该图展示了闪速焦耳加热(FJH)的基本原理、设备配置和放大策略。图中详细描述了不同的原料类型、反应器设置和电气系统，这些可以根据目标反应和产物进行选择。历史发展部分显示了FJH技术和应用的进展轨迹，四种电流输入系统(电容器放电、可变频率驱动、恒定直流放电和交流放电)各有特点，适用于不同的应用场景。反应器设计部分展示了针对导电原料和非导电原料的不同加热方式，以及放大到工业规模所需的自动化系统。这些设计使得FJH技术能够适应各种材料处理需求，并为工业级应用奠定了基础。
这些图像展示了FJH在碳材料合成方面的应用多样性。图2a系统总结了不同碳原料、添加剂/催化剂和FJH条件下产生的各种碳材料产品，包括涡轮层石墨烯、杂原子掺杂石墨烯和碳纳米管等。结果表明，通过调整原料和优化FJH参数，可以合成多种碳形态，展示了FJH在碳材料合成中的灵活性和可控性。
图2e特别展示了在一维碳纳米结构合成方面的应用，当碳原料在碳纳米管生长催化剂(如铁或镍)存在下通过FJH处理时，可以形成多壁碳纳米管和竹节状碳纤维。产物可以通过FJH反应温度进行调控，显示了FJH在精确控制碳材料结构方面的能力。
该图展示了FJH在无机材料合成中的多种技术应用。图3a展示了使用金属氧化物和炭黑作为原料的FJH合成金属碳化物的过程，以及随着FJH电压输入增加，从β-Mo₂C到α-MoC₁₋ₓ再到η-MoC₁₋ₓ的相变过程。这表明FJH可以通过精确控制能量输入来实现相纯金属碳化物的选择性合成。
图3b展示了脉冲直流加热和在γ-Al₂O₃和炭黑混合物间隙中的电阻热点，以及从γ-Al₂O₃到δ'-Al₂O₃再到α-Al₂O₃的相变过程。这证明了FJH可以通过创建电阻热点来实现受控的粗化和相变。
图3c展示了超高温烧结(UHS)过程，其中压制的生坯放置在两张碳纸之间加热到3000°C持续10秒。这种快速烧结技术特别适用于固态电解质，防止锂等挥发性元素的损失。
图3d展示了闪中闪(FWF)焦耳加热系统，由一个用于碳焦耳加热的外管和一个用于所需反应的内管组成。这种设计可以减轻金属碳化物的形成，大大扩展了FJH过程的多功能性。
这些图像展示了FJH在金属回收和废物升级循环方面的应用。图4a展示了FJH城市采矿和金属蒸发分离系统，该系统由三部分组成：用于金属蒸发的FJH、用于质量传输的真空系统和用于挥发性物质冷凝的冷阱。电子废物被研磨成细粉后与炭黑混合，通过蒸发分离实现贵金属回收。
图4b展示了煤飞灰的电热活化过程，CFA原料中的稀土磷酸盐通过热分解和碳热还原转化为稀土氧化物或金属，使稀土回收率比直接酸浸原料提高约两倍。
图4d展示了废石墨阳极的再生过程，有害的固体电解质界面(SEI)被转化为碳涂层，废石墨颗粒再结晶。FJH可以在1秒内分解杂质并再生整个石墨阳极，与高温煅烧回收相比显著降低了能耗和碳排放。
该图展示了FJH在废塑料和生物质升级循环方面的应用。图像展示了通过两步FJH工艺将混合、污染的报废废塑料转化为涡轮层石墨烯的过程。低电流和高电流FJH步骤的电流-时间图展示了将塑料转化为石墨烯的过程。
研究结果显示，各种聚合物原料经过高电流FJH处理后都能转化为石墨烯。典型的FJH过程用于将废塑料转化为氢气，插图显示了四次迭代FJH处理过程中电流放电随时间的变化。不同废塑料类型的FJH合成的H₂产率和效率各不相同，但无论塑料类型如何，都观察到高H₂产率。
此外，还展示了直流FJH系统的等效电路图，以及生物质和生物炭参与闪速石墨烯生产过程中的烟灰密度。最后提出了生物质闪速石墨烯生产的工业过程概念设计，展示了FJH技术从实验室向工业应用过渡的潜力。
该图展示了FJH在废物净化和土壤修复方面的应用。图6a展示了从煤飞灰(CFA)中去除重金属的过程，不同重金属的蒸气压及其通过FJH的去除效率。结果表明，在略低于3000°C的温度下，重金属的蒸发去除效率可达70-90%。
图6b展示了PFAS降解的FJH过程，其中吸附在颗粒活性炭(GAC)上的PFAS与金属氢氧化物(NaOH或Ca(OH)₂)混合。FJH将PFAS转化为无毒的NaF或CaF₂，氟转化效率在1秒内达到>96%，且未检测到气态氟碳化合物。
图6c展示了通过FJH实现的高温电热过程用于土壤修复。土壤与生物炭或其他导电碳预混合以提供足够的导电性，电极提供快速电压脉冲进行焦耳加热，碳化有机污染物并还原和蒸发重金属，通过真空管道系统去除。
图6d展示了用于PFAS污染物批量土壤修复的电热矿化过程。使用生物炭作为导电添加剂，FJH在几秒钟内将土壤温度升高到>1000°C，PFAS与原位钙化合物反应形成氟化钙和其他碱土金属氟化物，实现了>99%的PFAS去除效率，且不使用任何外部试剂。
该图展示了FJH在生命周期评估(LCA)和技术经济分析(TEA)方面的优势，与传统工艺相比，提供了降低能耗、排放和成本的潜力。
图7a展示了使用废塑料作为原料通过FJH生产石墨烯的工艺流程框图。截断方法忽略了与废物产品(如废塑料)相关的负担，因为这些负担可以归因于物体的主要用途。
图7b-d展示了比较使用废塑料的FJH石墨烯生产方法与其他商业化石墨烯生产方法的LCA，包括累积能量需求(图7b)、全球变暖潜能值(图7c)和累积用水量(图7d)。结果表明，FJH工艺在所有负担包括温室气体排放、累积能量需求和用水量方面实现了>80%的减少。
图7e-h展示了FJH电池金属回收过程的LCA和技术经济分析与使用原始电池金属、湿法冶金方法(水力)和火法冶金方法(火法)的比较，包括能耗(图7f)、温室气体(GHG)排放(图7g)和成本(图7h)。结果表明，FJH工艺在所有这些指标上都显示出显著优势。