GR20160100388A - Παραγωγικη διαδικασια συνθεσης διηλεκτρικου νανοελαιου - Google Patents
Παραγωγικη διαδικασια συνθεσης διηλεκτρικου νανοελαιου Download PDFInfo
- Publication number
- GR20160100388A GR20160100388A GR20160100388A GR20160100388A GR20160100388A GR 20160100388 A GR20160100388 A GR 20160100388A GR 20160100388 A GR20160100388 A GR 20160100388A GR 20160100388 A GR20160100388 A GR 20160100388A GR 20160100388 A GR20160100388 A GR 20160100388A
- Authority
- GR
- Greece
- Prior art keywords
- nanoparticles
- oil
- dielectric
- oleic acid
- nano
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 10
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims abstract description 18
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 claims abstract description 12
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000010696 ester oil Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 11
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 235000015112 vegetable and seed oil Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000008158 vegetable oil Substances 0.000 claims description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- CCCMONHAUSKTEQ-UHFFFAOYSA-N octadec-1-ene Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCC=C CCCMONHAUSKTEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 3
- 239000010415 colloidal nanoparticle Substances 0.000 claims description 3
- HOIQWTMREPWSJY-GNOQXXQHSA-K iron(3+);(z)-octadec-9-enoate Chemical compound [Fe+3].CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC([O-])=O HOIQWTMREPWSJY-GNOQXXQHSA-K 0.000 claims description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- RZJRJXONCZWCBN-UHFFFAOYSA-N alpha-octadecene Natural products CCCCCCCCCCCCCCCCCC RZJRJXONCZWCBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- DEZRYPDIMOWBDS-UHFFFAOYSA-N dcm dichloromethane Chemical compound ClCCl.ClCCl DEZRYPDIMOWBDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 claims description 2
- 229940031182 nanoparticles iron oxide Drugs 0.000 claims description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 abstract 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 9
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 description 6
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- IMQLKJBTEOYOSI-GPIVLXJGSA-N Inositol-hexakisphosphate Chemical compound OP(O)(=O)O[C@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](OP(O)(O)=O)[C@H](OP(O)(O)=O)[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H]1OP(O)(O)=O IMQLKJBTEOYOSI-GPIVLXJGSA-N 0.000 description 1
- 229920000784 Nomex Polymers 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000004763 nomex Substances 0.000 description 1
- 235000002949 phytic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/02—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/22—Compounds of iron
- C09C1/24—Oxides of iron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/02—Oxides; Hydroxides
- C01G49/08—Ferroso-ferric oxide [Fe3O4]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
- H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
- H01B3/20—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances liquids, e.g. oils
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/51—Particles with a specific particle size distribution
- C01P2004/52—Particles with a specific particle size distribution highly monodisperse size distribution
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/08—Cooling; Ventilating
- H01F27/10—Liquid cooling
- H01F27/105—Cooling by special liquid or by liquid of particular composition
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Colloid Chemistry (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
Abstract
Η προτεινόμενη εφεύρεση αναφέρεται σε παραγωγική διαδικασία σύνθεσης διηλεκτρικού νανοελαίου με υβριδικά κολλοειδή νανοσωματίδια οξειδίων του σιδήρου με επικάλυψη ελαΐκού οξέος και χρήση μήτρας ελαίου φυσικού εστέρα αντί των συμβατικών πετρελαϊκών ελαίων. Το τελικό διηλεκτρικό νανοϋγρό / νανοέλαιο φέρει βελτιωμένες διηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες χωρίς να εμφανίζει προβλήματα συσσωμάτωσης και ιζήματος των νανοσωματιδίων. Προορίζεται για χρήση ως μονωτικό διηλεκτρικό μέσο, καθώς και ως ψυκτικό μέσο για εφαρμογές υψηλής τάσης, καθώς και για κοινή χρήση ως ηλεκτρικά μονωτικό υγρό.
Description
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ
Παραγωγική Διαδικασία Σύνθεσης Διηλεκτρικού Νανοελαίου
Η εφεύρεση αναφέρεται σε παραγωγική διαδικασία σύνθεσης διηλεκτρικού νανοελαίου με υβριδικά νανοσωματίδια οξειδίων του σιδήρου με επικάλυψη ελαϊκού οξέος και χρήση μήτρας ελαίου φυσικού εστέρα (πχ φυτικό έλαιο), με τελικό προϊόν που φέρει βελτιωμένες διηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες με απουσία συσσωμάτωσης και ιζηματογένεσης.
