EP1848533A1 - Amorphous-state composite structures for photocatalysis - Google Patents

Amorphous-state composite structures for photocatalysis

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EP1848533A1
EP1848533A1 EP05825610A EP05825610A EP1848533A1 EP 1848533 A1 EP1848533 A1 EP 1848533A1 EP 05825610 A EP05825610 A EP 05825610A EP 05825610 A EP05825610 A EP 05825610A EP 1848533 A1 EP1848533 A1 EP 1848533A1
Authority
EP
European Patent Office
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support
photocatalytic
product according
active
amorphous
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05825610A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alexey A. Evstratov
Cristian V. Chis
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Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels
Original Assignee
Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels
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Filing date
Publication date
Application filed by Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels filed Critical Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels
Publication of EP1848533A1 publication Critical patent/EP1848533A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/39Photocatalytic properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/063Titanium; Oxides or hydroxides thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

Definitions

  • the present invention relates to a new type of photocatalyst - composite structures in amorphous state - whose operation is based on the phenomenon of forced separation of free charge carriers (electrons, holes) preventing their immediate recombination.
  • the photocatalytic effect is based on the phenomenon of the excitation of a semiconductor by light radiation (UV or Visible).
  • the photon excitation leads to the creation of "electron - positive hole” pairs resulting from the passage of electrons from the valence band of the semiconductor to its conduction band. Thanks to the existence of forbidden zones acting as energetic barriers against the recombination of free charge carriers, the latter reach the surface of the solid body, attack the adsorption complexes and thus promote their transformation into final products.
  • Figure 1 shows 3 main types of active materials recognized to exhibit significant photocatalytic capabilities. These materials include photocatalytic components generally in the crystalline state.
  • crystalline nanoparticles of titanium dioxide are produced, in most cases, by techniques based on the application of plasma or Sol-gel method.
  • Plasma techniques [cf. 3, for example] use titanium precursors, organic or inorganic, in the gaseous state which ionize at elevated temperatures. In the presence of oxygen, the Ti 4+ gas ions transform into TiC> 2 titanium oxide agglomerated into nanoparticles.
  • the Sol-gel method is based on the hydrolysis of metal alkoxide soils whose final products are metal oxides.
  • the nanoparticles of TiC> 2 can be elaborated, respectively, by the hydrolysis of titanium alkoxides under the controlled conditions [4].
  • LBL-SA Layer-by-Layer Self-Assembly
  • USP Ultrasonic Spray Pyrolysis
  • non-crystalline materials are not considered photocatalytic products because of their disordered structures favoring immediate recombination of the charge carriers. Indeed, the absence in the disordered structures of internal energy barriers (forbidden zones) playing against the immediate recombination of the charge carriers is considered as a fatal obstacle preventing amorphous products from competing with the crystalline products.
  • the invention relates to a composition and a principle of operation of a composite photocatalyst whose active phase consists of nano- and micrometric spherical aggregates of amorphous titanium dioxide, chemically bonded to the surface of a medium exhibiting strong acid or Lewis base properties and thus playing for the active phase the role of a source of an external electric field effecting the forced separation of the free charge carriers by the neutralization (trapping) charges of a first type (negative or positive) in favor of another.
  • the invention results from the assumption that it is possible to operate the amorphous structures as heterogeneous photocatalysts by separating the charge carriers by an external force.
  • the role of this External force can be played by the force of interaction between opposite electrical charges.
  • carriers of the first type negative or positive, can be selectively neutralized in situ by a carrier exhibiting the particular electrical properties - acceptor properties or those of donor. In this favorable situation, carriers of the second type are protected against immediate recombination.
  • the invention relates to amorphous composite structures whose operation is based on the phenomenon of forced separation of free charge carriers (electrons, holes) preventing their immediate recombination.
  • Accepting supports whose Lewis acidities are important such as silica, alumina, aluminum phosphate, or zirconium oxide alone or in combination, are used as electron traps, while metal supports exhibiting Strong Lewis base properties are used as hole traps.
  • the invention generally relates to a composite system comprising a photocatalytic component in an amorphous state and an active support intended to neutralize the positive charge carriers of a first type, electrons or "holes" positive, in order to protect the charge carriers of the second type against recombination.
  • the active support is an acceptor support with high Lewis acidity.
  • the active support is a donor support.
  • the photocatalytic element consists of nano and disordered micro-particles (amorphous) of titanium dioxide chemically bonded to the support in order to ensure efficient transfer of carriers to neutralize towards the mass of the acceptor support or giver.
  • the invention thus relates, in one embodiment, to the use of titanium dioxide as an active component of photocatalytic systems. It substitutes the structures crystalline polymers currently used in practice, by composite products consisting of amorphous TiO2 nanoaggregates chemically fixed on the surfaces of solid supports having significant electron accepting or donating capacities (acceptor / donor supports).
  • the photocatalytic activity of amorphous TiO2 is due to the artificial separation of the charge carriers (e-, h +) in the external electric field provided by the acceptor / donor support.
  • This forced separation preserves the charge carriers against immediate recombination and allows the carriers of a selected type to keep the states free during their movements to the active surfaces.
  • the carriers of second type are neutralized in situ by the action of the support.
  • Amorphous oxide surfaces have several functional groups. Under ambient conditions and up to 250-300 0 C they are enriched in Broensted active sites (acids and alkalis). This active population makes it possible to graft chemically on the oxide surfaces modifiers of different types.
  • TiC> 2 composite structures, crystalline and amorphous, on inorganic supports can be carried out by most of the methods mentioned above. From a technological point of view, these composites can be developed in particular by Sol-Gel, Sputtering, CVD Plasma Assistance, ML-ALE-CVD which stands for Molecular Layering or, in the alternative terminology, Atomic Layer Epitaxy [17, 18].
  • Sol-Gel, Sputtering, CVD Plasma Assistance, ML-ALE-CVD which stands for Molecular Layering or, in the alternative terminology, Atomic Layer Epitaxy [17, 18].
  • the latter thanks to its relative simplicity, seems to be better adapted for the development of the proposed products, especially of the "nano-, amorphous microaggregates of TiO2 - Acceptor Support" type, both in laboratory conditions and in industrial conditions.
  • a solid support whose surface is previously functionalized in order to be enriched in Brôensted active sites, is treated in situ with a volatile inorganic precursor (for example, an oxy-halogenated or halogenated product).
  • a volatile inorganic precursor for example, an oxy-halogenated or halogenated product.
  • Me L ⁇ MHal N , Me L Hal N or organometallic (for example, an alkoxide - MeL-ORw)
  • hydrolysis is transformed into composite material "nanoscale aggregates of oxide support" (reactions (1) and (2) , example with the halogen precursor):
  • a series of composite products of the type "amorphous TiO 2 - acceptor support” can be developed using the ML-ALE-CVD method with specific operating parameters.
  • the protection of free charges against in situ recombination by their forced separation can also be carried out by the donor active supports, the role of which consists in enriching the photocatalytic aggregates with electrons.
  • the high acid Lewis oxide supports (electron acceptors) can be replaced by porous supports containing aggregates of elemental metals dispersed on their surfaces. These donor supports provide complementary electrons to the photocatalytic components thus immobilizing the positive charges (electronic holes).
  • FIG. 2 shows a system according to the invention which comprises an active component in the amorphous state, and a Lewis acid acceptor support 12 or a donor support.
  • an acceptor support the electrons e " 14 go towards the support 12.
  • a donor support the electrons of this support go (arrows in broken lines) to the holes h + 16 of the component 10.
  • the composite products according to the invention contain amorphous nanoscale aggregates of TiC> 2 grafted on silica (SiC> 2) and activated alumina ( ⁇ -Al 2 C> 3 ) supports, as well as on complex supports (SiO).
  • Photocatalytic tests were performed using a laboratory installation. The operating parameters are shown in Table 1. All the composite samples tested contained on their surfaces between 6 and 7% by weight of TiO 2 in the amorphous state (product No. 3-5 and 7-9 in Table 2 below). or crystalline product N 0 2 in Table 2).
  • the development of the doped supports was carried out by impregnating the initial supports (SiO 2 , ⁇ -Al 2 ⁇ 3 ) in metal salt solutions, followed by their conditioning and heat treatment (conditioning - 24 h, ambient temperature; - 8 h, temperature 110 0 C, calcination - 4 h, temperature 550 0 C).
  • FIG. 3 represents the temporal evolution of the toluene concentration downstream of the photocatalytic unit.
  • Curves 22-24 with unfilled triangles, squares and lozenges respectively correspond to curves of Degussa P25 without illumination, composite "Silice - TiO2” without illumination and composite "Alumina - TiO2” without illumination. While curves 25-27 with triangles, squares and filled diamonds correspond respectively to the curves of Degussa P25 with lighting, the composite "Silice - TiO2” with lighting and the composite "Alumina - TiO2” with lighting.
  • Table 3 represents the photocatalytic activity of the products in the reaction of the total oxidation of toluene C 7 H 8 :
  • the sample based on activated alumina having the specific surface area of the The range of 260-270 m 2 / g has a higher photocatalytic activity than that of Degussa P25 which has a specific surface area of less than 50 m 2 / g.
  • FIG. 5 shows surface structure images of supports and composite products according to the invention. These images were obtained using a SEM (Microscope
  • FIG. 5a shows a surface of a support 32 made of alumina.
  • Figure 5b shows 33-35 aggregates of TiO2 on support 32 alumina.
  • FIG. 5c shows a surface of a support 36 made of silica.
  • Figure 5d shows aggregates 37-39 of TiO2 on the silica support 36.
  • These aggregates are spherical and have a mean diameter of between 500 and 2000 nm.
  • the "amorphous Nano-microaggregates of TiC> 2 - porous support” composites are also technologically advantageous (ease of manufacture as ready-to-use active element and reliable fixation). on the surfaces of the supports). Their possible application can therefore be very favorable for the elaboration of photocatalytic elements (reactor sections, active panels, etc.) under industrial conditions.
  • Figures 6 also shows an experimental device for testing sterilization capabilities.
  • the genetically modified Escherichia coli bacterium (source - INRA, France) was chosen as the test bacterial species.
  • samples of photocatalytic composites 43 and unmodified supports 44 are impregnated with a bacterial mist 45 for 3 minutes.
