서, 과망간산 칼륨(약 4.8 kg) 분말이 약 1.5 시간에 걸쳐 천천히 반응기에 첨가된다. 소정의 실시형태에서, 과망간산 칼륨의 첨가가 완료된 이후, 반응기 냉각 코일 온도는 약 12 ℃로 상승되고, 반응은 약 1.5 시간에 걸쳐 약 30 ℃까지 가열된다. 소정의 실시형태에서, 그 다음, 반응기 냉각 코일은 약 -2 ℃까지 냉각되고, 반응 온도는 대략 추가적인 30 분 동안 약 30 ℃에서 유지된다. 소정의 실시형태에서, 그 다음, 분쇄된 얼음(약 32 kg)이 약 1 시간에 걸쳐 첨가된다. 소정의 실시형태에서, 반응 온도는 이 시간에 걸쳐 약 50 ℃까지 올라간다. 얼음 첨가 이후, 소정의 실시형태에서, 반응은 약 1 시간 동안 뒤섞이도록 허용된다. 소정의 실시형태에서, 반응은 분쇄된 얼음(약 72 kg)을 사용하여 최종적으로 냉각된다. 소정의 실시형태에서, 얼음은 이 냉각 동안 용융하고, 그 다음, 30 % 과산화수소(약 2 L)가 첨가되어 반응을 정지시킨다.
소정의 실시형태에서, 다중 층 GO로의 산화 동안, 그래파이트(약 1 kg)는 98 % 황산(약 32 L)과 혼합되고 약 -10 ℃로 냉각된다. 소정의 실시형태에서, GO 반응기 냉각 코일은 -2 ℃로 냉각된다. 소정의 실시형태에서, 그 다음, 그래파이트/황산 혼합물을, 반응기에 조심스럽게 붓는다. 소정의 실시형태에서, 반응 온도를 약 15 ℃ 미만으로 조심스럽게 유지하면서, 과망간산 칼륨(약 2 kg) 분말이 약 45 분에 걸쳐 천천히 반응기에 첨가된다. 소정의 실시형태에서, 그 다음, 반응은 약 15 ℃의 반응 온도에서 약 30 분 동안 뒤섞이도록 허용된다. 소정의 실시형태에서, 반응은 분쇄된 얼음(약 125 kg)을 사용하여 최종적으로 냉각된다. 소정의 실시형태에서, 얼음은 이 냉각 동안 용융하고, 그 다음, 30 % 과산화수소(약 1 L)가 첨가되어 반응을 정지시킨다.
소정의 실시형태에서, 정제는, 접선 유동 여과 프로세스(tangential flow filtration process)를 사용하여 수행된다. 소정의 실시형태에서, 필터 타입은 약 0.02 미크론 기공 사이즈를 갖는 개질된 폴리에테르 술폰 중공 필터 막이다. 소정의 실시형태에서, 정제는 생성물의 pH가 약 5에 도달할 때 완료된다. 소정의 실시형태에서, 그 다음, 정제된 GO는 약 1 중량 %의 용액으로 농축된다.
소정의 실시형태에서, 환원은, 정제된 1 중량 % GO(약 1 ㎏) 용액을 약 90 ℃로 가열하는 것 및 약 1 시간 동안 30 % H2O2(약 1 L)를 첨가하는 것에 의해 수행된다. 약 1 시간 이후, 30 % H2O2(약 1 L)가 반응에 첨가되고, 대략 추가적인 3 시간 동안 약 90 ℃에서 가열된다. 그 다음, 약 30 분에 걸쳐 아스코르빈산 나트륨(약 4.95 kg)이 반응에 첨가된다. 소정의 실시형태에서, 반응은 대략 추가적인 1.5 시간 동안 뒤섞음 하에서 계속 가열되어 환원된 그래파이트 산화물(rGO)을 형성한다.