Οι μετασχηματιστές ισχύος είναι ένα από τα πιο νευραλγικά και ακριβά τμήματα ενός δικτύου μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Η λειτουργία τους έγκειται στην ανύψωση της τάσης από τα επίπεδα των γεννητριών στην τάξη των δεκάδων kV (110kV - 1000kV), αντίστοιχα στο τέλος μιας γραμμής μεταφοράς υπάρχει πάλι ένας μετασχηματιστής ισχύος υποβιβασμού της τάσης για την τροφοδοσία του δικτύου διανομής. Με αυτή την αρχή λειτουργίας οι μετασχηματιστές ισχύος διαχειρίζονται με τον βέλτιστο ενεργειακό και οικονομικό τρόπο (μικρότερες απώλειες) την παραγόμενη ισχύ από την παραγωγή στην κατανάλωση. Η σωστή λειτουργία της μόνωσης ενός μετασχηματιστή είναι μείζονος σημασίας, γιατί μια πιθανή αστοχία προκαλεί τεράστια προβλήματα (απώλεια παροχής ηλεκτρικού ρεύματος, υψηλό κόστος και δυσκολία εγκατάστασης νέου μετασχηματιστή ή επισκευής του ήδη υπάρχοντος, περιβαλλοντολογική ρύπανση, κλπ).
Κατά καιρούς έχουν παρουσιαστεί διάφορες τεχνικές προτάσεις για υγρά με μονωτικές και ψυκτικές ιδιότητες.
Η εφεύρεση ΕΡ1019336Α1 παρουσιάζει κολλοειδή υγρά με μονωτικές ή/και ψυκτικές ιδιότητες ενώ στην εφεύρεση US201 10232940 γίνεται θεωρητική μελέτη των νανοελαίων και της διηλεκτρικής τους συμπεριφοράς.
Η προτεινόμενη εφεύρεση αναφέρεται στη διαδικασία σύνθεσης διηλεκτρικού νανοελαίου με υβριδικά κολλοειδή νανοσωματίδια οξειδίων του σιδήρου με επικάλυψη ελαϊκού οξέος και χρήση μήτρας ελαίου φυσικού εστέρα / natural ester (πχ φυτικό έλαιο) αντί των συμβατικών πετρελαϊκών ελαίων.
Το τελικό διηλεκτρικό νανοϋγρό / νανοέλαιο φέρει βελτιωμένες διηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες χωρίς να εμφανίζει προβλήματα συσσωμάτωσης και ιζήματος των νανοσωματιδίων. Προορίζεται για χρήση ως μονωτικό διηλεκτρικό μέσο καθώς και ως ψυκτικό μέσο για εφαρμογές υψηλής τάσης (μετασχηματιστές, διακόπτες ισχύος, σε πυκνωτές ελαίου, μπαταρίες, κλπ) καθώς και για κοινή χρήση ως ηλεκτρικά μονωτικό υγρό.
Για συγκεκριμένη συγκέντρωση (0,012% w/v), εμφάνισε αυξημένη διηλεκτρική αντοχή και 45% καλύτερη θερμική απόκριση (θερμική αγωγιμότητα) σε σύγκριση με το έλαιο φυσικού εστέρα με αποτέλεσμα την αυξημένη αντοχή στη γήρανση από τις συνεχόμενες ηλεκτρικές εκκενώσεις, μηχανισμό κατά τον οποίο τα συμβατικά έλαια μετασχηματιστών (πετρελαϊκά, φυτικά) καταρρέουν.
Η προτεινόμενη τεχνική σύνθεσης των νανοσωματιδίων, με επιφανειακή κολλοειδή επικάλυψη, έχει ως αποτέλεσμα την ομοιόμορφη διασπορά των νανοσωματιδίων με πλήρη απουσία συσσωμάτωσης και ιζήματος.
Η διαδικασία σύνθεσης διηλεκτρικού νανοελαίου της προτεινόμενης εφεύρεσης έχεις ως εξής:
- 3,62gr (4mmol) ελαϊκού σιδήρου (iron oleate - (C18H33O2)3Fe) και 3,4gr (12mmol) ελαϊκού οξέος (oleic acid - C17H33COOH) διαλύονται σε 30g από 1-οκταδεκένιο (1-octadecane - C18H36, καθαρότητας 95%) σε θερμοκρασία δωματίου (20°C).
