WO2009019388A1 - Epurateur comprenant un filtre photocatalytique - Google Patents

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WO2009019388A1
WO2009019388A1 PCT/FR2008/051357 FR2008051357W WO2009019388A1 WO 2009019388 A1 WO2009019388 A1 WO 2009019388A1 FR 2008051357 W FR2008051357 W FR 2008051357W WO 2009019388 A1 WO2009019388 A1 WO 2009019388A1
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Laurent Molins
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Saint-Gobain Quartz S.A.S
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Definitions

  • the invention relates to a filtering medium with a fibrous structure, the fibers of which are coated with a photocatalytic action coating, for the purification of the ambient air and more particularly the elimination of the volatile organic compounds contained in the ambient air.
  • Advanced Oxidation techniques allow the oxidation of organo-volatile compounds (VOCs).
  • VOCs organo-volatile compounds
  • TAO advanced oxidation techniques
  • the most efficient advanced oxidation techniques (TAO) are those that lead to the formation of hydroxyl radicals OH-, which have an oxidizing power greater than that of traditional oxidants. This is the case of heterogeneous photocatalysis.
  • the fundamental principle of the phenomenon is the absorption of a photon by a semiconductor solid, leading to the promotion of an electron of the valence band to the conduction band by releasing a gap, and thus conferring on the solid properties oxidizer and reductant.
  • Most organovolatile compounds as well as many pesticides, herbicides, surfactants and dyes are completely oxidized to less toxic products by this technique.
  • a PCO reactor photocatalysis oxidation for the purification of ambient air generally comprises a pre-filter for trapping dust and particles, a UV source, a PCO filter.
  • the UV source is usually placed between the pre-filter and the PCO filter.
  • the air to be purified is usually drawn or sucked through the PCO filter using a turbine or fan.
  • a PCO filter must be optimized on the following points: - UV power received,
  • Filters already proposed for this type of application often cause excessive pressure drop, so they require the use of more powerful fans and more energy-hungry.
  • it was then proposed to lower the density of the filter by inserting elements such as honeycomb, high porosity fabric, mosquito net or ceramic foam, but then, true Preferred channels were created and the efficiency of the filter for the oxidation of organo-volatile compounds was reduced because of the lack of "effective" material in contact with the airflow.
  • the WO03010106 teaches the deposition of photocatalytic coating on the surface of sails or silica felts with a specific surface area of at least 10 m 2 / g, in particular at least 30 m 2 / g. This document does not suggest the concept of low pressure drop combined with sufficient efficiency in the intended application.
  • WO00 / 25919 and WO00 / 76660 teach the use of a needled cut son mat as a support for a photocatalytic coating.
  • the choice of these fibers requires the use of an organic binder and leads to a high density mat (150 to 600 g / m 2 ). It is not possible with such fibers to have at the same time a low density and a low pressure drop.
  • WO99 / 64364 (or EP1084086) teaches an adhesion promoter for photocatalytic coating. This adhesion promoter is organic.
  • US6241856 teaches an organo volatile compound analyzer and a pump which serves to circulate the gas but which is in no way slaved to the analyzer. The pump is therefore not used to regulate the gas passing through the purifier according to the result provided by the analyzer.
  • Other state-of-the-art documents include
  • the invention relates to a substantially mineral, stable, UV-insensitive and PCO-oxidation filter medium, which combines a pressure drop compatible with the requirements of the air treatment systems and a strong efficiency against atmospheric pollutants due to its active surface and a PCO effect in its volume and not only a surface effect as is usually encountered according to the prior art.
  • This filter medium is preferably essentially inorganic (i.e. inorganic) which means that its loss on ignition is less than 0.1% by weight and even less than 0.01% by weight, or even zero.
  • Such media-filtering may in particular be obtained by the use of a felt made by stretch-blow molding of its fibers, which makes it possible to overcome the use of binder and even of any mechanical bonding action (needling, sewing).
  • the filtering medium according to the invention is obtained after deposition of a photocatalytic action coating on a nonwoven of the felt type.
  • the invention relates firstly to a filtering medium having a photocatalytic action of at least 2 mm in thickness, homogeneous and without an orifice visible to the naked eye, comprising a felt of inorganic fibers whose fibers are coated with a coating comprising a catalyst with a photocatalytic action, said felt having a basis weight of between 30 and 80 g / m 2 , said coating representing 5 to 80% of the mass of said medium, said medium having a gas pressure drop of less than 150 Pa at 1 m / s in non-pleated condition.