소정의 실시형태에서, 최종 정제는, 예를 들면, 2 미크론 316 스테인레스 스틸 메쉬 필터를 통한 진공 여과를 통해(예를 들면, 제2 반응 필터를 통해) rGO를 정제하는 것을 포함한다. 소정의 실시형태에서, 물은 rGO를 통해 플러싱되어 모든 염을 제거한다. 소정의 실시형태에서, 정제는, rGO 용액이 약 50 μS/cm 이하의 전도도를 가질 때 완료된다. 소정의 실시형태에서, 여과는, 본원에서 설명되는 바와 같은(예를 들면, 도 41 내지 도 43에서 도시되는 바와 같은) 제2 반응 필터를 사용하여 달성된다. 한 예로서, 소정의 실시형태에서, rGO 제2 반응 생성물의 슬러리는, 드럼이 회전하고 있을 때(예를 들면, 600 rpm), 스프레이 바에 의해 저압(예를 들면, 도 41a의 "저압 유체 주입(Lo-Pressure Fluid In)")에서 드럼 어셈블리(예를 들면, 드럼)의 내부 공간 안으로 펌핑된다. 소정의 실시형태에서, 드럼의 회전으로부터의 원심력은 슬러리를 드럼 메쉬 및/또는 드럼 미크론 필터의 내부 표면에 대해 가압한다. 물과 용해된 용질은 메쉬/필터 기공을 통과할 수 있고, 한편 rGO 생성물은 유지된다. 소정의 실시형태에서, 액체(예를 들면, 탈이온수)는, 고압(예를 들면, 도 41a의 "고압 유체 주입")에서 스프레이 바 내의 개구(예를 들면, 스프레이 팁(2809))로부터 메쉬/필터의 내부 표면 상에 부착되는 rGO 생성물에 대해 분사된다. 소정의 실시형태에서, 고압 액체는 rGO 생성물을 메쉬/필터의 표면으로부터 떨어뜨려 드럼의 하부 안으로 밀어 낸다. 소정의 실시형태에서, 드럼은 이러한 세정 프로세스 동안 회전하고 있다. 소정의 실시형태에서, 드럼은, rGO의 세정 및/또는 건조를 용이하게 하기 위해, 동일한 속도에서 계속 회전하거나, 속도를 변경하거나, 정지하고 계속하거나, 역회전하거나, 또는 이들의 임의의 조합으로 움직인다. 소정의 실시형태에서, 드럼의 하부(예를 들면, 하부 1/2, 하부 1/3, 하부 1/4, 또는 하부 1/5, 등등)는 드레인 팬 용접물 내에(예를 들면, 드레인 팬 용접물의 상부 에지 아래에) 배치된다. 몇몇 실시형태에서, 드럼의 하부의 일부는 rGO 제2 반응 생성물을 세정하기 위해 사용되고 있는 액체 하에 잠긴다. 이것은, 메쉬/필터의 표면에서 떨어지게 강제되는 rGO가, 드레인 팬 용접물 내의 일정 부피의 액체에 잠기는 것에 의해 추가로 세정되는 것을 허용한다. 소정의 실시형태에서, 일단 rGO 생성물이 충분히 세정되면, 액체는 드레인 팬으로부터 배수되고, 스프레이 바는 고압 액체 방출을 중단한다. 소정의 실시형태에서, 드럼은 rGO 생성물을 건조시키는 것을 돕기 위해 높은 rpm으로 회전한다. 소정의 실시형태에서, 이 절차 동안 임의의 지점에서 여과 및/또는 배수 프로세스를 향상시키기 위해 진공이 적용된다. 몇몇 실시형태에서, rGO 생성물은 다수 회의 세정을 거친다. 소정의 실시형태에서, 각각의 세정 또는 세정의 회차(round)는 드레인 팬 내의 액체의 적어도 대부분이 배수될 때 종료된다. 소정의 실시형태에서, 드럼은 적어도 탄소질 조성물(예를 들면, rGO)의 배치에 대해 적어도 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, 또는 30 회 세정을 제공한다.
소정의 실시형태에서, 본원의 방법(예를 들면, 그래파이트 산화물을 만드는 방법)은, 산화 특성 및 박리의 양의 제어의 관점에서 조정 가능하다. 소정의 실시형태에서, 본원의 방법은, 절차적 및 공학적 온도 제어 때문에 다른 방법보다 더 안전하다. 소정의 실시형태에서, 본원의 방법은 본원에서 설명되는 반응 및 여과를 수행하기 위한 시약의 사용을 최소화함에 있어서 효율적이다. 소정의 실시형태에서, 본원의 방법은 완전히 확장 가능하도록 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시형태가 본원에서 도시되고 설명되었지만, 기술 분야의 숙련된 자에게는 그러한 실시형태가 단지 예로서 제공된다는 것이 명백할 것이다. 본 발명을 벗어나지 않으면서 기술 분야의 숙련된 자는 다양한 변형, 변경, 및 대체를 떠올릴 것이다. 본원에서 설명되는 시스템, 디바이스, 및 방법의 실시형태에 대한 다양한 대안이 본원에서 설명되는 주제를 실시함에 있어서 활용 가능하다는 것이 이해되어야 한다. 하기 청구범위는 본 발명의 범위를 정의한다는 것 및 이들 청구범위의 범위 내에 있는 방법 및 구조 및 그 균등 범위는 청구범위에 의해 커버되어야 한다는 것이 의도된다.