- Το μίγμα αναδεύεται στις 800rpm σε θερμοκρασία δωματίου για 1h. Εν συνεχεία θερμαίνεται πάνω σε θερμή πλάκα με μαγνητικό αναδευτήρα, μέσα σε τρίλαιμη σφαιρική φιάλη στους 100°C, με βήμα αύξησης 20°C, για 30min υπό μηχανική ανάδευση 350rpm.
- Μετά, θερμαίνεται στους 318°C, με μέσο ρυθμό αύξησης θερμοκρασίας 6,7°C/min για 1h.
- Αφήνεται να ψυχθεί σε θερμοκρασία δωματίου και προστίθενται 8ml διχλωρομεθάνιο-DCM (dichloromethane - CH2CI2) υπό συνεχή ανάδευση. Έπειτα προστίθεται ακετόνη (acetone - C3H6O) και ακολουθεί φυγοκέντριση. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται αρκετές φορές μέχρι το επίπεδο καθαρότητας να φτάσει 20% κατά μάζα σε ελαϊκό οξύ ενώ το υπόλοιπο 80% αφορά στα οξείδια του σιδήρου. Η τελική συγκέντρωση νανοσωματιδίων οξειδίου του σιδήρου (colMIONs) στο μίγμα είναι 0,55% w/v.
- Τα νανοσωματίδια ενσωματώνονται σε μήτρα ελαίου φυσικού εστέρα με συγκέντρωση 0,04%-0,12% w/ν. Το έλαιο φυσικού εστέρα είναι φυτικό έλαιο (αναλογία wt%: φυτικό έλαιο > 98.5%, Antioxidant additive < 1.0%, Cold flow additive < 1.0%, Colorant < 1.0%).
To διηλεκτρικό νανοελαίο (coINF) που παράγεται από την προτεινόμενη παραγωγική διαδικασία συγκρίνεται σε χαρακτηριστικά και ιδιότητες με νανοέλαιο (pNF) που παρασκευάσθηκε με συμβατικές τεχνικές και τα απoτελέσματα αναφέρονται στα Διαγράμματα 1-6, Εικόνες 1Α και 1Β και τον Πίνακα 1.
Το διηλεκτρικό νανοελαίο coINF περιέχει υβριδικά κολλοειδή νανοσωματίδια (colMIONS ή colNP) ενώ το νανοελαίο pNF εμπορικά διαθέσιμα νανοσωματίδια (pMIONs ή ρΝΡ).
Για την σύνθεση του νανοελαίου pNF χρησιμοποιήθηκαν νανοσωματίδια Fe304 με διάμετρο μικρότερη από 50nm. Για την παρασκευή των νανοσωματιδίων, χρησιμοποιήθηκε ελαϊκό οξύ με καθαρότητα μεγαλύτερη από 99% και αιθανόλη με καθαρότητα μεγαλύτερη από 98%. Η διαδικασία τροποποίησης της επιφάνειας έγινε σε τρία στάδια:
- Ζυγίστηκαν 10g νανοσωματιδίων (<50nm) και προστέθηκαν σε 200ml αιθανόλης. Το μείγμα τοποθετήθηκε σε υδατόλουτρο με ρύθμιση θερμοκρασίας στους 60°C. Μετά τη θέρμανση του μείγματος, προστέθηκαν 0,28ml ελαϊκού οξέως και το μίγμα νανοσωματιδίων-αιθανόλης-ελαϊκού οξέως υπέστη μηχανική ανάδευση για 20 λεπτά. Ακολούθησε υπερηχητική ανάδευση για 2 ώρες.
- Το παραχθέν μείγμα χωρίστηκε σε φιαλίδια των 10ml και υπέστη φυγοκέντριση με ρύθμιση 3000rpm. Με τη διαδικασία της φυγοκέντρισης, τα νανοσωματίδια διαχωρίστηκαν από την αιθανόλη. Ακολούθησε ξήρανση στους 40°C για 20 ώρες και κονιορτοποίηση. Προέκυψαν νανοσωματίδια με επίστρωση ελαϊκού οξέως σε μορφή σκόνης.
