EP3393648A1 - Spiral-shaped photoreactor - Google Patents

Spiral-shaped photoreactor

Info

Publication number
EP3393648A1
EP3393648A1 EP16794572.4A EP16794572A EP3393648A1 EP 3393648 A1 EP3393648 A1 EP 3393648A1 EP 16794572 A EP16794572 A EP 16794572A EP 3393648 A1 EP3393648 A1 EP 3393648A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
photocatalyst
photoreactor
plate
spiral
wound plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16794572.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Elena Sanz
Sebastien Gonnard
Antoine Fecant
Florent Guillou
Cyprien CHARRA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of EP3393648A1 publication Critical patent/EP3393648A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122Incoherent waves
    • B01J19/127Sunlight; Visible light
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122Incoherent waves
    • B01J19/123Ultra-violet light
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2415Tubular reactors
    • B01J19/243Tubular reactors spirally, concentrically or zigzag wound
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • C02F1/325Irradiation devices or lamp constructions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/725Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18Stationary reactors having moving elements inside
    • B01J19/1812Tubular reactors
    • B01J19/1831Tubular reactors spirally, concentrically or zigzag wound
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00788Three-dimensional assemblies, i.e. the reactor comprising a form other than a stack of plates
    • B01J2219/00792One or more tube-shaped elements
    • B01J2219/00795Spiral-shaped
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819Materials of construction
    • B01J2219/00822Metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819Materials of construction
    • B01J2219/00833Plastic
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819Materials of construction
    • B01J2219/00835Comprising catalytically active material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00851Additional features
    • B01J2219/00858Aspects relating to the size of the reactor
    • B01J2219/0086Dimensions of the flow channels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00925Irradiation
    • B01J2219/00934Electromagnetic waves
    • B01J2219/00936UV-radiations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00925Irradiation
    • B01J2219/00934Electromagnetic waves
    • B01J2219/00943Visible light, e.g. sunlight
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/32Details relating to UV-irradiation devices
    • C02F2201/322Lamp arrangement
    • C02F2201/3222Units using UV-light emitting diodes [LED]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00General aspects of water treatment
    • C02F2301/02Fluid flow conditions
    • C02F2301/026Spiral, helicoidal, radial
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/10Photocatalysts

