Traitement de l'air par oxydation photocatalytique Application à l'élimination des composés organiques volatils
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- Anne Labranche
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1 Congrès européen Ecotechnologies pour le futur Atelier Qualité de l'air Gaëlle BULTEAU Département Climatologie Aérodynamique Pollution Epuration Traitement de l'air par oxydation photocatalytique Application à l'élimination des composés organiques volatils 11 juin 2008 Congrès Ecotechnologies pour le futur (Lille) PAGE 1
2 Elimination des polluants de l'air intérieur : quelles stratégies? Trois approches possibles : q Limiter les sources d émission q Améliorer la ventilation q Dépolluer l air par un ou des procédés de traitement in situ Ł Choix des matériaux pas toujours aisé, impact de la ventilation sur le bilan énergétique Ł R & D de procédés de traitement d air 11 juin 2008 Congrès Ecotechnologies pour le futur (Lille) PAGE 2
3 Quelles contraintes à respecter pour les dispositifs? Contraintes à prendre en compte : q Traiter les faibles concentrations (µg.m -3 ) q Fonctionner à température, pression et humidité ambiantes q Être peu volumineux, peu bruyant et d un entretien aisé Ł Photocatalyse > Avantages : Fonctionne à P, T et humidité ambiantes Efficace sur de nombreux COV Pas de saturation car régénération du matériau > Inconvénient : Formation d'intermédiaires de réaction 11 juin 2008 Congrès Ecotechnologies pour le futur (Lille) PAGE 3
4 Principe de la photocatalyse Bande de conduction Photon hn Bande de valence Particule élémentaire e - Excitation Recombinaison électronique des charges h + Polluant adsorbé Produits de dégradation Espèce réactive.- O 2 Réduction O 2 H 2 O Oxydation. OH Excitation d un matériau semiconducteur sous l action d'un rayonnement Formation de radicaux hydroxyles et d ions superoxydes Oxydation des COV adsorbés à la surface 11 juin 2008 Congrès Ecotechnologies pour le futur (Lille) PAGE 4
5 Quelques paramètres clés Oxygène Humidité Facteur non limitant car en large excès 2 effets antagonistes fonction du polluant et de C polluant et C H2O > effet + : formation de radicaux hydroxyles > effet - : compétition eau-polluant pour les sites d'adsorption Intensité et la nature de la source lumineuse UV-A et UV-C principalement utilisés visible en cours Nature du matériau semi-conducteur Dioxyde de titane TiO 2 Oxyde de zinc ZnO Dioxyde de cérium CeO 2 Trioxyde de tungstène WO 3 11 juin 2008 Congrès Ecotechnologies pour le futur (Lille) PAGE 5
6 Quelques paramètres clés Concentration en polluants Influence sur la vitesse de réaction > à faible C polluant : nombre de sites disponibles non limitant vitesse de dégradation proportionnelle à la C > à forte C polluant : molécules adsorbées (polluant et/ou intermédiaires) occupent tous les sites de surface Configuration du photoréacteur ralentissement de la cinétique Favoriser le contact entre photons, photocatalyseur et polluants pour augmenter le taux de conversion Réacteur nid d'abeille, réacteur lit fluidisé, réacteur annulaire 11 juin 2008 Congrès Ecotechnologies pour le futur (Lille) PAGE 6
7 Quelques résultats d'essais : Exemple de chambre expérimentale (CSTB) Joint en PTFE inséré dans profilés en aluminium étanchéité Thermohygromètre Suivi température et hygrométrie Ventilateur agitation Orifices avec bouchons en PTFE Parois en verre 11 juin 2008 Congrès Ecotechnologies pour le futur (Lille) PAGE 7
8 Quelques résultats d'essais : Influence de l'humidité C HC totaux éq. CH4 (mg.m -3 ) C0 (FE) = 18 mg.m-3 C0 (FE) = 32 mg.m-3 C0 (FE) = 49 mg.m-3 C0 (FE) = 65 mg.m-3 Humidité absolue HA (g.m -3) Concentration initiale en polluant C 0 (mg.m -3 ) Vitesse initiale de réaction r 0 (mg.m -3.h -1 ) , , , Temps (h) Œ Cinétique de dégradation du formiate d'éthyle (HA = 4 g.m -3 et 10 g de TiO 2 ) Réacteur en nid d'abeille vitesse initiale de réaction quand l'humidité absolue Irradiation lumineuse : 254 nm, 10 mw.cm juin 2008 Congrès Ecotechnologies pour le futur (Lille) PAGE 8
9 Quelques résultats d'essais : Identification des intermédiaires de réaction C (mg.m -3 ) HC totaux éq. CH4 Ethanol/Méthanol Acétaldéhyde/Formaldéhyde Temps (h) Spectroscopie photoacoustique à IR : détection de la présence d'alcool(s) et d'aldéhyde(s) TD-CG-SM : éthanol, acétaldéhyde et acide formique identifiés comme intermédiaires de réaction MAIS intermédiaires totalement éliminés au cours de la réaction 11 juin 2008 Congrès Ecotechnologies pour le futur (Lille) PAGE 9
10 Quelques résultats d'essais : Evolution des performances dans le temps 60 C Formate d'éthyle (mg.m -3 ) Temps (h) r 0 (mg.m -3.h -1 ) 1 ère injection 49,3 2 ème injection 50,6 3 ème injection 50,3 Vitesse initiale constante après plusieurs injections de polluant Pas d'empoisonnement du catalyseur Aucune saturation du matériau Régénération de la surface 11 juin 2008 Congrès Ecotechnologies pour le futur (Lille) PAGE 10
11 Travaux de normalisation Création de la Commission AFNOR B44A Photocatalyse le 11 mai 2007 OBJECTIFS Mettre en place un programme de travail ayant pour but la publication rapide au plan national des normes de méthodes d essais et d analyses Promouvoir le savoir-faire français au plan international GROUPES DE TRAVAIL GROUPES DE TRAVAIL > Air - NOx > Air - COV et odeurs afin de caractériser les performances: - de media aux propriétés photocatalytiques - de systèmes complets d épuration mettant en oeuvre de la photocatalyse > Air microorganismes 11 juin 2008 Congrès Ecotechnologies pour le futur (Lille) PAGE 11
12 Merci de votre attention 11 juin 2008 Congrès Ecotechnologies pour le futur (Lille) PAGE 12
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