- Το έλαιο φυσικού εστέρα που χρησιμοποιήθηκε ήταν το φυτικό έλαιο (αναλογία wt%: φυτικό έλαιο > 98.5%, Antioxidant additive < 1.0%, Cold flow additive < 1.0%, Colorant < 1.0%). Για την παρασκευή του νανοελαίου, αναμίχθηκαν 0.08g επιφανειακά τροποποιημένων νανοσωματιδίων σε 2.2lt ελαίου. Προηγήθηκε προθέρμανση του φυτικού ελαίου στους 30°C και ακολούθησε η προσθήκη των επιφανειακά τροποποιημένων νανοσωματιδίων, με αναλογία βάρους νανοσωματίδια προς έλαιο 0,004% w/w. Το μείγμα υποβλήθηκε σε ανάδευση με υπερήχους για 30 λεπτά.
To διάγραμμα αυτοσυσχέτισης (Διάγραμμα 1) που προέκυψε από μετρήσεις δυναμικής σκέδασης φωτός (Dynamic Light Scattering - DLS) δείχνει την πολύ μεγαλύτερη διάμετρο των νανοσωματιδίων pMIONs του νανοελαίου pNF, σε σύγκριση με αυτή των νανοσωματιδίων colMIONs του νανοελαίου coINF. Το αυξημένο μέγεθος των pMIONs υποδηλώνει συσσωμάτωση των νανοσωματιδίων. Το ένθετο διάγραμμα δείχνει την αυξημένη ένταση του σκεδαζόμενου φωτός από τα pMIONs σε σχέση με τα colMIONs, για την ίδια συγκέντρωση νανοσωματιδίων και στις δύο περιπτώσεις.
(μ )
Διάγραμμα 1: Συγκριτικά διαγράμματα αυτοσυσχέτισης που προέκυψαν από μετρήσεις δυναμικής σκέδασης φωτός (DLS).
Στο Διάγραμμα 2 απεικονίζεται η κατανομή της διαμέτρου των νανοσωματιδίων colMIONS και η οποία ερμηνεύει την φωτογραφία από το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο διέλευσης ΤΕΜ (Transmission Electron Microscopy) της Εικόνας Στην Εικόνα 1Α διαφαίνεται η άριστη (πολύ μικρή) κατανομή των μεγεθών των νανοσωματιδίων colMIONs με μέση διάμετρο στα 10,5nm (Διάγραμμμα 2) σε σύγκριση με την έντονη συσσωμάτωση που παρουσιάζουν τα νανοσωματίδια pMIONs (Εικόνα 1Β).
Διάγραμμα 2: Κατανομή διαμέτρου νανοσωματιδίων colMIONS, όπως προκύπτει από τις εικόνες ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διέλευσης.
Η ερμηνεία της συσσωμάτωσης (Εικόνα 1-Β) των εμπορικά διαθέσιμων νανοσωματιδίων pMIONs για την σύνθεση του νανοελαίου pNF φαίνεται στην κατανομή του Διαγράμματος 3, όπως ελήφθη από διάταξη δυναμικής σκέδασης του φωτός (Dynamic Light Scattering - DLS). Μετά την ηλεκτρική καταπόνηση υπό υψηλή εναλλασσόμενη τάση (100 διασπάσεις) τα pMIONs συσσωματώνονται ακόμα πιο έντονα στα 350 nm (κόκκινη καμπύλη), σε σχέση με την αρχική κατανομή τους στα 150 nm (πράσινη καμπύλη). Η μεγάλη διασπορά τους επίσης απεικονίζεται στο Διάγραμμα 3, σε αντίθεση με τα νανοσωματίδια colMIONs (Διάγραμμα 2) όπου η διασπορά είναι πολύ μικρή.
Διάγραμμα 3: Κατανομή διαμέτρου νανοσωματιδίων pMIONs πριν (κόκκινη γραμμή) και μετά την καταπόνηση (πράσινη γραμμή).
