Bibliographie & annexes
Quiz & test
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La photocatalyse connaît un essor considérable du fait de ses nombreuses applications dans le domaine environnemental. Le développement de photocatalyseurs stables et actifs sous irradiation solaire est un défi important. Le dioxyde de titane (TiO2) est un semi-conducteur largement employé. Dans cet article, seront en particulier abordées les possibilités d'extension de son domaine d'activité dans le visible, ainsi que l'importance de sa nanostructuration dans les processus catalytiques. D'autres matériaux photocatalytiques seront ensuite décrits, ainsi que la possibilité d'insertion de ces matériaux dans des réacteurs en vue d'applications à l'échelle industrielle.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
Photocatalysis has attracted much interest because of its many applications in environmental protection. The development of stable photocatalysts with activity under solar irradiation is a major challenge. Titanium dioxide (TiO2) is a widely used semi-conductor. In this article, the possibilities of extending its scope in the visible domain and the importance of its nanostructuring are emphasized. Other photocatalytic materials, and the possibility of inserting them in reactors for applications at industrial scale, are also presented.
Auteur(s)
-
Delphine SCHAMING : Maître de conférences - Laboratoire ITODYS, UMR 7086 CNRS, université Paris Diderot – université Sorbonne Paris Cité, Paris, France
-
Christophe COLBEAU-JUSTIN : Professeur des universités - Laboratoire de Chimie Physique, UMR 8000 CNRS, université Paris-Sud, université Paris-Saclay, Orsay, France
-
Hynd REMITA : Directrice de recherche - Laboratoire de Chimie Physique, UMR 8000 CNRS, université Paris-Sud – université Paris-Saclay, Orsay, France
INTRODUCTION
La catalyse est un domaine important en chimie, puisque 90 % des processus chimiques impliquent un procédé catalytique dans au moins une de leurs étapes. Une étude aux États-Unis a ainsi permis de montrer que 60 % des 63 principaux produits chimiques industriels sont obtenus via un processus impliquant une étape de catalyse, et que 90 % des 34 principaux procédés industriels impliquent un phénomène de catalyse.
De ce fait, la catalyse est actuellement source de nombreuses études. En particulier, les processus catalytiques induits par une activation lumineuse ont été largement étudiés ces dernières décennies, car ils s'inscrivent dans une politique environnementale actuelle ayant la volonté d'employer des énergies propres, en l'occurrence l'énergie solaire.
Le développement de matériaux photocatalytiques efficaces sous irradiation dans le domaine visible permettrait donc d’utiliser de manière plus rationnelle l’énergie solaire et d’apporter ainsi des solutions à de nombreux problèmes environnementaux. En effet, la partie visible du spectre solaire sur terre représente environ 50 % du rayonnement, alors que les ultraviolets (UV) n’en constituent que 3 à 4 % environ.
Le développement de photocatalyseurs stables et actifs sous irradiation dans le domaine visible est donc un défi important. Il s'agit généralement de semi-conducteurs, tel le dioxyde de titane (TiO2), dont l'activité photocatalytique peut être étendue dans le visible par différentes modifications ou dopages. Nous présenterons ici des nanostructures à base de dioxyde de titane et leurs principales techniques de synthèse. Nous verrons comment le dioxyde de titane peut être dopé ou modifié en surface afin d’étendre son domaine d’activité dans le domaine visible. La synthèse d’autres matériaux photocatalytiques nanostructurés (semi-conducteurs inorganiques ou polymères conjugués) sera présentée. La technique de conductivité micro-ondes résolue en temps permet d’étudier la dynamique des porteurs de charge dans le matériau irradié, cette dynamique est fortement liée à son activité photocatalytique. Les différentes applications environnementales (dépollution de l’eau et de l’air, surfaces autonettoyantes, production d’hydrogène) des matériaux photocatalytiques seront décrites. Nous verrons enfin comment ces matériaux peuvent être insérés dans des réacteurs photocatalytiques.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
semiconductors | titanium dioxide | Nanomaterials | photocatalysis | nanostructures
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Sciences fondamentales > Nanosciences et nanotechnologies > Nanotechnologies pour l'énergie, l'environnement et la santé > Photocatalyse : des matériaux nanostructurés aux réacteurs photocatalytiques > Dioxyde de titane (TiO2)
Accueil > Ressources documentaires > Environnement - Sécurité > Métier : responsable environnement > Innovations en énergie et environnement > Photocatalyse : des matériaux nanostructurés aux réacteurs photocatalytiques > Dioxyde de titane (TiO2)
Accueil > Ressources documentaires > Innovation > Nanosciences et nanotechnologies > Nanotechnologies pour l'énergie, l'environnement et la santé > Photocatalyse : des matériaux nanostructurés aux réacteurs photocatalytiques > Dioxyde de titane (TiO2)
Accueil > Ressources documentaires > Procédés chimie - bio - agro > Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique > Génie des procédés et protection de l'environnement > Photocatalyse : des matériaux nanostructurés aux réacteurs photocatalytiques > Dioxyde de titane (TiO2)
Accueil > Ressources documentaires > Procédés chimie - bio - agro > Chimie verte > Intensification des procédés et méthodes d'analyse durable > Photocatalyse : des matériaux nanostructurés aux réacteurs photocatalytiques > Dioxyde de titane (TiO2)
Accueil > Ressources documentaires > Procédés chimie - bio - agro > Chimie verte > Gestion durable des déchets et des polluants > Photocatalyse : des matériaux nanostructurés aux réacteurs photocatalytiques > Dioxyde de titane (TiO2)
Cet article fait partie de l’offre
Innovations technologiques
(177 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Quelques autres matériaux photocatalytiques
En anglais
2. Dioxyde de titane (TiO2)
Le dioxyde de titane (TiO2) est le photocatalyseur le plus couramment utilisé.