Claims (20)
- 반응 시스템으로서,
a) 탄소질 조성물을 포함하는 반응 용기 - 상기 용기는:
i) 상기 용기에 마운트되며, 상기 용기와 유체 연통하는 반응 믹서; 및
ii) 상기 반응 믹서에 기계적으로 커플링되며, 상기 용기 내의 상기 탄소질 조성물을 교반하도록 구성되는 반응 교반기를 포함함 - ;
b) 탱크 - 상기 탱크는:
i) 상기 탱크에 마운트되며, 상기 탱크와 유체 연통하는 탱크 믹서; 및
ii) 상기 탱크 믹서에 기계적으로 커플링되며, 상기 조성물이 상기 탱크로 전달된 이후에 상기 탱크 내의 상기 탄소질 조성물을 교반하도록 구성되는 탱크 교반기를 포함함 -
를 포함하고,
상기 반응 시스템은 상기 탄소질 조성물을 상기 반응 용기로부터 상기 탱크로 전달하도록 구성되는 것인 반응 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 반응 용기 내에 배치되는 센서를 더 포함하는 반응 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 센서는 온도, pH, 또는 염 농도를 측정하는 것인 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 시스템은 15 ℃ 이하의 반응 온도를 유지하도록, 상기 반응 용기 안으로의 하나 이상의 반응물의 첨가의 속도를 조절하는 것인 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 반응 용기 내부의 반응 온도를 감소시키도록 구성되는 하나 이상의 냉각 코일을 포함하는 것인 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 시스템에 의해 수행되는 반응을 조절하기 위한 제어 유닛을 포함하는 것인 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 반응 믹서는, 상기 반응 믹서가 상기 반응 용기 안으로 하강될 때, 상기 반응 용기를 밀봉하기 위한 커버를 포함하는 것인 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 반응 믹서는 상기 반응 용기의 내부 표면과 맞물리는 스크레이퍼(scraper)를 포함하고, 상기 스크레이퍼는 상기 내부 표면 상에 부착되는 재료를 긁어내도록 구성되는 것은 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 반응 용기는 적어도 약 20 갤런의 부피를 갖는 것인 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 반응 용기는 밸브를 포함하고, 상기 반응 용기는 상기 밸브를 통해 상기 탱크와 유체 연통하는 것인 반응 시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 시스템은, 상기 반응 용기에서 수행되는 반응을 냉각시키기 위해, 상기 밸브를 개방하여 상기 탄소질 조성물이 상기 반응 용기로부터 상기 탱크로 전달되는 것을 허용하도록 구성되는 것인 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 탱크는 적어도 약 200 갤런의 부피를 갖는 것인 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 탱크는 과산화수소를 상기 탱크의 내부 공간 안으로 분배하도록 구성되는 것인 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 탱크는 분쇄된 얼음을 상기 탱크의 내부 공간 안으로 분배하도록 구성되는 것인 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 시스템은 복수의 탱크 교반기를 포함하는 것인 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 탱크 교반기는 분당 최대 약 60 회전의 속도에서 구동되는 것인 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 시스템은, 배치(batch)당 약 10 kg보다 더 큰 속도로 상기 탄소질 조성물의 산화된 형태를 형성하는 것인 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 시스템은 적어도 두 개의 반응 용기를 포함하는 것인 반응 시스템.
- 제18항에 있어서, 상기 탱크는 상기 적어도 두 개의 반응 용기의 결합된 부피의 적어도 두 배의 부피를 갖는 것인 반응 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 탄소질 조성물을 그래핀 산화물로 프로세싱하도록 구성되는 것인 반응 시스템.
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