Definitions

  • the present invention relates to a photoreactor and more particularly to a spiral geometry photoreactor that can be used in a wide variety of industrial applications, and especially for the treatment (depollution) of air, water, the photocatalytic conversion of a fuel into to increase its octane number, the dehydrogenation of compounds containing an alcohol function, photocatalytic dissociation of water, photochemical cleavage reactions, photocatalytic reduction of carbon dioxide.
  • Photocatalysis allows interesting chemical reactions stimulated by light in the presence of a photocatalyst.
  • One of the problems with this approach is the design of the reactor, which must allow a large exchange surface between the reaction medium and the catalyst, a high light transmission, and a low pressure drop in the case of continuous reactors.
  • a problem is to have a large illuminated exchange surface between the photocatalyst and the reaction medium.
  • the finely divided photocatalyst is suspended in the charge to be treated.
  • bubble column type reactor or "slurry bubble column” according to English terminology, or "slurry” in a simplified expression.
  • this type of reactor allows a larger contact area between the photocatalyst and the charge but also a better penetration of light within the catalytic bed with respect to a stack of photocatalyst grains (Lim and al., Chemosphere 54, 2004, 305-312: "tricholoroethylene degradation by photocatalysis in annular flow and annulus fluidized bed photoreactors").
  • the disadvantage of this type of reactor is the need for a step of separation of the photocatalyst downstream of the reactor, which can be made difficult because of the nature of the photocatalyst, in the form of a nanometric powder .
  • the separation of nanoscale particles of photocatalyst is a difficult step and very expensive, said particles also tend to form agglomerates.
  • the so-called shielding effect of the particles in suspension considerably reduces the irradiation of the photocatalyst suspended in the charge.
  • the photocatalyst is fixed on a support.
  • the photocatalyst is coated on a wall of the reactor, or on internals of the reactor. In this type of configuration, the material transfer limitations are greater and the photocatalytic surface ratio on the reactor volume is generally lower.
  • An object of the present invention is to design a reactor, of photoreactor type, which is compact, adjustable according to the type of reaction envisaged in said photoreactor, while comprising a large exchange surface between the reaction medium and the catalyst, and a good light transmission (and therefore better energy efficiency) ..
  • the present invention relates to a spiral-shaped photoreactor comprising at least one plate wound spirally about a central axis (x) and forming at least one spiral-shaped flow channel, wherein said flow channel is connected at least one inlet pipe of a reaction mixture and at least one outlet pipe of said reaction mixture;
  • said flow channel is delimited on the one hand by a face of said plate which comprises a layer of at least one photocatalyst, and on the other hand by the other side of said plate which comprises a medium of emission of photons of wavelength adapted to the activation of said photocatalyst in the presence of said reaction medium in said flow channel.
  • the width of said flow channel is between 0.1 and 500 mm.
  • the photoreactor comprises a first spirally wound plate and a second plate spirally wound around a central axis (x), forming at least two spiral-shaped flow channels, substantially parallel to each other.
  • said first spirally wound plate comprises on at least one of its two faces a layer of at least one photocatalyst
  • said second spirally wound plate comprises on at least one of its two faces opposite the photocatalyst layer means for emitting photons of wavelength suitable for activating said photocatalyst of said first spirally wound plate in the presence of said reaction medium in said flow channel.
  • said first spirally wound plate comprises on both sides a layer of at least one photocatalyst and said second spirally wound plate comprises on both sides a photon emission means of suitable wavelength. activating said photocatalyst of said first spirally wound plate in the presence of said reaction medium in said flow channel.
  • the distance "D" between said first spirally wound plate and said second spirally wound plate is between 0.1 and 500 mm.
  • the thickness of the first spirally wound plate is between 0.01 and 100 mm.
  • the photocatalyst is selected from TiO 2 , CdO, Ce 2 O 3 , CoO, Cu 2 O, Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CuO, PdO, FeTiO 3 , Nn 2 0 3 , NiO, PbO, ZnO, Ag 2 S, CdS, MoS 2 , Ce 2 S 3 , SnS, Cu 2 S, CulnS 2 , In 2 S 3 , ZnS and ZrS 2 .
  • the photocatalyst is doped with one or more ions selected from metal ions, non-metallic ions, or a mixture of metal and non-metallic ions.
  • the photocatalyst further comprises at least one co-catalyst selected from a metal, a metal oxide or a metal sulphide.
  • said photon emission means emits in the ultraviolet and / or visible spectrum.
  • said photon emitting means emits at a nominal wavelength at maximum 50 nm less than the maximum wavelength absorbable by the photocatalyst and produces an irradiation such that at least 50% by number of photons are absorbable by the photocatalyst.
  • the light power density produced by said second spirally wound plate is greater than or equal to 5 kW / m 2 .
  • FIG. 1 is a radial sectional view of the spiral-shaped photoreactor 10 according to a first embodiment according to the invention, the photoreactor comprising a spirally wound plate 40 comprising on one of its two faces a layer 41 of photocatalyst and on the other of its two faces a photon emission means 51.
  • the arrows in black represent the direction of flow of the reaction mixture in the flow channel 30.
  • the flow of the reaction mixture is carried out in the tangential direction relative to the central axis (x) of the photoreactor 10, ie from the center of the photoreactor to its periphery.
  • FIG. 2 is a radial sectional view of the spiral-shaped photoreactor 10 according to another embodiment of the invention, the photoreactor comprising a first spirally wound plate 40 comprising a photocatalyst layer 41 on its two faces and a second spirally wound plate 50 comprising a photon emission means 51 vis-à-vis the photocatalyst layer 41.
  • the layer The black arrows represent the flow direction of the reaction mixture in the flow channels 30 and 31.
  • the photocatalyst and the photon emission means are not shown in FIG. flow of the reaction mixture is carried out in the tangential direction relative to the central axis (x) of the photoreactor 10.
  • FIG. 3 is an enlarged view in radial section of the photoreactor 10 according to FIG. 2 in which the flow channels 30 and 31 are shown, as well as the spiral plates 40 and 50 (two-plate configuration).
  • the plate 40 comprises on each of its two faces a photocatalyst layer and the plates 50 comprise on each of its two faces a photon emission means 51.
  • the arrows in black represent the direction of flow of the reaction mixture in the channels in this figure, the flow of the reaction mixture is made in the tangential direction relative to the central axis (x) of the photoreactor 10.
  • the spiral-shaped photoreactor 10 here comprises a single plate wound in a spiral 40 about a central axis (x) and forming a spiral-shaped flow channel.
  • the flow channel 30 is bounded on the one hand by a surface comprising a photocatalyst layer 41, and on the other by a surface comprising a photon emission means 51 emitting at least one wavelength adapted to the photocatalyst. activating said photocatalyst in the presence of said reaction medium in said flow channel 30.
  • the spiral wound plate 40 comprises on one of its two faces said photocatalyst layer 41 (described in detail below), and the other of its two faces the photon emission means 51 (described in detail below).
  • the flow channel 30 allows the flow of the reaction medium into the photoreactor.
  • the flow channel 30 is connected to at least one inlet pipe and at least one outlet pipe 35 of the reaction medium.
  • the inlet pipe may be located in an axial or radial position or tangential with respect to the central axis (x) of the photoreactor 10.
  • the outlet pipe 35 may be located in an axial or radial or tangential position relative to to the central axis (x) of the photoreactor 10.
  • the dimensions of the openings of the inlet and outlet ducts connected to the flow channel 30 may be chosen such that the flow of the reaction medium in the photoreactor 10 is carried out either in the axial direction or in the direction tangential to the central axis (x) of the photoreactor 10.
  • the direction of flow of the reaction mixture is tangential to relative to the central axis (x) of the photoreactor 10;
  • the flow channel 30 is connected to an inlet duct (not shown in FIG. 1) opening into the center of the photoreactor 10, and is connected to an outlet duct 35 situated at the periphery of the photoreactor 10.
  • the width of the flow channel 30 is between 0.1 and 500 mm, preferably between 1 and 100 mm and even more preferably between 2 and 20 mm .
  • the photoreactor 10 comprises a single spirally wound plate 40
  • said spirally wound plate 40 comprises on one of its two faces a layer 41 of photocatalyst, and on the other of its two faces the photon emission means 51.
  • the spirally wound plate 40 may be made of any material capable of being wound, such as, for example, polymeric materials.
  • the plate may also consist of any rigid material that can withstand the reaction medium to which said plate is subjected, in terms of pressure, temperature, corrosion and abrasion.
  • the spiral wound plate 40 may be formed from the following materials: steel, rigid polymers (such as polypropylene or high density polyethylene), iron, cast iron, fiber special alloys (such as 316L TM stainless steel and AW-3003 TM aluminum alloy).
  • the surface of the spirally wound plate 40 on which the photocatalyst layer 41 is deposited can be textured before making said deposition of the photocatalyst layer 41.
  • Obtaining a textured surface of the spirally wound plate 40 makes it easier to grip and / or support the photocatalyst.
  • the texturing of the surface of said spirally wound plate 40 may be carried out by any method known to those skilled in the art, and for example by the plaster technique (for example "mineral washcoat") or by the addition of texturing elements in the form of a texturizing layer (for example felt, foam, textile, etc.) on the surface of the spirally wound plate 40, or by the introduction of a loose packing or structured in the channels of flows 30 or 31.
  • the photocatalyst layer 41 may be deposited either directly on said spirally wound plate 40 or on the textured surface of the spiral wound plate 40, as previously described, by any method known to those skilled in the art, and for example by :
  • dip-coating according to the English terminology
  • spin coating according to the English terminology
  • the surface of the layer 41 of photocatalyst deposited on the spirally wound plate 40 may be perfectly smooth, be rough or may have reliefs, for example of the chevron type, adapted so as to promote the mixing of the reaction medium and to increase transferring the reactants from said reaction medium to the surface of the spirally wound plate 40 comprising the photocatalyst layer 41
  • the thickness of the photocatalyst layer 41 can be between 1 nm and 10 mm, preferably between 1 ⁇ and 1 mm , and even more preferably between 10 and 500 ⁇ .
  • the total thickness of the spirally wound plate 40 comprising the photocatalyst layer 41 is between 0.01 and 100 mm, preferably 0.01 and 20 mm, and more preferably between 0.1 and 5 mm.
  • the photocatalyst layer 41 comprises at least one inorganic, organic or hybrid organic-inorganic semiconductor, supported or not on a non-semiconductor matrix.
  • the band gap width of inorganic, organic or hybrid organic-inorganic semiconductor is generally between 0.1 and 4 eV.
  • the photocatalyst layer 41 comprises at least one inorganic semiconductor.
  • the inorganic semiconductor may be one or more selected from one or more Group IVA elements, such as silicon, germanium, silicon carbide or silicon-germanium. It may also be composed of elements of groups NIA and VA, such as GaP, GaN, InP and InGaAs, or elements of groups MB and VIA, such as CdS, ZnO and ZnS, or elements of groups IB and VIIA, such as CuCl and AgBr, or elements of groups IVA and VIA, such as PbS, PbO, SnS and PbSnTe, or elements of groups VA and VIA, such as Bi 2 Te 3 and Bi 2 0 3 , or elements of groups MB and VA, such as Cd 3 P 2 , Zn 3 P 2 and Zn 3 As 2 , or elements of groups IB and VIA, such as CuO, Cu 2 0 and Ag 2 S, or elements of groups VIIIB and VIA
  • the photocatalyst is selected from TiO 2 , CdO, Ce 2 O 3 , CoO, Cu 2 O, Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CuO, PdO, FeTiO 3 , In 2 0 3 , NiO, PbO, ZnO, Ag 2 S, CdS, MoS 2 , Ce 2 S 3 , SnS, Cu 2 S, CulnS 2 , In 2 S 3 , ZnS and ZrS 2 .
  • the photocatalyst layer 41 comprises at least one organic semiconductor.
  • the organic semiconductors mention may be made of tetracene, anthracene, polythiophene, polystyrene sulphonate and fullerenes.
  • the photocatalyst layer 41 comprises at least one hybrid organic-inorganic semiconductor.
  • organic-inorganic hybrid semiconductors mention may be made of crystalline solids of the MOF type (for Metal Organic Frameworks according to the English terminology).
  • the MOFs consist of inorganic subunits (transition metals, lanthanides, etc.) connected to each other by organic ligands (carboxylates, phosphonates, imidazolates, etc.), thus defining crystallized hybrid networks, sometimes porous.
  • the photocatalyst may optionally be doped with one or more ions selected from metal ions, such as, for example, ions of V, Ni, Cr, Mo, Fe, Sn, Mn, Co, Re, Nb, Sb, La, Ce, Ta, Ti, non-metallic ions, such as for example C, N, S, F, P, or by a mixture of metallic and non-metallic ions.
  • metal ions such as, for example, ions of V, Ni, Cr, Mo, Fe, Sn, Mn, Co, Re, Nb, Sb, La, Ce, Ta, Ti
  • non-metallic ions such as for example C, N, S, F, P, or by a mixture of metallic and non-metallic ions.
  • the photocatalyst may contain in addition to the semiconductor at least one co-catalyst.
  • the cocatalyst can be any metal, metal oxide or metal sulfide.
  • the cocatalyst is preferably in contact with at least one constituent semiconductor of the photocatalyst.
  • the metals mention may be made, for example, of Pt, Au, Pd, Ag, Cu, Ni, Rh and Nr.
  • the metal oxides mention may be made, for example, of Cr 2 O 3 , NiO, Pt0 2 , Ru0 2 , Ir0 2 , CuO, Mn 2 0 3 .
  • the metal sulphides mention may be made, for example, of MoS 2 , ZnS, Ag 2 S, PtS 2 , RuS 2 and PbS.
  • the photocatalyst can be deposited on a non-activatable support by close UV irradiation (wavelength irradiation up to 280 nm).
  • This support is either an electrical insulator, such as for example Al 2 0 3 , Si0 2 and Zr0 2 , or an electrical conductor such as for example carbon black, carbon nanotubes and graphite.
  • the mode of synthesis of the photocatalyst may be any synthesis mode known to those skilled in the art and adapted to the desired photocatalyst.
  • the mode of adding possible cocatalysts can be done by any method known to those skilled in the art.
  • the cocatalyst is introduced by dry impregnation, excess impregnation or by photo-deposition.
  • the photocatalyst layer 41 is activated by the direct or indirect radiation of a photon emission means.
  • Photocatalysis is based on the principle of activation of a semiconductor, or photocatalyst, using the energy provided by the irradiation.
  • Photocatalysis can be defined as the absorption of a photon whose energy is greater than the forbidden bandgap or "bandgap" according to the English terminology between the valence band and the conduction band, which induces the forming an electron-hole pair in the semiconductor. We therefore have the excitation of an electron at the level of the conduction band and the formation of a hole on the valence band.
  • Each photocatalyst has a difference in energy between its conduction band and its valence band, or "bandgap", which is its own.
  • a photocatalyst can be activated by the absorption of at least one photon.
  • Absorbable photons are those whose energy is greater than the bandgap, the photocatalyst.
  • the photocatalysts can be activated by at least one photon of a wavelength corresponding to the energy associated with the bandgap width of the photocatalyst or of a lower wavelength.
  • the maximum wavelength absorbable by the photocatalyst is calculated using the following equation:
  • the spiral-shaped plate 40 comprises on the other of its two faces a photon emission means 51.
  • the photon emitting means 51 emits at least one wavelength suitable for activating said photocatalyst, that is to say absorbable by the photocatalyst.
  • the photon emission means may for example use a natural irradiation source such as natural solar radiation or an artificial irradiation source such as laser, Hg, incandescent lamp, fluorescent tube, plasma or light emitting diode (LED , or LED in English for Light-Emitting Diode).
  • a natural irradiation source such as natural solar radiation
  • an artificial irradiation source such as laser, Hg, incandescent lamp, fluorescent tube, plasma or light emitting diode (LED , or LED in English for Light-Emitting Diode).
  • the photon emission means uses an artificial irradiation source.
  • the photon emitting means emits radiation of which at least a portion of the wavelengths is less than the maximum absorbable wavelength (A max ) by the photocatalyst.
  • the photon emitting means generally emits in the ultraviolet and / or visible spectrum, i.e. it emits a wavelength range greater than 280 nm, preferably 315 to 800 nm.
  • the photon emission means uses a monochromatic irradiation source.
  • monochromatic irradiation source is meant a source producing photons at a given wavelength, also called the nominal wavelength.
  • the irradiation source is preferably of the laser type.
  • the photon emission means uses an irradiation source producing photons in a wavelength range of plus or minus 50 nm, preferably of plus or minus 20 nm, with respect to the nominal wavelength.
  • the photon emission means is preferably of the light emitting diode type (LED, or LED in English for Light-Emitting Diode).
  • One or more photon emission means can be used.
  • the photon emission means can be centralized, as in the case of a single laser.
  • the photon emission means may be dispersed, as in the case of a multitude of light-emitting diodes.
  • the photon emission means 51 emits a photon flux which irradiates the reaction medium containing the photocatalyst.
  • the interface between the reaction medium and the light source varies depending on the applications and the nature of the light source.
  • the irradiation source used by the photon emission means can thus be located outside the reactor, the interface between the two is then made by means of an optical waveguide as for example optical fiber.
  • This variant is particularly indicated in the case of a laser source and this especially as the power of the source is large.
  • the irradiation source used by the emission means is located in the reactor, preferably near the photocatalyst to limit losses.
  • This implementation is for example adapted to the use of LEDs.
  • the arrangement of the sources or waveguides will generally be preferred so as to maximize the surface of the interface between the photon emission means and the reaction medium per unit volume of photoreactor.
  • the power of the source is such that it is greater than the objective of conversion of the load in terms of the reaction energy affected by the electrical efficiency of the source, namely the ratio of the irradiation power emitted by the source on the electric power required to generate it, the quantum efficiency, namely the ratio between the catalytic acts induced by photocatalysis and the number of photons absorbed by the photocatalyst affected stoichiometric coefficients of the photocatalyzed reaction and an optical yield taking into account the dispersion of the irradiation between the source and the photocatalyst, for example due to the absorbing nature of the solvent and the optical interfaces or when conducting the irradiation in a waveguide.
  • the energy efficiency of the light source is defined by the following equation: luminous flow
  • the energy efficiency of the photon emission means is preferably greater than 20%, more preferably greater than 30%.
  • the photon emission means 51 preferably emits radiation whose wavelength is adapted to the activation of the photocatalyst.
  • a photon emission means is used which emits at a nominal wavelength at a maximum of 50 nm less, preferably at most 20 nm below, at the maximum wavelength. absorbable by the photocatalyst (and therefore greater than the energy corresponding to the band gap) and which produces an irradiation such that at least 50% by number of photons are absorbable by the photocatalyst.
  • the photon emission means emits preferably irradiation between 370 and 390 nm.
  • the irradiation generated is such that at least 50% by number of photons, preferably at least 80%, preferably at least 90%, very preferably at least 95% by number of photons are absorbable. by the photocatalyst.
  • at least 50% of the photons, preferably at least 80%, preferably at least 90%, very preferably at least 95% of the photons have an energy greater than or equal to the forbidden band width of said photocatalyst.
  • the light power density is greater than or equal to 5 kW / m 2 , preferably greater than or equal to 15 kW / m 2 .
  • the spiral-shaped photoreactor 10 comprises two parallel spiral-wound plates 40 and 50, ie about the same central axis (x).
  • the first spiral wound plate 40 and the second spiral wound plate 50 thus form two spiral-shaped flow channels 30 and 31 substantially parallel to one another.
  • the first spiral wound plate 40 comprises on its surface (ie on both sides) a layer 41 of photocatalyst
  • the second spiral wound plate 50 comprises on its surface (ie on both sides) a photon emitting means 51 emitting at least one wavelength adapted to activating said photocatalyst of said first spirally wound plate 40 in the presence of the reaction mixture in the flow channels 30 and 31.
  • the nature and function of the photocatalyst deposited in layer 41 on the first spiral wound plate 40 and the nature and function of the photon emitting means 51 deposited on the second spiral wound plate 50 are identical to those mentioned in the context of the first embodiment according to the invention.
  • the first spiral wound plate 40 may comprise on at least one of its two faces a layer 41 of photocatalyst and on the other side a means of emission of photons 51
  • the second spirally wound plate 50 may comprise on one of its two faces on its surface a photon emission means 51 and on the other of its two faces a layer 41 of photocatalyst, it being understood that each flow channel is delimited on the one hand by a surface comprising a layer 41 of at least one photocatalyst, and on the other hand by a surface comprising a photon emission means 51.
  • the flow channels 30 and 31 allow the flow of the reaction medium in the photoreactor 10.
  • the flow channels 30 and 31 are connected to at least one inlet line and at least one outlet line to the reaction medium.
  • the inlet and outlet ducts of the flow channels 30 and 31 may be identical, ie a single inlet duct may feed the flow channels 30 and 31 of the photoreactor 10 of a reaction mixture and a single duct of outlet 35 can recover the reaction mixture from the flow channels 30 and 31 of the photoreactor 10.
  • the inlet and outlet ducts may be located in an axial or radial position or tangential to the central axis (x) of the photoreactor 10. Furthermore, the dimensions of the openings of said inlet and outlet ducts connected to the flow channels 30 and 31 may be chosen such that the flow of the reaction medium in the photoreactor 10 is carried out either in the axial direction or in the direction tangential with respect to the central axis (x) of the photoreactor 10. In the embodiment illustrated in FIG. 3, the flow channels 30 and 31 are connected to an inlet duct (not shown in FIG. 2) opening into the center of the photoreactor 10, and are connected to an outlet duct. 35 located at the periphery of the photoreactor 10.
  • the distance “D” between the first spiral wound plate 40 and the second spiral wound plate 50 depends on several parameters, namely the type of photocatalytic reaction, the nature of the flowing reaction medium and the flow rate of said reaction medium.
  • the distance "D" between the first plate wound in spiral 40 and the second spirally wound plate 50 is between 0.1 and 500 mm, preferably between 1 and 100 mm and even more preferably between 2 and 20 mm.
  • a spacer can be used to maintain a constant and sufficient distance "D" between the plates 40 and 50, particularly in the case where the spiral shape of the photoreactor is obtained by winding the plates.
  • the spacer may be of alveolar structure to allow the passage of the reaction medium between the plates 40 and 50.
  • the spacer may consist of a continuous material such as a textured pattern (for example a grid).
  • the thickness of the second spiral wound plate 50 is between 0.01 and 100 mm, preferably between 0.05 and 20 mm and even more preferably between 0.5 and 10 mm.
  • the second spiral wound plate 50 may further comprise a waveguide combined with a photon emission means locatable in the center of said second spiral wound plate 50.
  • the second coil plate spiral 50 comprises a waveguide, it may also be to introduce into the photoreactor 10 the radiation of an external radiation source, which may be natural as the sun, or artificial as a laser.
  • the photoreactor according to the invention can be used for producing a photocatalytic reaction for which the residence time of the reaction medium in the photoreactor can be between 0.0001 and 5 hours, preferably between 0.001 and 1 hour, and even more preferably between 0.1 minutes and 15 minutes.
  • a photoreactor 10 makes it possible to overcome a certain number of limitations encountered in most of the photoreactors known from the state of the art (as described above in the state of the art), and allows in particular:
  • a luminous power per unit area very high greater than or equal to 5 kW / m 2 , preferably greater than or equal to 15 kW / m 2 , and even more preferably greater than or equal to 18 kw / m 2 , comparison with conventional UV lamps (of the order of 1 kW / m 2 );
  • the photoreactor according to the invention can be used for any type of photocatalytic reaction, regardless of the number of phases of the reaction medium circulating in the flow channel or channels, and whatever the direction of the flow of the reaction medium.
  • the phase (s) of the reaction medium for example upward and / or downward flow).
  • the photoreactor according to the invention can be used for the implementation of any photochemical reaction.
  • a photochemical reaction at least one of the constitutive reagents of the reaction medium absorbs irradiation and is selectively carried in a metastable excited state. The deactivation processes of this state induce intra and intermolecular rearrangements leading to the products of the reaction.
  • photochemical reactions mention may be made of photo-oxidation or photo-reduction reactions, photo-isomerization of maleic acid, halogenation of hydrogen carbon compounds (such as the bromination of cyclohexane), photolysis of water, photo-polymerization, photo-crosslinking.
  • the photoreactor according to the invention can be used in a step of the process for extracting sulfur compounds from a gasoline type hydrocarbon fraction or from liquefied petroleum gas (LPG) by liquid extraction.
  • liquid with a soda solution known method of the state of the art.
  • a known method consists in carrying out an extraction of the sulfur species using a soda solution circulating in a recycling loop, as described in US 4,081, 354.
  • the sulfur species of mercaptan type dissociate in sodium thiolates in contact with sodium hydroxide.
  • the sodium thiolate loaded sodium hydroxide is oxidized in an oxidation reactor in the presence of a dissolved catalyst, for example based on cobalt phthalocyanine.
  • a dissolved catalyst for example based on cobalt phthalocyanine.
  • sodium thiolate species are converted to disulfides.
  • the soda solution rich in disulfide-type species is brought into contact with a hydrocarbon phase which makes it possible to extract the disulfide-type species and thereby regenerate the soda solution, which can then be reused in the liquid-phase extraction step. liquid.
  • This method however has several disadvantages because the oxidation catalyst circulates together with the aqueous phase of soda throughout the steps of extraction and regeneration of the process, which can pose significant technical and efficiency problems.
  • the use of a photoreactor according to the invention overcomes the drawbacks mentioned above, while being more compact than conventional photoreactors (see Example 2 below). .
  • the efficiency of a photoreactor according to the invention (example 1) and a conventional photoreactor (example 2) are compared.
  • the two reactor configurations are used for a process for regenerating sodium hydroxide from sodium thiolates, according to a photocatalytic oxidation reaction producing sodium hydroxide on the one hand and disulphides of sodium hydroxide. somewhere else.
  • the reactions involved in the reactor are as follows:
  • the electrical power of the photon emission means (for example of a lamp) corresponding to its nominal power (in W);
  • the luminous power (in W also) corresponding to the fraction of the electric power which is effectively transformed into light.
  • the process according to the examples requires the conversion in the presence of air of the thiolate type compounds contained in a soda stream.
  • the total flow rate is 5 m 3 / h
  • the thiolate flow rate to be converted is 0.07 mol / s, with a desired conversion of 97%.
  • the residence time of the reaction medium in the photoreactor must be 5 minutes and 30 seconds.
  • 30% of the photons emitted are useful with a photocatalyst based on rhodium nanoparticles deposited on titanium dioxide (as described in the scientific publication published in Journal of the Chemical Society, Faraday Trans.
  • the necessary light output is 1, 36.10 23 photons / s.
  • the necessary light output is 74.2 kW.
  • the light power necessary for the radiation determines a minimum radiant surface in the reactor, which is more compact as the coefficient k 'will be large.
  • the flow of the reaction mixture in the photoreactor 1 0 is made in the direction tangential to the central axis (x) of the photoreactor 1 0, i.e. from the center of the photoreactor to its periphery.
  • a spiral photoreactor 10 is used according to the second particular embodiment according to the invention in which the photoreactor comprises a first spirally wound plate 40 comprising a layer 41 of photocatalyst based on rhodium nanoparticles deposited on titanium dioxide. and a second spiral wound plate 50 having on its surface a photon emitting means 51 in the form of a set of light-emitting diodes.
  • Each wound spiral plate 40 and 50 has a width of 3.0 m in an effective area of 6.0 m 2 / mi ined area (both sides of each plate wound spiral 40 and 50 are used).
  • the spiral wound plate 50 comprising photon emission means 51 has a thickness of 1.0 cm; the spiral wound plate 40 comprising the photocatalyst layer 41 has a thickness of 0.5 cm.
  • the distance "D" between the two spirally wound plates 40 and 50 is 1.0 cm in order to allow a good diffusion of the light from the photon emission means through the reaction medium to the layer 41 of photocatalyst, while maintaining a useful volume sufficient for the residence time of the reagents.
  • the process according to Example 1 requires converting in the presence of air the thiolate-type compounds contained in a stream of sodium hydroxide.
  • the total flow rate is 5 m 3 / h
  • the thiolate flow rate to be converted is 0.07 mol / s, with a desired conversion of 97%.
  • the residence time of the reaction medium in the photoreactor must be 5 minutes and 30 seconds.
  • the photoreactor according to example 1 must then comprise (by calculation) 46 m 2 of useful area for each spirally wound plate 40 and 50, which corresponds to a photoreactor comprising a winding of 10 turns .
  • V reac tor The total reactor volume (V reac tor) is then 0.88 m 3.
  • the light power (in W) emitted by the light-emitting diodes 51 is here is of the order of 1.6 kW / m 2 .
  • the total area occupied by the light-emitting diodes being 46.0 m 2 , the resulting luminous power is 74.9 kW.
  • the coefficient k '(ie the specific radiant surface) is calculated to be 51.9 m 2 / m 3 .
  • the light output provided by the photoreactor according to the invention (74.9 kW) is greater than the necessary light output (74.2 kW).
  • Example 2 Regeneration step of a sodium-type solvent loaded with sulfur-containing products in an annular classic photoreactor (example not in accordance with the invention)
  • a photoreactor known from the state of the art with an annular arrangement comprising an internal illumination is used.
  • the reactor is composed of two concentric tubes, an outer tube and an inner tube.
  • the outer tube 4.2 cm internal diameter, is coated photocatalyst on its inner surface.
  • the inner tube 2.2 cm in diameter, is made from a UV-transparent material.
  • the reaction medium circulates in the space formed between the two tubes.
  • a lamp of 2.0 cm diameter and the same power area as in Example 1 ie 1.6 kW / m 2
  • the expected total light output is 74.2 kW.
  • the coefficient k '(specific radiant surface) is calculated as 24.4 m 2 / m 3 .
  • the photocatalytic reactor according to the invention (example 1) is thus more than twice as compact as a conventional tubular reactor example 2). Moreover, the radiant surface of the reactor according to the invention is more than two times greater than that of the tubular reactor.