Στο Διάγραμμα 4Β παρουσιάζεται η αντοχή του νανοέλαιου coiNF μετά από 200 επαναλαμβανόμενες ηλεκτρικές καταπονήσεις (μέχρι τη διάσπαση) στο ίδιο δείγμα. Η συμπεριφορά αυτή είναι μοναδική και τεράστιας σημασίας γιατί δίνει στο coiNF αυξημένη διάρκεια ζωής σε εφαρμογή του σε πραγματικές συνθήκες (μετασχηματιστές ισχύος). Το νανοέλαιο pNF καταρρέει μετά από περίπου 120 διασπάσεις (Διάγραμμα 4Α). Αντίθετα το coiNF παρουσιάζει σταθερή απόκριση σε συνεχόμενες καταπονήσεις ακόμα και μετά από 200 διασπάσεις. Η συμπεριφορά αυτή διατηρήθηκε μέχρι τις 310 διασπάσεις (περίπου 11 ώρες συνεχούς καταπόνησης). Αυτή η συμπεριφορά παρατηρείται πρώτη φορά σε νανοέλαια και συσχετίζεται με τον μηχανισμό διάσπασης κατά την διάρκεια εφαρμογής εξωτερικού πεδίου.
Τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα θερμικής απόκρισης με χρήση πειραματικής διάταξης μέτρησης της θερμικής απόκρισης απεικονίζονται στο Διάγραμμα 5. Η βελτίωση της θερμικής απόκρισης του νανοελαίου είναι εμφανής με αύξηση της συγκέντρωσης των νανοσωματιδίων. Η θερμική απόκριση συνέχιζε να βελτιώνεται με αύξηση της συγκέντρωσης του νανοελαίου (προσθήκη νανοσωματιδίων), ωστόσο η προσθήκη επιπλέον νανοσωματιδίων colMIONs μειώνει την διηλεκτρική συμπεριφορά του νανοελαίου colNF. Για συγκέντρωση 0,012% w/v το νανοέλαιο colNF παρουσίασε 45% καλύτερη θερμική απόκριση σε σχέση με την μήτρα φυτικού εστέρα.
ρ ς ( )
Διάγραμμα 5: Θερμική απόκριση νανοελαίου colNF σε όλες τις συγκεντρώσεις και σύγκρισή του με τη μήτρα του (φυσικός εστέρας).
Στο Διάγραμμα 6 απεικονίζεται η καμπύλη μέτρησης του φαινόμενου φορτίου για χαρτί (τύπου ΝΟΜΕΧ) όπου παρουσιάζεται η αύξηση της τάσης έναρξης των μερικών εκκενώσεων καθώς επίσης η μείωση του φαινόμενου φορτίου για τα αντίστοιχα επίπεδα τάσης, συγκρινόμενο με εκείνο σε χαρτί εμποτισμένο στη μήτρα ελαίου φυσικού εστέρα.
g ( )
Διάγραμμα 6: Μέτρηση φαινόμενου φορτίου της μερικής εκκένωσης για χαρτί εμποτισμένο στην μήτρα φυσικού εστέρα (χωρίς νανοέλαιο) και χάρτου εμποτισμένου σε νανοέλαο coINF σε διαφορετικές συγκεντρώσεις.
Το νανοέλαιο coINF παρουσιάζει αυξημένη διηλεκτρική αντοχή υπό εναλλασσόμενη υψηλή τάση ( Πίνακας 1: Μέση τιμή τάσης διάσπασης.) όπου η τάση διάσπασης είναι αυξημένη σε σύγκριση με το νανοέλαιο pNF και σε σύγκριση με την μήτρα του (φυσικός εστέρας).
Το νανοέλαιο coINF επιλύει διαχρονικά προβλήματα των διηλεκτρικών υγρών στις υψηλές τάσεις (μετασχηματιστές ισχύος) και συγκεκριμένα:
- Αυξημένη διηλεκτρική αντοχή, συμβάλλοντας στην επίλυση του προβλήματος των διαστάσεων σε εφαρμογές μόνωσης με χρήση υγρών διηλεκτρικών, όπως μείωση των διαστάσεων σε μετασχηματιστές ισχύος υψηλής τάσης.
- Βελτιωμένη θερμική απόκριση και θερμική αγωγιμότητα, συμβάλλοντας στο πρόβλημα της ψύξης σε εφαρμογές όπου τα διηλεκτρικά υγρά χρησιμοποιούνται και ως ψυκτικό μέσον (μετασχηματιστές ισχύος υψηλής τάσης).