  • the invention also relates to the use of this medium in different applications, its shaping to maximize the active surface "front”, its shaping to minimize the problems of pressure drop.
  • the invention further relates to a method and a device for modulating the UV intensity and the speed at the substrate at the start of a purifier and / or in case of pollution peak, so as to reduce the formation of potentially toxic reaction intermediates.
  • the media according to the invention can be implemented to purify the atmosphere of premises for domestic use (housing), or premises of the tertiary sector (building containing offices).
  • a felt mass density up to 300 g / m 2 .
  • the felt used in the context of the present invention because of its density of between 30 and 80 g / m 2 , offers a very low gas pressure drop therethrough.
  • the felt and the media according to the invention are rather adapted to purification in a domestic environment. It should be noted that for the tertiary or industrial sector, substrates of higher surface area may be necessary, such as for example from 200 to 300 g / m 2 .
  • An alternative for the tertiary and industrial sectors is the use of several media according to the invention placed in series one behind the other.
  • a single filter medium comprising a felt on which the catalytic coating has been applied as explained in the present application, except that the felt has a basis weight greater than 80 g / m 2 , for example 80 at 300 g / m 2 . You can also put several of these media in series one behind the other.
  • the felt to be used as a substrate may have a density of less than 30 kg / m 3 .
  • the felt to be used as a substrate generally has a density ranging from 0.5 to 60 kg / m 3 and more generally from 1 to 30 kg / m 3 .
  • the photocatalytic coating formed according to the invention on the surface of the fibers of the felt used as a substrate represents 5 to 80% and generally 10 to 50% of the mass of the filter medium.
  • the catalyst with photocatalytic action generally comprises at least one oxide of the group of the following oxides: TiO 2 , ZnO, CeO 2 . It preferably comprises titanium oxide at least partially crystallized.
  • the felt is a fibrous structure with mineral fibers.
  • These fibers may be based on silica such as glass (generally containing at least 30% by weight of silica, the glass being of the E, C, R, S, D, AR type), the washed glass (leached glass fiber chemically then possibly thermally stabilized generally containing more than 90% by weight of silica, and in a standard manner between 96% and 99% by weight of silica), ceramic (mention may be made of mullite-based fibers including UNIFRAX. THERMALS CERAMICS are well known suppliers, NEXTEL fibers of 3M, pure alumina fiber marketed under the trade name SAFFIL) or pure silica (also called quartz and comprising at least 99% of amorphous SiO 2 ).
  • silica such as glass (generally containing at least 30% by weight of silica, the glass being of the E, C, R, S, D, AR type)
  • the washed glass leached glass fiber chemically then possibly
  • metal fiber generally based on 316 or 316 L stainless steel whose main suppliers are Bekaert and UGITECH.
  • the material used is preferably glass and still more preferably silica so as to be as transparent as possible to the UV illumination in the application, because the UV penetrates better into the core of the filter media to make it more active.
  • the felt is preferably unsintered and without organic material, which is possible in particular by the use of the stretch-blow molding method described below applied to the mineral material.
  • a felt of mineral fibers in particular comprising silica (glass or pure silica)
  • stretch rods of the material in question (as in silica or glass as the case may be), with a diameter generally less than 7. mm in a burner (especially oxy-propane) in order to bring them to a filament diameter of less than 0.5 mm.
  • This filament can then be re-stretched by flame-stretching in a second burner and projected onto a moving surface such as a moving carpet or a rotating receiving drum.
  • the filaments thus obtained generally have a diameter of less than 50 ⁇ m, and in optimal manners centered on 9 ⁇ m, for example between 7 and 15 ⁇ m. Larger filaments generally lose felt flexibility.
  • the stretched material may be quartz, silica, glass, and more generally any type of thermally fusible mineral material, which includes alumina and mullite.
  • This method of manufacturing non-woven (or matt) flame stretch-blow molding followed by a projection on a running surface (moving carpet or receiving drum in rotation) leads to a particularly homogeneous structure and free of holes apparent to the naked eye, even at very low surface mass.
  • This technique produces substantially crimped fibers, so that they naturally bond to each other by interlacing to form a coherent nonwoven mat and without the need for a binder or mechanical bonding. such as needling or sewing. This curl is more easily obtained by adjusting the flame producing the stretch in turbulent condition.
  • Pure silica fiber (at least 99% SiO 2 ) is particularly preferred because it is particularly transparent to UV, which allows it to convey in the manner of optical fibers and with a minimum of UV absorption throughout the media .