Abstract

The invention relates to a spiral-shaped photoreactor (10) comprising at least one plate (40) wound in a spiral shape about a central axis (x) and forming at least one spiral-shaped flow channel (30), wherein said flow channel (30) is connected to at least one pipe for the intake of a reaction mixture and to at least one pipe (35) for the discharge of said reaction mixture; characterised in that said flow channel (30) is delimited on one side by one face of the plate, which comprises a layer (41) of at least one photocatalyst, and on the other side by the other face of said plate, which comprises a means (51) for emitting photons at a wavelength suitable for activating said photocatalyst in the presence of the reaction medium in the flow channel (30).

Description

PHOTOREACTEUR EN SPIRALE  SPIRAL PHOTOREACTEUR
Domaine technique de l'invention Technical field of the invention
La présente invention concerne un photoréacteur et plus particulièrement un photoréacteur à géométrie spiralé utilisable dans une grande variété d'applications industrielles, et notamment pour le traitement (dépollution) de l'air, de l'eau, la conversion photocatalytique d'un carburant en vue d'augmenter son indice d'octane, la déshydrogénation de composés contenant une fonction alcool, la dissociation photocatalytique de l'eau, des réactions de clivage photochimique, la réduction photocatalytique du dioxyde de carbone.  The present invention relates to a photoreactor and more particularly to a spiral geometry photoreactor that can be used in a wide variety of industrial applications, and especially for the treatment (depollution) of air, water, the photocatalytic conversion of a fuel into to increase its octane number, the dehydrogenation of compounds containing an alcohol function, photocatalytic dissociation of water, photochemical cleavage reactions, photocatalytic reduction of carbon dioxide.
Etat de la technique State of the art
La photocatalyse permet des réactions chimiques intéressantes, stimulées par la lumière en présence d'un photocatalyseur. Un des problèmes que pose cette approche est la conception du réacteur, qui doit permettre une grande surface d'échange entre le milieu réactionnel et le catalyseur, une forte transmission de lumière, et une faible perte de charge dans le cas des réacteurs continus. Un problème est de disposer d'une grande surface d'échange illuminée entre le photocatalyseur et le milieu réactionnel.  Photocatalysis allows interesting chemical reactions stimulated by light in the presence of a photocatalyst. One of the problems with this approach is the design of the reactor, which must allow a large exchange surface between the reaction medium and the catalyst, a high light transmission, and a low pressure drop in the case of continuous reactors. A problem is to have a large illuminated exchange surface between the photocatalyst and the reaction medium.
On peut distinguer dans l'art antérieur deux types de configurations de photoréacteurs : les réacteurs à photocatalyseur en suspension et les réacteurs à photocatalyseur immobile.Two types of photoreactor configurations can be distinguished in the prior art: suspended photocatalyst reactors and immobile photocatalyst reactors.
En ce qui concerne la première catégorie de configuration de photoréacteur, le photocatalyseur, finement divisé, se trouve en suspension dans la charge à traiter. En fonction du régime et de la concentration de particules on peut ainsi parler de réacteur de type colonne à bulles (ou « slurry bubble column » selon la terminologie anglaise, ou encore « slurry » dans une expression simplifiée). Par rapport aux réacteurs en lit fixe, ce type de réacteur permet une plus grande surface de contact entre le photocatalyseur et la charge mais aussi une meilleure pénétration de la lumière au sein du lit catalytique par rapport à un empilement de grains de photocatalyseur (Lim et al., Chemosphere 54, 2004, 305-312 : « tricholoroethylene dégradation by photocatalysis in annular flow and annulus fluidized bed photoreactors »). Cependant, l'inconvénient de ce type de réacteur est la nécessité d'une étape de séparation du photocatalyseur en aval du réacteur, ce qui peut être rendu difficile du fait de la nature même du photocatalyseur, se présentant sous forme d'une poudre nanométrique. En effet, la séparation de particules nanométriques de photocatalyseur est une étape difficile et très coûteuse, lesdites particules ayant par ailleurs tendance à former des agglomérats. D'autre part, l'effet dit de bouclier des particules en suspension réduit de manière considérable l'irradiation du photocatalyseur en suspension dans la charge. En ce qui concerne la deuxième catégorie de configuration de photoréacteur, le photocatalyseur est fixé sur un support. Typiquement, le photocatalyseur est enduit sur une paroi du réacteur, ou sur des internes du réacteur. Dans ce type de configuration, les limitations au transfert de matière sont plus importantes et le rapport de surface photocatalytique sur le volume du réacteur est généralement plus faible. With respect to the first photoreactor configuration category, the finely divided photocatalyst is suspended in the charge to be treated. Depending on the regime and the concentration of particles we can speak of bubble column type reactor (or "slurry bubble column" according to English terminology, or "slurry" in a simplified expression). Compared to fixed bed reactors, this type of reactor allows a larger contact area between the photocatalyst and the charge but also a better penetration of light within the catalytic bed with respect to a stack of photocatalyst grains (Lim and al., Chemosphere 54, 2004, 305-312: "tricholoroethylene degradation by photocatalysis in annular flow and annulus fluidized bed photoreactors"). However, the disadvantage of this type of reactor is the need for a step of separation of the photocatalyst downstream of the reactor, which can be made difficult because of the nature of the photocatalyst, in the form of a nanometric powder . Indeed, the separation of nanoscale particles of photocatalyst is a difficult step and very expensive, said particles also tend to form agglomerates. On the other hand, the so-called shielding effect of the particles in suspension considerably reduces the irradiation of the photocatalyst suspended in the charge. With respect to the second photoreactor configuration category, the photocatalyst is fixed on a support. Typically, the photocatalyst is coated on a wall of the reactor, or on internals of the reactor. In this type of configuration, the material transfer limitations are greater and the photocatalytic surface ratio on the reactor volume is generally lower.
Un but de la présente invention est de concevoir un réacteur, de type photoréacteur, qui soit compact, modulable selon le type de réaction envisagée dans ledit photoréacteur, tout en comprenant une grande surface d'échange entre le milieu réactionnel et le catalyseur, et une bonne transmission de la lumière (et donc une meilleure efficacité énergétique).. An object of the present invention is to design a reactor, of photoreactor type, which is compact, adjustable according to the type of reaction envisaged in said photoreactor, while comprising a large exchange surface between the reaction medium and the catalyst, and a good light transmission (and therefore better energy efficiency) ..
Objets de l'invention Objects of the invention
La présente invention concerne un photoréacteur en forme de spirale comprenant au moins un plaque enroulée en spirale autour d'un axe central (x) et formant au moins un canal d'écoulement en forme de spirale, dans lequel ledit canal d'écoulement est relié à au moins une conduite d'entrée d'un mélange réactionnel et à au moins une conduite de sortie dudit mélange réactionnel ;  The present invention relates to a spiral-shaped photoreactor comprising at least one plate wound spirally about a central axis (x) and forming at least one spiral-shaped flow channel, wherein said flow channel is connected at least one inlet pipe of a reaction mixture and at least one outlet pipe of said reaction mixture;
caractérisé en ce que ledit canal d'écoulement est délimité d'une part par une face de ladite plaque qui comprend une couche d'au moins un photocatalyseur, et d'autre part par l'autre face de ladite plaque qui comprend un moyen d'émission de photons de longueur d'onde adaptée à l'activation dudit photocatalyseur en présence dudit milieu réactionnel dans ledit canal d'écoulement. characterized in that said flow channel is delimited on the one hand by a face of said plate which comprises a layer of at least one photocatalyst, and on the other hand by the other side of said plate which comprises a medium of emission of photons of wavelength adapted to the activation of said photocatalyst in the presence of said reaction medium in said flow channel.
De préférence, la largeur dudit canal d'écoulement est comprise entre 0,1 et 500 mm.  Preferably, the width of said flow channel is between 0.1 and 500 mm.
Dans un mode de réalisation selon l'invention, le photoréacteur comprend une première plaque enroulée en spirale et une deuxième plaque enroulée en spirale autour d'un axe central (x), formant au moins deux canaux d'écoulement en forme de spirale, sensiblement parallèle l'un à l'autre. In an embodiment according to the invention, the photoreactor comprises a first spirally wound plate and a second plate spirally wound around a central axis (x), forming at least two spiral-shaped flow channels, substantially parallel to each other.
Avantageusement, ladite première plaque enroulée en spirale comprend sur au moins une de ses deux faces une couche d'au moins un photocatalyseur, et ladite deuxième plaque enroulée en spirale comprend sur au moins une de ses deux faces en vis-à-vis de la couche de photocatalyseur un moyen d'émission de photons de longueur d'onde adaptée à l'activation dudit photocatalyseur de ladite première plaque enroulée en spirale en présence dudit milieu réactionnel dans ledit canal d'écoulement.  Advantageously, said first spirally wound plate comprises on at least one of its two faces a layer of at least one photocatalyst, and said second spirally wound plate comprises on at least one of its two faces opposite the photocatalyst layer means for emitting photons of wavelength suitable for activating said photocatalyst of said first spirally wound plate in the presence of said reaction medium in said flow channel.
De préférence, ladite première plaque enroulée en spirale comprend sur ses deux faces une couche d'au moins un photocatalyseur et ladite deuxième plaque enroulée en spirale comprend sur ses deux faces un moyen d'émission de photons de longueur d'onde adaptée à l'activation dudit photocatalyseur de ladite première plaque enroulée en spirale en présence dudit milieu réactionnel dans ledit canal d'écoulement. Preferably, said first spirally wound plate comprises on both sides a layer of at least one photocatalyst and said second spirally wound plate comprises on both sides a photon emission means of suitable wavelength. activating said photocatalyst of said first spirally wound plate in the presence of said reaction medium in said flow channel.
Avantageusement, la distance « D » entre ladite première plaque enroulée en spirale et ladite deuxième plaque enroulée en spirale est comprise entre 0,1 et 500 mm.  Advantageously, the distance "D" between said first spirally wound plate and said second spirally wound plate is between 0.1 and 500 mm.
De préférence, l'épaisseur de la première plaque enroulée en spirale est comprise entre 0,01 et 100 mm. Preferably, the thickness of the first spirally wound plate is between 0.01 and 100 mm.
Avantageusement, le photocatalyseur est choisi parmi le Ti02, le CdO, le Ce203, le CoO, le Cu20, le Bi203, le Fe203, le CuO, le PdO, le FeTi03, Nn203, le NiO, le PbO, le ZnO, l'Ag2S, le CdS, le MoS2, le Ce2S3, le SnS, le Cu2S, le CulnS2, l'ln2S3, le ZnS et le ZrS2. Advantageously, the photocatalyst is selected from TiO 2 , CdO, Ce 2 O 3 , CoO, Cu 2 O, Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CuO, PdO, FeTiO 3 , Nn 2 0 3 , NiO, PbO, ZnO, Ag 2 S, CdS, MoS 2 , Ce 2 S 3 , SnS, Cu 2 S, CulnS 2 , In 2 S 3 , ZnS and ZrS 2 .
Avantageusement, le photocatalyseur est dopé avec un ou plusieurs ions choisis parmi des ions métalliques, des ions non-métalliques, ou par un mélange d'ions métalliques et non- métalliques. Advantageously, the photocatalyst is doped with one or more ions selected from metal ions, non-metallic ions, or a mixture of metal and non-metallic ions.
De préférence, le photocatalyseur comprend en outre au moins un co-catalyseur choisi parmi un métal, un oxyde métallique ou un sulfure métallique.  Preferably, the photocatalyst further comprises at least one co-catalyst selected from a metal, a metal oxide or a metal sulphide.
Avantageusement, ledit moyen d'émission de photons émet dans le spectre ultra-violet et/ou visible. Advantageously, said photon emission means emits in the ultraviolet and / or visible spectrum.
De préférence, ledit moyen d'émission de photons émet à une longueur d'onde nominale au maximum 50 nm inférieure à la longueur d'onde maximale absorbable par le photocatalyseur et produit une irradiation telle qu'au moins 50% en nombre de photons sont absorbables par le photocatalyseur.  Preferably, said photon emitting means emits at a nominal wavelength at maximum 50 nm less than the maximum wavelength absorbable by the photocatalyst and produces an irradiation such that at least 50% by number of photons are absorbable by the photocatalyst.
Avantageusement, la densité de puissance lumineuse produite par ladite deuxième plaque enroulée en spirale est supérieure ou égale à 5 kW/m2. Advantageously, the light power density produced by said second spirally wound plate is greater than or equal to 5 kW / m 2 .
Description des figures Description of figures
La figure 1 est une vue en coupe radiale du photoréacteur 10 en forme de spirale selon un premier mode de réalisation selon l'invention, le photoréacteur comprenant une plaque enroulée en spirale 40 comprenant sur une de ses deux faces une couche 41 de photocatalyseur et sur l'autre de ses deux faces un moyen d'émission de photons 51. Les flèches en noir représentent le sens d'écoulement du mélange réactionnel dans le canal d'écoulement 30. Sur cette figure, l'écoulement du mélange réactionnel est réalisé dans le sens tangentiel par rapport à l'axe central (x) du photoréacteur 10, i.e. du centre du photoréacteur jusqu'à sa périphérie. FIG. 1 is a radial sectional view of the spiral-shaped photoreactor 10 according to a first embodiment according to the invention, the photoreactor comprising a spirally wound plate 40 comprising on one of its two faces a layer 41 of photocatalyst and on the other of its two faces a photon emission means 51. The arrows in black represent the direction of flow of the reaction mixture in the flow channel 30. In this figure, the flow of the reaction mixture is carried out in the tangential direction relative to the central axis (x) of the photoreactor 10, ie from the center of the photoreactor to its periphery.
La figure 2 est une vue en coupe radiale du photoréacteur 10 en forme de spirale selon un autre mode de réalisation selon l'invention, le photoréacteur comprenant une première plaque enroulée en spirale 40 comprenant une couche de photocatalyseur 41 sur ses deux faces et une deuxième plaque enroulée en spirale 50 comprenant un moyen d'émission de photons 51 en vis-à-vis de la couche 41 de photocatalyseur. Par souci de clarté, la couche de photocatalyseur et le moyen d'émission de photons n'ont pas été représentées sur la figure 2. Les flèches en noir représentent le sens d'écoulement du mélange réactionnel dans les canaux d'écoulement 30 et 31. Sur cette figure, l'écoulement du mélange réactionnel est réalisé dans le sens tangentiel par rapport à l'axe central (x) du photoréacteur 10. FIG. 2 is a radial sectional view of the spiral-shaped photoreactor 10 according to another embodiment of the invention, the photoreactor comprising a first spirally wound plate 40 comprising a photocatalyst layer 41 on its two faces and a second spirally wound plate 50 comprising a photon emission means 51 vis-à-vis the photocatalyst layer 41. For the sake of clarity, the layer The black arrows represent the flow direction of the reaction mixture in the flow channels 30 and 31. In this figure, the photocatalyst and the photon emission means are not shown in FIG. flow of the reaction mixture is carried out in the tangential direction relative to the central axis (x) of the photoreactor 10.
La figure 3 est une vue agrandie en coupe radiale du photoréacteur 10 selon la figure 2 dans lequel les canaux d'écoulement 30 et 31 sont représentées, ainsi que les plaques en spirale 40 et 50 (configuration à deux plaques). La plaque 40 comprend sur chacune de ses deux faces une couche de photocatalyseur et les plaques 50 comprennent sur chacune de ses deux faces un moyen d'émission de photons 51. Les flèches en noir représentent le sens d'écoulement du mélange réactionnel dans les canaux d'écoulement 30 et 31. Sur cette figure, l'écoulement du mélange réactionnel est réalisé dans le sens tangentiel par rapport à l'axe central (x) du photoréacteur 10. FIG. 3 is an enlarged view in radial section of the photoreactor 10 according to FIG. 2 in which the flow channels 30 and 31 are shown, as well as the spiral plates 40 and 50 (two-plate configuration). The plate 40 comprises on each of its two faces a photocatalyst layer and the plates 50 comprise on each of its two faces a photon emission means 51. The arrows in black represent the direction of flow of the reaction mixture in the channels in this figure, the flow of the reaction mixture is made in the tangential direction relative to the central axis (x) of the photoreactor 10.
Description détaillée de l'invention Detailed description of the invention
