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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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Lire l’articleAuteur(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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4. Technologies et réacteurs
La configuration des réacteurs en traitement d’air est un élément prédominant à l’efficacité du procédé. Elle doit favoriser un contact efficace entre le catalyseur et les photons d’une part et entre le catalyseur et les polluants d’autre part. Il faut aussi veiller à limiter les pertes de charge. Dans cette partie, nous présenterons différents photoréacteurs à flux continu utilisés soit au laboratoire, soit à l’échelle industrielle.
4.1 Réacteurs discontinus
Ces réacteurs se composent généralement d’une enceinte en verre thermostatée dans laquelle est mise une lampe au mercure (elle-même refroidie). Le catalyseur est déposé dans le fond de la cuve, en suspension ou plaqué contre les parois dans le cas d’un catalyseur supporté. Les réactifs polluants sont introduits dans l’atmosphère gazeuse du réacteur et les produits de la réaction sont analysés en fonction du temps. Un exemple est donné sur la figure 6.
Dans le cadre des études de laboratoires, des réacteurs discontinus sont largement utilisés car ils permettent un contrôle plus facile des conditions opératoires (concentration des réactifs, intensité lumineuse, température, pression…) et une analyse plus simple des concentrations des produits et sous-produits réactionnels.
HAUT DE PAGE4.2 Réacteurs à écoulement frontal
Généralement ce type de réacteur est composé par une plaque perforée placée à l’entrée pour assurer l’homogénéité du flux d’air. Le caisson central contient deux dispositifs de fixation du support photocatalytique d’une part et une lampe UV d’autre part (figure 7). Dans cette configuration, l’air pollué, entraîné par un ventilateur, traverse le support photocatalytique.
Une autre configuration de réacteur est basée sur l’utilisation de supports monolithiques poreux avec une épaisseur variable ...
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Technologies et réacteurs
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
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(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
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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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