- Μειωμένο συντελεστή διηλεκτρικών απωλειών, μειώνοντας τις διηλεκτρικές απώλειες, περιορίζεται το πρόβλημα της ταχείας γήρανσης του διηλεκτρικού. - Μειωμένες μερικές εκκενώσεις και αυξημένη τάση έναυσης αυτών σε σύστημα εμποτισμένου χάρτου στο νανοέλαιο coINF συμβάλλοντας στη μείωση της πιθανότητας έναρξης εκκένωσης σε συστήματα μόνωσης με υγρά διηλεκτρικά, περιορίζεται το πρόβλημα της ταχείας γήρανσης του διηλεκτρικού.
- Μηδενική συσσωμάτωση και τέλεια διασπορά, καθιστώντας το ως ιδανικό αντικαταστάτη των υπαρχόντων πετρελαϊκών υγρών διηλεκτρικών στους μετασχηματιστές.
Claims (1)
1. Παραγωγική διαδικασία σύνθεσης διηλεκτρικού νανοελαίου με υβριδικά κολλοειδή νανοσωματίδια οξειδίων του σιδήρου με επικάλυψη ελαϊκού οξέος και χρήση μήτρας ελαίου φυσικού εστέρα χαρακτηριζόμενη από ότι:
- 3,62gr (4mmol) ελαϊκού σιδήρου (iron oleate - (C18Η33Ο2)3Fe) και 3,4gr (12mmol) ελαϊκού οξέος (oleic acid - C17H33COOH) διαλύονται σε 30g από 1-οκταδεκένιο (1-octadecane - C18H36, καθαρότητας 95%) σε θερμοκρασία δωματίου (20°C).
- Το μίγμα αναδεύεται στις 800rpm σε θερμοκρασία δωματίου για 1h. Εν συνεχεία θερμαίνεται πάνω σε θερμή πλάκα με μαγνητικό αναδευτήρα, μέσα σε τρίλαιμη σφαιρική φιάλη στους 100°C, με βήμα αύξησης 20°C, για 30min υπό μηχανική ανάδευση 350rpm.
- Μετά, θερμαίνεται στους 318°C, με μέσο ρυθμό αύξησης θερμοκρασίας 6,7°C/min για 1h.
- Αφήνεται να ψυχθεί σε θερμοκρασία δωματίου και προστίθενται 8ml διχλωρομεθάνιο-DCM (dichloromethane - CH2CI2) υπό συνεχή ανάδευση. Έπειτα προστίθεται ακετόνη (acetone - C3H6O) και ακολουθεί φυγοκέντριση. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται αρκετές φορές μέχρι το επίπεδο καθαρότητας να φτάσει 20% κατά μάζα σε ελαϊκό οξύ ενώ το υπόλοιπο 80% αφορά στα οξείδια του σιδήρου. Η τελική συγκέντρωση νανοσωματιδίων οξειδίου του σιδήρου στο μίγμα είναι 0,55% w/v.
- Τα νανοσωματίδια ενσωματώνονται σε μήτρα ελαίου φυσικού εστέρα με συγκέντρωση 0,04%-0,12% w/ν. Το έλαιο φυσικού εστέρα είναι φυτικό έλαιο (αναλογία wt%: φυτικό έλαιο > 98.5%).