En se rapportant à la figure 1 , illustrant de manière schématique un premier mode de réalisation du photoréacteur selon l'invention, le photoréacteur 10 en forme de spirale comprend ici une seule plaque enroulée en spirale 40 autour d'un axe central (x) et formant un canal d'écoulement 30 en forme de spirale. Le canal d'écoulement 30 est délimité d'une part par une surface comprenant une couche 41 de photocatalyseur, et d'autre part par une surface comprenant un moyen d'émission de photons 51 émettant au moins une longueur d'onde adaptée à l'activation dudit photocatalyseur en présence dudit milieu réactionnel dans ledit canal d'écoulement 30. Dans ce mode de réalisation, la plaque enroulée en spirale 40 comprend sur une de ses deux faces ladite couche 41 de photocatalyseur (décrite en détail ci-après), et l'autre de ses deux faces le moyen d'émission de photons 51 (décrite en détail ci-après). Referring to FIG. 1, schematically illustrating a first embodiment of the photoreactor according to the invention, the spiral-shaped photoreactor 10 here comprises a single plate wound in a spiral 40 about a central axis (x) and forming a spiral-shaped flow channel. The flow channel 30 is bounded on the one hand by a surface comprising a photocatalyst layer 41, and on the other by a surface comprising a photon emission means 51 emitting at least one wavelength adapted to the photocatalyst. activating said photocatalyst in the presence of said reaction medium in said flow channel 30. In this embodiment, the spiral wound plate 40 comprises on one of its two faces said photocatalyst layer 41 (described in detail below), and the other of its two faces the photon emission means 51 (described in detail below).
Le canal d'écoulement 30 permet l'écoulement du milieu réactionnel dans le photoréacteur. Le canal d'écoulement 30 est relié à au moins une conduite d'entrée et à au moins une conduite de sortie 35 du milieu réactionnel. La conduite d'entrée peut être située dans une position axiale ou radiale ou tangentielle par rapport à l'axe central (x) du photoréacteur 10. De même la conduite de sortie 35 peut être située dans une position axiale ou radiale ou tangentielle par rapport à l'axe central (x) du photoréacteur 10. The flow channel 30 allows the flow of the reaction medium into the photoreactor. The flow channel 30 is connected to at least one inlet pipe and at least one outlet pipe 35 of the reaction medium. The inlet pipe may be located in an axial or radial position or tangential with respect to the central axis (x) of the photoreactor 10. Similarly, the outlet pipe 35 may be located in an axial or radial or tangential position relative to to the central axis (x) of the photoreactor 10.
Par ailleurs, les dimensions des ouvertures des conduites d'entrée et de sortie reliées au canal d'écoulement 30 peuvent être choisies de telle manière que l'écoulement du milieu réactionnel dans le photoréacteur 10 est réalisé soit dans le sens axial soit dans le sens tangentiel par rapport à l'axe central (x) du photoréacteur 10. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1 , le sens de l'écoulement du mélange réactionnel est tangentiel par rapport à l'axe central (x) du photoréacteur 10 ; le canal d'écoulement 30 est reliée à une conduite d'entrée (non représentée sur la figure 1 ) débouchant au centre du photoréacteur 10, et est reliée à une conduite de sortie 35 située en périphérie du photoréacteur 10. Dans le mode de réalisation selon lequel le photoréacteur 10 comprend une seule plaque enroulée en spirale 40, la largeur du canal d'écoulement 30 est comprise entre 0,1 et 500 mm, de préférence entre 1 et 100 mm et de manière encore plus préférée entre 2 et 20 mm. Moreover, the dimensions of the openings of the inlet and outlet ducts connected to the flow channel 30 may be chosen such that the flow of the reaction medium in the photoreactor 10 is carried out either in the axial direction or in the direction tangential to the central axis (x) of the photoreactor 10. In the embodiment illustrated in FIG. 1, the direction of flow of the reaction mixture is tangential to relative to the central axis (x) of the photoreactor 10; the flow channel 30 is connected to an inlet duct (not shown in FIG. 1) opening into the center of the photoreactor 10, and is connected to an outlet duct 35 situated at the periphery of the photoreactor 10. In the embodiment according to which the photoreactor 10 comprises a single spirally wound plate 40, the width of the flow channel 30 is between 0.1 and 500 mm, preferably between 1 and 100 mm and even more preferably between 2 and 20 mm .
Dans le mode de réalisation selon lequel le photoréacteur 10 comprend une seule plaque enroulée en spirale 40, ladite plaque enroulée en spirale 40 comprend sur l'une de ses deux faces une couche 41 de photocatalyseur, et sur l'autre de ses deux faces le moyen d'émission de photons 51 . La plaque enroulée en spirale 40 peut être constituée de tout matériau susceptible d'être enroulé, comme par exemple des matériaux polymères. Cependant, la plaque peut également être constituée de tout matériau rigide et pouvant résister suffisamment au milieu réactionnel auquel ladite plaque est soumise, en terme de pression, de température, de corrosion et d'abrasion. À titre d'exemple, non limitatif, la plaque enroulée en spirale 40 peut être formée parmi les matériaux suivants : l'acier, les polymères rigides (tels que le polypropylène ou le polyéthylène haute densité), le fer, la fonte, la fibre de carbone, les alliages spéciaux (tels que l'inox 316L™ ; et l'alliage d'aluminium AW-3003™). In the embodiment according to which the photoreactor 10 comprises a single spirally wound plate 40, said spirally wound plate 40 comprises on one of its two faces a layer 41 of photocatalyst, and on the other of its two faces the photon emission means 51. The spirally wound plate 40 may be made of any material capable of being wound, such as, for example, polymeric materials. However, the plate may also consist of any rigid material that can withstand the reaction medium to which said plate is subjected, in terms of pressure, temperature, corrosion and abrasion. By way of non-limiting example, the spiral wound plate 40 may be formed from the following materials: steel, rigid polymers (such as polypropylene or high density polyethylene), iron, cast iron, fiber special alloys (such as 316L ™ stainless steel and AW-3003 ™ aluminum alloy).
Avantageusement, la surface de la plaque enroulée en spirale 40 sur laquelle on dépose la couche 41 de photocatalyseur peut être texturée avant de réaliser ledit dépôt de la couche 41 de photocatalyseur. L'obtention d'une surface texturée de la plaque enroulée en spirale 40 permet de faciliter l'accroche et/ou de supporter le photocatalyseur. La texturation de la surface de ladite plaque enroulée en spirale 40 peut être réalisée par toute méthode connue de l'homme du métier, et par exemple par la technique d'enduit (par exemple « washcoat » minéral) ou par l'ajout d'éléments texturants sous la forme d'une couche texturante (par exemple feutre, mousse, textile...) à la surface de la plaque enroulée en spirale 40, ou encore par l'introduction d'un garnissage en vrac ou structuré dans les canaux d'écoulements 30 ou 31 . Advantageously, the surface of the spirally wound plate 40 on which the photocatalyst layer 41 is deposited can be textured before making said deposition of the photocatalyst layer 41. Obtaining a textured surface of the spirally wound plate 40 makes it easier to grip and / or support the photocatalyst. The texturing of the surface of said spirally wound plate 40 may be carried out by any method known to those skilled in the art, and for example by the plaster technique (for example "mineral washcoat") or by the addition of texturing elements in the form of a texturizing layer (for example felt, foam, textile, etc.) on the surface of the spirally wound plate 40, or by the introduction of a loose packing or structured in the channels of flows 30 or 31.
La couche 41 de photocatalyseur peut être déposée soit directement sur ladite plaque enroulée en spirale 40 soit sur la surface texturée de la plaque enroulée en spirale 40, telle que décrite précédemment, par toute méthode connue de l'homme du métier, et par exemple par : The photocatalyst layer 41 may be deposited either directly on said spirally wound plate 40 or on the textured surface of the spiral wound plate 40, as previously described, by any method known to those skilled in the art, and for example by :
- trempage-retrait (« dip coating » selon la terminologie anglo-saxonne) ; - l'enduction centrifuge (« spin coating » selon la terminologie anglo-saxonne) ;dip-coating ("dip coating" according to the English terminology); - spin coating ("spin coating" according to the English terminology);
- pulvérisation (« spray coating » selon la terminologie anglo-saxonne). spray ("spray coating" according to the English terminology).
La surface de la couche 41 de photocatalyseur déposée sur la plaque enroulée en spirale 40 peut être parfaitement lisse, être rugueuse ou encore peut présenter des reliefs, par exemple de type chevrons, adaptés de manière à favoriser le mélange du milieu réactionnel et d'augmenter le transfert des réactifs dudit milieu réactionnel vers la surface de la plaque enroulée en spirale 40 comprenant la couche 41 de photocatalyseur L'épaisseur de la couche 41 de photocatalyseur peut être comprise entre 1 nm et 10 mm, de préférence entre 1 μηι et 1 mm, et encore plus préférentiellement entre 10 et 500 μηι. The surface of the layer 41 of photocatalyst deposited on the spirally wound plate 40 may be perfectly smooth, be rough or may have reliefs, for example of the chevron type, adapted so as to promote the mixing of the reaction medium and to increase transferring the reactants from said reaction medium to the surface of the spirally wound plate 40 comprising the photocatalyst layer 41 The thickness of the photocatalyst layer 41 can be between 1 nm and 10 mm, preferably between 1 μηι and 1 mm , and even more preferably between 10 and 500 μηι.
L'épaisseur totale de la plaque enroulée en spirale 40 comprenant la couche 41 de photocatalyseur est comprise entre 0,01 et 100 mm, préférentiellement 0,01 et 20 mm, et plus préférentiellement entre 0,1 et 5 mm. The total thickness of the spirally wound plate 40 comprising the photocatalyst layer 41 is between 0.01 and 100 mm, preferably 0.01 and 20 mm, and more preferably between 0.1 and 5 mm.
Selon l'invention, la couche 41 de photocatalyseur comprend au moins un semi-conducteur inorganique, organique ou hybride organique-inorganique, supporté ou non sur une matrice non semi-conductrice. La largeur de bande interdite du semi-conducteur inorganique, organique ou hybride organique-inorganique est généralement entre 0,1 et 4 eV. According to the invention, the photocatalyst layer 41 comprises at least one inorganic, organic or hybrid organic-inorganic semiconductor, supported or not on a non-semiconductor matrix. The band gap width of inorganic, organic or hybrid organic-inorganic semiconductor is generally between 0.1 and 4 eV.
Selon une première variante, la couche 41 de photocatalyseur comprend au moins un semiconducteur inorganique. Le semi-conducteur inorganique peut être l'un ou plusieurs choisi parmi un ou plusieurs éléments du groupe IVA, tels que le silicium, le germanium, le carbure de silicium ou le silicium-germanium. Il peut être également composé d'éléments des groupes NIA et VA, tels que GaP, GaN, InP et InGaAs, ou d'éléments des groupes MB et VIA, tels que CdS, ZnO et ZnS, ou d'éléments des groupes IB et VIIA, tels que CuCI et AgBr, ou d'éléments des groupes IVA et VIA, tels que PbS, PbO, SnS et PbSnTe, ou d'éléments des groupes VA et VIA, tels que Bi2Te3 et Bi203, ou d'éléments des groupes MB et VA, tels que Cd3P2, Zn3P2 et Zn3As2, ou d'éléments des groupes IB et VIA, tels que CuO, Cu20 et Ag2S, ou d'éléments des groupes VIIIB et VIA, tels que CoO, PdO, Fe203 et NiO, ou d'éléments des groupes VIB et VIA, tels que MoS2 et W03, ou d'éléments des groupes VB et VIA, tels que V205 et Nb205, ou d'éléments des groupes IVB et VIA, tels que Ti02 et HfS2, ou d'éléments des groupes NIA et VIA, tels que ln203 et ln2S3, ou d'éléments des groupes VIA et des lanthanides, tels que Ce203, Pr203, Sm2S3, Tb2S3 et La2S3, ou d'éléments des groupes VIA et des actinides, tels que U02 et U03. According to a first variant, the photocatalyst layer 41 comprises at least one inorganic semiconductor. The inorganic semiconductor may be one or more selected from one or more Group IVA elements, such as silicon, germanium, silicon carbide or silicon-germanium. It may also be composed of elements of groups NIA and VA, such as GaP, GaN, InP and InGaAs, or elements of groups MB and VIA, such as CdS, ZnO and ZnS, or elements of groups IB and VIIA, such as CuCl and AgBr, or elements of groups IVA and VIA, such as PbS, PbO, SnS and PbSnTe, or elements of groups VA and VIA, such as Bi 2 Te 3 and Bi 2 0 3 , or elements of groups MB and VA, such as Cd 3 P 2 , Zn 3 P 2 and Zn 3 As 2 , or elements of groups IB and VIA, such as CuO, Cu 2 0 and Ag 2 S, or elements of groups VIIIB and VIA, such as CoO, PdO, Fe 2 O 3 and NiO, or elements of groups VIB and VIA, such as MoS 2 and WO 3 , or elements of groups VB and VIA, such as V 2 0 5 and Nb 2 0 5 , or elements of groups IVB and VIA, such as Ti0 2 and HfS 2 , or elements of groups NIA and VIA, such as In 2 0 3 and In 2 S 3 , or elements of groups VIA and lanthanides, such as Ce 2 0 3 , Pr 2 0 3 , Sm 2 S 3 , Tb 2 S 3 and La 2 S 3 , o u of elements of groups VIA and actinides, such as U0 2 and U0 3 .
De manière préférée, le photocatalyseur est choisi parmi le Ti02, le CdO, le Ce203, le CoO, le Cu20, le Bi203, le Fe203, le CuO, le PdO, le FeTi03, l'ln203, le NiO, le PbO, le ZnO, l'Ag2S, le CdS, le MoS2, le Ce2S3, le SnS, le Cu2S, le CulnS2, l'ln2S3, le ZnS et le ZrS2. Selon une autre variante, la couche 41 de photocatalyseur comprend au moins un semiconducteur organique. Parmi les semi-conducteurs organiques, on peut citer le tétracène, l'anthracène, le polythiophène, le polystyrènesulfonate et les fullerènes. Preferably, the photocatalyst is selected from TiO 2 , CdO, Ce 2 O 3 , CoO, Cu 2 O, Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CuO, PdO, FeTiO 3 , In 2 0 3 , NiO, PbO, ZnO, Ag 2 S, CdS, MoS 2 , Ce 2 S 3 , SnS, Cu 2 S, CulnS 2 , In 2 S 3 , ZnS and ZrS 2 . According to another variant, the photocatalyst layer 41 comprises at least one organic semiconductor. Among the organic semiconductors, mention may be made of tetracene, anthracene, polythiophene, polystyrene sulphonate and fullerenes.
Selon une autre variante, la couche 41 de photocatalyseur comprend au moins un semi- conducteur hybride organique-inorganique. Parmi les semi-conducteurs hybrides organiques-inorganiques, on peut citer les solides cristallisés de type MOF (pour Métal Organic Frameworks selon la terminologie anglo-saxonne). Les MOFs sont constitués de sous-unités inorganiques (métaux de transition, lanthanides...) et connectées entre elles par des ligands organiques (carboxylates, phosphonates, imidazolates...), définissant ainsi des réseaux hybrides cristallisés, parfois poreux. According to another variant, the photocatalyst layer 41 comprises at least one hybrid organic-inorganic semiconductor. Among the organic-inorganic hybrid semiconductors, mention may be made of crystalline solids of the MOF type (for Metal Organic Frameworks according to the English terminology). The MOFs consist of inorganic subunits (transition metals, lanthanides, etc.) connected to each other by organic ligands (carboxylates, phosphonates, imidazolates, etc.), thus defining crystallized hybrid networks, sometimes porous.
Le photocatalyseur peut éventuellement être dopé avec un ou plusieurs ions choisi parmi des ions métalliques, tels que par exemple des ions de V, Ni, Cr, Mo, Fe, Sn, Mn, Co, Re, Nb, Sb, La, Ce, Ta, Ti, des ions non-métalliques, tels que par exemple C, N, S, F, P, ou par un mélange d'ions métalliques et non-métalliques.  The photocatalyst may optionally be doped with one or more ions selected from metal ions, such as, for example, ions of V, Ni, Cr, Mo, Fe, Sn, Mn, Co, Re, Nb, Sb, La, Ce, Ta, Ti, non-metallic ions, such as for example C, N, S, F, P, or by a mixture of metallic and non-metallic ions.
Éventuellement, le photocatalyseur peut contenir en plus du semi-conducteur au moins un co-catalyseur. Le co-catalyseur peut être tout métal, oxyde métallique ou sulfure métallique. Le co-catalyseur est de préférence en contact avec au moins un semi-conducteur constitutif du photocatalyseur. Parmi les métaux, on peut citer par exemple le Pt, l'Au, le Pd, l'Ag, le Cu, le Ni, le Rh et Nr. Parmi les oxydes métalliques on peut citer par exemple le Cr203, le NiO, le Pt02, le Ru02, le Ir02, le CuO, le Mn203. Parmi les sulfures métalliques, on peut citer par exemple le MoS2, le ZnS, l'Ag2S, le PtS2, le RuS2 et le PbS. Optionally, the photocatalyst may contain in addition to the semiconductor at least one co-catalyst. The cocatalyst can be any metal, metal oxide or metal sulfide. The cocatalyst is preferably in contact with at least one constituent semiconductor of the photocatalyst. Among the metals, mention may be made, for example, of Pt, Au, Pd, Ag, Cu, Ni, Rh and Nr. Among the metal oxides, mention may be made, for example, of Cr 2 O 3 , NiO, Pt0 2 , Ru0 2 , Ir0 2 , CuO, Mn 2 0 3 . Among the metal sulphides, mention may be made, for example, of MoS 2 , ZnS, Ag 2 S, PtS 2 , RuS 2 and PbS.
Dans une variante, le photocatalyseur peut être déposé sur un support non activable par irradiation UV proche (irradiation de longueur d'onde jusqu'à 280 nm). Ce support est soit un isolant électrique, tel que par exemple Al203, Si02 et Zr02, soit un conducteur électrique tel que par exemple du noir de carbone, des nanotubes de carbone et du graphite. In a variant, the photocatalyst can be deposited on a non-activatable support by close UV irradiation (wavelength irradiation up to 280 nm). This support is either an electrical insulator, such as for example Al 2 0 3 , Si0 2 and Zr0 2 , or an electrical conductor such as for example carbon black, carbon nanotubes and graphite.
Le mode de synthèse du photocatalyseur peut être n'importe quel mode de synthèse connu de l'homme du métier et adapté au photocatalyseur souhaité. Le mode d'ajout d'éventuels co-catalyseurs peut se faire par toutes méthodes connues de l'homme du métier. De manière préférée, le co-catalyseur est introduit par imprégnation à sec, imprégnation en excès ou par photo-déposition.  The mode of synthesis of the photocatalyst may be any synthesis mode known to those skilled in the art and adapted to the desired photocatalyst. The mode of adding possible cocatalysts can be done by any method known to those skilled in the art. Preferably, the cocatalyst is introduced by dry impregnation, excess impregnation or by photo-deposition.
