La photocatalyse, une alliée contre la pollution

Définition de la photocatalyse

Le Diccionario de la Real Academia de la Lengua définit le terme photocatalyse comme “l’augmentation de la vitesse d’une réaction chimique sous l’effet de la lumière ou d’autres formes d’énergie radiante”.

La photocatalyse peut être expliquée comme une réaction chimique impliquant une source de lumière ou de rayonnement et un catalyseur qui accélère la réaction. Ces réactions peuvent être l’oxydation de composés organiques ou la réduction d’ions inorganiques et d’autres composés organiques.

Pour faciliter la compréhension, l’exemple de la photosynthèse des plantes est souvent utilisé.

Lors de la photosynthèse, les plantes utilisent l’énergie de la lumière solaire pour convertir le dioxyde de carbone de l’environnement en nutriments et en oxygène, qu’elles libèrent dans le monde extérieur. C’est pourquoi on dit que les plantes et les arbres sont les poumons verts de la Terre.

Le même processus de transformation est produit par la photocatalyse. La différence est que ce mécanisme fait intervenir un catalyseur qui augmente la vitesse de la réaction.

En général, le dioxyde de titane est utilisé comme catalyseur en raison de son faible coût et de sa grande facilité d’obtention.

Qui a découvert la photocatalyse ?

La découverte de ce processus chimique est relativement récente et son utilité en tant que moyen de lutte contre la pollution et désinfectant est encore à l’étude.

C’est en 1967 que Fujishima et Honda ont découvert la photolyse de l’eau ou le phénomène de décomposition photocatalytique de l’eau. Connu sous le nom d’effet Honda-Fujishima.

Cette découverte a jeté les bases de nouvelles recherches sur la capacité des catalyseurs tels que le dioxyde de titane à décontaminer et à assainir.

Qu’est-ce qui est impliqué dans le processus de photocatalyse ?

Ce processus chimique fait intervenir la lumière du soleil qui est convertie en énergie chimique par la présence d’un catalyseur. Des réactions d’oxydation et de réduction ont lieu au cours de ce processus.

Nous examinons ci-dessous le rôle de chacune des parties impliquées dans le processus photocatalytique.

Un photocatalyseur

Il s’agit d’un matériau semi-conducteur qui agit en accélérant le taux des réactions chimiques d’oxydation.

Le plus utilisé est le dioxyde de titane (TiO2) en raison de son faible coût et de sa capacité à minéraliser les polluants sans générer d’autres substances nocives.

Un oxydant

L’oxygène est utilisé pour que le photocatalyseur puisse s’oxyder et remplir sa fonction dans la réaction chimique.

Un élément qui fournit des électrons

Cet élément chimique est nécessaire pour fournir les électrons nécessaires à la réaction chimique et permettre l’oxydation des polluants.

Rayonnement ou lumière du soleil

Une source de lumière, naturelle ou artificielle, est nécessaire pour que le photocatalyseur accélère la réaction.

Quels sont les deux types de catalyse impliqués dans le réacteur photocatalytique ?

Un réacteur photocatalytique peut générer deux types de catalyse : la photocatalyse homogène et la photocatalyse hétérogène. Il s’agit de la photocatalyse homogène et de la photocatalyse hétérogène.

Qu’est-ce que la photocatalyse homogène ?

Dans la photocatalyse homogène, les réactifs et les photocatalyseurs existent dans la même phase.

Qu’est-ce que la photocatalyse hétérogène ?

En photocatalyse hétérogène, le catalyseur se trouve dans une phase différente de celle des réactifs. Ce type de photocatalyse est une discipline qui comprend une grande variété de réactions.

À quoi sert la photocatalyse ?

Comme nous l’avons dit, la découverte de la photocatalyse est très récente, de sorte que ses utilisations et applications possibles sont encore à l’étude.

Le livre blanc sur la photocatalyse, produit par l’association ibérique de photocatalyse, énumère quelques-unes de ses principales applications et avantages.

La photocatalyse pour décontaminer l’air

Ce procédé chimique est capable d’éliminer de l’environnement un grand nombre de polluants tels que : NOx, SOx, composés organiques volatils (COV), CO, méthylmercaptan, formaldéhyde, composés organiques chlorés, composés polyaromatiques…

Mais ils ne se contentent pas d’éliminer les polluants, ils peuvent aussi être utilisés pour désinfecter l’environnement.

L’utilisation du photocatalyseur dioxyde de titane permet de minéraliser les polluants. Ainsi, l’air ou la pluie dans le cas d’environnements extérieurs assure la disparition de ces minéraux.

