Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La photocatalyse fait partie des procédés d’oxydation avancés. Le principe consiste à générer des radicaux in situ pour dégrader les molécules polluantes. Dans le cas de la photocatalyse, les radicaux OH* et O2*- sont générés par radiation UV sur un semi-conducteur, souvent du TiO2. Cet article est divisé en 4 parties. Une première partie présente les fondamentaux de la photocatalyse. La deuxième partie traite de l’élaboration du matériau photocatalytique (matériau supporté et dépose de TiO2) ainsi que des améliorations apportées (matériau à base de fibres optiques). La troisième partie aborde la problématique de la photocatalyse dans des réacteurs discontinus et continus. L’influence des paramètres opératoires y est également présentée. Enfin dans la dernière partie sont abordées les applications en traitement d’air intérieur et des effluents industriels. L’aspect combinaison des procédés pour l’amélioration des performances y est également noté.
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Photocatalysis is one of the advanced oxidation processes. The principle consists in generating radicals in-situ to degrade organic pollution. In the case of photocatalysis, OH* and O2*- radicals are generated by UV radiation on a semiconductor, often TiO2. This article is subdivided into 4 parts. A first part presents the fundamentals of photocatalysis. The second part deals with the development of the photocatalytic material (material supported and depositing TiO2) as well as the improvements made (material based on optical fibers). The third part deals with the implementation of photocatalysis in batch and continuous reactors. The influence of the operating parameters is also presented. Finally, in the last part, applications in indoor air treatment and industrial effluents are presented. The aspect of combining processes with photocatalysis for performance improvement is also discussed.
Auteur(s)
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Aymen Amin ASSADI : Maître de conférences HDR Université Rennes, École nationale supérieure de chimie de Rennes, France
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Abdelkrim BOUZAZA : Maître de conférences Université Rennes, École nationale supérieure de chimie de Rennes, France
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Dominique WOLBERT : Professeur Université Rennes, École nationale supérieure de chimie de Rennes, France
INTRODUCTION
L’émission de composés organiques volatils (COV) dans l’air ambiant est devenue depuis plusieurs années un fort enjeu de santé publique. De nombreuses études ont en effet montré que les COV peuvent être toxiques, voire cancérigènes, mutagènes ou tératogènes. Outre leurs effets directs sur la santé, de nombreux composés ont des seuils olfactifs très bas et occasionnent une nuisance importante, tant pour les employés du site que pour le voisinage. Leurs impacts sur le milieu naturel ainsi que sur la santé humaine sont donc conséquents . De plus, la croissance de la population humaine et la création de grandes villes ont créé de nouveaux modes de vie urbains et plus sédentaires qui obligent l’homme à s’exposer à un nouveau type de pollution atmosphérique, celle liée à l’air intérieur. En effet, en fonction des conditions climatiques, l’air extérieur est quotidiennement dispersé et lavé par la pluie, alors que ce n’est pas le cas pour l’air intérieur. Cela explique pourquoi la plupart des recherches scientifiques montrent que le nombre et les concentrations de polluants sont beaucoup plus élevés dans l’air intérieur que dans l’air extérieur.
La problématique de l’élimination de la nuisance olfactive est un sujet complexe car le principe réside souvent dans le traitement d’un effluent de grand débit et faiblement chargé mais constitué d’un mélange complexe de composés participant chacun à la « teinte » odorante .
Les principales familles incriminées sont les dérivés soufrés (hydrogène sulfuré, mercaptans, sulfures), azotés (ammoniac, amines) et oxygénés (acides gras volatils, alcools, aldéhydes, esters). Cette diversité implique l’utilisation, de préférence, de techniques de dépollution peu sélectives, telles que la photocatalyse. Parmi les différents procédés envisageables, elle présente l’avantage de ne pas nécessiter de réactifs et de ne générer comme résidu que les sous-produits de la dégradation des polluants, dégradation qui peut être poussée jusqu’à la minéralisation (formation de CO2 et H2O) .
Ce procédé de destruction des polluants organiques et minéraux met en jeu un catalyseur à base de dioxyde de titane activé par un rayonnement ultraviolet. Il est à ce jour relativement bien décrit sur le plan fondamental, notamment en ce qui concerne les mécanismes de dégradation. Les premières unités de traitement ont commencé à apparaître sur le marché il y a une dizaine d’années pour des débits limités et pour les atmosphères confinées . Ce procédé est également utilisé en traitement d’eau et dans la mise au point de matériaux autonettoyants .