  • This fog 45 is obtained from dry air 47 and a bacterial solution 46 positioned at one end 48.1 of a tube 48.
  • This dry air 47 blown at the end 48.1 passes through the solution 46 so as to form the fog bacterial 45.
  • the fog 45 then flows in the tube 48 and impregnates the samples 43 and 44 which are at an end 48.2 of the tube 48 opposite to 48.1.
  • a sample of photocatalytic composites 43.1 is exposed to UV-A irradiation (wavelength of 365 nm) under a UV lamp 49. And a sample 43.1 of composite according to the invention is exposed to sunlight.Also, an unmodified support 44.1 is exposed to sunlight. All these exhibitions last 20 minutes.
  • the samples 43.1, 43.2 and 44.1 or their surface were transferred into two Petri dishes 50 containing a nutritive gel 51. These boxes are kept in the dark for 20 hours at 35 ° C. to promote the development of bacterial colonies. Part 52 of each box 50 has no sample and serves as a reference for the experiment.
  • Figure 7 shows the development of bacterial colonies in Petri dishes, after storage, for the various samples mentioned above. These tests were carried out in cooperation with Christine Blachère-Lopez, from the Netherlands des Mines d'Alès.
  • active products can therefore be designed for the photocatalytic abatement of volatile organic compounds of a very wide range, provided that their initial concentrations do not exceed certain limits (for example, for the gaseous phase - 3-r5 ppm, this case corresponds to the conditioning of gas in confined spaces). But these products can also be designed as active products for collective and individual protection against biological contamination.
  • Another field of application for amorphous composite photocatalysts according to the invention may be the treatment of liquid effluents.
  • Preliminary research was conducted to demonstrate the application of the proposed products for the photocatalytic purification of water contaminated with organic compounds in solution.
  • FIG. 8 shows graphical representations of a photocatalytic degradation of acetone and ethanol in a liquid phase using active composites based on amorphous TiO 2 under sunlight.
  • a curve 55 with triangles represents the degradation yield of acetone, while a curve 56 with squares represents the degradation yield of ethanol.
  • the first samples were taken in a dark room, before direct exposure of the samples to the sun. Thus the points at 100hOO and HhOO of the first day of the test have a negligible yield.
  • variants and extensions of the invention can therefore be envisaged, at least in the field of water treatment, in particular for its purification and sterilization; as well as in the field of collective and individual protection against biological contamination with for example the realization of air conditioning devices in hospitals, the production of clothes and self-sterilizing tools ...
  • photocatalytic materials according to the invention can be used on various supports (porous ceramic, glass, cardboard, textile, etc.).

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Abstract

The invention concerns photocatalysis. The invention concerns a composite system comprising a photocatalytic component (10) in amorphous state and an active support (12) designed to neutralize the free current carriers of a first type, positive electrons or holes, so as to protect current carriers of the second type against recombination.

Description

STRUCTURES COMPOSITES EN ETAT AMORPHE POUR LA PHOTOCATALYSE AMORPHOUS COMPOSITE STRUCTURES FOR PHOTOCATALYSIS
La présente invention concerne un nouveau type de photocatalyseur - structures composites en état amorphe - dont le fonctionnement est basé sur le phénomène de la séparation forcée des porteurs de charge libres (électrons, trous) empêchant leur recombinaison immédiate.The present invention relates to a new type of photocatalyst - composite structures in amorphous state - whose operation is based on the phenomenon of forced separation of free charge carriers (electrons, holes) preventing their immediate recombination.
Principes et techniques existantsExisting principles and techniques
L'effet photocatalytique est basé sur le phénomène de l'excitation d'un semi-conducteur par des rayonnements lumineux (UV ou Visible) . L'excitation photonique conduit à la création de paires « électron - trou positif » résultant du passage d'électrons de la bande de valence du semi-conducteur à sa bande de conduction. Grâce à l'existence des zones interdites jouant les rôles de barrières énergétiques contre la recombinaison des porteurs de charge libres, ces dernières accèdent à la surface du corps solide, s'attaquent aux complexes d'adsorption et donc favorisent leur transformation en produits finaux.The photocatalytic effect is based on the phenomenon of the excitation of a semiconductor by light radiation (UV or Visible). The photon excitation leads to the creation of "electron - positive hole" pairs resulting from the passage of electrons from the valence band of the semiconductor to its conduction band. Thanks to the existence of forbidden zones acting as energetic barriers against the recombination of free charge carriers, the latter reach the surface of the solid body, attack the adsorption complexes and thus promote their transformation into final products.
Actuellement, seuls les semi-conducteurs (corps solides cristallins) sous la forme de micro- et nanoparticules sont considérés comme des photocatalyseurs prometteurs. Leurs cristallinités garantissent, d'un côté, une séparation efficace des porteurs de charge (e~, h+) et évitent leur recombinaison immédiate. De l'autre côté, les tailles de ces particules cristallines sont dimensionnées, de préférence, en dizaines ou centaines de nanomètres, afin d'assurer pour une partie importante des porteurs libres l'accessibilité aux surfaces de contact. Ces dimensions sont compatibles avec les distances parcourues par des porteurs de charges dans un corps cristallin pendant leurs durées de vie moyennes, comme mentionné dans la référence [1] de la bibliographie. Dans ce qui suit, les chiffres entre crochets correspondent à des références bibliographiques à la fin de la présente description.Currently, only semiconductors (crystalline solids) in the form of micro- and nanoparticles are considered promising photocatalysts. Their crystallinities guarantee, on the one hand, an effective separation of charge carriers (e ~ , h + ) and avoid their immediate recombination. On the other hand, the sizes of these crystalline particles are dimensioned, preferably in tens or hundreds of nanometers, in order to ensure for a large part of the free carriers accessibility to the contact surfaces. These dimensions are compatible with the distances traveled by charge carriers in a crystalline body during their average lifetimes, as mentioned in reference [1] of the bibliography. In the following, the figures in brackets correspond to bibliographic references at the end of this description.
La figure 1 présente 3 principaux types de matériaux actifs reconnus pour manifester des capacités photocatalytiques importantes. Ces matériaux comportent des composants photocatalytiques généralement dans l'état cristallin.Figure 1 shows 3 main types of active materials recognized to exhibit significant photocatalytic capabilities. These materials include photocatalytic components generally in the crystalline state.
Le photocatalyseur industriel le plus répandu est le produit commercialisé par Degussa - Deutsche Gesellschaft, Allemagne (nom commercial : Degussa P25, produit cristallin en dioxyde de titane contenant ~ 80% de la phase d'anatase et ~ 20% de la phase de rutile) [2] .The most widespread industrial photocatalyst is the product marketed by Degussa - Deutsche Gesellschaft, Germany (trade name: Degussa P25, crystalline titanium dioxide product containing ~ 80% of the anatase phase and ~ 20% of the rutile phase) [2].
Actuellement l'élaboration de nanoparticules cristallines du dioxyde de titane s'effectue, dans la plus part de cas, par les techniques basées sur l'application du plasma ou par la méthode Sol-gel. Les techniques de plasma [cf. 3, par exemple] utilisent des précurseurs de titane, organiques ou inorganiques, en état gazeux qui s'ionisent à des températures élevées. En présence de l'oxygène, les ions Ti4+ gaz se transforment en oxyde de titane TiC>2 aggloméré en nanoparticules. La méthode Sol-gel est basée sur l'hydrolyse des sols d'alcoxydes de métaux dont les produits finaux sont des oxydes métalliques. Les nanoparticules de TiC>2 peuvent être élaborées, respectivement, par l'hydrolyse des alcoxydes de titane dans les conditions contrôlées [4] . Les méthodes plus sophistiqués, comme Layer-by-Layer Self-Assembly (LBL-SA) [5] ou Ultrasonic Spray Pyrolysis (USP) [6], sont également appliquées, à l'échelle de laboratoire, pour la fabrication de cristaux nanométriques. Les techniques décrites en [5,6] permettent également d'obtenir des particules cristallines optimisées en taille (10 -r 100 nm de diamètre) . Ces dimensions sont considérées comme les plus appropriées pour l'application photocatalytique.Currently, crystalline nanoparticles of titanium dioxide are produced, in most cases, by techniques based on the application of plasma or Sol-gel method. Plasma techniques [cf. 3, for example] use titanium precursors, organic or inorganic, in the gaseous state which ionize at elevated temperatures. In the presence of oxygen, the Ti 4+ gas ions transform into TiC> 2 titanium oxide agglomerated into nanoparticles. The Sol-gel method is based on the hydrolysis of metal alkoxide soils whose final products are metal oxides. The nanoparticles of TiC> 2 can be elaborated, respectively, by the hydrolysis of titanium alkoxides under the controlled conditions [4]. More sophisticated methods, such as Layer-by-Layer Self-Assembly (LBL-SA) [5] or Ultrasonic Spray Pyrolysis (USP) [6], are also applied on a laboratory scale for the production of nanoscale crystals. . The techniques described in [5,6] also make it possible to obtain crystalline particles optimized in size (10 -100 nm in diameter). These dimensions are considered the most appropriate for the photocatalytic application.
Cependant, les produits issus des procédés des références [3-6] représentent toujours des matières « préfabriquées » qui ont besoin ensuite d'une fixation solide sur des parois de support afin d'être appliquées en tant qu'éléments d'unités photocatalytiques. Le seul mécanisme permettant de fixer une particule cristalline existante (« préfabriquée ») sur un support externe est son adhésion physique. L'adhésion physique, par contre, ne permet pas d'aboutir à la création de composites à des stabilités suffisantes. Mécaniquement très fragiles, ces systèmes se dégradent rapidement lors d'utilisation. Afin d'éviter ces difficultés liés aux manipulations avec les nanoparticules cristallines préfabriquées, il est raisonnable d'envisager leur remplacement par des produits composites dont la phase active peut être chimiquement greffée in situ sur un support. La littérature scientifique actuelle présente un certain nombre de techniques sophistiquées et coûteuses pour l'élaboration de produits composites à propriétés photocatalytiques (exemples : Arc Ion Plating (AIP) [7], Dip- coating [8], Photo-Inducted Sol-gel [9], Plasma Associed Metallo-Organic CVD [10, 11], Sputtering [12, 13], Photo- assisted pulsed laser déposition [14], etc.) .However, products from the [3-6] methods still represent "prefabricated" materials which then require solid attachment to support walls to be applied as photocatalytic unit elements. The only mechanism for attaching an existing crystalline particle ("prefabricated") to an external support is its physical adhesion. Physical adhesion, on the other hand, does not lead to the creation of composites with sufficient stabilities. Mechanically very fragile, these systems degrade quickly during use. In order to avoid these difficulties related to manipulations with prefabricated crystalline nanoparticles, it is reasonable to consider replacing them with composite products whose active phase can be chemically grafted in situ on a support. The current scientific literature presents a certain number of sophisticated and costly techniques for the elaboration of composite products with photocatalytic properties (examples: Arc Ion Plating (AIP) [7], Dip-coating [8], Photo-Inducted Sol-gel [ 9], Plasma Associated Metallo-Organic CVD [10,11], Sputtering [12,13], Photo-assisted pulsed laser deposition [14], etc.).