La couche 41 de photocatalyseur est activée par le rayonnement direct ou indirect d'un moyen d'émission de photons. La photocatalyse repose sur le principe d'activation d'un semi-conducteur, ou photocatalyseur, à l'aide de l'énergie apportée par l'irradiation. La photocatalyse peut être définie comme l'absorption d'un photon, dont l'énergie est supérieure à la largeur de bande interdite ou "bandgap" selon la terminologie anglo-saxonne entre la bande de valence et la bande de conduction, qui induit la formation d'une paire électron-trou dans le semi-conducteur. On a donc l'excitation d'un électron au niveau de la bande de conduction et la formation d'un trou sur la bande de valence. Cette paire électron-trou va permettre la formation de radicaux libres qui vont soit réagir avec des composés présents dans le milieu ou alors se recombiner suivant divers mécanismes. Chaque photocatalyseur possède une différence d'énergie entre sa bande de conduction et sa bande de valence, ou "bandgap", qui lui est propre. The photocatalyst layer 41 is activated by the direct or indirect radiation of a photon emission means. Photocatalysis is based on the principle of activation of a semiconductor, or photocatalyst, using the energy provided by the irradiation. Photocatalysis can be defined as the absorption of a photon whose energy is greater than the forbidden bandgap or "bandgap" according to the English terminology between the valence band and the conduction band, which induces the forming an electron-hole pair in the semiconductor. We therefore have the excitation of an electron at the level of the conduction band and the formation of a hole on the valence band. This electron-hole pair will allow the formation of free radicals that will either react with compounds present in the medium or then recombine according to various mechanisms. Each photocatalyst has a difference in energy between its conduction band and its valence band, or "bandgap", which is its own.
Un photocatalyseur peut être activé par l'absorption d'au moins un photon. Les photons absorbables sont ceux dont l'énergie est supérieure à la largeur de bande interdite, au "bandgap", du photocatalyseur. Autrement dit, les photocatalyseurs sont activables par au moins un photon d'une longueur d'onde correspondant à l'énergie associée à la largeur de bande interdite du photocatalyseur ou d'une longueur d'onde inférieure. On calcule la longueur d'onde maximale absorbable par le photocatalyseur à l'aide de l'équation suivante : A photocatalyst can be activated by the absorption of at least one photon. Absorbable photons are those whose energy is greater than the bandgap, the photocatalyst. In other words, the photocatalysts can be activated by at least one photon of a wavelength corresponding to the energy associated with the bandgap width of the photocatalyst or of a lower wavelength. The maximum wavelength absorbable by the photocatalyst is calculated using the following equation:
, h x c  , h x c
A max = , !  A max =,!
E  E
*  *
Avec Amax la longueur l'onde maximale absorbable par le photocatalyseur (en m), h la constante de Planck (4,13433559.10"15 eV.s), c la vitesse de la lumière dans le vide (299 792 458 m. s"1) et Eg la largeur de bande interdite ou "bandgap" du photocatalyseur (en eV). Dans le premier mode de réalisation selon l'invention, la plaque en forme de spirale 40 comprend sur l'autre de ses deux faces un moyen d'émission de photons 51 . Le moyen d'émission de photons 51 émet au moins une longueur d'onde adaptée à l'activation dudit photocatalyseur c'est-à-dire absorbable par le photocatalyseur. Le moyen d'émission de photons peut par exemple utiliser une source d'irradiation naturelle telle que l'irradiation solaire naturelle ou une source d'irradiation artificielle de type laser, Hg, lampe à incandescence, tube fluorescent, plasma ou diode électroluminescente (DEL, ou LED en anglais pour Light-Emitting Diode). De manière préférée, le moyen d'émission de photons utilise une source d'irradiation artificielle. Le moyen d'émission de photons émet un rayonnement dont au moins une partie des longueurs d'onde est inférieure à la longueur d'onde maximale absorbable (Amax) par le photocatalyseur. Le moyen d'émission de photons émet généralement dans le spectre ultra-violet et/ou visible, c'est-à-dire elle émet une gamme de longueur d'onde supérieure à 280 nm, de préférence de 315 à 800 nm. With A max the length the maximum wave absorbable by the photocatalyst (in m), h the Planck constant (4,13433559.10 "15 eV.s), c the speed of light in a vacuum (299,792,458 m. "1 ) and Eg the bandgap or" bandgap "of the photocatalyst (in eV). In the first embodiment according to the invention, the spiral-shaped plate 40 comprises on the other of its two faces a photon emission means 51. The photon emitting means 51 emits at least one wavelength suitable for activating said photocatalyst, that is to say absorbable by the photocatalyst. The photon emission means may for example use a natural irradiation source such as natural solar radiation or an artificial irradiation source such as laser, Hg, incandescent lamp, fluorescent tube, plasma or light emitting diode (LED , or LED in English for Light-Emitting Diode). Preferably, the photon emission means uses an artificial irradiation source. The photon emitting means emits radiation of which at least a portion of the wavelengths is less than the maximum absorbable wavelength (A max ) by the photocatalyst. The photon emitting means generally emits in the ultraviolet and / or visible spectrum, i.e. it emits a wavelength range greater than 280 nm, preferably 315 to 800 nm.
Selon une première variante, le moyen d'émission de photons utilise une source d'irradiation monochromatique. On entend par source d'irradiation monochromatique une source produisant des photons à une longueur d'onde donnée, aussi appelée longueur d'onde nominale. Dans ce cas, la source d'irradiation est de préférence de type laser. Selon une deuxième variante, le moyen d'émission de photons utilise une source d'irradiation produisant des photons dans une gamme de longueur d'onde de plus ou moins 50 nm, de manière préférée de plus ou moins 20 nm, par rapport à la longueur d'onde nominale. Dans ce cas, le moyen d'émission de photons est de préférence de type diode électroluminescente (DEL, ou LED en anglais pour Light-Emitting Diode). According to a first variant, the photon emission means uses a monochromatic irradiation source. By monochromatic irradiation source is meant a source producing photons at a given wavelength, also called the nominal wavelength. In this case, the irradiation source is preferably of the laser type. According to a second variant, the photon emission means uses an irradiation source producing photons in a wavelength range of plus or minus 50 nm, preferably of plus or minus 20 nm, with respect to the nominal wavelength. In this case, the photon emission means is preferably of the light emitting diode type (LED, or LED in English for Light-Emitting Diode).
On peut utiliser une ou plusieurs moyens d'émission de photons. Selon une première variante, le moyen d'émission de photons peut être centralisé, comme dans le cas d'un laser unique. Selon une autre variante, le moyen d'émission de photons peut être dispersé, comme dans le cas d'une multitude de diodes électroluminescentes.  One or more photon emission means can be used. According to a first variant, the photon emission means can be centralized, as in the case of a single laser. According to another variant, the photon emission means may be dispersed, as in the case of a multitude of light-emitting diodes.
Le moyen d'émission de photons 51 émet un flux de photons qui irradie le milieu réactionnel contenant le photocatalyseur. L'interface entre le milieu réactionnel et la source lumineuse varie en fonction des applications et de la nature de la source lumineuse. The photon emission means 51 emits a photon flux which irradiates the reaction medium containing the photocatalyst. The interface between the reaction medium and the light source varies depending on the applications and the nature of the light source.
Selon une première variante, la source d'irradiation utilisée par le moyen d'émission de photons peut ainsi être localisée à l'extérieur du réacteur, l'interface entre les deux se fait alors au moyen d'un guide d'onde optique comme par exemple de la fibre optique. Cette variante est particulièrement indiquée dans le cas de source de type laser et ce d'autant plus que la puissance de la source est grande. According to a first variant, the irradiation source used by the photon emission means can thus be located outside the reactor, the interface between the two is then made by means of an optical waveguide as for example optical fiber. This variant is particularly indicated in the case of a laser source and this especially as the power of the source is large.
Selon une seconde variante, la source d'irradiation utilisée par le moyen d'émission est localisée dans le réacteur, préférentiellement à proximité du photocatalyseur pour limiter les pertes. Cette mise en œuvre est par exemple adaptée à l'utilisation de DEL.  According to a second variant, the irradiation source used by the emission means is located in the reactor, preferably near the photocatalyst to limit losses. This implementation is for example adapted to the use of LEDs.
Que ce soit pour l'une ou l'autre des variantes, on préférera en général la disposition des sources ou des guides d'ondes de façon à maximiser la surface de l'interface entre le moyen d'émission de photons et le milieu réactionnel par unité de volume de photoréacteur. Whether for one or the other of the variants, the arrangement of the sources or waveguides will generally be preferred so as to maximize the surface of the interface between the photon emission means and the reaction medium per unit volume of photoreactor.
La puissance de la source est telle que celle-ci est supérieure à l'objectif de conversion de la charge en termes d'énergie de réaction affecté du rendement électrique de la source, à savoir le ratio de la puissance d'irradiation émise par la source sur la puissance électrique requise pour la générer, du rendement quantique, à savoir le ratio entre les actes catalytiques induits par photocatalyse et le nombre de photons absorbés par le photocatalyseur affecté des coefficients stœchiométriques de la réaction photocatalysée et d'un rendement optique tenant compte de la dispersion de l'irradiation entre la source et le photocatalyseur, par exemple du fait de la nature absorbante du solvant et des interfaces optiques ou lors de la conduite de l'irradiation dans un guide d'onde. The power of the source is such that it is greater than the objective of conversion of the load in terms of the reaction energy affected by the electrical efficiency of the source, namely the ratio of the irradiation power emitted by the source on the electric power required to generate it, the quantum efficiency, namely the ratio between the catalytic acts induced by photocatalysis and the number of photons absorbed by the photocatalyst affected stoichiometric coefficients of the photocatalyzed reaction and an optical yield taking into account the dispersion of the irradiation between the source and the photocatalyst, for example due to the absorbing nature of the solvent and the optical interfaces or when conducting the irradiation in a waveguide.
Le rendement énergétique de la source lumineuse est défini par l'équation suivante : flux lumineux The energy efficiency of the light source is defined by the following equation: luminous flow
irra diatio n p  irra diatio n p
électrique  electric
avec fiux lumineux la puissance de l'irradiation de la source lumineuse en Watt et P électrique la puissance consommée par la source lumineuse. Le rendement énergétique du moyen d'émission de photons est de préférence supérieur à 20%, de manière préférée supérieur à 30%. with fiow light the power of the irradiation of the light source in watts and Pe electric power consumed by the light source. The energy efficiency of the photon emission means is preferably greater than 20%, more preferably greater than 30%.
Afin d'optimiser le rendement global énergétique du procédé selon l'invention, le moyen d'émission de photons 51 émet de préférence un rayonnement dont la longueur d'onde est adaptée à l'activation du photocatalyseur. Selon une variante préférée du procédé selon l'invention, on utilise un moyen d'émission de photons qui émet à une longueur d'onde nominale au maximum 50 nm inférieure, de préférence au maximum 20 nm inférieure, à la longueur d'onde maximale absorbable par le photocatalyseur (et donc supérieure à l'énergie correspondante à la largeur de bande interdite) et qui produit une irradiation telle qu'au moins 50 % en nombre de photons sont absorbables par le photocatalyseur. A titre d'exemple, dans le cas d'un photocatalyseur à base de Ti02 ayant une bande interdite de 3,2 eV (soit une longueur d'onde maximale absorbable de 390 nm), le moyen d'émission de photons émet de préférence une irradiation entre 370 et 390 nm. In order to optimize the overall energy efficiency of the method according to the invention, the photon emission means 51 preferably emits radiation whose wavelength is adapted to the activation of the photocatalyst. According to a preferred variant of the process according to the invention, a photon emission means is used which emits at a nominal wavelength at a maximum of 50 nm less, preferably at most 20 nm below, at the maximum wavelength. absorbable by the photocatalyst (and therefore greater than the energy corresponding to the band gap) and which produces an irradiation such that at least 50% by number of photons are absorbable by the photocatalyst. By way of example, in the case of a Ti0 2 photocatalyst having a band gap of 3.2 eV (ie a maximum absorbable wavelength of 390 nm), the photon emission means emits preferably irradiation between 370 and 390 nm.
De manière préférée, l'irradiation générée est telle qu'au moins 50% en nombre de photons, de préférence au moins 80%, de manière préférée au moins 90%, de manière très préférée au moins 95% en nombre de photons sont absorbables par le photocatalyseur. Autrement dit, au moins 50% des photons, de préférence au moins 80 %, de manière préférée au moins 90%, de manière très préférée au moins 95% des photons ont une énergie supérieure ou égale à la largeur de bande interdite dudit photocatalyseur. De préférence, la densité de puissance lumineuse est supérieure ou égale à 5 kW/m2, de préférence est supérieure ou égale à 15 kW/m2. Preferably, the irradiation generated is such that at least 50% by number of photons, preferably at least 80%, preferably at least 90%, very preferably at least 95% by number of photons are absorbable. by the photocatalyst. In other words, at least 50% of the photons, preferably at least 80%, preferably at least 90%, very preferably at least 95% of the photons have an energy greater than or equal to the forbidden band width of said photocatalyst. Preferably, the light power density is greater than or equal to 5 kW / m 2 , preferably greater than or equal to 15 kW / m 2 .
En se rapportant aux figures 2 et 3, illustrant de manière schématique un deuxième mode de réalisation dans lequel le photoréacteur 10 en forme de spirale comprend deux plaques parallèles enroulées en spirale 40 et 50, i.e. autour d'un même axe central (x). La première plaque enroulée en spirale 40 et la seconde plaque enroulée en spirale 50 forment ainsi deux canaux d'écoulement 30 et 31 en forme de spirale, sensiblement parallèles l'un à l'autre. Dans ce mode de réalisation particulier, la première plaque enroulée en spirale 40 comprend à sa surface (i.e. sur ses deux faces) une couche 41 de photocatalyseur, et la deuxième plaque enroulée en spirale 50 comprend à sa surface (i.e. sur ses deux faces) un moyen d'émission de photons 51 émettant au moins une longueur d'onde adaptée à l'activation dudit photocatalyseur de ladite première plaque enroulée en spirale 40 en présence du mélange réactionnel dans les canaux d'écoulement 30 et 31. Dans ce mode de réalisation selon l'invention, la nature et la fonction du photocatalyseur déposé en couche 41 sur la première plaque enroulée en spirale 40 et la nature et la fonction du moyen d'émission de photons 51 déposé sur la deuxième plaque enroulée en spirale 50 sont identiques à celles mentionnées dans le cadre du premier mode de réalisation selon l'invention. Referring to Figures 2 and 3, schematically illustrating a second embodiment in which the spiral-shaped photoreactor 10 comprises two parallel spiral-wound plates 40 and 50, ie about the same central axis (x). The first spiral wound plate 40 and the second spiral wound plate 50 thus form two spiral-shaped flow channels 30 and 31 substantially parallel to one another. In this particular embodiment, the first spiral wound plate 40 comprises on its surface (ie on both sides) a layer 41 of photocatalyst, and the second spiral wound plate 50 comprises on its surface (ie on both sides) a photon emitting means 51 emitting at least one wavelength adapted to activating said photocatalyst of said first spirally wound plate 40 in the presence of the reaction mixture in the flow channels 30 and 31. In this embodiment according to the invention, the nature and function of the photocatalyst deposited in layer 41 on the first spiral wound plate 40 and the nature and function of the photon emitting means 51 deposited on the second spiral wound plate 50 are identical to those mentioned in the context of the first embodiment according to the invention.
Dans une alternative du deuxième mode de réalisation (non représentée sur les figures), la première plaque enroulée en spirale 40 peut comprendre sur l'une au moins de ses deux faces une couche 41 de photocatalyseur et sur l'autre face un moyen d'émission de photons 51 , et alternativement la deuxième plaque enroulée en spirale 50 peut comprendre sur l'une de ses deux faces à sa surface un moyen d'émission de photons 51 et sur l'autre de ses deux faces une couche 41 de photocatalyseur, étant entendu que chaque canal d'écoulement est délimité d'une part par une surface comprenant une couche 41 d'au moins un photocatalyseur, et d'autre part par une surface comprenant un moyen d'émission de photons 51. In an alternative of the second embodiment (not shown in the figures), the first spiral wound plate 40 may comprise on at least one of its two faces a layer 41 of photocatalyst and on the other side a means of emission of photons 51, and alternatively the second spirally wound plate 50 may comprise on one of its two faces on its surface a photon emission means 51 and on the other of its two faces a layer 41 of photocatalyst, it being understood that each flow channel is delimited on the one hand by a surface comprising a layer 41 of at least one photocatalyst, and on the other hand by a surface comprising a photon emission means 51.
Les canaux d'écoulement 30 et 31 permettent l'écoulement du milieu réactionnel dans le photoréacteur 10. Les canaux d'écoulement 30 et 31 sont reliés à au moins une conduite d'entrée et à au moins une conduite de sortie 35 milieu réactionnel. Les conduites d'entrée et de sortie des canaux d'écoulement 30 et 31 peuvent être identiques, i.e. une seule conduite d'entrée peut alimenter les canaux d'écoulement 30 et 31 du photoréacteur 10 d'un mélange réactionnel et une seule conduite de sortie 35 peut récupérer le mélange réactionnel issue des canaux d'écoulement 30 et 31 du photoréacteur 10. The flow channels 30 and 31 allow the flow of the reaction medium in the photoreactor 10. The flow channels 30 and 31 are connected to at least one inlet line and at least one outlet line to the reaction medium. The inlet and outlet ducts of the flow channels 30 and 31 may be identical, ie a single inlet duct may feed the flow channels 30 and 31 of the photoreactor 10 of a reaction mixture and a single duct of outlet 35 can recover the reaction mixture from the flow channels 30 and 31 of the photoreactor 10.
