Influence de l’adsorption et des paramètres opératoires sur le traitement photocatalytique de composés organiques volatils en mélange dans les conditions de l’air intérieur

Effect of adsorption and operating parameters on volatile organic compounds mixture photocatalytic treatment in indoor air conditions

• Auteur / Autrice : Frédéric Batault
• Direction : Nadine Locoge, Laurence Le Coq, Valérie Héquet, Frédéric Thévenet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et Laser, Physicochimie, Atmosphère
• Date : Soutenance le 17/12/2014
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord). Département Sciences de l'Atmosphère et Génie de l'Environnement (....-2016) - Ecole des mines (Nantes). Département systèmes énergétiques et environnement
• Partenaire(s) de recherche : École d'ingénieurs : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord ; 1878-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adsorption

Oxyde de titane

Air confiné -- Pollution

Photocatalyse

Oxydation

Composés organiques volatils

Mots clés libres

Oxydation photocatalytique

Résumé

Les Composés Organiques Volatils (COV) font partie des principaux polluants de l’air intérieur. L’oxydation photocatalytique sur TiO2 est un procédé qui permet de traiter l’air en éliminant les COV. Les objectifs de ce travail sont d’étudier (1) l’adsorption simple et compétitive des COV sur TiO2, (2) la cinétique de l’oxydation photocatalytique d’un mélange de COV, (3) l’effet de la géométrie du média photocatalytique, de l’intensité lumineuse, de la vitesse d’écoulement et de la concentration initiale sur l’efficacité du traitement. Dans le but de se rapprocher des conditions réelles du traitement de l’air intérieur, les dégradations de COV sont effectuées sous une humidité relative de 50 % et avec des concentrations initiales en COV inférieures à la ppm. Les COV étudiés sont le formaldéhyde, l’acétaldéhyde, l’acide acétique, le toluène et le décane. Les résultats montrent principalement que (1) l’adsorption des COV est affectée par l’humidité de différentes manières, ces mécanismes doivent être pris en compte lors de la modélisation de l’oxydation photocatalytique des COV en mélange, (2) les vitesses de dégradation des COV sont plus faibles en présence d’autres COV, dans les réacteurs fermés agités comme dans les réacteur dynamiques multi-passages, (3) les propriétés d’adsorption des COV permettent l’interprétation des effets de mélange, mais d’autres phénomènes participent à ces effets, (4) le contact entre l’air et le photocatalyseur joue un rôle important sur les performances du traitement photocatalytique, l’efficacité augmente lorsque le média est placé de manière à augmenter la longueur de ce contact et lorsque la vitesse d’écoulement de l’air diminue.

Volatile Organic Compounds (VOCs) are major indoor air pollutants. Photocatalytic oxidation process with TiO2 enables indoor air treatment by removing VOCs. This work aims at studying (1) single and competitive VOC adsorption onto TiO2, (2) VOC mixture photocatalytic oxidation kinetics, (3) photocatalytic medium geometry, light intensity, air flow velocity and VOC initial concentrations roles in the treatment efficiency. In order to better represent real indoor air treatment conditions, the photocatalytic oxidations are performed under 50 % relative humidity and sub-ppm VOC initial concentrations. The studied VOCs are formaldehyde, acetaldehyde, acetic acid, toluene and decane. The obtained results mainly show that (1) humidity affects VOC adsorption by different ways, these mechanisms must be taken into account while modeling VOC mixture photocatalytic oxidation, (2) VOC degradation rates are lower in presence of other VOCs, in batch and multi-pass dynamic reactors, (3) VOC adsorption properties enable the VOC mixture effects interpretation, but some other phenomena play a role in these effects, (4) air and photocatalyst contact play an important role in the photocatalytic oxidation rate, efficiency increases when the flow velocity decreases and when the medium geometry change causes a longer contact between air and the photocatalyst.