De plus, comme l’indique le livre blanc, elle ne permet pas seulement la décontamination de l’air intérieur et extérieur. La photocatalyse peut également permettre “l’élimination des odeurs, l’élimination de l’éthylène formé dans les magasins de fruits et légumes, l’assainissement des sols par désorption, la réduction du pollen, etc.

Ils sont donc très utiles pour lutter contre les mauvaises odeurs dans les espaces clos tels que les fumoirs, les parkings, les cuisines, les restaurants, les bars, les locaux à poubelles dans les bâtiments. En outre, les matériaux photocatalytiques ont la capacité de « réduire la capacité de formation de moisissures et d’algues, ainsi que de servir de bactéricide, dans les espaces intérieurs courants, tels que les centres de santé, les bureaux ou la maison elle-même ».

Cette publication souligne que l’une des « caractéristiques de la photocatalyse utilisant le TiO2 et la lumière ultraviolette est son manque de spécificité, ce qui signifie qu’elle peut éliminer un large éventail de polluants atmosphériques, en particulier les polluants organiques. Cela est dû à la capacité d’oxydation des radicaux formés au cours du processus qui, en principe, sont capables d’attaquer n’importe quel composé organique, bien que, dans la pratique
, certains soient plus résistants que d’autres à cette attaque ».

Pour le traitement de l’eau

La photocatalyse est un moyen de purifier et de détoxifier l’eau. Elle peut donc être très utile pour rendre l’eau potable et tirer un meilleur profit des réserves d’eau de la planète.

Obtenir des matériaux très avantageux

Il s’agit notamment de la photocatalyse appliquée aux revêtements de sol, aux façades, aux toits, aux tissus (pour les auvents résidentiels et la protection des travaux de rénovation des façades), aux îlots photocatalytiques et aux matériaux autonettoyants, autostérilisants, biocides, anti-buée ou anti-reflets.

L’association ibérique de photocatalyse souligne que “les applications intérieures sont basées sur la capacité de décomposition de la technologie photocatalytique sur la matière organique. Cet effet empêche l’adhérence de la saleté (organique) sur les surfaces verticales à l’intérieur et à l’extérieur, de sorte que l’esthétique du matériau photocatalytique appliqué peut être maintenue dans le temps, par rapport à un matériau conventionnel, réduisant ainsi les coûts de conservation et d’entretien (en retardant les campagnes de nettoyage dans le temps – normalement coûteuses en raison de l’utilisation d’échafaudages suspendus – ou en repeignant)”.

L’effet autonettoyant des surfaces photocatalytiques réduit donc considérablement le budget et le temps consacrés au nettoyage et à l’entretien.

Applications dans le domaine de la santé

Comme l’indique le Livre blanc sur la photocatalyse, « il est possible d’incorporer un matériau photocatalytique dans les matériaux plastiques utilisés pour la fabrication des cathéters et autres ustensiles sanitaires, afin d’obtenir un effet autonettoyant de ces produits, mais aussi autodésinfectant, puisque l’effet oxydant du photocatalyseur est capable d’inactiver les bactéries et les virus, comme l’ont démontré diverses études scientifiques ».

Source d’énergie

Une autre voie ouverte par la recherche en photocatalyse est la possibilité d’obtenir des carburants durables à partir de matières premières renouvelables (CO2, eau, biomasse) et de l’énergie solaire. L’Association ibérique souligne dans son Livre blanc que “la photocatalyse offre une voie pour développer la photosynthèse artificielle”.

Qu’est-ce qu’un matériau photocatalytique ?

La recherche a conduit au développement d’une variété de matériaux photocatalytiques qui incluent le photocatalyseur, le dioxyde de titane, dans leur composition.

Ces matériaux sont déjà utilisés dans un grand nombre de domaines liés à la construction et à l’industrie.

Les matériaux capables de réactions de photocatalyse comprennent

• Matériaux photocatalytiques à base de ciment : dans ces matériaux, le photocatalyseur fait partie du mélange et n’est pas un revêtement. Cela permet de développer des murs et des façades capables d’éliminer la contamination et de désinfecter les surfaces.
• Revêtements incluant le photocatalyseur.
• Feuilles d’asphalte utilisées pour l’étanchéité des toits et des terrasses.
• Matériaux céramiques avec un bain de dioxyde de titane, ce qui augmente également leur durabilité.
• Textile photocatalytique utilisé dans les structures de protection solaire.
• Meubles photocatalytiques, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur, qui repoussent également la poussière et la saleté.
• Peintures avec traitement photocatalytique pour couvrir tous les types de surfaces intérieures et extérieures.

Chez Albergrass, nous nous engageons à respecter l’environnement et la durabilité. Dans les prochains articles de notre blog, nous continuerons à parler des avantages de la photocatalyse.