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Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La photocatalyse est une technologie d'oxydation avancée, qui repose sur l'activation d'un semi-conducteur par la lumière. Les matériaux susceptibles de provoquer ces réactions sont souvent à base de dioxyde de titane. Après avoir exposé le principe de la photocatalyse, une présentation détaillée des applications environnementales est conduite. Celles pour le traitement de l’eau couvrent les polluants inorganiques et organiques. La désinfection par photocatalyse est un domaine très exploré, même si la compréhension des mécanismes d'action contre les micro-organismes doit être approfondie. Les applications pour le traitement de l'air concernent l'élimination des oxydes d'azote et le traitement des composés organiques volatils pour l'air intérieur. Enfin, les propriétés autonettoyantes de surface recouvertes de dioxyde de titane sont rappelées.
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Photo-catalysis is an advanced oxidation technology based on the activation of a semiconductor by light. The materials likely to provoke these reactions are often titanium dioxide-based. After presenting the principle of photo-catalysis, the article proceeds to providing a detailed description of environmental applications. Those concerning water treatment cover inorganic and organic pollutants. Disinfection through photo-catalysis is a much explored domain even though the understanding of action mechanisms against micro-organisms must be deepened. The applications for air treatment concern the elimination of nitrogen oxides and the treatment of volatile organic compounds for indoor air. Finally, the article mentions the self-cleaning properties of surfaces coated with titanium dioxide.
Auteur(s)
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Chantal GUILLARD : Directrice de recherches CNRS - IRCELYON, UMR CNRS 5256, université de Lyon, France
-
Benoit KARTHEUSER : Chef de projet - CERTECH asbl, SENEFFE, Belgique
-
Sylvie LACOMBE : Directrice de recherches CNRS - IPREM, UMR CNRS 5254, université de Pau et Pays de l'Adour, France
INTRODUCTION
La photocatalyse est une technologie d'oxydation avancée émergente qui trouve de nombreux domaines d'application, en particulier au Japon. La plupart d'entre eux utilisent des matériaux à base de dioxyde de titane (TiO2). Dans le présent article nous ne présentons que les applications environnementales de ces matériaux pour la purification de l'air ou de l'eau ou pour les applications autonettoyantes. Les applications dans le domaine de l'énergie par des systèmes capables de stocker l'énergie solaire, telles que les cellules solaires (cellules photovoltaiques sensibilisées par des colorants pour la production d'électricité ou DSSC [D 3935] [ BE 8579] [ BE 8578]) et la production d'hydrogène par scission photocatalytique de l'eau (fuel cells [BE 8565]), ne seront pas abordées, de même que les propriétés photo- ou électrochromes ou de capteurs [P 4031 ] [R 2385].
Le principe de la photocatalyse repose sur l'activation d'un semi-conducteur par la lumière, et les données énergétiques et thermodynamiques qui régissent les réactions d'oxydo-réduction photo-induites sont précisées. Les propriétés de différents semi-conducteurs susceptibles d'induire des réactions photocatalytiques sont évoquées, avant de décrire de façon plus approfondie celles du dioxyde de titane. Les applications pour le traitement de l'eau, bien que moins développées que pour le traitement de l'air, couvrent les polluants inorganiques et organiques. La désinfection (de l'eau ou de l'air) par photocatalyse (élimination de micro-organismes tels que bactéries, virus, champignons) est un domaine très exploré dans de nombreux laboratoires de recherche, même si la compréhension des mécanismes d'action contre les micro-organismes doit encore être approfondie. Les principales applications pour le traitement de l'air concernent l'élimination des oxydes d'azote NOx en extérieur par des matériaux photocatalytiques de type béton, ciments, céramiques et peintures, et le traitement des COV pour l'air intérieur avec des dispositifs actifs (ventilateurs photocatalytiques, traitement de l'air conditionné) ou passifs (revêtements, peintures, carrelages… photocatalytiques). Enfin, l'origine des propriétés autonettoyantes de surface recouvertes de dioxyde de titane est rappelée, et les différents domaines d'application de ces matériaux résumés.
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Conclusion
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6. Perspectives d'avenir
De très nombreux travaux de recherche sont consacrés à l'amélioration des performances du dioxyde de titane, en visant soit une amélioration de ses propriétés de porosité et d'adsorption, soit l'augmentation de son efficacité en lumière visible.
6.1 Modifications structurales ou morphologiques
Plusieurs types d'environnements microniques ou submicroniques permettant de confiner les réactions photocatalytiques ont été décrits : matériaux massifs micromésoporeux basés sur des structures poreuses inorganiques (zéolites, silices mésoporeuses), films mésoporeux, membranes structurées, mousses inorganiques, monolithes, structures hiérarchisées macromésoporeuses, sphères creuses et billes poreuses… Le principal défi consiste à introduire la cristallinité dans le réseau en préservant l'intégrité de la structure poreuse, souvent hautement ordonnée . La plupart de ces matériaux sont obtenus par synthèse sol-gel, assistée ou non par des agents structurants (templates). Les matériaux mésoporeux inorganiques constituent des micro-environnements de choix du fait de leur grande porosité et surface spécifique.
HAUT DE PAGE6.2 État de l'art sur la recherche de matériaux photocatalytiques plus performants
La plupart des travaux actuels sont destinés à déplacer le spectre d'absorption de la lumière par TiO2 vers le visible et à optimiser ses propriétés...
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BIBLIOGRAPHIE
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Journées européennes de la photocatalyse, JEP2009, Bordeaux,
http://www.photocatalysis-federation.eu/consult-the-archives.html
Journées européennes de la photocatalyse, JEP2011, Bordeaux,
http://www.photocatalysis-federation.eu/jep2011/
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AFNOR Méthode d'essai pour l'évaluation des matériaux photocatalytiques vis à vis de la dégradation des...
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