2.1 Origine
Le titane (symbole chimique : Ti) est le quatrième métal le plus abondant sur Terre (après l’aluminium, le fer et le magnésium) et le neuvième élément chimique le plus abondant. Le titane représente en effet 0,63 % en masse de la croûte terrestre. Il fut découvert en 1791 en Angleterre par le minéralogiste William Gregor, qui constata la présence d’un nouvel élément chimique dans un minerai du nom d’ilménite. Cet élément fut ensuite redécouvert plusieurs années plus tard par un chimiste allemand, Heinrich Klaporth, dans un autre minerai, le rutile. Il donna à ce nouvel élément chimique le nom de titane, en référence aux Titans (divinités primordiales géantes qui ont précédé les dieux de l’Olympe dans la mythologie grecque), qui sont les fils de la déesse Gê (signifiant « Terre » dans la Grèce antique), identifiée à la déesse mère, ancêtre maternelle des races divines .
Le titane ne se trouve jamais à l’état pur dans la nature ; il est toujours combiné à d’autres éléments au sein de roches ou sédiments. Il se trouve principalement dans des minerais tels que le rutile et l’ilménite, mais aussi le leucoxène, l’anatase, la brookite, la pérovskite et le sphène.
Néanmoins, seulement 2 % de la production mondiale sert à l’obtention de titane métallique. En effet, 98 % de la production mondiale servent à la production d’un oxyde de titane, le dioxyde de titane (TiO2, figure 1). Cet oxyde métallique est extrait principalement du rutile (entre 93 et 96 % de TiO2), du leucoxène (jusqu’à 90 % de TiO2) et de l’ilménite (entre 44 et 70 % de TiO2).
Différentes structures cristallographiques de TiO2 sont observées....
L'expertise technique et scientifique de référence
TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :
Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.
Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.
de Techniques de l’Ingénieur ! Acheter le module
Cet article fait partie de l’offre
Innovations technologiques
(177 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Dioxyde de titane (TiO2)
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GAZQUEZ (M.J.), BOLIVAR (J.P.), GARCIA-TENORIO (R.), VACA (F.) - A review of the production cycle of titanium dioxide pigment. - Materials Sciences and Applications 5 441-458 (2014).
-
(2) - CASSAIGNON (S.), COLBEAU-JUSTIN (C.), DURUPTHY (O.) - Titanium dioxide in photocatalysis. - Nanomaterials : a danger or a promise (Brayner Roberta et al. (eds)). Springer-Verlag (2013).
-
(3) - CANON (W.R.), DANFORTH (S.C.), FLINT (J.H.), HAGGERTY (J.S.) - Sinterable ceramic powders from laser-driven reactions : process, description and modeling. - Journal of the American Society 65 324-330 (1981).
-
(4) - CASEY (J.D.), HAGGERTY (J.S.) - Laser induced vapour-phase synthesis of titanium dioxide. - Journal of Materials Science 2 1324-1347 (1987).
-
(5) - CURCIO (F.), MUSCI (M.), NOTARO (N.) - Synthesis of ultrafine TiO2 powders by a CW CO2 laser. - Applied Surface Science 46 225-229 (1990).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Photocatalyse – Méthode d'essais et d'analyses pour la mesure d'efficacité de systèmes photocatalytiques pour l'élimination des composés organiques volatils/odeurs dans l'air intérieur en recirculation – Test en enceinte confinée. - XP B44-013 - AFNOR - Décembre 2009
-
Photocatalyse – Méthode d'essai pour l'évaluation des matériaux photocatalytiques vis-à-vis de la dégradation des NOx – Méthode à un seul passage en mode tangentiel. - XP B44-011 - AFNOR - Décembre 2009
-
Photocatalyse – Méthodes d'essai par lots – Partie 1 : mesure de l'efficacité des dispositifs photocatalytiques servant à l'élimination, en mode actif, des COV et des odeurs dans l'air intérieur. - PR NF EN 16846-1 - AFNOR - Avril 2015
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Innovations technologiques
(177 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Innovations technologiques
(177 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
