6.2.3 « Photo-catalyseur jour-nuit »

Des recherches très récentes ont retenu notre attention en ce qui concerne l’intermittence (Liu et al., 2020). Les auteurs ont mis au point un nouveau type de

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catalyseur nommé « day-night photocatalyst » permettant d’assurer un traitement photo-catalytique en l’absence de lumière. Il s’agit d’un composite combinant un photo-catalyseur à un matériau ayant la capacité de stocker, non pas des polluants, mais des charges générées. Ainsi en présence d’accepteurs d’électrons, le matériau restitue les charges électrons-trous pendant les phases non irradiées pour induire la production de radicaux. Pour être actif en l’absence de lumière, ce matériau doit préalablement être irradié avant d’être mis en contact avec une solution de polluant. Testés sur cinq polluants dont le phénol, les auteurs ont montré qu’une durée seuil d’irradiation était atteinte, qui dépend de la capacité de matériau à stocker des charges. Au-delà de cette durée seuil, le matériau ne stocke pas davantage de charges. Une réutilisation sans modification de l’activité photo-catalytique sous cinq cycles est également présentée (une première étape d’éclairage du matériau et une seconde étape dans le noir où le matériau chargé est mis en contact avec la solution de polluant). Ce matériau peut également s’utiliser comme un photo-catalyseur « classique » c'est-à-dire directement en présence de l’effluent à traiter et sous irradiation. Dans ce cas l’activité photo-catalytique est supérieure à celle « sans lumière ».

II.6.3 Récapitulatif

Le Tableau 1-3 est un récapitulatif des principales publications traitant des utilisations dans la littérature de matériau composite, principalement CA-TiO₂.

Les matériaux composites ont essentiellement été étudiés pour l’aspect amélioration de l’activité photo-catalytique. L’effet synergique est justifié soit par la proximité entre les polluants et le photo-catalyseur, soit par une diminution du phénomène de recombinaison des charges. L’étude de la régénération est également abordée mais de façon moins importante et plus récente. Elle a lieu partiellement ou totalement selon les conditions opératoires. La gestion des intermittences par un matériau composite adsorbant-photo-catalyseur est en revanche, peu traitée dans la littérature. Ce constat est encore plus marqué dans le cas de procédés solaires de photo-oxydation.

Dans un objectif de gestion de l’intermittence de la ressource solaire par un matériau composite, les deux applications abordées précédemment sont centrales et couplées. Si la régénération ne se produit pas, le matériau photo-catalytique va a priori se saturer et perdre sa capacité de stockage. Elle soulève en revanche de nombreuses questions. Dans un premier

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temps, d’ordre expérimental mais aussi et dans un second temps, d’ordre théorique. Le développement d’un modèle de couplage des phénomènes sorption/photocatalyse/transfert radiatif, parait à terme primordial pour comprendre et maitriser l’ensemble des processus mis en jeu. Cette problématique est marginale dans la littérature. Les études dans la littérature sont ainsi essentiellement expérimentales avec pour objectif la compréhension des mécanismes justifiant l’effet synergique. Seuls les travaux de l’équipe SHPE ont à notre connaissance ; établis des modèles de bilans matière couplés (Goetz et al., 2013; Telegang Chekem et al., 2018).

65 Publications scientifiques Effet photo-catalytique Effet synergique ^{Régénération} Gestion de

l’intermittence ^{Matériaux/points étudiés}

(Herrmann et al., 1999; Matos

et al., 1998) √ √

Polluants : 4 chlorophénol et phénol

Photo-catalyseur : Mélange non associé de CA et Ti02

- Choix d’une quantité optimale en TiO2

(Matos et al., 2001)

Polluants : phénol, 4-chlorophéno et un herbicide 2,4-D Photo-catalyseurs : Mélange non associé de deux CA et de Ti02

- Réacteur fermé UV - Pilote solaire CPC

(Wang et al.,

2009) √ √

Polluants : orange de méthyle Photo-catalyseurs : quatre CA/TiO2

- Etude de l’influence de la porosité du CA sur l’activité photo-catalytique

(Zhu and Zou,

2009) √ √

Effluent : eau réelle de STEP clarifiée, DOC = 35,9 mg/L Photo-catalyseurs : cinq AC/TiO2

- Etudes de l’influence de H202 ; de la durée et des ultrasons sur la régénération

(Yap and Lim,

2012) √ √

Polluants : bisphénol-A, sulfaméthazine et acide clofibrique Photo-catalyseur : N-TiO2/AC

66 (Goetz et al., 2013; Janin, 2011) √ √ √ Polluant : 2,4-dichlorophénol Photo-catalyseur : TiO2

- Colonne de CA saturée : étude expérimentale - Régénération en discontinu par un procédé de photocatalyse : étude théorique

- Modèle de bilans matière couplés

(Andronic et al.,

2016) √

Polluant : phénol, imidacloprid et acide dichloro-acétique Photo-catalyseurs : deux TiO2/cendres et CuxS (catalyseur actif dans le visible) en suspension

- Réacteur fermé avec un simulateur solaire - Réacteur CPC (solaire)

(Juan Matos et

al., 2017) √

Polluants : phénol, imidacloprid et acide dichloro-acétique Photo-catalyseur : TiO2-C et TiO2-AC en suspension - Bêcher et simulateur solaire UV

- Réacteur solaire CPC

- Modèle cinétique « simpliste »

(Orha et al.,

2017) √

Polluant : acide humique

Photo-catalyseur : CA-TiO2 en suspension - Influence du pH

- Modèle cinétique simpliste (Martins et al.,

67 Bêcher (Telegang Chekem et al., 2018) Polluant : Caféine

Photo-catalyseur : CA-TiO2 en suspension - En bêcher (fermé)

- Modèle : écriture de bilans couplés

(Sheng et al.,

2019) √ √

Polluant : colorant méthylène blue

Photo-catalyseur : g-C3N4/TiO2 (hétérojonction) en 3D - Réacteur ouvert en piston

- Stabilité sous 90h de dégradation

(Luo et al.,

2019) √ √

Polluant : colorant RR120

Photo-catalyseur : g-C3N4 en suspension - Bêcher (fermé)

- Modèles cinétiques avec détermination des constantes cinétiques d’adsorption, de dégradation de surface et en solution (pas de couplage)

- Etude de l’influence du pH (6 ou 7) Tableau 1-3 Résumé des applications des composites adsorbant/photo-catalyseur.

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