Actuellement, ces méthodes ne dépassent pas l'échelle de laboratoire. Par contre, leurs applications permettent d'élaborer des structures composites contenant des nanoparticules cristallines de TiC>2 greffées sur différents supports poreux (SiCk, γ-Al2C>3, charbon actif, etc.) . En général, ces produits manifestent une activité photocatalytique comparable à celle de Degussa P25.Currently, these methods do not exceed the laboratory scale. On the other hand, their applications make it possible to develop composite structures containing crystalline nanoparticles of TiC> 2 grafted onto different porous supports (SiCk, γ-Al 2 C> 3 , activated carbon, etc.). In general, these products exhibit a photocatalytic activity comparable to that of Degussa P25.
Les techniques [7-12, 14] et autres techniques modernes sont appelées à l'élaboration des photocatalyseurs composites dont les phases actives sont présentées par des nanostructures cristallines. Dans les cas où les composants actifs se forment initialement en tant que structures désordonnées, ils subissent des traitements complémentaires, tels que l'irradiation ou la calcination, afin d'être transformés en état cristallin, comme décrit dans [11] .The techniques [7-12, 14] and other modern techniques are called for the elaboration of composite photocatalysts whose active phases are presented by crystalline nanostructures. In cases where the active components initially form as disordered structures, they undergo complementary treatments, such as irradiation or calcination, in order to be transformed into a crystalline state, as described in [11].
Sauf quelques références rares (par exemple [13, 15, 16] ) , des matériaux non cristallins ne sont pas considérés comme les produits photocatalytiques à cause de leurs structures désordonnées favorisant une recombinaison immédiate des porteurs de charge. En effet, l'absence dans les structures désordonnées de barrières énergétiques internes (zones interdites) jouant contre la recombinaison immédiate des porteurs de charges est considérée comme un obstacle fatal empêchant des produits amorphes de concurrencer les produits cristallins. L'inventionWith the exception of a few rare references (eg [13, 15, 16]), non-crystalline materials are not considered photocatalytic products because of their disordered structures favoring immediate recombination of the charge carriers. Indeed, the absence in the disordered structures of internal energy barriers (forbidden zones) playing against the immediate recombination of the charge carriers is considered as a fatal obstacle preventing amorphous products from competing with the crystalline products. The invention
L'invention concerne une composition et un principe de fonctionnement d'un photocatalyseur composite dont la phase active est constituée d'agrégats sphériques nano- et micrométriques de dioxyde de titane en état amorphe, chimiquement liés avec la surface d'un support manifestant des fortes propriétés d'acide ou de base de Lewis et jouant donc pour la phase active le rôle d'une source d'un champ électrique extérieur réalisant la séparation forcée des porteurs de charge libres par la neutralisation (piégeage) des charges d'un premier type (négatives ou positives) à la faveur d'un autre.The invention relates to a composition and a principle of operation of a composite photocatalyst whose active phase consists of nano- and micrometric spherical aggregates of amorphous titanium dioxide, chemically bonded to the surface of a medium exhibiting strong acid or Lewis base properties and thus playing for the active phase the role of a source of an external electric field effecting the forced separation of the free charge carriers by the neutralization (trapping) charges of a first type (negative or positive) in favor of another.
Plus précisément, l'invention résulte de l'hypothèse qu'il est possible de faire fonctionner les structures amorphes en tant que photocatalyseurs hétérogènes en séparant les porteurs de charge par une force extérieure. Le rôle de cette force extérieure peut être joué par la force d'interaction entre des charges électriques opposées. Par exemple, les porteurs de premier type, négatif ou positif, peuvent être sélectivement neutralisés in situ par un support manifestant les propriétés électriques particulières - propriétés d'accepteur ou celles de donneur. Dans cette situation favorable les porteurs de deuxième type sont protégés contre la recombinaison immédiate.More specifically, the invention results from the assumption that it is possible to operate the amorphous structures as heterogeneous photocatalysts by separating the charge carriers by an external force. The role of this External force can be played by the force of interaction between opposite electrical charges. For example, carriers of the first type, negative or positive, can be selectively neutralized in situ by a carrier exhibiting the particular electrical properties - acceptor properties or those of donor. In this favorable situation, carriers of the second type are protected against immediate recombination.
Ainsi l'invention se rapporte à des structures composites en état amorphe dont le fonctionnement est basé sur le phénomène de la séparation forcée des porteurs de charge libres (électrons, trous) empêchant leur recombinaison immédiate.Thus, the invention relates to amorphous composite structures whose operation is based on the phenomenon of forced separation of free charge carriers (electrons, holes) preventing their immediate recombination.
Les supports accepteurs dont les acidités de Lewis sont importantes, tels que la silice, l'alumine, le phosphate d'aluminium, ou l'oxyde de zirconium seuls ou en combinaison sont utilisés comme des pièges à électrons, tandis que les supports métalliques manifestant des propriétés de base de Lewis forte sont utilisés comme des pièges à trous.Accepting supports whose Lewis acidities are important, such as silica, alumina, aluminum phosphate, or zirconium oxide alone or in combination, are used as electron traps, while metal supports exhibiting Strong Lewis base properties are used as hole traps.
Ainsi, l'invention concerne, de façon générale, un système composite comprenant un composant photocatalytique en état amorphe et un support actif destiné à neutraliser les porteurs de charges libres d'un premier type, électrons ou "trous" positifs, afin de protéger les porteurs de charge du deuxième type contre la recombinaison. Dans une réalisation, le support actif est un support accepteur à forte acidité de Lewis.Thus, the invention generally relates to a composite system comprising a photocatalytic component in an amorphous state and an active support intended to neutralize the positive charge carriers of a first type, electrons or "holes" positive, in order to protect the charge carriers of the second type against recombination. In one embodiment, the active support is an acceptor support with high Lewis acidity.
En variante, le support actif est un support donneur. Selon une réalisation, l'élément photocatalytique (composant actif) est constitué de nano et micro-particules désordonnées (amorphes) de dioxyde de titane chimiquement liées au support afin d'assurer un transfert efficace des porteurs à neutraliser vers la masse du support accepteur ou donneur.Alternatively, the active support is a donor support. According to one embodiment, the photocatalytic element (active component) consists of nano and disordered micro-particles (amorphous) of titanium dioxide chemically bonded to the support in order to ensure efficient transfer of carriers to neutralize towards the mass of the acceptor support or giver.
L'invention concerne ainsi, dans une réalisation, l'utilisation du dioxyde de titane en tant que composant actif des systèmes photocatalytiques. Elle substitue les structures cristallines actuellement utilisées dans la pratique, par des produits composites constitués en nanoagrégats amorphes de TiO2 chimiquement fixés sur les surfaces des supports solides disposant des capacités importantes d'acceptation ou de donation d'électrons (supports accepteurs/donneurs) .The invention thus relates, in one embodiment, to the use of titanium dioxide as an active component of photocatalytic systems. It substitutes the structures crystalline polymers currently used in practice, by composite products consisting of amorphous TiO2 nanoaggregates chemically fixed on the surfaces of solid supports having significant electron accepting or donating capacities (acceptor / donor supports).
L'activité photocatalytique de TiO2 amorphe est due à la séparation artificielle des porteurs de charge (e-, h+) dans le champ électrique extérieur fourni par le support accepteur/donneur. Cette séparation forcée préserve les porteurs de charge contre la recombinaison immédiate et permet aux porteurs d'un type choisi de garder les états libres lors de leurs déplacements vers les surfaces actives. Les porteurs de deuxième type sont neutralisés in situ par l'action du support.The photocatalytic activity of amorphous TiO2 is due to the artificial separation of the charge carriers (e-, h +) in the external electric field provided by the acceptor / donor support. This forced separation preserves the charge carriers against immediate recombination and allows the carriers of a selected type to keep the states free during their movements to the active surfaces. The carriers of second type are neutralized in situ by the action of the support.
Pour les moyens de l'invention, on décrit un exemple qui concerne l'élaboration des produits composites de type « Nano-agrégats amorphes de TiC>2 - Support d'oxyde aux capacités d'accepteur prononcées ».For the purposes of the invention, an example is described which concerns the preparation of composite products of the type "amorphous Nano-aggregates of TiC> 2 - oxide support with pronounced acceptor capacities".
Les surfaces d'oxydes amorphes disposent de plusieurs groupes fonctionnels. Dans les conditions ambiantes et jusqu'à 250-300 0C elles sont enrichies en sites actifs de Brôensted (acides et basiques) . Cette population active permet de greffer chimiquement sur les surfaces d'oxydes des modificateurs de types différents.Amorphous oxide surfaces have several functional groups. Under ambient conditions and up to 250-300 0 C they are enriched in Broensted active sites (acids and alkalis). This active population makes it possible to graft chemically on the oxide surfaces modifiers of different types.