Les conduites d'entrée et de sortie peuvent être situées dans une position axiale ou radiale ou tangentielle par rapport à l'axe central (x) du photoréacteur 10. Par ailleurs, les dimensions des ouvertures desdites conduites d'entrée et de sortie reliées aux canaux d'écoulement 30 et 31 peuvent être choisies de telle manière que l'écoulement du milieu réactionnel dans le photoréacteur 10 est réalisé soit dans le sens axial soit dans le sens tangentiel par rapport à l'axe central (x) du photoréacteur 10. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, les canaux d'écoulement 30 et 31 sont reliées à une conduite d'entrée (non représentée sur la figure 2) débouchant au centre du photoréacteur 10, et sont reliées à une conduite de sortie 35 située en périphérie du photoréacteur 10.  The inlet and outlet ducts may be located in an axial or radial position or tangential to the central axis (x) of the photoreactor 10. Furthermore, the dimensions of the openings of said inlet and outlet ducts connected to the flow channels 30 and 31 may be chosen such that the flow of the reaction medium in the photoreactor 10 is carried out either in the axial direction or in the direction tangential with respect to the central axis (x) of the photoreactor 10. In the embodiment illustrated in FIG. 3, the flow channels 30 and 31 are connected to an inlet duct (not shown in FIG. 2) opening into the center of the photoreactor 10, and are connected to an outlet duct. 35 located at the periphery of the photoreactor 10.
La distance « D » entre la première plaque enroulée en spirale 40 et la deuxième plaque enroulée en spirale 50 dépend de plusieurs paramètres, à savoir le type de réaction photocatalytique, de la nature du milieu réactionnel en écoulement et du débit dudit milieu réactionnel. Avantageusement, la distance « D » entre la première plaque enroulée en spirale 40 et la deuxième plaque enroulée en spirale 50 est comprise entre 0,1 et 500 mm, de préférence entre 1 et 100 mm et de manière encore plus préférée entre 2 et 20 mm. The distance "D" between the first spiral wound plate 40 and the second spiral wound plate 50 depends on several parameters, namely the type of photocatalytic reaction, the nature of the flowing reaction medium and the flow rate of said reaction medium. Advantageously, the distance "D" between the first plate wound in spiral 40 and the second spirally wound plate 50 is between 0.1 and 500 mm, preferably between 1 and 100 mm and even more preferably between 2 and 20 mm.
Avantageusement, on peut utiliser un espaceur pour maintenir une distance « D » constante et suffisante entre les plaques 40 et 50, particulièrement dans le cas où la forme en spirale du photoréacteur est obtenu par enroulements des plaques. L'espaceur peut être de structure alvéolaire pour permettre le passage du milieu réactionnel entre les plaques 40 et 50. L'espaceur peut être constitué d'un matériau continu comme une trame texturée (par exemple une grille). L'épaisseur de la deuxième plaque enroulée en spirale 50 est comprise entre 0,01 et 100 mm, de préférence entre 0,05 et 20 mm et de manière encore plus préférée entre 0,5 et 10 mm. Advantageously, a spacer can be used to maintain a constant and sufficient distance "D" between the plates 40 and 50, particularly in the case where the spiral shape of the photoreactor is obtained by winding the plates. The spacer may be of alveolar structure to allow the passage of the reaction medium between the plates 40 and 50. The spacer may consist of a continuous material such as a textured pattern (for example a grid). The thickness of the second spiral wound plate 50 is between 0.01 and 100 mm, preferably between 0.05 and 20 mm and even more preferably between 0.5 and 10 mm.
La deuxième plaque enroulée en spirale 50 peut comprendre en outre un guide d'onde combiné à un moyen d'émission de photons pouvant être située au centre de ladite deuxième plaque enroulée en spirale 50. Dans le mode de réalisation selon lequel la deuxième plaque enroulée en spirale 50 comprend un guide d'onde, il peut également s'agir d'introduire dans le photoréacteur 10 le rayonnement d'une source d'irradiation externe, pouvant être naturelle comme le soleil, ou artificielle comme un laser. The second spiral wound plate 50 may further comprise a waveguide combined with a photon emission means locatable in the center of said second spiral wound plate 50. In the embodiment where the second coil plate spiral 50 comprises a waveguide, it may also be to introduce into the photoreactor 10 the radiation of an external radiation source, which may be natural as the sun, or artificial as a laser.
Le photoréacteur selon l'invention peut fonctionner pour la réalisation de réaction photocatalytique pour lequel le temps de séjour du milieu réactionnel dans le photoréacteur peut être compris entre 0,0001 et 5 heures, de préférence entre 0,001 et 1 heure, et encore plus préférentiellement entre 0,1 minute et 15 minutes. The photoreactor according to the invention can be used for producing a photocatalytic reaction for which the residence time of the reaction medium in the photoreactor can be between 0.0001 and 5 hours, preferably between 0.001 and 1 hour, and even more preferably between 0.1 minutes and 15 minutes.
L'utilisation d'un photoréacteur 10 selon l'invention permet de palier un certain nombre de limitations rencontrés dans la plupart des photoréacteurs connus de l'état de la technique (tels que décrits ci-avant dans la partie état de la technique), et permet notamment : The use of a photoreactor 10 according to the invention makes it possible to overcome a certain number of limitations encountered in most of the photoreactors known from the state of the art (as described above in the state of the art), and allows in particular:
- d'obtenir une puissance lumineuse par unité de surface très élevée, supérieure ou égale à 5 kW/m2, de préférence supérieure ou égale à 15 kW/m2, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 18kW/m2, en comparaison aux lampes UV classiques (de l'ordre de 1 kW/m2) ; to obtain a luminous power per unit area very high, greater than or equal to 5 kW / m 2 , preferably greater than or equal to 15 kW / m 2 , and even more preferably greater than or equal to 18 kw / m 2 , comparison with conventional UV lamps (of the order of 1 kW / m 2 );
- d'obtenir une surface radiante par unité de volume réactionnel très élevée, grâce à l'arrangement radiant du réacteur, en comparaison à une configuration annulaire ;  to obtain a radiant surface per unit of very high reaction volume, thanks to the radiant arrangement of the reactor, in comparison with an annular configuration;
- d'obtenir un très bon rendement lumineux, car très peu d'irradiation est perdue par réflexion/diffraction, grâce à l'agencement radial et rapproché des plaques émettrices et photocatalytiques ; - d'adapter la taille du réacteur à chaque configuration particulière grâce à la modularité du photoréacteur selon l'invention, et ainsi de faire correspondre le temps de séjour à la cinétique de la réaction en modifiant le nombre de spires dans le photoréacteur ; to obtain a very good luminous efficiency, because very little irradiation is lost by reflection / diffraction, thanks to the radial and close arrangement of the emitting and photocatalytic plates; to adapt the size of the reactor to each particular configuration by virtue of the modularity of the photoreactor according to the invention, and thus to make the residence time correspond to the kinetics of the reaction by modifying the number of turns in the photoreactor;
- de réaliser une grande variété de réactions photocatalytiques et dans de nombreuses situations.  to perform a wide variety of photocatalytic reactions and in many situations.
Par ailleurs, le photoréacteur selon l'invention peut être utilisé pour tout type de réaction photocatalytique, quel que soit le nombre de phase du milieu réactionnel circulant dans le ou les canaux d'écoulement, et quel que soit le sens de l'écoulement de la ou des phase(s) du milieu réactionnel (par exemple écoulement ascendant et/ou descendant). Furthermore, the photoreactor according to the invention can be used for any type of photocatalytic reaction, regardless of the number of phases of the reaction medium circulating in the flow channel or channels, and whatever the direction of the flow of the reaction medium. the phase (s) of the reaction medium (for example upward and / or downward flow).
Dans une autre variante de réalisation, le photoréacteur selon l'invention peut être utilisé pour la mise en œuvre de toute réaction photochimique. Dans une réaction photochimique, au moins un des réactifs constitutif du milieu réactionnel absorbe une irradiation et se trouve sélectivement porté dans un état excité métastable. Les processus de désactivation de cet état induisent des réarrangements intra et intermoléculaires conduisant aux produits de la réaction. A titre d'exemple pour les réactions photochimiques, on peut citer les réactions de photo-oxydation ou photo-réduction, la photo-isomérisation de l'acide maléique, l'halogénation de composés hydrogénocarbonés (telle que la bromation du cyclohexane), la photolyse de l'eau, la photo-polymérisation, la photo-réticulation. In another variant embodiment, the photoreactor according to the invention can be used for the implementation of any photochemical reaction. In a photochemical reaction, at least one of the constitutive reagents of the reaction medium absorbs irradiation and is selectively carried in a metastable excited state. The deactivation processes of this state induce intra and intermolecular rearrangements leading to the products of the reaction. By way of example for the photochemical reactions, mention may be made of photo-oxidation or photo-reduction reactions, photo-isomerization of maleic acid, halogenation of hydrogen carbon compounds (such as the bromination of cyclohexane), photolysis of water, photo-polymerization, photo-crosslinking.
Exemple Example
A titre d'exemple, non limitatif, le photoréacteur selon l'invention peut être utilisé dans une étape du procédé d'extraction de composés soufrés d'une coupe hydrocarbonée de type essence ou de gaz de pétrole liquéfié (GPL) par extraction liquide-liquide avec une solution de soude, procédé connu de l'état de la technique. Lorsque la majorité des espèces soufrées sont des mercaptans, ou des thiols, une méthode connue consiste à réaliser une extraction des espèces soufrées à l'aide d'une solution de soude circulant dans une boucle de recyclage, comme décrit dans le document US 4,081 ,354. Les espèces soufrées de type mercaptan se dissocient en thiolates de sodium au contact de la soude. Après l'étape d'extraction, la soude chargée en thiolates de sodium est oxydée dans un réacteur d'oxydation en présence d'un catalyseur dissous, par exemple à base de phtalocyanine de cobalt. Ainsi, les espèces de type thiolates de sodium sont converties en disulfures. La solution de soude riche en espèces de type disulfures est mise en contact avec une phase d'hydrocarbures permettant d'extraire les espèces de type disulfures et régénérer ainsi la solution de soude qui peut alors être réutilisée dans l'étape d'extraction liquide-liquide. Ce procédé présente toutefois plusieurs désavantages car le catalyseur d'oxydation circule ensemble avec la phase aqueuse de soude tout le long des étapes d'extraction et de régénération du procédé, ce qui peut poser d'importants problèmes techniques et d'efficacité. L'utilisation d'un photoréacteur selon l'invention (cf. exemple 1 ci-après), permet de remédier aux inconvénients cités ci-avant, tout en étant plus compact que des photoréacteurs classiquement utilisés (cf. exemple 2 ci-après). By way of nonlimiting example, the photoreactor according to the invention can be used in a step of the process for extracting sulfur compounds from a gasoline type hydrocarbon fraction or from liquefied petroleum gas (LPG) by liquid extraction. liquid with a soda solution, known method of the state of the art. When the majority of the sulfur species are mercaptans, or thiols, a known method consists in carrying out an extraction of the sulfur species using a soda solution circulating in a recycling loop, as described in US 4,081, 354. The sulfur species of mercaptan type dissociate in sodium thiolates in contact with sodium hydroxide. After the extraction step, the sodium thiolate loaded sodium hydroxide is oxidized in an oxidation reactor in the presence of a dissolved catalyst, for example based on cobalt phthalocyanine. Thus, sodium thiolate species are converted to disulfides. The soda solution rich in disulfide-type species is brought into contact with a hydrocarbon phase which makes it possible to extract the disulfide-type species and thereby regenerate the soda solution, which can then be reused in the liquid-phase extraction step. liquid. This method however has several disadvantages because the oxidation catalyst circulates together with the aqueous phase of soda throughout the steps of extraction and regeneration of the process, which can pose significant technical and efficiency problems. The use of a photoreactor according to the invention (see Example 1 below) overcomes the drawbacks mentioned above, while being more compact than conventional photoreactors (see Example 2 below). .
Dans les exemples suivants, on compare l'efficacité d'un photoréacteur selon l'invention (exemple 1 ) et d'un photoréacteur classique (exemple 2). A titre d'exemple, non limitatif, les deux configurations de réacteur sont utilisées pour un procédé de régénération de soude à partir de thiolates de sodium, selon une réaction d'oxydation photocatalytique produisant de la soude d'une part et des disulfures d'autre part. Les réactions mises en jeu dans le réacteur sont les suivantes : In the following examples, the efficiency of a photoreactor according to the invention (example 1) and a conventional photoreactor (example 2) are compared. By way of nonlimiting example, the two reactor configurations are used for a process for regenerating sodium hydroxide from sodium thiolates, according to a photocatalytic oxidation reaction producing sodium hydroxide on the one hand and disulphides of sodium hydroxide. somewhere else. The reactions involved in the reactor are as follows:
a) Adsorption par le photocatalyseur de deux photons et génération de deux paires électron (e , espèce réductrice) / trou (h+, espèce oxydante) a) Adsorption by the photocatalyst of two photons and generation of two electron pairs (e, reducing species) / hole (h + , oxidizing species)
2 hv -> 2h+ + 2e" 2 hrs -> 2h + + 2nd "
b) Oxydation des thiolates (RS ) en disulfures b) Oxidation of thiolates (RS) to disulfides
2 RS" + 2 h+^ RS-SR 2 RS " + 2 h + ^ RS-SR
c) Régénération des ions HO" en présence d'oxygène c) Regeneration of HO ions " in the presence of oxygen
½ 02 + H20 + 2 e→ 2 OH" ½ 0 2 + H 2 0 + 2 e → 2 OH "
Soit l'équation-bilan suivante : Let the following equation-balance:
2hv  2HS
2 RS + ½ 02 + H20 * RSSR + 2 HO 2 RS + ½ 0 2 + H 2 0 * RSSR + 2 HO
Dans le cadre de la présente invention, il est nécessaire de distinguer : In the context of the present invention, it is necessary to distinguish:
- la puissance électrique du moyen d'émission de photons (par exemple d'une lampe) correspondant à sa puissance nominale (en W) ; et the electrical power of the photon emission means (for example of a lamp) corresponding to its nominal power (in W); and
- la puissance lumineuse (en W également) correspondant à la fraction de la puissance électrique qui est effectivement transformée en lumière.  the luminous power (in W also) corresponding to the fraction of the electric power which is effectively transformed into light.
Le rendement de cette transformation est considéré ici de l'ordre de 30%. The yield of this transformation is considered here of the order of 30%.
Dans ce qui suit, on se réfère uniquement à la puissance lumineuse (en W) ou à la densité de puissance lumineuse (exprimée en W/m2). In what follows, only the light power (in W) or the light power density (expressed in W / m 2 ) is referred to.
Le procédé selon les exemples nécessite de convertir en présence d'air les composés de type thiolates contenus dans un flux de soude. Le débit total est de 5 m3/h, le débit de thiolates à convertir est de 0,07 mol/s, avec une conversion souhaitée de 97 %. Le temps de séjour du milieu réactionnel dans le photoréacteur doit être de 5 minutes et 30 secondes. Ainsi, il est nécessaire de produire une mole de photon pour convertir une mole de thiolate, soit 0,07 moles de photons par seconde. En considérant que 30 % des photons émis sont utiles avec un photocatalyseur à base de nanoparticules de rhodium déposées sur du dioxyde de titane (tel que décrit dans la publication scientifique parue dans Journal of the Chemical Society, Faraday Trans. I, 1985, 81 , 1237), c'est-à-dire qu'ils conduisent à des paires électron/trou effectuant des réactions redox d'oxydation des thiolates et de régénération des OH", le débit lumineux nécessaire est de 1 ,36.1023 photons/s. En utilisant une longueur d'onde de 365 nm (correspondant à l'émission dans le domaine des ultraviolets nécessaire à l'activation du photocatalyseur Rh/Ti02), la puissance lumineuse nécessaire est de 74,2 kW. The process according to the examples requires the conversion in the presence of air of the thiolate type compounds contained in a soda stream. The total flow rate is 5 m 3 / h, the thiolate flow rate to be converted is 0.07 mol / s, with a desired conversion of 97%. The residence time of the reaction medium in the photoreactor must be 5 minutes and 30 seconds. Thus, it is necessary to produce one mole of photon to convert one mole of thiolate, or 0.07 moles of photons per second. Considering that 30% of the photons emitted are useful with a photocatalyst based on rhodium nanoparticles deposited on titanium dioxide (as described in the scientific publication published in Journal of the Chemical Society, Faraday Trans. I, 1985, 81, 1237), that is to say that they lead to electron / hole pairs performing redox reactions of thiolates oxidation and OH " regeneration, the necessary light output is 1, 36.10 23 photons / s. Using a wavelength of 365 nm (corresponding to the emission in the ultraviolet range necessary for the activation of the photocatalyst Rh / Ti0 2 ), the necessary light output is 74.2 kW.