  • the felt obtained by this process is a non-woven fabric whose surface mass is adjustable according to the speed of the receiving system (like a rotating drum) .
  • the reception system is adjusted so as to obtain a density of between 30 and 80 g / m 2 .
  • These felts have a thickness ranging from 1 to 200 mm and a density of less than 60 kg / m 3 .
  • the fibers of this nonwoven have a length generally ranging from 3 cm to 100 cm.
  • This stretch-blowing process allows the production of pure silica mats or glass (at least 60% SiO 2 in the case of glass). These mats are excellent and preferred because they are soft (because not sintered) and free of any organic matter.
  • the final medium has a thickness generally lower than that of the felt used, and generally ranging from 1 to 50 mm and more generally between 2 and 30 mm.
  • existing fibers with a diameter of 7 to 14 ⁇ m can be obtained and cut at lengths of less than 150 mm and generally greater than 45 mm.
  • the cut fibers are then shaped web either by pneumatic lapping, or by carding-lapping.
  • the sheet thus formed then undergoes a pre-needling followed by needling around of 100 moves / m 2 .
  • webs with a mass per unit area of between 60 g / m 2 and 2000 g / m 2 can be produced.
  • products with a basis weight of less than 80 g / m 2 will be preferred.
  • These products have thicknesses generally less than 30 mm, and generally densities less than 70 kg / m 3 and even less than 60 kg / m 3 .
  • the density and thickness are adjustable by those skilled in the art depending on the number of strokes / m 2 of substrate that the needling exerts, which densifies more or less the felt.
  • the media may also be prepared by the papermaking method (dispersion of the fibers in a pulper followed by shaping by papermaking) by using, in order to keep an essentially mineral structure, a ceramic precursor binder, preferably of the soil type. gel, in particular with a precursor for example of the TEOS (Tetraethyl orthosilicate), MTES (Methyltriethoxysilane) type which after calcination will be ceramized.
  • This binder can be deposited locally by stitch or in a predefined pattern to save the flexibility of the felt.
  • the preferred fiber as support felt for the catalyst with photocatalytic action is a quartz fiber (at least 99% of silica) because it tolerates ceramization of sol-silica gel (between 400 and 600 ° C.), it is very pure, alkaline free, and therefore particularly inert vis-à-vis the catalyst, and moreover, it conducts the UV very well without absorbing them.
  • the finished felt is then impregnated with a solution comprising an organic precursor of silica (such as TEOS, MTES see a mixture of several alkoxysilane precursors of chemical formula R' ⁇ Si (OR) 4-x in which R and R 'are organic radicals and x an integer ranging from 0 to 3), and a dispersion of a photocatalytically active compound, such as TiO 2 with photocatalytic action or Zinc oxide (ZnO), the titanium oxide remaining nevertheless the preferred catalyst because of its high efficiency in PCO applications.
  • an organic precursor of silica such as TEOS, MTES see a mixture of several alkoxysilane precursors of chemical formula R' ⁇ Si (OR) 4-x in which R and R 'are organic radicals and x an integer ranging from 0 to 3
  • a photocatalytically active compound such as TiO 2 with photocatalytic action or Zinc oxide (ZnO)
  • the invention also relates to a method of manufacturing a media comprising a step of impregnating the inorganic fiber felt with a composition comprising Tetraethyl orthosilicate (TEOS) and at least one alkoxysilane of formula R ' x Si (OR) 4- x wherein R and R 'are organic radicals and x is an integer from 0 to 3, the amount of alkoxysilane representing 10 to 40% and preferably 15 to 25% by weight of TEOS.
  • TEOS Tetraethyl orthosilicate
  • R ' x Si (OR) 4- x wherein R and R 'are organic radicals and x is an integer from 0 to 3, the amount of alkoxysilane representing 10 to 40% and preferably 15 to 25% by weight of TEOS.
  • the impregnating solution can be prepared according to the indications contained in WO9710186 and WO03087002.
  • the impregnation solution may be prepared by premixing a solution A (precursor of silica) and a solution B (surfactant), a dispersion of titanium oxide being then added to said premix.
  • a solution A precursor of silica
  • a solution B surfactant
  • it can be prepared on the basis of the ingredients indicated in Table 2 below:
  • the amount of water is adjusted to a volume of 100 liters at the final solution.
  • Two solutions A and B are thus prepared and mixed, and then a suspension of the TiO 2 catalyst in water is added to this mixture of A + B.