L'élaboration des structures composites de TiC>2, cristallines et amorphe, sur des supports minéraux peut être effectuée par la plupart des méthodes citées ci-dessus. Du point de vue technologique, ces composites peuvent être élaborés notamment par les méthodes Sol-Gel, Sputtering, Plasma Assistance CVD, ML-ALE-CVD qui signifie Molecular Layering ou, selon la terminologie alternative, Atomic Layer Epitaxy [17, 18] . Cette dernière, grâce à sa simplicité relative, parait être mieux adaptée pour l'élaboration des produits proposés, surtout de type « nano-, microagrégats amorphes de TiO2 - Support accepteur », tant dans les conditions de laboratoires que dans les conditions industrielles. Selon le procédé ML-ALE-CVD, un support solide dont la surface est préalablement fonctionnalisée afin d'être enrichie en sites actifs de Brôensted, est traité in situ par un précurseur volatil minéral (par exemple, un produit oxy-halogéné ou halogène - MeLθMHalN, MeLHalN) ou organométallique (par exemple, un alcoxyde - MeL-ORw) , puis hydrolyse, se transforme en matériau composite « agrégats nanométriques d'oxyde - support » (réactions (1) et (2) , exemple avec le précurseur halogène) :The development of TiC> 2 composite structures, crystalline and amorphous, on inorganic supports can be carried out by most of the methods mentioned above. From a technological point of view, these composites can be developed in particular by Sol-Gel, Sputtering, CVD Plasma Assistance, ML-ALE-CVD which stands for Molecular Layering or, in the alternative terminology, Atomic Layer Epitaxy [17, 18]. The latter, thanks to its relative simplicity, seems to be better adapted for the development of the proposed products, especially of the "nano-, amorphous microaggregates of TiO2 - Acceptor Support" type, both in laboratory conditions and in industrial conditions. According to the ML-ALE-CVD method, a solid support whose surface is previously functionalized in order to be enriched in Brôensted active sites, is treated in situ with a volatile inorganic precursor (for example, an oxy-halogenated or halogenated product). Me L θMHal N , Me L Hal N ) or organometallic (for example, an alkoxide - MeL-ORw), then hydrolysis, is transformed into composite material "nanoscale aggregates of oxide support" (reactions (1) and (2) , example with the halogen precursor):
Meiflalw + x(H - 0) - Support → w-χHal-Mei,-Oχ - Support + X H-HaI f (1)Meiflalw + x (H - 0) - Support → w -χHal-Mei, -Oχ - Support + X H-HaI f (1)
w-xHal-MeL-0χ - Support + (N-X) H20vapeur → N-X (H - 0)-MeL-0x - Support + (N-X) H-HaI f (2) w -xHal-Me L -0χ - Support + (NX) H 2 0 goes scared → NX (H - 0) -Me L -0 x - Support + (NX) H-HaI f (2)
Une série des produits composites de type « Nano- agrégats amorphes de TiO2 - Support accepteur » peut être élaborée à l'aide de la méthode ML-ALE-CVD comportant des paramètres opératoires particuliers. La protection de charges libres contre la recombinaison in situ par leur séparation forcée peut être effectuée également par les supports actifs donneurs dont le rôle consiste en un enrichissement des agrégats photocatalytiques en électrons. Dans ce cas, les supports d'oxydes à hautes acidités de Lewis (accepteurs d'électrons) peuvent être remplacés par des supports poreux contenants des agrégats de métaux élémentaires dispersés sur leurs surfaces. Ces supports donneurs fournissent des électrons complémentaires aux composants photocatalytiques en immobilisant donc les charges positives (trous électroniques) . L'élaboration des produits composites de type « nano- microagrégat amorphes de TiO2 - Support donneur » peut être effectuée par une des techniques conçues à la création de dépôts d'oxydes sur les surfaces métalliques, par exemple la technique Sol-Gel. La figure 2 représente un système selon l'invention qui comprend un composant 10 actif en état amorphe, et un support 12 accepteur à forte acidité de Lewis ou un support donneur. Dans le cas d'un support accepteur les électrons e" 14 vont vers le support 12. Dans le cas d'un support donneur les électrons de ce support vont (flèches en traits interrompus) vers les trous h+ 16 du composant 10.A series of composite products of the type "amorphous TiO 2 - acceptor support" can be developed using the ML-ALE-CVD method with specific operating parameters. The protection of free charges against in situ recombination by their forced separation can also be carried out by the donor active supports, the role of which consists in enriching the photocatalytic aggregates with electrons. In this case, the high acid Lewis oxide supports (electron acceptors) can be replaced by porous supports containing aggregates of elemental metals dispersed on their surfaces. These donor supports provide complementary electrons to the photocatalytic components thus immobilizing the positive charges (electronic holes). The development of "amorphous nano-microaggregate TiO2-donor support" composite products can be carried out by one of the techniques designed for the creation of oxide deposits on metal surfaces, for example the Sol-Gel technique. FIG. 2 shows a system according to the invention which comprises an active component in the amorphous state, and a Lewis acid acceptor support 12 or a donor support. In the case of an acceptor support the electrons e " 14 go towards the support 12. In the case of a donor support the electrons of this support go (arrows in broken lines) to the holes h + 16 of the component 10.
Exemple détaillé de réalisationDetailed example of achievement
Les produits composites selon l'invention contiennent des agrégats nanométriques amorphes de TiC>2 greffés sur des supports de silice (SiC>2) et d'alumines activées (γ-Al2C>3) , ainsi que sur des supports complexes (SiO2 * Fe3+, SiO2 * Cr2O7 2-, SiO2 * CrO4 2", Y-Al2O3 * Fe3+, γ-Al2O3 * Cr2O7 2", γ-Al2O3* CrO4 2") . Les ajouts de Fe3+ ou Cr6+ dans les supports purs ont été choisis afin de mieux démontrer le mécanisme de fonctionnement des composites « nano-, microagrégats amorphes de TiO2 - Support accepteur ». Toutefois ces ajouts ne sont pas indispensables pour l'amélioration des propriétés photocatalytiques des produits composites selon l'invention. Les oxydes choisis - SiO2, γ-Al2O3 - en tant que supports actifs sont des acides de Lewis forts (accepteurs d'électrons). Ils sont capables d'immobiliser les charges négatives (électrons) [19, 20] en laissant « libres » les charges positives (trous électroniques) dans les structures surfaciques excitées par des rayonnements lumineux. Les trous électroniques sont considérés comme des oxydants très puissants favorisant la dégradation efficace des produits pré-adsorbés sur la surface [21] .The composite products according to the invention contain amorphous nanoscale aggregates of TiC> 2 grafted on silica (SiC> 2) and activated alumina (γ-Al 2 C> 3 ) supports, as well as on complex supports (SiO). 2 * Fe 3+ , SiO 2 * Cr 2 O 7 2- , SiO 2 * CrO 4 2 " , Y-Al 2 O 3 * Fe 3+ , γ-Al 2 O 3 * Cr 2 O 7 2" , γ -Al 2 O 3 * CrO 4 2 " ) The additions of Fe 3+ or Cr 6+ in pure supports have been chosen to better demonstrate the mechanism of operation of the composites" nano-, TiO2 amorphous microaggregates - Support acceptor However, these additions are not essential for the improvement of the photocatalytic properties of the composite products according to the invention.The selected oxides - SiO 2 , γ-Al 2 O 3 - as active supports are strong Lewis acids ( electron acceptors) They are able to immobilize the negative charges (electrons) [19, 20] by leaving "free" the positive charges (electronic holes) in the st surface structures excited by light radiation. Electronic holes are considered as very powerful oxidants favoring the effective degradation of pre-adsorbed products on the surface [21].
Afin de tester l'activité photocatalytique des échantillons élaborés, deux réactions de l'oxydation totale de composés organiques volatiles ont été choisies : l'incinération photocatalytique de vapeur de trichloroéthane (C2H3Cl3) et celle de vapeur de toluène (C7H8) :In order to test the photocatalytic activity of the prepared samples, two reactions of the total oxidation of volatile organic compounds were chosen: photocatalytic incineration of trichloroethane vapor (C 2 H 3 Cl 3 ) and that of toluene vapor (C 7 H 8):
C2H3Cl3 + 2O2 2CO2 + 3HCl (3) C7H8 + 90? 7CO2 + 4H2O (4)C 2 H 3 Cl 3 + 2O 2 2CO 2 + 3HCl (3) C 7 H 8 + 90? 7CO 2 + 4H 2 O (4)
Un des produits de l'oxydation totale de trichloroéthane est l'acide chlorhydrique, HCl (réaction (3)). Sa solubilité importante dans l'eau (700 volumes HCl par 1 volume d'eau dans les conditions standard) permet de suivre les performances photocatalytiques de trichloroéthane C2H3CIs par des mesures de l'évolution du pH dans un récipient agité en aval de l'installation de test. La deuxième technique utilisée pour le suivi des performances photocatalytiques de C2H3CIs et de C7H8 a été la technique chromâtographique (chromatographe Hewlett- Packard 5890 séries II, avec un détecteur HP 5972 (FID)) .One of the products of the total oxidation of trichloroethane is hydrochloric acid, HCl (reaction (3)). Its high solubility in water (700 HCl volumes per 1 volume of water under standard conditions) makes it possible to monitor the photocatalytic performance of C 2 H 3 Cl 2 trichloroethane by measuring the pH evolution in a downstream stirred vessel. of the test installation. The second technique used to monitor the photocatalytic performance of C 2 H 3 CIs and C 7 H 8 was the chromatrographic technique (Hewlett-Packard 5890 series II chromatograph with an HP 5972 detector (FID)).
Les tests photocatalytiques ont été réalisés à l'aide d'une installation de laboratoire. Les paramètres opératoires sont présentés dans le tableau 1. Tous les échantillons composites testés contenaient sur leurs surfaces entre 6 et 7% en masse de TiO2 en état amorphe (produit N°3-5 et 7-9 dans le tableau 2 ci-après ou cristallin produit N02 dans le tableau 2) .Photocatalytic tests were performed using a laboratory installation. The operating parameters are shown in Table 1. All the composite samples tested contained on their surfaces between 6 and 7% by weight of TiO 2 in the amorphous state (product No. 3-5 and 7-9 in Table 2 below). or crystalline product N 0 2 in Table 2).
Tableau 1 : Condition opératoiresTable 1: Operating conditions
En comparant les échantillons photocatalytiques sur les supports purs de silices et d' alumines activées , on constate une activité importante pour les premiers et une activité assez faible pour les derniers (tableau 2, échantillons 3 et 7) .By comparing the photocatalytic samples on the pure supports of silicas and activated alumina, a significant activity for the former and a fairly low activity for the latter (Table 2, samples 3 and 7).
