Purification de l'air ambiant par l'action bactéricide de la photocatalyse

Cette étude s inscrit dans le cadre de l amélioration des connaissances sur la dégradation photocatalytique des bioaérosols bactériens. La photocatalyse est une technique d épuration basée sur l excitation d un semi-conducteur par un rayonnement le plus généralement ultraviolet. Cette technologie permet, en théorie, de minéraliser pas à pas les polluants. Or, si les conditions optimales ne sont pas réunies, la minéralisation incomplète peut conduire à des sous-produits de dégradation de toxicité potentiellement préoccupante.L objectif de ces travaux a donc été d apporter des éléments de compréhension quant aux mécanismes de dégradation photocatalytique d un bioaérosol bactérien modèle d E.coli, où de nombreux phénomènes sont couplés. Ainsi, pour distinguer les différents processus mis en jeu, deux approches expérimentales ont été menées. La première, nommée approche batch , a permis d isoler la réaction photocatalytique, à proprement parler, en étudiant les étapes d inactivation, de libération de sous-produits et de minéralisation progressive. La seconde, appelée approche dynamique a permis quant à elle la mise en place d un dispositif expérimental adapté à la dégradation photocatalytique d un bioaérosol d E.coli. Les capacités de la photocatalyse à inactiver et minéraliser des espèces bactériennes ont pu être démontrées. Les paramètres clés d une dégradation efficace ont été mis en évidence et ont permis de décrire les verrous indispensables à une industrialisation sûre du procédéThis study comes within the scope of improving knowledge concerning the photocatalytic degradation of bacterial bioaerosol. Photocatalysis is a purification technology generally based on the excitation of a semiconductor by an ultraviolet radiation. This technology can, in theoretical ways, mineralize pollutants step by step. However, if optimal conditions are not gathered, this mineralization is incomplete and can lead to the formation of potentially toxic by-products. The aim of this work was therefore a better understanding of the mechanisms of photocatalytic degradation of a bacterial bioaerosol of E.coli, where numerous phenomenon are linked. Thus, to distinguish the different processes, two experimental approaches were used. The first one, called batch approach , allowed to consider the photocatalytic reaction itself, by studying the steps of inactivation, by-products formation and progressive mineralization. The second one, named dynamic approach , consisted to design an experimental setup suited to the photocatalytic degradation of a bioaerosol of E.coli. The abilities of photocatalysis to inactivate and mineralize bacteria could be demonstrated. The key parameters of an efficient degradation were highlighted and allowed to underline the problems to solve before having a safe industrialization of the photocatalysisNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Conception et fabrication par stéréolithographie d'un catalyseur monolithique en vue de l'intensification du procédé photocatalytique pour la dépollution de l'air

Ce travail a pour objet d améliorer les performances d un réacteur photocatalytique tubulaire de traitement des COVs, en le garnissant avec des supports structurés et imprégnés de TiO2. Grâce à un montage adapté, l efficacité du réacteur est suivie en mesurant le taux de conversion du méthanol, choisi comme polluant modèle. Différentes géométries de support catalytique ont été fabriquées par stéréolithographie. Parmi toutes les géométries testées, la structure alvéolaire, constituée de canaux verticaux pour le passage du fluide et de canaux horizontaux pour le passage de la lumière, permet une efficacité optimale du réacteur. La modélisation du réacteur, tenant compte de la distribution de la lumière dans le support, montre que le transfert de matière est limitant lorsque le diamètre des canaux est plus petit que 4 mm. En revanche, lorsque le diamètre des canaux est supérieur à 5 mm, le manque d'efficacité est dû à une diminution de l'absorption de la lumière incidente.The aim of the work is to improve the efficiency of a photocatalytic tubular reactor for VOCs abatement, while loading it with structured catalytic supports impregnated of TiO2.Thanks to a photocatalytic set-up , the efficiency of the reactor is followed by measuring the conversion rate of a model pollutant: methanol. Different geometries of support have been made by stereolithography. Among all tested geometries, the alveolar structure, composed of vertical channels for light penetration, and horizontal channels for the circulation of the gas flow, leads to an optimal degradation of the pollutant. The modelling of the reactor, taking into account the light distribution, shows that the mass transfer is limiting when the diameter of the channels is smaller than 4 mm. On the other hand, when the diameter of the channels is bigger than 5 mm, the lack of efficiency is due to a reduction of the absorption of the incident light by the catalytic surface.NANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Procédé d'élimination de la pollution de l'air par traitement photocatalytique (application aux COVs)