  • the 33.33 kg of C is the suspension mass of the catalyst at 19.3% (and not pure catalyst).
  • a composition that is particularly suitable for the deposition of the coating uses a mixture of MTES and TEOS as the silica precursor. Indeed the sol-gel obtained from this mixture is more flexible and less subject to dusting when compared to a precursor 100% TEOS or 100% MTES. Preferably, a 15-30% MTES mixture is used for 85-70% TEOS.
  • the felt is impregnated in full bath with the impregnating solution, which is sucked through the felt, which is then expressed (which means: pressed to remove the impregnation juice) and dried.
  • the felt obtained is then calcined at a temperature of ambient temperature to 550 ° C, in particular at about 450 ° C, which then makes it possible to transform the silica precursor into silica.
  • the rise in temperature to the maximum temperature is carried out with a moderate speed, preferably below 6 ° C per minute.
  • this heat treatment may be that indicated in Table 4 below:
  • Cooling can be a natural cooling in the ambient air.
  • the ratio of Si and Ti precursors in the case of the use of precursors of Si and Ti to produce the catalytically active coating, preference is given to the ratio of Si and Ti precursors so that the Si / Ti molar ratio in the catalytically active coating is included. between 0.25 and 1, 35 and more preferably between 0.5 and 1.3.
  • This media can be sucked by a suction table to remove the particles (micron and sub micron) coating with low adhesion. This makes it possible to avoid a significant dusting of the PCO media and a particle generation during the first start-up of the PCO purifier.
  • the catalyst mass (as TiO 2 ) is generally less than or equal to 40% by weight and if possible less than 30% by weight, optimally about 15% by weight on the final product (media) obtained.
  • the catalyst mass is greater than or equal to 1% by weight and more preferably greater than or equal to 5% by weight relative to the final medium.
  • TiO 2 catalyst In the case of a TiO 2 catalyst, it preferably contains as much anatase as possible.
  • the composition can be doped with at least one compound such as MnO, Mn 2 O 3 , dicyanoanthracene (DCA) or a compound comprising at least one of the group of elements V, Cr, Mn, Mo, In, Sn, Fe, Ce, Co, Cu, Nd, Zn, W, Nb, Ta, Bi, Ni, Ru, Ag, said compound being in concentration less than 0.5% by weight of the mass of catalyst, in order to increase the efficiency of the media.
  • DCA dicyanoanthracene
  • the felts prepared as indicated above have the following properties: they are essentially of a mineral nature; they have a pressure drop of less than 150 Pa at 1 m / s, and more generally less than 50 Pa at 1 m / s and even less than 20 Pa at 1 m / s of gas; they are homogeneous and therefore without a preferential path for the gas passing through it; they do not have a hole visible to the naked eye.
  • the production of the photocatalytic coating can sometimes cause adhesion problems on the fiber, especially when it is subjected to mechanical stresses, even low for example during handling.
  • the detachment of the coating results in the formation of an unwanted powder. This separation is also called "dusting".
  • the thickness of the coating can be decreased.
  • the coating can also be fixed with a polymer. However, the latter must resist oxidation under the combined effect of the UV and the PCO effect of the catalyst, the powers received being very often between 2 and 40 mW / cm 2 of UVA, UVB or UVC.
  • Polymers comprising fluorine such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or a fluorinated silane (such as fluorinated silanes sold under the reference F8820, F8810, F8263 by the company Degussa) and, to a lesser extent, a polysiloxane polymer (such as a silicone) have been discovered. ), have sufficient UV stability and PCO reaction in this type of application.
  • the polymer may be deposited on the fibers of the media in the dispersion state in a liquid, in particular using an aqueous dispersion.
  • An aqueous dispersion of the polymer which is free from surfactants or which contains the least possible surfactant is preferably used.
  • Suitable polymer dispersions are, for example, PTFE dispersions sold under the TEFLON 30 references.
  • DUPONT OF NEMOURS Mention may also be made of silicone polymers of Rhodia silicone such as Rhodorsil Resin 20 B at 83%, Rhodorsil Resin 6405, and Wacker siloxane polymers such as SILRES H62 C.
  • PTFE is a preferred polymer.
  • the polymer dispersion is applied to the media after the heat treatment ceramics that led to the formation of the coating action photocatalytic. Generally from 0.1 to 5% by weight of polymer relative to the mass of the final media is deposited on the media.
  • the deposition of the polymer can be carried out either by spraying on one side or on both sides of the suspension, or by immersion-soaking in the suspension followed by an expression. These impregnations can generally be carried out at room temperature, especially at a temperature of between 10 and 40 ° C.