Cette différence en activité photocatalytique peut être expliquée par des particularités des systèmes dynamiques « TiO2-SiO2 » et « TiO2-γAl2O3 ». En effet, les capacités de silices en tant que supports accepteurs dépassent largement celle d'alumines, grâce à la présence sur les surfaces de silices des sites acides de Lewis très puissants [19] .This difference in photocatalytic activity can be explained by features of the dynamic systems "TiO 2 -SiO 2 " and "TiO 2 -γAl 2 O 3 ". In fact, the silica capacities as acceptor carriers far exceed that of aluminas, thanks to the presence on the silica surfaces of very powerful Lewis acid sites [19].
Les activités des échantillons à base de Degussa P25, tant pur que sur support accepteur, restent supérieures à celles du composite « TiO2 amorphe - alumine pure » (échantillons 1, 2 et 7 dans le tableau 2), tandis que le composite «TiO2 amorphe - silice pur» (échantillon 3) dépasse largement les produits à base de Degussa P25.The activities of the Degussa P25 samples, both pure and on an acceptor support, remain superior to those of the composite "amorphous TiO2 - pure alumina" (samples 1, 2 and 7 in Table 2), whereas the "amorphous TiO2" composite pure silica "(sample 3) greatly exceeds Degussa P25 products.
Tableau 2. Activité photocatalytique des produits dans la réaction de l'oxydation totale de trichloroéthane C2H3Cl3 Table 2. Photocatalytic activity of the products in the reaction of the total oxidation of trichloroethane C 2 H 3 Cl 3
Pour tenter d'améliorer les performances photocatalytiques des produits composites, on a élaboré une série d'échantillons sur supports d'oxydes dopés en pièges à électrons (composés à base des métaux de transition) . Cette démarche a eu pour but la création de supports accepteurs à des capacités élevées. En tant que composés de dopage, on a utilisé les oxydes de fer (Fe2θ3) dont les sites actifs sont présentés par les cations Fe2+ et Fe3+. Les complexes anioniques de chrome In an attempt to improve the photocatalytic performance of the composite products, a series of samples on oxide supports doped with electron traps (compounds based on transition metals) was developed. This approach was aimed at creating accepting media at high capacities. As doping compounds, the iron oxides (Fe 2 θ 3 ) whose active sites are presented by the Fe 2+ and Fe 3+ cations are used. Anionic complexes of chromium
(chromâtes et bichromates - CrC>4 2~, Cr2O7 2-) ont été aussi appliqués.(chromates and dichromates - CrC> 4 2 ~ , Cr 2 O 7 2- ) were also applied.
L'élaboration des supports dopés a été effectuée par l'imprégnation des supports initiaux (SiO2, γ-Al2θ3) en solutions de sels métalliques, suivie par leur conditionnement et traitement thermique (conditionnement - 24 h, température ambiante ; séchage - 8 h, température 110 0C ; calcination - 4 h, température 550 0C) .The development of the doped supports was carried out by impregnating the initial supports (SiO 2 , γ-Al 2 θ 3 ) in metal salt solutions, followed by their conditioning and heat treatment (conditioning - 24 h, ambient temperature; - 8 h, temperature 110 0 C, calcination - 4 h, temperature 550 0 C).
Les données présentées dans le tableau 2 mettent en évidence une amélioration importante de l'activité photocatalytique des échantillons [γAl2O3 - Fe3+] * TiO2 et [YAl2O3 - Cr6+] * TiO2 (échantillons 8, 9) par rapport à l'échantillon YAl2O3 * TiO2 (échantillon 7) . Ce phénomène peut être expliqué par la présence sur les surfaces des alumines dopées (γAl2O3 * MexOy) des sites accepteurs plus forts que les sites initiaux (Al3+) [20] . Par rapport à des alumines pures, ces supports complexes doivent donc être considérés comme les agents accepteurs plus efficaces en séparation forcée de charges électriques.The data presented in Table 2 demonstrate a significant improvement in the photocatalytic activity of samples [γAl 2 O 3 - Fe 3+ ] * TiO 2 and [YAl 2 O 3 - Cr 6+ ] * TiO 2 (samples 8 9) relative to the sample YAl 2 O 3 * TiO 2 (sample 7). This phenomenon can be explained by the presence on the surfaces of the doped aluminas (γAl 2 O 3 * Me x Oy) of the acceptor sites stronger than the initial sites (Al 3+ ) [20]. Compared to pure aluminas, these complex supports must therefore be considered as the most effective accepting agents for forced separation of electric charges.
Au contraire, les capacités d'acceptation d'électrons pour les supports [SiO2 - Fe3+] et [SiO2 - Cr6+] ont été supposées moindres par rapport à celles de la silice pure : les activités photocatalytiques des échantillons 4 et 5 restent moins importantes que l'activité de l'échantillon 3 (tableau 2) . Cette circonstance est due, très probablement, à une puissance exceptionnelle des sites Si4+ en tant qu'acides de Lewis [19] . II est à noter que les influences des supports d'origine (SiC>2 et γ-Al2C>3) sur l'efficacité de la séparation de charges diminuent rapidement lors de leur enrichissement en composés de dopage. Par exemple, les échantillons 5 et 9 (tableau 2) manifestent les même activités photocatalytiques, bien que l'échantillon 5 est élaboré sur un support de SiO2 et l'échantillon 9 sur un support de γ-Al2C>3.On the contrary, the electron acceptability capacities for the [SiO 2 - Fe 3+ ] and [SiO 2 - Cr 6+ ] supports were assumed to be lower compared with those of pure silica: the photocatalytic activities of the samples 4 and 5 remain less important than the activity of Sample 3 (Table 2). This circumstance is probably due to an exceptional power of Si 4+ sites as Lewis acids [19]. It should be noted that the influences of the original supports (SiC> 2 and γ-Al 2 C> 3 ) on the efficiency of the separation of charges decrease rapidly during their enrichment in doping compounds. For example, the samples 5 and 9 (Table 2) exhibit the same photocatalytic activities, although the sample 5 is prepared on an SiO 2 support and the sample 9 on a support of γ-Al 2 C> 3 .
Les meilleurs résultats sont obtenus en utilisant le support accepteur en silice pure (échantillon 3 dans le tableau 2) . Ce fait démontre qu'il n'est pas nécessaire de fournir des ajouts accepteurs (pièges à électrons) dans les produits composites de type « nano-, microagrégats amorphes de TiO2 - Support accepteur » dont les supports sont constitués de silices. La figure 3 représente l'évolution temporelle de la concentration de toluène en aval de l'unité photocatalytique. Les courbes 22-24 comportant des triangles, des carrés et des losanges non remplis correspondent respectivement aux courbes du Degussa P25 sans éclairage, du composite « Silice - TiO2 » sans éclairage et du composite « Alumine - TiO2 » sans éclairage. Tandis que les courbes 25-27 comportant des triangles, des carrés et des losanges remplis correspondent respectivement aux courbes du Degussa P25 avec éclairage, du composite « Silice - TiO2 » avec éclairage et du composite « Alumine - TiO2 » avec éclairage.The best results are obtained using the pure silica acceptor support (sample 3 in Table 2). This fact demonstrates that it is not necessary to provide acceptor additions (electron traps) in the composite products of the type "nano-, amorphous microaggregates of TiO2 - acceptor support" whose supports consist of silicas. FIG. 3 represents the temporal evolution of the toluene concentration downstream of the photocatalytic unit. Curves 22-24 with unfilled triangles, squares and lozenges respectively correspond to curves of Degussa P25 without illumination, composite "Silice - TiO2" without illumination and composite "Alumina - TiO2" without illumination. While curves 25-27 with triangles, squares and filled diamonds correspond respectively to the curves of Degussa P25 with lighting, the composite "Silice - TiO2" with lighting and the composite "Alumina - TiO2" with lighting.
Le tableau 3 ci-après représente l'activité photocatalytique des produits dans la réaction de l'oxydation totale de toluène C7H8 :Table 3 below represents the photocatalytic activity of the products in the reaction of the total oxidation of toluene C 7 H 8 :
Les comportements des échantillons vis-à-vis du traitement photocatalytique de l'air chargé en vapeur de toluène représentés à travers ce tableau 3 et cette figure 3 peuvent être discutés en termes de capacité d'adsorption des composites poreux et en termes de propriétés électroniques des supports actifs. The behavior of the samples with respect to the photocatalytic treatment of the toluene vapor-laden air shown in Table 3 and Figure 3 can be discussed in terms of the adsorption capacity of the porous composites and in terms of electronic properties. active media.
Les meilleures capacités photocatalytiques sont toujours manifestées par les composites « nano-, microagrégats amorphes de TiO2 - Support accepteur » à base de silice (échantillon 1 dans le tableau 3 et courbe représentées par des carrés pleins sur la figure 3) . Au contraire, l'échantillon composite à base de carton (N04 dans le tableau 3) ne possède aucune activité car son support ne dispose pas des capacités d'acceptation d'électrons et ne peut donc pas activer des agrégats de TiO2 amorphes situés sur sa surface.The best photocatalytic capacities are always manifested by the "nano-, TiO2 amorphous silica-acceptor-based microaggregates" composites based on silica (sample 1 in table 3 and curve represented by solid squares in FIG. 3). On the contrary, the cardboard-based composite sample (N 0 4 in Table 3) has no activity because its support does not have the electron accepting ability and therefore can not activate amorphous TiO2 aggregates located on its surface.
Dans le cas du toluène C7H8 dont les facilités d'adsorption sur les surfaces solides sont largement supérieures par rapport à celles du trichloroéthane C2H3CI3, l'échantillon à base d'alumine activée ayant la surface spécifique à l'entour de 260-270 m2/g possède une activité photocatalytique supérieure à celle du Degussa P25 qui possède une surface spécifique moindre de 50m2/g.In the case of toluene C 7 H 8 whose adsorption properties on solid surfaces are much greater compared to those of trichloroethane C 2 H 3 Cl 3 , the sample based on activated alumina having the specific surface area of the The range of 260-270 m 2 / g has a higher photocatalytic activity than that of Degussa P25 which has a specific surface area of less than 50 m 2 / g.