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
reactor | air | photocatalysis | Langmuir-Hinshelwood | Depollution
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Présentation
Effet des paramètres clés sur le processus photocatalytique
En anglais
2. Photocatalyseurs et supports catalytiques
2.1 Photocatalyseurs industriels et améliorations futures
Les photocatalyseurs utilisés (TiO2, ZnO, Fe2O3, CdS, ZnS principalement) sont des semi-conducteurs possédant une bande électronique interdite de moyenne énergie (1 à 3 eV) entre les bandes de valence et de conduction. Plusieurs oxydes ou sulfures semi-conducteurs permettent l’accélération photocatalytique d’une large gamme de réactions d’intérêt environnemental. L’une des caractéristiques importantes entrant dans le choix du catalyseur est la position de sa bande interdite dans l’échelle des potentiels redox ; cela est retranscrit dans le tableau 5 pour les principaux catalyseurs mis en œuvre.
Le dioxyde de titane apparaît comme le plus intéressant : il est inerte chimiquement et biologiquement non toxique, bon marché, et surtout peu sensible aux phénomènes de corrosion photochimique. De plus, les caractéristiques redox sont intéressantes : le potentiel élevé de la bande de valence (+ 3,1 V) permet l’oxydation de la plupart des molécules adsorbées et le potentiel de la bande de conduction proche de zéro permet de réduire l’oxygène. Le positionnement inférieur de cette bande pour la forme anatase (– 0,1 V) vis-à-vis de la forme rutile (+ 0,1 V) favorise d’ailleurs cette réaction et procure une activité photocatalytique apparemment supérieure.
La longueur d’onde maximale d’irradiation permettant l’activation d’un semi-conducteur est définie à partir de la largeur de la bande interdite par la relation suivante, où h est la constante de Planck et c la vitesse de la lumière :
( 28 )
La forme anatase du TiO2 (E bi = 3,2 eV) absorbe par exemple toutes les radiations de longueur d’onde inférieure à 388 nm (domaine de l’ultraviolet). Le sulfure de cadmium (CdS) est un photocatalyseur intéressant car il absorbe le rayonnement visible (λ max = 497 nm), mais comme ZnO, son activité diminue avec le temps à cause de la corrosion photochimique tout en libérant dans le milieu un composé...
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Photocatalyseurs et supports catalytiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MOSLEY (S.) - Environmental history of air pollution and protection - (2015).
-
(2) - MOHSENI (M.), PRIETO (L.) - Biofiltration of hydrophobic VOC pretreated with UV photolysis and photocatalysis. - Int. J. Environ. Technol. Manag., 9, p. 47-58 (2008) https://doi.org/10.1504/IJETM.2008.017859
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(3) - ERISMAN (J.W.) - Air pollution science for the 21st century. - Environ. Sci. Policy, 6, p. 396 (2003) https://doi.org/10.1016/s1462-9011(03)00065-0
-
(4) - BOYJOO (Y.), SUN (H.), LIU (J.), PAREEK (V.K.), WANG (S.) - A review on photocatalysis for air treatment: from catalyst development to reactor design. - Chem. Eng. J., 310, p. 537-559 (2017) https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.06.090
-
(5) - THEVENET (F.), HEQUET (V.) - Traitement de l’air intérieur par photocatalyse : évaluation de l’innocuité de systèmes de traitement d’air par photocatalyse - (2017).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Épurateurs d’air autonomes pour applications tertiaires et résidentielles – Méthodes d’essais – Performances intrinsèques, AFNOR - NF B44-200 - 2016
-
Photocatalyse – Mesure de l’efficacité des dispositifs photocatalytiques servant à l’élimination, en mode actif, des COV et des odeurs dans l’air intérieur – Partie 1 : méthode d’essai en enceinte confinée, AFNOR - NF EN 16846-1 - 2017
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Équipements industriels
France déshumidification Procédé Photo-Lux : http://deshumidifications.com/index.php/photocatalyse/
UVRER-ANEMO : https://www.uvrer-anemo.com/traitement-de-lair-par-photocatalyse
CondorChem : https://condorchem.com/en/blog/photocatalysis-for-vocs-treatment/
Toyokosho CO, LTD : https://toyokosho.co.jp/wp/wp-content/uploads/eng.pdf
Additifs pour coating, peintures
Green Millennium : http://www.greenmillennium.com/product/
KEIM : https://www.keim.fr/comment-peindre-une-facade/photocatalyse/
PalcCoat : https://www.palccoat.com/en/lineup/
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
ADEME, Agence de la transition écologique : https://expertises.ademe.fr/air-mobilites/qualite-lair
Observatoire de la qualité de l’air intérieur : https://www.oqai.fr/fr
Atmo-France regroupant les associations agréées de surveillance de la qualité de l’air (AASQA) : https://atmo-france.org/
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