  • a heat treatment is generally carried out between 45 ° C. and 250 ° C. (more preferably between 150 ° and 250 ° C.
  • a fluorinated polymer not polysiloxane type
  • UV in this case with a high UV intensity, in particular between 15 and 100 mW / cm 2 ) after the application of the polymer dispersion and before the actual use to better remove surfactants or surfactants used to disperse the polymer in the dispersion, including fluoropolymers in aqueous dispersion.
  • PCO substrates whose coating comprises a hydrophobic polymer, especially fluorinated or polysiloxane type, can float on the surface of the water.
  • Such media have a strong interest in purifying the atmosphere emanating from a settling basin, a purification plant, a lagoon (factories), etc .... Indeed, the media can be cut into pieces of surface ranging from a few mm 2 to a few cm 2 , poured on the surface of the water to be treated. Because of its floating nature, the media is easily distributed on the surface of the water (without adding significant additional costs such as floating tarpaulins mounted on float).
  • the invention also relates to a method of purifying air over water containing impurities and generating volatile organic compounds in air above said water, by placing on the surface of the water.
  • water of a filtering medium with photocatalytic action, self floating (according to the invention) by means of a suitable coating allowing it to float.
  • This coating preferably comprises a hydrophobic polymer applied to the fibers of said media.
  • the media according to the present invention combines an active and homogeneous surface (without an apparent preferential path for air) over the entire surface of the media with a very low pressure drop, in particular because of its very low basis weight (or surface weight) and of its associated low apparent density.
  • the media having a high thickness, it allows a photocatalytic oxidation efficiency (PCO efficiency) throughout its thickness.
  • PCO efficiency photocatalytic oxidation efficiency
  • This reactor generally consists of a stainless steel body inside which is placed a media disk, for example of diameter 47 mm.
  • UV illumination from a HPK 125 W lamp is performed through a silica slot.
  • the illumination power is adjusted by adjusting the distance lamp Media.
  • a power of 5 mW of UVA per cm 2 of media, measured at 365 nm measured at the media level, is generally used.
  • a constant stream of filtered air containing 300 ppm of the pollutant (in particular methanol) is introduced at a rate of 350 ml / min.
  • the pollutant concentration is then measured, generally by chromatography.
  • the filter medium according to the invention in non-folded condition, causes a pressure drop of less than 150 Pa at 1 m / s of gas, and even generally less than 50 Pa at 1 m / s and even less than 20 Pa at 1 m / s gas, which is remarkably low, while providing excellent purification.
  • a photocatalytic purifier allows efficient air purification without increasing the levels of harmful intermediate products during the first minutes of the device start or peak flow. pollutant. Subsequently, the UV intensity and the flow of the device can be raised to their nominal value to ensure maximum PCO effect.
  • a decomposition process of methanol is: methanol - formaldehyde - formic acid - CO 2 .
  • a decomposition process of ethanol is: Ethanol - Acetaldehyde - Acetic acid - Formaldehyde - Formic acid + CO 2 - 2 CO 2 .
  • the intermediate reaction products may or may not be completely mineralized when the passage on the photocatalytic media of the initial molecule of starting pollutant.
  • the media according to the invention can be arranged in a filtration cassette so as to provide a longer surface area for the gas to be treated.
  • FIGS. 3a and 3b show PCO filters in which the PCO medium has a shape of V or W.
  • the invention also relates to a filter cassette comprising at least one angle and containing a PCO medium, said angle being where appropriate articulated.
  • the PCO purifier according to the invention is particularly intended for domestic air purification applications.
  • One of the major applications is the reduction of ozone in the home environment. Thanks to the invention, an ozone reduction efficiency of 90% can be achieved.
  • the PCO purifier according to the invention is also used for the purification of air in tertiary, commercial, or industrial environment.
  • media according to the invention in series to generate a higher surface weight compared to what is suitable for the domestic environment.
  • a 50g / m 2 media when used in an industrial restoration environment equipped with a grease-cleaning system (from ozone), a 50g / m 2 media generally does not reduce ozone levels. sufficiently large at 300 ppb in one pass at 1 m / s.
  • media according to the invention in series (that is to say one after the other, if necessary in contact), generally between 2 to 10 media, more particularly 3 to 6 media, which allows in one pass to oxidize for example 150 ppb of 300 ppb of ozone present in the input gas, the UV power received by filter being 50 mW / cm 2 of UVC illumination.