Dans le cas du toluène et dans celui du trichloroéthane, les activités photocatalytiques sont donc renversées (cf tableaux 2 et 3) . Ce phénomène peut être expliqué par le fait que des supports poreux ayant des hautes capacités d'adsorption, comme les silices et les alumines activées, peuvent contribuer à la performance photocatalytique des produits pré-adsorbés en transformant, avec une vitesse importante, leurs complexes d'adsorption en produits finaux. Cette hypothèse est vérifiée par les analyses comparatives des résultats de test présentés dans les colonnes « Capacité d'adsorption sans éclairage » et « Activité photocatalytique » du tableau 3, ainsi que par la comparaison des allures des courbes obtenues avec et sans éclairage de la figure 3. Par ailleurs, la figure 4 montre des courbes qui représentent l'état de cristallinité d'échantillons par la technique XRD (X-Ray Diffraction) . Ces courbes ont été obtenues lors d'analyses réalisées par M. Pierre Gaudon de l'école des Mines d'Alès.In the case of toluene and in the case of trichloroethane, the photocatalytic activities are therefore reversed (see Tables 2 and 3). This phenomenon can be explained by the fact that porous supports with high adsorption capacities, such as silicas and activated aluminas, can contribute to the photocatalytic performance of the pre-adsorbed products by transforming, with a high speed, their complexes. adsorption into final products. This assumption is verified by the comparative analyzes of the test results presented in the columns "Adsorption capacity without illumination" and "Photocatalytic activity" of Table 3, as well as by comparison of the curves of the curves obtained with and without illumination of the figure. 3. Moreover, FIG. 4 shows curves representing the crystallinity state of samples by the XRD (X-Ray Diffraction) technique. These curves were obtained during analyzes conducted by Mr. Pierre Gaudon of the Ecole des Mines d'Ales.
Cette figure 4 met en évidence que les structures composites selon l'invention sont amorphes. En effet, les courbes 30 et 31 des produits selon l'invention à base d'alumine et de silice possèdent des valeurs d'état de cristallinité très inférieures à celles du Degussa P25 représentées par 29.This figure 4 shows that the composite structures according to the invention are amorphous. Indeed, curves 30 and 31 of the products according to the invention based on alumina and silica have crystallinity status values much lower than those of Degussa P25 represented by 29.
La figure 5 montre des images de structure surfacique de supports et de produits composites selon l'invention. Ces images ont été obtenues à l'aide d'un MEB (MicroscopeFIG. 5 shows surface structure images of supports and composite products according to the invention. These images were obtained using a SEM (Microscope
Electronique à Balayage) par Paul Jouffrey de l'école des Mines de Saint-Etienne.Scanning Electronics) by Paul Jouffrey of the Ecole des Mines de Saint-Etienne.
Plus précisément, la figure 5a montre une surface d'un support 32 en alumine. Et la figure 5b montre des agrégats 33-35 de TiO2 sur le support 32 en alumine.More precisely, FIG. 5a shows a surface of a support 32 made of alumina. And Figure 5b shows 33-35 aggregates of TiO2 on support 32 alumina.
Par ailleurs, la figure 5c montre une surface d'un support 36 en Silice. Et la figure 5d montre des agrégats 37-39 de TiO2 sur le support 36 en Silice.Moreover, FIG. 5c shows a surface of a support 36 made of silica. And Figure 5d shows aggregates 37-39 of TiO2 on the silica support 36.
Ces agrégats sont sphériques et possèdent un diamètre moyen compris entre 500 et 2000nm.These aggregates are spherical and have a mean diameter of between 500 and 2000 nm.
Avantages de nouveaux produits actifs (activité photocatalytique, procédé de fabrication, application) :Advantages of new active products (photocatalytic activity, manufacturing process, application):
L'activité photocatalytique des composites amorphes « TiC>2 - Support accepteur (donneur) poreux » dépasse largement celle de Degussa P25 (photocatalyseur commercial, cf. le tableau 2, échantillons 1 et 2) . Par rapport à des structures cristallines préfabriquées, les composites « Nano- microagrégats amorphes de TiC>2 - Support poreux » sont également avantageux du point de vue technologique (facilités de leur fabrication en tant qu'élément actif prêt à être utilisé et la fixation fiable sur les surfaces des supports) . Leur application éventuelle peut donc être très favorable pour l'élaboration d'éléments photocatalytiques (sections de réacteurs, panneaux actifs, etc.) dans les conditions industrielles . On notera que les composites photocatalytiques amorphes « TiC>2 - Support donneur » peuvent être difficilement réalisés dans le cas où les supports existent sous la forme de pièces usinées (tubes, plaques, panneaux, etc.) . Cet inconvénient est causé par le caractère non poreux des métaux. Variantes et Extensions de l'inventionThe photocatalytic activity of the amorphous "TiC> 2 - Porous acceptor (donor) support" composites greatly exceeds that of Degussa P25 (commercial photocatalyst, see Table 2, samples 1 and 2). Compared with prefabricated crystalline structures, the "amorphous Nano-microaggregates of TiC> 2 - porous support" composites are also technologically advantageous (ease of manufacture as ready-to-use active element and reliable fixation). on the surfaces of the supports). Their possible application can therefore be very favorable for the elaboration of photocatalytic elements (reactor sections, active panels, etc.) under industrial conditions. Note that amorphous photocatalytic composites "TiC> 2 - donor support" can be difficult to achieve in the case where the supports exist in the form of machined parts (tubes, plates, panels, etc.). This disadvantage is caused by the non-porous nature of the metals. Variants and Extensions of the Invention
Une recherche a été réalisée afin de montrer les capacités stérilisatrices des produits composites selon 1'invention.A search was carried out to show the sterilizing capabilities of the composite products according to the invention.
Les figures 6 montre d'ailleurs un dispositif expérimental pour les tests des capacités de stérilisation. La bactérie Escherichia coli génétiquement modifiée (source - INRA, France) a été choisie comme l'espèce bactérienne de test.Figures 6 also shows an experimental device for testing sterilization capabilities. The genetically modified Escherichia coli bacterium (source - INRA, France) was chosen as the test bacterial species.
Dans une première étape représentée sur la figure 6a, des échantillons de composites photocatalytiques 43 et des supports non modifiés 44 sont imprégnés d'un brouillard bactérien 45 pendant 3 minutes.In a first step shown in FIG. 6a, samples of photocatalytic composites 43 and unmodified supports 44 are impregnated with a bacterial mist 45 for 3 minutes.
Ce brouillard 45 est obtenu à partir d'air sec 47 et d'une solution bactérienne 46 positionnée à une extrémité 48.1 d'un tube 48. Cet air sec 47 soufflé à l'extrémité 48.1 traverse la solution 46 de manière à former le brouillard bactérien 45. Le brouillard 45 circule alors dans le tube 48 et imprègne les échantillons 43 et 44 qui se trouvent à une extrémité 48.2 du tube 48 opposée à 48.1.This fog 45 is obtained from dry air 47 and a bacterial solution 46 positioned at one end 48.1 of a tube 48. This dry air 47 blown at the end 48.1 passes through the solution 46 so as to form the fog bacterial 45. The fog 45 then flows in the tube 48 and impregnates the samples 43 and 44 which are at an end 48.2 of the tube 48 opposite to 48.1.
Dans une deuxième étape représentée à la figure 6b, un échantillon de composites photocatalytiques 43.1 est exposé à l'irradiation UV-A (longueur d'onde de 365nm) sous une lampe à UV 49. Et un échantillon 43.1 de composite selon l'invention est exposé à la lumière solaire.Par ailleurs, un support non modifié 44.1 est exposé à la lumière solaire. Toutes ces expositions durent 20 minutes. Dans une troisième étape représentée à la figure 6c, les échantillons 43.1, 43.2 et 44.1 ou leur surface ont été transférés dans deux boites de Pétrie 50 contenant un gel nutritif 51. Ces boites sont conservées dans l'obscurité pendant 20 heures à 350C afin de favoriser le développement des colonies bactériennes. Une partie 52 de chaque boite 50 ne comporte aucun échantillon et sert de référence pour l'expérience.In a second step shown in FIG. 6b, a sample of photocatalytic composites 43.1 is exposed to UV-A irradiation (wavelength of 365 nm) under a UV lamp 49. And a sample 43.1 of composite according to the invention is exposed to sunlight.Also, an unmodified support 44.1 is exposed to sunlight. All these exhibitions last 20 minutes. In a third step represented in FIG. 6c, the samples 43.1, 43.2 and 44.1 or their surface were transferred into two Petri dishes 50 containing a nutritive gel 51. These boxes are kept in the dark for 20 hours at 35 ° C. to promote the development of bacterial colonies. Part 52 of each box 50 has no sample and serves as a reference for the experiment.
La figure 7 représente le développement de colonies bactériennes dans des boites de Pétri, après conservation, pour les différents échantillons précités. Ces tests ont été réalisés en coopération avec Christine Blachère-Lopez, de l'Ecole des mines d'Alès.Figure 7 shows the development of bacterial colonies in Petri dishes, after storage, for the various samples mentioned above. These tests were carried out in cooperation with Christine Blachère-Lopez, from the Ecole des Mines d'Alès.
Dans les secteurs 4 et 12 ne comportant que du gel nutritif et servant de secteur de référence, aucune colonie bactérienne ne s'est développée.In areas 4 and 12 containing only nutrient gel and serving as a reference area, no bacterial colony has developed.
Dans les secteurs 1 et 9 des boites contenant des échantillons 44.1 de silice pure (support non modifié) exposés à la lumière solaire, respectivement 21 et 6 colonies bactériennes référencées 53 se sont développées en 20 heures d'incubation. Dans les secteurs 3 et 11 contenant des échantillonsIn sectors 1 and 9 of the plates containing samples 44.1 of pure silica (unmodified support) exposed to sunlight, respectively 21 and 6 bacterial colonies referenced 53 developed in 20 hours of incubation. In sectors 3 and 11 containing samples
43.2 de composite selon l'invention exposés à la lumière solaire, seulement une colonie de bactérie 53 s'est développée.43.2 of composite according to the invention exposed to sunlight, only a colony of bacteria 53 has developed.
Dans les secteurs 2 et 10 contenant les échantillons 43.1 de composite selon l'invention exposés à l'irradiation UV- A, aucune colonie bactérienne ne s'est développée.In sectors 2 and 10 containing the composite samples 43.1 according to the invention exposed to UV-A irradiation, no bacterial colony has developed.