Par ailleurs, afin de rendre comparable l'efficacité des deux configurations de photoréacteurs (i.e. selon l'invention et selon l'état de la technique), Ray et al (Catalysis today, 40, (1998) 73-83 : « Development of a new photocatalytic reactor for water purification ») définissent un paramètre « k » égal au rapport entre la surface spécifique irradiée (Scata irradiée) , représentant la surface totale de catalyseur irradié, en contact avec le milieu réactionnel au sein du photoréacteur, par unité de volume du réacteur (Vréacteur) , soit k= Scata irradiée / Vréacteur (en m2/m3). Un autre paramètre important est défini ici comme la surface radiante spécifique « k' », représentant la surface totale radiante, en contact avec le milieu réactionnel au sein du photoréacteur, par unité de volume du réacteur, soit k'= Séante / Vréacteur (en m2/m3). La puissance lumineuse nécessaire à la radiation détermine une surface radiante minimum dans le réacteur, qui est d'autant plus compact que le coefficient k' sera grand. Moreover, in order to make comparable the efficiency of the two configurations of photoreactors (ie according to the invention and according to the state of the art), Ray et al (Catalysis today, 40, (1998) 73-83: "Development of a new photocatalytic reactor for water purification ") define a parameter" k "equal to the ratio between the irradiated specific surface area (S cat irradiated), representing the total surface of irradiated catalyst, in contact with the reaction medium within the photoreactor, by reactor unit volume (V reac tor) or k = S ca ta irradiated / V reac tor (m 2 / m 3). Another important parameter is defined herein as the specific radiant surface "k '" is the total radiating surface in contact with the reaction medium within the photoreactor, by volume of the reactor unit, or k' = Séante / V reac tor (in m 2 / m 3 ). The light power necessary for the radiation determines a minimum radiant surface in the reactor, which is more compact as the coefficient k 'will be large.
Exemple 1 : Extraction de composés soufrés dans un photoréacteur conformément à la présente invention EXAMPLE 1 Extraction of sulfur compounds in a photoreactor according to the present invention
Dans cet exemple, l'écoulement du mélange réactionnel dans le photoréacteur 1 0 est réalisé dans le sens tangentiel par rapport à l'axe central (x) dudit photoréacteur 1 0, i.e. du centre du photoréacteur jusqu'à sa périphérie.  In this example, the flow of the reaction mixture in the photoreactor 1 0 is made in the direction tangential to the central axis (x) of the photoreactor 1 0, i.e. from the center of the photoreactor to its periphery.
On utilise un photoréacteur 1 0 en spirale selon le deuxième mode particulier de réalisation selon l'invention dans lequel le photoréacteur comprend une première plaque enroulée en spirale 40 comprenant une couche 41 de photocatalyseur à base de nanoparticules de rhodium déposées sur du dioxyde de titane, et une deuxième plaque enroulée en spirale 50 comprenant à sa surface un moyen d'émission de photons 51 se présentant sous la forme d'un ensemble de diodes électroluminescentes.  A spiral photoreactor 10 is used according to the second particular embodiment according to the invention in which the photoreactor comprises a first spirally wound plate 40 comprising a layer 41 of photocatalyst based on rhodium nanoparticles deposited on titanium dioxide. and a second spiral wound plate 50 having on its surface a photon emitting means 51 in the form of a set of light-emitting diodes.
Chaque plaque enroulée en spirale 40 et 50 a une largeur de 3,0 m pour une surface utile de 6,0 m2/miinéaire (les deux faces de chaque plaque enroulée en spirale 40 et 50 sont utilisées). La plaque enroulée en spirale 50 comprenant un moyen d'émission de photons 51 a une épaisseur de 1 ,0 cm ; la plaque enroulée en spirale 40 comprenant la couche 41 de photocatalyseur a une épaisseur de 0,5 cm. La distance « D » entre les deux plaques enroulées en spirale 40 et 50 est de 1 ,0 cm afin de permettre une bonne diffusion de la lumière depuis le moyen d'émission de photons à travers le milieu réactionnel jusqu'à la couche 41 de photocatalyseur, tout en conservant un volume utile suffisant pour le temps de séjour des réactifs. Le procédé selon l'exemple 1 nécessite de convertir en présence d'air les composés de type thiolates contenus dans un flux de soude. Le débit total est de 5 m3/h, le débit de thiolates à convertir est de 0,07 mol/s, avec une conversion souhaitée de 97 %. Le temps de séjour du milieu réactionnel dans le photoréacteur doit être de 5 minutes et 30 secondes. Pour obtenir un tel temps de séjour, le photoréacteur selon l'exemple 1 doit alors comprendre (par calcul) 46 m2 de surface utile pour chaque plaque enroulée en spirale 40 et 50, ce qui correspond à un photoréacteur comprenant un enroulement de 10 spires. Each wound spiral plate 40 and 50 has a width of 3.0 m in an effective area of 6.0 m 2 / mi ined area (both sides of each plate wound spiral 40 and 50 are used). The spiral wound plate 50 comprising photon emission means 51 has a thickness of 1.0 cm; the spiral wound plate 40 comprising the photocatalyst layer 41 has a thickness of 0.5 cm. The distance "D" between the two spirally wound plates 40 and 50 is 1.0 cm in order to allow a good diffusion of the light from the photon emission means through the reaction medium to the layer 41 of photocatalyst, while maintaining a useful volume sufficient for the residence time of the reagents. The process according to Example 1 requires converting in the presence of air the thiolate-type compounds contained in a stream of sodium hydroxide. The total flow rate is 5 m 3 / h, the thiolate flow rate to be converted is 0.07 mol / s, with a desired conversion of 97%. The residence time of the reaction medium in the photoreactor must be 5 minutes and 30 seconds. To obtain such a residence time, the photoreactor according to example 1 must then comprise (by calculation) 46 m 2 of useful area for each spirally wound plate 40 and 50, which corresponds to a photoreactor comprising a winding of 10 turns .
Le volume total du réacteur (Vréacteur) est alors de 0,88 m3. The total reactor volume (V reac tor) is then 0.88 m 3.
La puissance lumineuse (en W) émise par les diodes électroluminescentes 51 est ici est de l'ordre de 1 ,6 kW/m2. La surface totale occupée par les diodes électroluminescentes étant de 46,0 m2, la puissance lumineuse résultante est de 74,9 kW. The light power (in W) emitted by the light-emitting diodes 51 is here is of the order of 1.6 kW / m 2 . The total area occupied by the light-emitting diodes being 46.0 m 2 , the resulting luminous power is 74.9 kW.
Enfin, le coefficient k' (i.e. la surface radiante spécifique) est par calcul égal à 51 ,9 m2/m3. Ainsi, la puissance lumineuse fournie par le photoréacteur selon l'invention (74,9 kW) est supérieure à la puissance lumineuse nécessaire (74,2 kW). Finally, the coefficient k '(ie the specific radiant surface) is calculated to be 51.9 m 2 / m 3 . Thus, the light output provided by the photoreactor according to the invention (74.9 kW) is greater than the necessary light output (74.2 kW).
Exemple 2 : Etape de régénération d'un solvant type soude chargé en produits soufrés dans un photoréacteur classigue annulaire (exemple non-conforme à l'invention) Example 2: Regeneration step of a sodium-type solvent loaded with sulfur-containing products in an annular classic photoreactor (example not in accordance with the invention)
Par comparaison avec le photoréacteur selon l'exemple 1 , on utilise un photoréacteur connu de l'état de la technique, à arrangement annulaire comprenant un éclairage interne. Le réacteur est composé de deux de tubes concentriques, un tube externe et un tube interne. Le tube externe, de 4,2 cm de diamètre interne, est enduit de photocatalyseur sur sa surface interne. Le tube interne, de 2,2 cm de diamètre, est fabriqué à partir d'un matériau transparent aux UV. Le milieu réactionnel circule dans l'espace formé entre les deux tubes. Une lampe de 2,0 cm de diamètre et de même puissance surfacique que dans l'exemple 1 (i.e. 1 ,6 kW/m2) est placée au centre du tube interne. Comme dans le cas de l'exemple 1 selon l'invention, la puissance lumineuse totale attendue est de 74,2 kW. By comparison with the photoreactor according to Example 1, a photoreactor known from the state of the art, with an annular arrangement comprising an internal illumination is used. The reactor is composed of two concentric tubes, an outer tube and an inner tube. The outer tube, 4.2 cm internal diameter, is coated photocatalyst on its inner surface. The inner tube, 2.2 cm in diameter, is made from a UV-transparent material. The reaction medium circulates in the space formed between the two tubes. A lamp of 2.0 cm diameter and the same power area as in Example 1 (ie 1.6 kW / m 2 ) is placed in the center of the inner tube. As in the case of Example 1 according to the invention, the expected total light output is 74.2 kW.
Pour le réacteur annulaire de l'exemple 2, afin d'atteindre la puissance lumineuse nécessaire à la réaction, il est nécessaire d'avoir : soit un réacteur cylindrique de 730 m de long, soit un réacteur de 10 m de long mais composé de 73 tubes, soit un volume total de réacteur ( réacteur) 1 ,9 m3 de réacteur. Le temps de séjour du milieu réactionnel dans le réacteur est de 9,4 min. For the annular reactor of Example 2, in order to reach the light power required for the reaction, it is necessary to have either a cylindrical reactor 730 m long or a reactor 10 m long but composed of 73 tubes, ie a total reactor volume (reactor) 1, 9 m 3 reactor. The residence time of the reaction medium in the reactor is 9.4 min.
Le coefficient k' (surface radiante spécifique) est par calcul égal à 24,4 m2/m3. The coefficient k '(specific radiant surface) is calculated as 24.4 m 2 / m 3 .
Le réacteur photocatalytique selon l'invention (exemple 1 ) est donc plus de deux fois plus compact qu'un réacteur tubulaire classique exemple 2). Par ailleurs, la surface radiante du réacteur selon l'invention est plus de deux fois supérieure à celle du réacteur tubulaire. The photocatalytic reactor according to the invention (example 1) is thus more than twice as compact as a conventional tubular reactor example 2). Moreover, the radiant surface of the reactor according to the invention is more than two times greater than that of the tubular reactor.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Photoréacteur (10) en forme de spirale comprenant au moins un plaque enroulée en spirale (40) autour d'un axe central (x) et formant au moins un canal d'écoulement (30) en forme de spirale, dans lequel ledit canal d'écoulement (30) est relié à au moins une conduite d'entrée d'un mélange réactionnel et à au moins une conduite de sortie (35) dudit mélange réactionnel ; 1. A spiral-shaped photoreactor (10) comprising at least one spirally wound plate (40) about a central axis (x) and forming at least one spiral-shaped flow channel (30), wherein said channel is flow (30) is connected to at least one inlet line of a reaction mixture and at least one outlet line (35) of said reaction mixture;
caractérisé en ce que ledit canal d'écoulement (30) est délimité d'une part par une face de ladite plaque qui comprend une couche (41 ) d'au moins un photocatalyseur, et d'autre part par l'autre face de ladite plaque qui comprend un moyen d'émission de photons (51 ) de longueur d'onde adaptée à l'activation dudit photocatalyseur en présence dudit milieu réactionnel dans ledit canal d'écoulement (30).  characterized in that said flow channel (30) is delimited on the one hand by a face of said plate which comprises a layer (41) of at least one photocatalyst, and on the other hand by the other side of said plate which comprises a wavelength photon emission means (51) adapted to activate said photocatalyst in the presence of said reaction medium in said flow channel (30).
2. Photoréacteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la largeur dudit canal d'écoulement (30) est comprise entre 0,1 et 500 mm. 2. photoreactor according to claim 1, characterized in that the width of said flow channel (30) is between 0.1 and 500 mm.
3. Photoréacteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une première plaque enroulée en spirale (40) et une deuxième plaque enroulée en spirale (50) autour d'un axe central (x), formant au moins deux canaux d'écoulement (30,31 ) en forme de spirale, sensiblement parallèle l'un à l'autre. 3. photoreactor according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a first spirally wound plate (40) and a second spirally wound plate (50) about a central axis (x), forming at least two spirally-shaped flow channels (30,31) substantially parallel to one another.
4. Photoréacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite première plaque enroulée en spirale (40) comprend sur au moins une de ses deux faces une couche (41 ) d'au moins un photocatalyseur, et ladite deuxième plaque enroulée en spirale (50) comprend sur au moins une de ses deux faces en vis-à-vis de la couche (41 ) de photocatalyseur un moyen d'émission de photons (51 ) de longueur d'onde adaptée à l'activation dudit photocatalyseur de ladite première plaque enroulée en spirale (40) en présence dudit milieu réactionnel dans ledit canal d'écoulement (30). 4. Photoreactor according to claim 3, characterized in that said first spirally wound plate (40) comprises on at least one of its two faces a layer (41) of at least one photocatalyst, and said second plate wound in a spiral ( 50) comprises on at least one of its two faces facing the photocatalyst layer (41) a photon emission means (51) of wavelength suitable for activating said photocatalyst of said first photocatalyst spirally wound plate (40) in the presence of said reaction medium in said flow channel (30).
5. Photoréacteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite première plaque enroulée en spirale (40) comprend sur ses deux faces une couche (41 ) d'au moins un photocatalyseur et ladite deuxième plaque enroulée en spirale (50) comprend sur ses deux faces un moyen d'émission de photons (51 ) de longueur d'onde adaptée à l'activation dudit photocatalyseur de ladite première plaque enroulée en spirale (40) en présence dudit milieu réactionnel dans ledit canal d'écoulement (30). Photoreactor according to claim 4, characterized in that said first spirally wound plate (40) comprises on both sides a layer (41) of at least one photocatalyst and said second spirally wound plate (50) comprises on its two sides a layer (41) of at least one photocatalyst and two faces a photon emission means (51) of wavelength adapted to activate said photocatalyst of said first spiral wound plate (40) in the presence of said reaction medium in said flow channel (30).
6. Photoréacteur selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la distance « D » entre ladite première plaque enroulée en spirale (40) et ladite deuxième plaque enroulée en spirale (50) est comprise entre 0,1 et 500 mm. The photoreactor according to claim 4 or 5, characterized in that the distance "D" between said first spiral wound plate (40) and said second spiral wound plate (50) is between 0.1 and 500 mm.
7. Photoréacteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'épaisseur de la première plaque enroulée en spirale (40) est comprise entre 0,01 et 100 mm. 7. photoreactor according to any one of claims 3 to 6, characterized in that the thickness of the first spirally wound plate (40) is between 0.01 and 100 mm.
8. Photoréacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le photocatalyseur est choisi parmi le Ti02, le CdO, le Ce203, le CoO, le Cu20, le Bi203, le Fe203, le CuO, le PdO, le FeTi03, Nn203, le NiO, le PbO, le ZnO, l'Ag2S, le CdS, le MoS2, le Ce2S3, le SnS, le Cu2S, le CulnS2, l'ln2S3, le ZnS et le ZrS2. 8. photoreactor according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the photocatalyst is selected from Ti0 2 , CdO, Ce 2 0 3 , CoO, Cu 2 0, Bi 2 0 3 , Fe 2 O 3 , CuO, PdO, FeTiO 3 , Nn 2 O 3 , NiO, PbO, ZnO, Ag 2 S, CdS, MoS 2 , Ce 2 S 3 , SnS, Cu 2 S, CulnS 2 , In 2 S 3 , ZnS and ZrS 2 .
9. Photoréacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le photocatalyseur est dopé avec un ou plusieurs ions choisis parmi des ions métalliques, des ions non-métalliques, ou par un mélange d'ions métalliques et non- métalliques. 9. Photoreactor according to any one of claims 1 to 8, wherein the photocatalyst is doped with one or more ions selected from metal ions, non-metallic ions, or a mixture of metal ions and non-metal.
10. Photoréacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le photocatalyseur comprend en outre au moins un co-catalyseur choisi parmi un métal, un oxyde métallique ou un sulfure métallique. The photoreactor according to any one of claims 1 to 9, wherein the photocatalyst further comprises at least one co-catalyst selected from a metal, a metal oxide or a metal sulfide.
1 1 . Photoréacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel ledit moyen d'émission de photons émet dans le spectre ultra-violet et/ou visible. 1 1. A photoreactor according to any one of claims 1 to 10, wherein said photon emitting means emits in the ultraviolet and / or visible spectrum.
12. Photoréacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , dans lequel ledit moyen d'émission de photons émet à une longueur d'onde nominale au maximum 50 nm inférieure à la longueur d'onde maximale absorbable par le photocatalyseur et produit une irradiation telle qu'au moins 50% en nombre de photons sont absorbables par le photocatalyseur. The photoreactor according to any one of claims 1 to 11, wherein said photon emitting means emits at a nominal wavelength at maximum 50 nm less than the maximum wavelength absorbable by the photocatalyst and produced irradiation such that at least 50% in number of photons are absorbable by the photocatalyst.
13. Photoréacteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que la densité de puissance lumineuse produite par ladite deuxième plaque enroulée en spirale (50) est supérieure ou égale à 5 kW/m2. 13. Photoreactor according to any one of claims 4 to 12, characterized in that the light power density produced by said second spiral wound plate (50) is greater than or equal to 5 kW / m 2 .
EP16794572.4A 2015-12-21 2016-11-08 Spiral-shaped photoreactor Withdrawn EP3393648A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1562904A FR3045410B1 (en) 2015-12-21 2015-12-21 SPIRAL PHOTOREACTEUR
PCT/EP2016/076935 WO2017108248A1 (en) 2015-12-21 2016-11-08 Spiral-shaped photoreactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3393648A1 true EP3393648A1 (en) 2018-10-31