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20160100388A GR20160100388A (el) | 2016-07-14 | 2016-07-14 | Παραγωγικη διαδικασια συνθεσης διηλεκτρικου νανοελαιου |
| US16/319,397 US20190276673A1 (en) | 2016-07-14 | 2017-07-12 | Method of making and synthesizing dielectric nanofluids |
| PCT/GR2017/000040 WO2018020278A1 (en) | 2016-07-14 | 2017-07-12 | Method of making and synthesizing dielectric nanofluids |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GR20160100388A GR20160100388A (el) | 2016-07-14 | 2016-07-14 | Παραγωγικη διαδικασια συνθεσης διηλεκτρικου νανοελαιου |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| GR20160100388A true GR20160100388A (el) | 2018-03-30 |
Family
ID=60051534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| GR20160100388A GR20160100388A (el) | 2016-07-14 | 2016-07-14 | Παραγωγικη διαδικασια συνθεσης διηλεκτρικου νανοελαιου |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20190276673A1 (el) |
| GR (1) | GR20160100388A (el) |
| WO (1) | WO2018020278A1 (el) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012001577A1 (en) * | 2010-06-29 | 2012-01-05 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Synthesis and use of iron oleate |
| AU2013204677A1 (en) * | 2005-10-11 | 2013-05-16 | Biolectric Pty Ltd | Low Viscosity Vegetable Oil-Based Dielectric Fluids |
| US20150294753A1 (en) * | 2012-10-24 | 2015-10-15 | Prolec-Ge Internacional, S. De R. L. De C.V. | Dielectric mineral oil conditioned with graphene nanoflakes |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5863455A (en) | 1997-07-14 | 1999-01-26 | Abb Power T&D Company Inc. | Colloidal insulating and cooling fluid |
| US20110232940A1 (en) | 2010-03-23 | 2011-09-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Low ionization potential additive to dielectric compositions |
-
2016
- 2016-07-14 GR GR20160100388A patent/GR20160100388A/el unknown
-
2017
- 2017-07-12 WO PCT/GR2017/000040 patent/WO2018020278A1/en active Application Filing
- 2017-07-12 US US16/319,397 patent/US20190276673A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2013204677A1 (en) * | 2005-10-11 | 2013-05-16 | Biolectric Pty Ltd | Low Viscosity Vegetable Oil-Based Dielectric Fluids |
| WO2012001577A1 (en) * | 2010-06-29 | 2012-01-05 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Synthesis and use of iron oleate |
| US20150294753A1 (en) * | 2012-10-24 | 2015-10-15 | Prolec-Ge Internacional, S. De R. L. De C.V. | Dielectric mineral oil conditioned with graphene nanoflakes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018020278A1 (en) | 2018-02-01 |
| US20190276673A1 (en) | 2019-09-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Huang et al. | Electrical and thermal properties of insulating oil‐based nanofluids: a comprehensive overview | |
| Raymon et al. | Enhancement and comparison of nano-ester insulating fluids | |
| Mansour et al. | Effect of titania nanoparticles on the dielectric properties of transformer oil-based nanofluids | |
| Ahmad et al. | State-of-art in nano-based dielectric oil: A review | |
| Jacob et al. | Stability analysis and characterization of natural ester nanofluids for transformers | |
| Amin et al. | Recent progress and challenges in transformer oil nanofluid development: A review on thermal and electrical properties | |
| Oparanti et al. | Nanofluid from palm kernel oil for high voltage insulation | |
| Thomas et al. | Synthetic ester oil based high permittivity CaCu 3 Ti 4 O 12 (CCTO) nanofluids an alternative insulating medium for power transformer | |
| Lv et al. | Nanoparticle effect on dielectric breakdown strength of transformer oil-based nanofluids | |
| Swati et al. | Understanding Corona discharge activity in titania nanoparticles dispersed in transformer oil under AC and DC voltages | |
| Du et al. | Effects of BN nanoparticles on thermal conductivity and breakdown strength of vegetable oil | |
| Emara et al. | Dielectric properties of aged mineral oil filled with TiO2 nanoparticles | |
| Cong et al. | Influence of nanoparticles on long-term thermal stability of vegetable insulating oil | |
| Karatas et al. | Nanoparticles for next-generation transformer insulating fluids: A review | |
| Abd-Elhady et al. | Dielectric and thermal properties of transformer oil modified by semiconductive CdS quantum dots | |
| GR20160100388A (el) | Παραγωγικη διαδικασια συνθεσης διηλεκτρικου νανοελαιου | |
| Bhatt et al. | A review on electrical characteristics of nanofluid based transformer oil | |
| Amizhtan et al. | Impact of surfactants on the electrical and rheological aspects of silica based synthetic ester nanofluids | |
| WO2016136075A1 (ja) | 電気絶縁樹脂組成物及びこれを用いた電気絶縁樹脂硬化物、受変電設備 | |
| Rafiq et al. | Breakdown characteristics of mineral oil based magnetic nanofluids | |
| Mahidhar et al. | Study on performance of silica nanoparticle dispersed synthetic ester oil under AC and DC voltages | |
| Abdelmalik et al. | Assessment of Jatropha oil as insulating fluid for power transformers | |
| Yin et al. | Silicone-grafted carbonaceous nanotubes with enhanced dispersion stability and electrorheological efficiency | |
| Mohamad et al. | Effects of different types of surfactants on AC breakdown voltage of refined, bleached and deodorized palm oil based CuO nanofluids | |
| Charalampakos et al. | AC breakdown strength of natural ester oil based nanofluid with graphene nanosheets |