Autrement dit, 27 colonies (21+6) se sont développées sur les surfaces des échantillons 44.1 non stérilisateurs contre une seule sur les surfaces des échantillons 43.1 et 43.2 du produit selon l'invention. Ces données montrent que les structures composites amorphes de TiC>2 selon l'invention manifestent une capacité importante de stérilisation tant sous l'irradiation artificielle (UV « black light », λ = 365 nm) que sous la lumière solaire.In other words, 27 colonies (21 + 6) developed on the surfaces of the non-sterilizing samples 44.1 against a single one on the surfaces of samples 43.1 and 43.2 of the product according to the invention. These data show that the amorphous composite structures TiC> 2 according to the invention show a significant capacity for sterilization both under artificial irradiation (UV "black light", λ = 365 nm) that under sunlight.
Ces produits actifs peuvent donc être conçus pour l'abattement photocatalytique de composés organiques volatils d'une gamme très large, à condition que leurs concentrations initiales ne dépassent pas certaines limites (par exemple, pour la phase gazeuse - 3-r5 ppm ; ce cas correspond au conditionnement de gaz dans des espaces confinés) . Mais ces produits peuvent également être conçus en tant que produits actifs pour la protection collective et individuelle contre la contamination biologique.These active products can therefore be designed for the photocatalytic abatement of volatile organic compounds of a very wide range, provided that their initial concentrations do not exceed certain limits (for example, for the gaseous phase - 3-r5 ppm, this case corresponds to the conditioning of gas in confined spaces). But these products can also be designed as active products for collective and individual protection against biological contamination.
Un autre domaine d'application pour les photocatalyseurs composite amorphe selon l'invention peut être le traitement d'effluents liquides. Une recherche préliminaire a été menée pour démontrer l'intérêt d'application des produits proposés pour la purification photocatalytique de l'eau contaminée par des composés organiques en solution.Another field of application for amorphous composite photocatalysts according to the invention may be the treatment of liquid effluents. Preliminary research was conducted to demonstrate the application of the proposed products for the photocatalytic purification of water contaminated with organic compounds in solution.
Ainsi, la figure 8 montre des représentations graphiques d'une dégradation photocatalytique de l'acétone et l'éthanol dans une phase liquide à l'aide des composites actifs à base de TiO2 amorphe sous la lumière solaire.Thus, FIG. 8 shows graphical representations of a photocatalytic degradation of acetone and ethanol in a liquid phase using active composites based on amorphous TiO 2 under sunlight.
Une courbe 55 comportant des triangles représente le rendement de dégradation de l'acétone, tandis qu'une courbe 56 comportant des carrés représente le rendement de dégradation de l'éthanol.A curve 55 with triangles represents the degradation yield of acetone, while a curve 56 with squares represents the degradation yield of ethanol.
Pour obtenir ces courbes 55 et 56, deux échantillons liquides de 25mL en volume contenant 25mg/L d'acétone et d'éthanol dans l'eau ont été mis en contact avec deux échantillons composites S-1T-070504 (échantillon N03 dans le tableau 2) dont les masses étaient de 1,1g. Deux échantillons liquides identiques ont été mis au contact avec deux échantillons de 1,1g de silice pure. Quatre boites de Pétri ont été utilisées en tant que récipients. Les mélanges ont été exposés à la lumière solaire, dans des conditions statiques, pendant 2 jours.To obtain these curves 55 and 56, two liquid samples of 25 mL by volume containing 25 mg / L of acetone and ethanol in water were brought into contact with two composite samples S-1T-070504 (sample N 0 3 in Table 2) with masses of 1.1g. Two identical liquid samples were contacted with two samples of 1.1 g of pure silica. Four petri dishes were used as containers. The mixtures were exposed to sunlight under static conditions for 2 days.
Les pertes en acétone et en éthanol lors de leur dégradation photocatalytique, tenant compte des pertes dues à 1'évaporâtion ont été contrôlées par la méthode chromatographique. Les rendements de dégradation des produits organiques en solution ont été calculés comme les différences entre leurs concentrations restant dans les récipients contenant la silice pure (CSi02) et leurs concentrations dans les récipients avec les composites photocatalytiques (CPhOto) ι par rapport aux valeurs deThe losses of acetone and ethanol during their photocatalytic degradation, taking into account the losses due to evaporation, were checked by the chromatographic method. The degradation yields of the organic products in solution were calculated as the differences between their concentrations remaining in the containers containing the pure silica (C S i02) and their concentrations in the containers with the photocatalytic composites (C P h O to) ι by compared to the values of
CsiO2•• CsiO2
Les premiers prélèvements ont été effectués dans une pièce obscure, avant l'exposition directe des échantillons au soleil. Ainsi les points à 1OhOO et à HhOO du premier jour d'essai présentent un rendement négligeable.The first samples were taken in a dark room, before direct exposure of the samples to the sun. Thus the points at 100hOO and HhOO of the first day of the test have a negligible yield.
Ensuite, les récipients couverts par des plaques de verre ont été sortis de la pièce obscure sur une terrasse ensoleillée. Sur les courbes de rendement 55 et 56, deux pics 57 et 58 correspondent à l'heure d'ensoleillement maximum (14h- 16h) . En deux jours d'essai, les solutions d'acétone et d'éthanol dans les récipients contenant les échantillons photocatalytiques ont été complètement dégradées.Then, the containers covered by glass plates were taken out of the dark room on a sunny terrace. On the yield curves 55 and 56, two peaks 57 and 58 correspond to the maximum sunshine time (14h-16h). In two days of testing, the acetone and ethanol solutions in the containers containing the photocatalytic samples were completely degraded.
Les variantes et extensions de l'invention peuvent donc être envisagées, au moins dans le domaine du traitement de l'eau notamment pour sa purification et sa stérilisation; ainsi que dans le domaine de protection collective et individuelle contre la contamination biologique avec par exemple la réalisation de dispositifs de conditionnement de l'air dans les établissements hospitaliers, la réalisation de vêtements et d'outils auto-stérilisateurs...The variants and extensions of the invention can therefore be envisaged, at least in the field of water treatment, in particular for its purification and sterilization; as well as in the field of collective and individual protection against biological contamination with for example the realization of air conditioning devices in hospitals, the production of clothes and self-sterilizing tools ...
Ces matériaux photocatalytiques selon l'invention peuvent être mis en œuvre sur des supports divers (céramique poreuse, verre, carton-papier, textile, etc.) . BIBLIOGRAPHIEThese photocatalytic materials according to the invention can be used on various supports (porous ceramic, glass, cardboard, textile, etc.). BIBLIOGRAPHY
[1] John Wiley & Sons, (1997), Heterogeneous Photocatalysis, Hardcover; [2] www.degussa.com;[1] John Wiley & Sons, (1997), Heterogeneous Photocatalysis, Hardcover; [2] www.degussa.com;
[3] I. Nakamura, N. Negishi, S. Kutsuna, T. Ihara, S.[3] I. Nakamura, N. Negishi, S. Kutsuna, T. Ihara, S.
Sugihara, K. Takeuchi, (2000) , Rôle of oxygen vacancy in the plasma-treated TiC>2 photocatalyst with visible light activity for NO removal, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 161, 205-212;Sugihara, K. Takeuchi, (2000), Role of oxygen vacancy in the plasma-treated TiC 2 photocatalyst with visible light activity for NO removal, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 161, 205-212;
[4] Robert D., Piscopo A., Heintz 0., Weber J.V., (1999) , Photocatalytic detoxification with TiC>2 supported on glass-fibre by using artificial and natural light, Catalysis Today, 54, 291-296; [5] Tae-Hyun Kim, Sohn B.H., (2002), Photocatalytic thin fimls containing TiC>2 nanoparticules by the layer-by-layer self-assembling method, Applied Surface Science, 201, 109-114;[4] Robert D., A. Piscopo, Heintz O., Weber JV, (1999), Photocatalytic detoxification with TiC 2 supported on glass-fiber by using artificial and natural light, Catalysis Today, 54, 291-296; [5] Tae-Hyun Kim, Sohn BH, (2002), Photocatalytic Thin Films Containing TiC> 2 Nanoparticles by the layer-by-layer self-assembly method, Applied Surface Science, 201, 109-114;
[6] V. Jokanovi, A. M. Spasi, D. Uskokovi, (2004), Designing of nanostructured hollow TiC>2 sphères obtained by ultrasonic spray pyrolysis, Journal of Colloid and Interface Science, 278, 342-352;[6] V. Jokanovi, AM Spasi, D. Uskokovi, (2004), Designing of nanostructured hollow TiC> 2 spheres obtained by ultrasonic spray pyrolysis, Journal of Colloid and Interface Science, 278, 342-352;
[7] T. Matsumea, T. Hanabusab, Y. Ikeuchi, (2002), The structure of TiN films deposited by arc ion plating, Vacuum, 66, 435-439; [8] Ying Ma, Jian-bin Qiu, Ya-an Cao, Zi-shen Guan,[7] T. Matsumea, T. Hanabusab, Y. Ikeuchi, (2002), The structure of TiN films deposited by arc plating, Vacuum, 66, 435-439; [8] Ying Ma, Jian-bin Qiu, Ya-year Cao, Zi-shen Guan,
Jian-nian Yao, (2001) Photocatalytic activity of TiC>2 fims grown on différent substrates, Chemosphere, 44, 1087-1092;Jian-nian Yao, (2001) Photocatalytic activity of TiC> 2 fungi grown on different substrates, Chemosphere, 44, 1087-1092;
[9] N. Kaliwoh, J.-Y.Zhang, I.W. Boyd, (2002), Surfaces Coating technologies, 125, 424; [10] Lecheng L., Hiu Ping Chu, Xijun Hu, Po-Lock Yue,[9] N. Kaliwoh, J.-Y.Zhang, I.W. Boyd, (2002), Surfaces Coating technologies, 125, 424; [10] Lecheng L., Hiu Ping Chu, Xijun Hu, Yue Po-Lock,