Family

ID=55300693

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP16794572.4A Withdrawn EP3393648A1 (en) 2015-12-21 2016-11-08 Spiral-shaped photoreactor

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3393648A1 (en)
FR (1) FR3045410B1 (en)
WO (1) WO2017108248A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10696614B2 (en) * 2017-12-29 2020-06-30 Uchicago Argonne, Llc Photocatalytic reduction of carbon dioxide to methanol or carbon monoxide using cuprous oxide
US11684903B2 (en) 2018-10-24 2023-06-27 Daniel Shafer Microscale chemical reactors

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4039389A (en) 1975-11-03 1977-08-02 Uop Inc. Liquid-liquid extraction apparatus
EP2511007A1 (en) * 2007-11-29 2012-10-17 Corning Incorporated Devices and methods for radiation assisted chemical processing
US7906016B2 (en) * 2008-08-20 2011-03-15 Tiax Llc Chemical reactors

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017108248A1 (en) 2017-06-29
FR3045410A1 (en) 2017-06-23
FR3045410B1 (en) 2017-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3393649A1 (en) Compact photoreactor
Albero et al. Photocatalytic CO2 reduction to C2+ products
Christoforidis et al. Photocatalysis for hydrogen production and CO2 reduction: the case of copper‐catalysts
Hong et al. Plasmonic Ag@ TiO2 core–shell nanoparticles for enhanced CO2 photoconversion to CH4
FR3026965B1 (en) METHOD FOR PHOTOCATALYTIC REDUCTION OF CARBON DIOXIDE USING COMPOSITE PHOTOCATALYST.
Zhao et al. CO2 reduction by plasmonic Au nanoparticle-decorated TiO2 photocatalyst with an ultrathin Al2O3 interlayer
US20160160364A1 (en) Photocatalytic metamaterial based on plasmonic near perfect optical absorbers
Ren et al. Sandwiched ZnO@ Au@ Cu2O nanorod films as efficient visible-light-driven plasmonic photocatalysts
Taboada et al. Dynamic photocatalytic hydrogen production from ethanol–water mixtures in an optical fiber honeycomb reactor loaded with Au/TiO2
Cai et al. Strong photothermal effect of plasmonic Pt nanoparticles for efficient degradation of volatile organic compounds under solar light irradiation
Liu et al. Photocatalytic degradation of gaseous benzene with CdS-sensitized TiO2 film coated on fiberglass cloth
Castedo et al. Silicone microreactors for the photocatalytic generation of hydrogen
EP3615211A1 (en) Photocatalytic carbon dioxide reduction method using a photocatalyst in the form of a porous monolith
FR3098811A1 (en) PHOTORACTOR INCLUDING A PHOTOCATALYTIC TEXTILE PROVIDED WITH OPTICAL FIBERS
FR3014432A1 (en) PROCESS FOR THE DEHYDROGENATION OF HYDROCARBONS BY A HETEROGENEOUS PHOTOCATALYST IN ABSENCE OF DIOXYGEN.
FR3095597A1 (en) PHOTOCATALYTIC DECONTAMINATION PROCESS OF A GASEOUS MEDIUM IN THE PRESENCE OF AN EXTERNAL ELECTRIC FIELD
FR3095598A1 (en) PHOTOCATALYTICAL REDUCTION PROCESS OF CARBON DIOXIDE IN THE PRESENCE OF AN EXTERNAL ELECTRIC FIELD
EP3393648A1 (en) Spiral-shaped photoreactor
EP3710162A1 (en) Method for the photocatalytic reduction of carbon dioxide implementing a supported photocatalyst made from molybdenum sulfide or tungsten sulfide
US20160340593A1 (en) Tandem photochemical-thermochemical process for hydrocarbon production from carbon dioxide feedstock
Camarillo et al. Improving the photo‐reduction of CO2 to fuels with catalysts synthesized under high pressure: Cu/TiO2
Ciocarlan et al. Recent trends in plasmon‐assisted photocatalytic CO2 reduction
He et al. Green chemistry and sustainable technology
WO2020221599A1 (en) Method for photocatalytic production of dihydrogen in the presence of an external electric field
Skillen et al. Photocatalytic reforming of glycerol to H2 in a thin film Pt‐TiO2 recirculating photoreactor

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20180723

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20220404

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20220817