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Catalyse hétérogène : désactivation et régénération des catalyseurs

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Principe de la photocatalyse
La photocatalyse : dépollution de l'eau ou de l'air et matériaux autonettoyants

Auteur(s) : Chantal GUILLARD, Benoit KARTHEUSER, Sylvie LACOMBE

Date de publication : 10 nov. 2011

Relu et validé le 01 oct. 2020

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Biocatalyse ou catalyse enzymatique

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Présentation

1. Principe de la photocatalyse

1.1 Définition

Éthymologiquement, le terme photocatalyse est issu de trois mots grecs : phôtos (lumière), kata (vers le bas ou l'arrière) et lysis (dissolution ou décomposition).

La photocatalyse est donc l'action d'une substance nommée « photocatalyseur » qui augmente, sous l'action de la lumière, la vitesse d'une réaction chimique thermodynamiquement possible sans intervenir dans l'équation bilan de la réaction.

De nos jours, le terme « photocatalyse » se réfère plus spécifiquement à la « photocatalyse hétérogène » dans laquelle le photocatalyseur est un semi-conducteur (le plus souvent le dioxyde de titane, TiO₂), et non une molécule ou un complexe métallique de transition.

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1.2 Fonctionnement

En quelques mots : en utilisant l'énergie lumineuse, l'eau et l'oxygène de l'air, les photocatalyseurs engendrent, par oxydo-réduction photo-induite, la formation de molécules très réactives (en général des radicaux libres), capables de décomposer certaines substances, organiques et inorganiques parfois nocives, présentes dans divers milieux (air, eau, surfaces) en composés inoffensifs.
Plus scientifiquement, la photocatalyse repose sur l'absorption, par un photocatalyseur généralement semi-conducteur (Sc), d'une radiation lumineuse d'énergie supérieure ou égale à l'énergie (E _g) de sa bande interdite (différence d'énergie entre la bande de valence (BV ou dernière bande totalement ou partiellement occupée par des électrons dans la théorie des bandes) et la bande de conduction (BC ou première bande non occupée par des électrons) [A 245]). Cette absorption d'énergie entraîne le passage d'électrons de la bande de valence dans la bande de conduction (1) créant des lacunes électroniques, communément appelées « trous »...

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - FUJISHIMA (A.), ZHANG (X.), TRYK (D.) - TiO₂ photocatalysis and related phenomen. - Surf. Sc. Rep., 63, 515-582 (2008).
(2) - ISMAIL (A.), KANDIEL (T.), BAHNEMANN (D.) - Novel (and better?) titania-based photocatalysts : Brookite nanorods and mesoporous structures. - J. Photochem. Photobiol. A : Chem., 216, 183-193 (2010).
(3) - MOLINARI (R.), PIRILLO (F.), FALCO (M.), LODDO (V.), PALMISANO (L.) - Photocatalytic degradation of dyes by using a membrane reactor. - Chem. Eng. Process, 43, 1103-1114 (2004).
(4) - BLAKE (D.) - Bibliography of work on the heterogeneous photocatalytic removal of hazardous compounds from water and air - . Update number 4 to October 2001, NREL/TP-510-31319 (2001).
(5) - KLAVARIOTI (M.), MANTZAVINOS (D.), KASSINOS (D.) - Removal of residual pharmaceuticals from aqueous systems by advanced oxidation processes. - Environ. Int., 35, 402-417 (2009).
(6)...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

Conversion photovoltaïque : du rayonnement solaire à la cellule
Électricité photovoltaïque - Principes
Électricité photovoltaïque - Filières et marché
Combustible hydrogène – Production
Pollution atmosphérique gazeuse – Mesure des gaz
Capteurs de gaz à semi-conducteurs
Surface des solides – Propriétés électroniques

1 Sites Internet

KINGSLEY (M.) - DAVIDSON (J.) - * - Gaseous indoor pollutants, http://www.me.umn.edu/courses/me5115/notes/ClassChemicals.pdf

MOSQUERON (L.) - NEDELLEC (V.) - * - Inventaire des données françaises sur la qualité de l'air à l'intérieur des bâtiments, Observatoire de la qualité de l'air intérieur, décembre 2001, http://www.air-interieur.org

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2 Événements

Journées européennes de la photocatalyse, JEP2009, Bordeaux,

http://www.photocatalysis-federation.eu/consult-the-archives.html

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http://www.photocatalysis-federation.eu/jep2011/

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3 Normes et standards

AFNOR Méthode d'essai pour l'évaluation des matériaux photocatalytiques vis à vis de la dégradation des...

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - PRINCIPE DE LA PHOTOCATALYSE

1.1 - Définition
1.2 - Fonctionnement
1.3 - Les semi-conducteurs pour la photocatalyse et leurs domaines spectraux
- Quiz d'entraînement

2 - CARACTÉRISTIQUES DU PHOTOCATALYSEUR LE PLUS UTILISÉ : LE DIOXYDE DE TITANE

2.1 - Formes cristallines et photoactivité
2.2 - Mise en forme des matériaux photocatalytiques à base de TiO2

3 - APPLICATIONS POUR LE TRAITEMENT DE L'EAU

3.1 - Polluants inorganiques
3.2 - Polluants organiques
3.3 - Applications industrielles
3.4 - Désinfection par photocatalyse
- Quiz d'entraînement

4 - APPLICATIONS POUR LE TRAITEMENT DE L'AIR

4.1 - Pollution atmosphérique
4.2 - Pollution de l'air intérieur
4.3 - Avantages de la photocatalyse par rapport à d'autres techniques
4.4 - Quelques exemples de composés organiques volatils étudiés dans le cadre de l'épuration de l'air intérieur
4.5 - Applications industrielles/commerciales
4.6 - Désinfection de l'air par photocatalyse

5 - APPLICATIONS EN MATÉRIAUX AUTONETTOYANTS

5.1 - Principe des matériaux autonettoyants
5.2 - Superhydrophilie
5.3 - Différents types de matériaux autonettoyants
5.4 - Applications bactéricides et antivirales des matériaux autonettoyants
- Quiz d'entraînement

6 - PERSPECTIVES D'AVENIR

6.1 - Modifications structurales ou morphologiques
6.2 - État de l'art sur la recherche de matériaux photocatalytiques plus performants
- Quiz d'entraînement

7 - CONCLUSION

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1. Principe de la photocatalyse

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