L oxydation photocatalytique des Composés Organiques Volatils (COVs) apparaît comme un procédé très prometteur pour la réduction de la pollution atmosphérique. Ce travail avait pour objectif d étudier l oxydation photocatalytique de plusieurs COVs au sein d un réacteur annulaire: méthyléthylcétone (MEK), acétone, 1-propanol ou encore triéthylamine (TEA). Dans une première partie, l influence de plusieurs paramètres cinétiques tels que la concentration en polluant, l intensité lumineuse, le temps de contact et le taux d humidité a été étudiée. Un mécanisme de dégradation photocatalytique a été établi pour chaque polluant en fonction des sous-produits détectés par GC/MS. Dans une seconde partie, la diffusion de radicaux hydroxyles OH dans la phase gazeuse, après activation photonique du TiO2, a été mise en évidence par Fluorescence Induite par Laser (LIF). Pour la première fois, ces radicaux OH ont été détectés à des pressions proches des conditions atmosphériques. Dans ce cas, nous pouvons en conclure que la dégradation photocatalytique des COVs pourrait être partiellement due à une réaction en phase gazeuse entre les COVs et les radicaux OHPhotocatalytic oxidation of airborne contaminants appears to be a promising process for remediation of air polluted by Volatile Organic Compounds (VOCs). The aim of our study is the photocatalytic oxidation of several VOCs using an annular reactor: methylethylketone (MEK), acetone, 1-propanol and triethylamine (TEA). First, the influence of different kinetic parameters such as pollutant concentration, incident light irradiance, contact time and humidity has been studied. A mechanistic pathway has been indeed proposed for each pollutant according to the produced intermediates species detected by GC/MS. Second, the diffusion of hydroxyls radicals OH in gas phase, after photonic activation of TiO2, has been highlighted using Laser-Induced Fluorescence (LIF). For the first time, OH radicals have been detected at atmospheric pressures, close to the major photocatalytic oxidation conditions, leading to the assumption that the photocatalytic degradation of VOCs might be at least partially occurs between pollutants and OH radicals in gas-phaseNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Étude de la formation d'acroléine par déshydratation catalytique en phase gazeuse du glycérol issu de végétaux (mécanisme réactionnel et modélisation de la désactivation du catalyseur)

La déshydratation du glycérol en acroléine en phase gazeuse sur catalyseur solide a été étudiée pour comprendre la formation des sous-produits, déterminer un mécanisme réactionnel et expliquer la désactivation du catalyseur. Les expériences ont été réalisées dans un réacteur isotherme à lit fixe sous différentes conditions opératoires. Pour déterminer les chemins réactionnels de la réaction, de nombreux sous-produits ont été passés séparément sur le catalyseur. Une chromatographie gazeuse en ligne, en continu et originale a été utilisée pour analyser tous les produits de la réaction simultanément. Deux produits ont été quantifiés par chromatographie liquide et de nouveaux composés ont été identifiés par chromatographie gazeuse couplée à un spectromètre de masse. Un mécanisme réactionnel a été proposé. Pour comprendre la désactivation du catalyseur, les produits responsables du dépôt carboné ont été identifiés et la chute de la conversion du glycérol au cours du temps a été modéliséeGlycerol dehydration to form acrolein in gas phase over a solid acid catalyst was studied to understand by-products formation, to determine a detailed mechanism and to explain the deactivation process. Experiments were run in an isothermal fixed bed reactor under different operating conditions. To understand the multiple pathways of the glycerol dehydration mechanism, many by-products of the reaction were passed separately over the catalyst. An original multivalve on-line gas chromatography was used to analyze the whole reaction products continuously and simultaneously. Two products were quantified by high performance liquid chromatography, and the unknown products were identified by gas chromatography-mass spectrometry. A detailed reaction mechanism was then proposed. In order to understand the deactivation process, compounds responsible of carbon deposit were identified and the glycerol conversion fall during an experiment was modelledNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Étude cinétique de la dégradation photocatalytique de composés organiques volatils (COV) et modélisation par une approche numérique de la mécanique des fluides