(1999) , Préparation of heterogeneous photocatalyst (TiC>2/Alumina) by metallo-organic chemical vapour déposition, Ind. Eng. Res., 38, 3381-3385; [11] M. Karches, M. Morstein, P.R. Von Rohr et al., (2002), Plasma-CVD Coated Glass Beds as Photocatalyst for Water Decontamination, Catalysis Today, 72, 267-279;(1999), Preparation of heterogeneous photocatalyst (TiC 2 / Alumina) by metallo-organic chemical vapor deposition, Ind. Eng. Res., 38, 3381-3385; [11] M. Karches, M. Morstein, PR Von Rohr et al., (2002), Plasma-CVD Coated Glass Beds as Photocatalyst for Water Decontamination, Catalysis Today, 72, 267-279;
[12] M.D. Stamate, (2000), Dielectric properties of TiO2 thin films deposited by a DC magnetron sputtering System, Thin Solid Films, 372, 246-249;[12] M. D. Stamate, (2000), Dielectric properties of TiO2 thin films deposited by DC magnetron sputtering system, Thin Solid Films, 372, 246-249;
[13] E. Ogino, K. Mori, Y. Kijima et al., (2001), Multilayer Structure and Process for Producing the Same, EP- 1068899; [14] J.Y. Zhang, I.W. Boyd, (2002), Structural and electrical properties of tantalum oxide films grown by photo- assisted pulsed laser déposition, Applied Surface Science, 80, 40-44;[13] E. Ogino, K. Mori, Y. Kijima et al., (2001), Multilayer Structure and Process for Producing the Same, EP-1068899; [14] J.Y. Zhang, I.W. Boyd, (2002), Structural and electrical properties of tantalum oxide films by photo-assisted pulsed laser deposition, Applied Surface Science, 80, 40-44;
[15] H. Yumoto, S. Matsudo, K. Akashi, (2002), Photocatalytic décomposition of NOx on TiO2 films prepared by arc ion plating, Vacuum, 65, 509-514;[15] H. Yumoto, S. Matsudo, K. Akashi, (2002), Photocatalytic Decomposition of NOx on TiO2 Films Prepared by Arcion Plating, Vacuum, 65, 509-514;
[16] S. Masami, (2000), Air Cleaner, Patent of Japan 2000334268 ;[16] S. Masami, (2000), Air Cleaner, Patent of Japan 2000334268;
[17] A.A. Malygin, M.O. Bashkin, A.B. Emelyanov et al., (1993), 5th European Congress on application of surface and interface analysis (Catania - Sicily, Italy) , 313;[17] AA Malygin, MO Bashkin, AB Emelyanov et al., (1993), 5 th European Congress on Surface Application and Interface Analysis (Catania - Sicily, Italy), 313;
[18] T. Suntala, (1989), Mater. Sci. Rep., 4, 261 ;[18] T. Suntala, (1989), Mater. Sci. Rep., 4, 261;
[19] H. Noller, J.M. Parera, (1981), Active sites in catalysis. An approach based on coordination chemistry, J. Res. Inst.Catal. Hokkaido Univ., 29, N02, 95-112;[19] H. Noller, JM Parera, (1981), Active sites in catalysis. An approach based on coordination chemistry, J. Res. Inst.Catal. Hokkaido Univ., 29, N 0 2, 95-112;
[20] A. Evstratov, (2001) , Incinération économique de composés organiques volatiles (COV) à l'aide des catalyseurs d'oxydes aux propriétés superficielles optimisées, Récents Progrès en Génie des Procédés, 15, 309-317 ; [21] K. Rajeshwar, (1996) , Photochemical stratégies for abating environmental pollution, Chemistry and Industry, 454-458; [20] A. Evstratov, (2001), Economic Incineration of Volatile Organic Compounds (VOCs) Using Oxide Catalysts with Optimized Surface Properties, Recent Progress in Process Engineering, 15, 309-317; [21] K. Rajeshwar, (1996), Photochemical Strategies for Abating Environmental Pollution, Chemistry and Industry, 454-458;

Claims

15441 FR15441 EN
21 REVENDICATIONS21 CLAIMS
1 - Produit composite comprenant un composant photocatalytique en état amorphe fixé sur un support, caractérisé en ce que ce support est un support actif destiné à protéger contre une recombinaison rapide des porteurs de charges libres, électrons et trous positifs, apparaissant dans le composant photocatalytique lors de son excitation lumineuse.1 - Composite product comprising a photocatalytic component in an amorphous state fixed on a support, characterized in that this support is an active support intended to protect against rapid recombination of free charge carriers, electrons and positive holes, occurring in the photocatalytic component during from his bright excitement.
2 - Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant photocatalytique est du dioxyde de titane.2 - Product according to claim 1, characterized in that the photocatalytic component is titanium dioxide.
3 - Produit selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le composant photocatalytique prend la forme de nano- ou de microagrégats.3 - Product according to one of claims 1 to 2, characterized in that the photocatalytic component takes the form of nano- or microaggregates.
4 - Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support actif fonctionne en tant qu'une source d'un champ électrique extérieur pour la séparation forcée des porteurs de charges libres et l'immobilisation d'un premier type des porteurs, électrons ou trous positifs, à la faveur de l'autre.4 - Product according to claim 1, characterized in that the active support operates as a source of an external electric field for the forced separation of free charge carriers and the immobilization of a first type of carriers, electrons or positive holes, favoring each other.
5 - Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support actif fonctionnant grâce à ses propres capacités électroniques consistant en des capacités donneur ou accepteur, avec ou sans ajouts de composants complémentaires, se substitue par son fonctionnement au rôle de la zone interdite observable dans les structures photocatalytiques cristallines.5 - Product according to claim 1, characterized in that the active support operating by virtue of its own electronic capabilities consisting of donor or acceptor capabilities, with or without additions of complementary components, is substituted by its operation to the role of the prohibited area observable in crystalline photocatalytic structures.
6 - Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase active du support comporte des composés accepteurs à l'acidité de Lewis forte, tels que la silice, l'alumine activée, le phosphate d'aluminium, l'oxyde de zirconium, seuls ou en compositions.6 - Product according to claim 1, characterized in that the active phase of the support comprises acceptor compounds with strong Lewis acidity, such as silica, activated alumina, aluminum phosphate, zirconium oxide , alone or in compositions.
7 - Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase active du support est constituée de composés donneurs, tels que des métaux..7 - Product according to claim 1, characterized in that the active phase of the support consists of donor compounds, such as metals.
8 - Utilisation du produit selon l'une des revendications 1 à 5 pour la purification et le conditionnement chimique de gaz ou de liquides contaminés et/ou pour la stérilisation de ces gaz ou liquides contaminés. 8 - Use of the product according to one of claims 1 to 5 for purification and conditioning contaminated gases or liquids and / or for the sterilization of such contaminated gases or liquids.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105916679B (en) * 2014-07-10 2018-06-26 揖斐电株式会社 Decorative panel
FR3030311B1 (en) * 2014-12-19 2022-03-11 Razvan Vasile Garban METHOD AND REACTOR FOR PRODUCING A PHOTOCATALYTIC MEDIA AND ITS USE IN A FLUIDIZED BED
US9650265B2 (en) * 2015-03-04 2017-05-16 Claire Technologies, Llc Disinfection compositions and methods
CN105148891A (en) * 2015-07-18 2015-12-16 常州大学 Congo red decoloriser for treating textile printing and dyeing wastewater
US11623211B2 (en) * 2019-04-26 2023-04-11 The Regents Of The University Of California Template-free tuned light driven photocatalyst and method

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2377315A (en) * 1943-05-17 1945-06-05 Bucyrus Erie Co Hitch for trailers
US5335219A (en) * 1991-01-18 1994-08-02 Ovshinsky Stanford R Homogeneous composition of microcrystalline semiconductor material, semiconductor devices and directly overwritable memory elements fabricated therefrom, and arrays fabricated from the memory elements
JPH04305290A (en) * 1991-03-30 1992-10-28 Shinshu Ceramics:Kk Method for preventing and removing reddish water using thermally sprayed photocatalyst function material
JP3499585B2 (en) * 1993-09-21 2004-02-23 日揮ユニバーサル株式会社 Ethylene decomposition photocatalyst
JP3384930B2 (en) * 1996-05-16 2003-03-10 日新製鋼株式会社 Method for producing photocatalyst-coated metal plate
ES2197649T3 (en) * 1998-08-26 2004-01-01 Exxonmobil Chemical Patents Inc. HIGHLY ACTIVE SUPPORTED CATALYTIC COMPOSITIONS.
JP3375065B2 (en) * 1999-05-27 2003-02-10 株式会社セイスイ Air cleaner
JP2001025666A (en) * 1999-07-14 2001-01-30 Nippon Sheet Glass Co Ltd Laminate and its production
JP3622585B2 (en) * 1999-08-05 2005-02-23 日本板硝子株式会社 Articles having photocatalytic activity
EP1205244B1 (en) * 1999-08-05 2012-05-02 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Use of a photocatalytic material
AU2001241144A1 (en) * 2000-03-22 2001-10-03 Nippon Sheet Glass Co. Ltd. Substrate with photocatalytic film and method for producing the same
JP3372527B2 (en) * 2000-05-17 2003-02-04 株式会社村上開明堂 Composite
JP4665221B2 (en) * 2000-06-01 2011-04-06 日本カーリット株式会社 Titanium dioxide photocatalyst carrier and production method thereof
JP3484470B2 (en) * 2000-07-24 2004-01-06 独立行政法人産業技術総合研究所 Film material with photocatalytic function
JP2003049265A (en) * 2001-08-08 2003-02-21 Toto Ltd Film deposition method for photocatalytic titanium dioxide film
CN101695655B (en) * 2001-11-29 2012-11-21 芝浦机械电子装置股份有限公司 Apparatus for producing photocatalyst
FR2838735B1 (en) * 2002-04-17 2005-04-15 Saint Gobain SELF-CLEANING COATING SUBSTRATE
JP2004066549A (en) * 2002-08-02 2004-03-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Layered structure, its manufacturing method, lithographic printing plate material, its manufacturing method, and printing machine
CN1218634C (en) * 2002-04-30 2005-09-14 香港中文大学 Method of preparing mesoporous titanium dioxide film with high disinfecting photoactivity
JP2004255332A (en) * 2003-02-27 2004-09-16 Ichikoh Ind Ltd Visible light response type photocatalyst
US7205595B2 (en) * 2004-03-31 2007-04-17 Intel Corporation Polymer memory device with electron traps
US7303607B2 (en) * 2004-06-14 2007-12-04 Air Products And Chemicals, Inc. Liquid media containing Lewis acidic reactive compounds for storage and delivery of Lewis basic gases
US7641820B2 (en) * 2006-04-26 2010-01-05 Industrial Technology Research Institute Nano compounds and organic memory devices comprising the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2006064168A1 *

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