Les COV présents en air intérieur sont une source d inconfort pour les occupants et peuvent être nocifs pour la santé. La photocatalyse apparaît comme un procédé prometteur pour l abattement de ces polluants. ArcelorMittal Liège Research développe à cet effet des films minces de TiOB2B déposé sur acier qui peuvent être intégrés dans des systèmes de purification d air. Les objectifs de cette recherche sont, d une part, identifier les paramètres influençant la dégradation photocatalytique de ces COV avec ce type de catalyseur et d autre part, valider la possibilité de prédire les performances d un réacteur photocatalytique par un modèle couplant l écoulement et la réaction photocatalytique. Pour réaliser l étude cinétique à des teneurs de quelques ppm, un dispositif expérimental adapté a été conçu ; il utilise un réacteur annulaire continu. L acétaldéhyde a été choisi comme polluant modèle. La conversion dépend de la concentration en polluant, du taux d humidité, de la température, de l intensité lumineuse en UV et de la présence d autres COV. La réaction est modélisée avec un modèle théorique surfacique de la réaction photocatalytique. Afin de prédire les performances d un réacteur photocatalytique utilisant des films minces de TiOB2B, une méthodologie consistant à coupler l écoulement et la réaction photocatalytique a été développée et validée. La distribution spatio-temporelle de la concentration en polluant est alors déterminée par une approche de mécanique des fluides numériques. La comparaison des résultats expérimentaux et des simulations obtenus avec un réacteur photocatalytique de laboratoire et un autre à l échelle semi-pilote est très satisfaisanteVOCs are a source of discomfort for occupants and can have harmful effects on health. Photocatalysis is a promising process to remove these compounds. ArcelorMittal Liège Research has indeed developed TiOB2 Bthin film coated on steel which can be easily integrated into purification air systems. Objectives of this research are firstly, identifying parameters which influence the photocatalytic degradation of these VOCs using of such catalyst. Secondly, validate the possibility to predict performances of the photocatalytic reactor by combining fluid flow and photocatalytic reaction. An experimental set-up including an annular reactor has been designed and realized in order to conduct kinetic studies. Acetaldehyde has been chosen as a pollutant model and studied mainly with concentrations of few ppm ranges. Its conversion yield depends on pollutant concentration, relative humidity, temperature, UV light intensity and presence of others VOCs. Based on a theoretical surface model of the photocatalytic reaction, and using experimental data, this reaction is modelled. In order to predict performances of the photocatalytic reactor packed thin film of TiOB2B, a methodology which consists to combine fluid flow and photocatalytic reaction has been developed and validated. Space-time distribution of pollutant concentration is then determined with a computational fluid dynamics approach. Comparison between experimental data and numerical simulations obtained with a photocatalytic reactor at the laboratory scale and another one in semi-pilot scale are well satisfactoryNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Mass transfer measurements and modeling in a microchannel photocatalytic reactor

International audienceThe main objective of this paper was to evaluate the influence of mass transfer on the photocatalytic efficiency at a low flow rate in the order of several mL per hour. Several continuous flow microchannel reactors have been used to study the degradation of salicylic acid (SA) taken as a model pollutant. The photocatalytic degradation of salicylic acid, under UV illumination of 1.5 mW cm−2, was assessed from the outlet concentration measured by liquid chromatography HPLC. It was shown that the degradation of SA by UV was limited by mass transfer. Numerical simulations have allowed establishing a relationship of the Sherwood number valuable for all the microchannel geometries. Computational fluid dynamics with Comsol Multiphysics is useful for predicting the degradation yield for a given geometry of the microreactor. The best representation of the experimental data is obtained by introducing a kinetic law taking into account mass transfer limitation

Degradation of the herbicide isoproturon by a photocatalytic process

International audienceIn this study, the adsorption and photocatalytic degradation of isoproturon (one of the most widely used herbicides in agriculture) was investigated in an annular photoreactor packed with a TiO2 photocatalyst. The results highlighted that the monolayer Langmuir adsorption isotherm model was well obeyed. The isoproturon adsorption equilibrium constant was determined experimentally. The codegradation of isoproturon and of other copollutants such as salicylic acid and phenol occurred, demonstrating that within the catalyst, the same type of sites can be involved in the adsorption of the two pollutants. The heat of adsorption fell in the range of 20 to 50 degrees C and was found to be similar to 43 kJ/mol. As expected, the adsorption constant K-a decreased with increasing the fluid flow due to the temperature rise. The kinetics of the photocatalytic degradation of isoproturon revealed a first-order reaction for initial concentrations between 3 and 43 ppm. In our experimental conditions, no by-products were detected and total disappearance of isoproturon was observed

Degradation of sulfamethoxazole by photocatalysis using supported TiO2

International audienceIn the present work, the efficiency of UV-A/TiO2 photocatalytic process to remove sulfamethoxa-zole (SMX) from aqueous solution was investigated using TiO2 Degussa P25 and TiO2 Millennium PC500 immobilized on glass plates. The effects of operating parameters such as initial SMX concentration (10-50 mg L-1), initial pH value (3-9), flow rate of the reactor (0.11-0.48 L min-1) and visible irradiation on process efficiency were studied. All experiments were performed on a fixed-bed recirculating photoreactor. The optimal condition for the SMX removal was obtained at low SMX initial concentration and nearly complete SMX degradation was attained after 7 h irradiation at 10 mg L-1 with TiO2 Degussa P25.The SMX degradation was not affected by the variation of the initial pH of the solution. The effect of flow rate showed that there was no significant impact of this variable on the degradation of SMX, which eliminates the influence of diffusion limitation.Photodegradation seems to follow the Langmuir Hinshelwood pseudo first order kinetic model. The apparent rate constants were found to be 0.008 and 0.003 min-1 under UV irradiation for TiO2 Degussa P25 and TiO2 Millennium PC500, respectively. The obtained results show that supported TiO2 Degussa P25 is more active than supported TiO2 500