  • This type of process can be envisaged in particular at the level of industrial kitchen executions in which ozone is generated to eliminate the greases deposited at the level of cooker hoods. It follows a strong smell and ozone concentration that can be destroyed by the PCO system according to the invention.
  • the PCO system according to the invention can also be used in industrial applications such as sheds or storage refrigerators of fragile plant products (such as fruits, vegetables, flowers). In this context, it is important to reduce the concentration of ethylene in the shed to slow the ripening of the fruit or the wilting of the flowers.
  • the invention also relates to the use of the media or the purifier or the device according to the invention for purifying the air of a shed or refrigerator containing a plant, in particular a fruit or vegetable or a flower.
  • the PCO system according to the invention is also very effective on the degradation of alcohols (methanol, ethanol, propanol) and solvents for example used in the industry of resins, composites or the manufacture of perfumes.
  • alcohols methanol, ethanol, propanol
  • solvents for example used in the industry of resins, composites or the manufacture of perfumes.
  • ATEX regulated conditions the ATEX expression from "Explosive ATmospheres”
  • One of the problems is the nature of the PCO filter medium which must be essentially mineral in order to avoid any risk of ignition.
  • no post-impregnation polymer is applied to the media to limit the dusting.
  • the media of the present invention is then composed of a mineral substrate (felt) with a mineral coating doped with titanium oxide and perfectly meets the specifications of PCO applications in ATEX environment.
  • the PCO system according to the invention contains a light source necessary for the catalytic activation of the titanium oxide coating.
  • This source can be a UVA, UVB or UVC lamp with mercury vapor or Xenon.
  • the invention also relates to particular illumination devices of a PCO medium, suitable for PCO media according to the invention or any other PCO medium. These devices are interesting in particular from the point of view of energy savings, lower maintenance costs or ATEX compliance.
  • the illumination device of the fibrous media can be realized with an LED
  • the invention also relates to a gas purifier comprising a filtering medium with photocatalytic action (according to the invention or not) and a UV illumination system of said medium, said illumination system comprising an LED, preferably UV, generating an intensity received by the media at least equal to 1 mW / cm 2 of media.
  • the illumination device of the fibrous media can be produced by a light guide, for example an optical fiber: this system makes it possible to move the source away from the illumination zone and thus to relatively easily create an ATEX zone in the PCO reactor .
  • the invention also relates to a gas purifier comprising a filtering medium with photocatalytic action (according to the invention or not) and a UV illumination system of said medium, said illumination system comprising at least one light guide ( as an optical fiber) to bring light to said medium.
  • ATEX zones outlets, capture
  • conventional UV lamps are not ATEX approved because of the fragility of their envelope.
  • a light guide lighting system allows the lamp to be taken out of the ATEX zone and thus makes the system comply with the needs of the ATEX zones.
  • the following systems can be considered:
  • the illumination device of the fibrous media can also be centralized vis-à-vis several PCO reactors. This makes it possible to have a single zone of UV generation relayed by a light guide illumination system (for example of the optical fiber type) of different PCO media. This system provides significant energy savings by avoiding the need to have multiple sources, reducing ballast consumption and unavoidable losses due to multi-source systems.
  • the principle of this system is shown in FIG. 16.
  • the invention also relates to a device for purifying air comprising several air purifiers each comprising a filtering medium with photocatalytic action (according to the invention or not), and including a unique lighting source of the scrubbers media.
  • the invention also relates to a gas purifier comprising a filtering medium with photocatalytic action (according to the invention or not) and a UV illumination system of said medium, said illumination system comprising light guides (for example optical fiber type) and / or a cold light.
  • the illumination device of the fibrous media can be produced by plane lamp.
  • the invention also relates to a gas purifier comprising a filtering medium with photocatalytic action (according to the invention or not) and a UV illumination system of said medium, said illumination system comprising a plane lamp.
  • VOC concentration When operating the PCO system in a polluted VOC atmosphere, the concentration of these VOCs can be quite important at the beginning of operation. This high concentration of VOC may result in the undesired formation of intermediate compounds (formaldehyde, acetaldehyde, acetone) also harmful as a result of the operation of the PCO system according to the invention. Therefore, it is recommended, in case of VOC concentration assumed to be important, to start the operation of the PCO system according to the invention in attenuated mode, either by reducing the UV power, or by reducing the gas flow, or both. . After a while, when the VOC concentration is lower, the operating power can be increased.
  • An attenuated UV illumination (for a start of operation) is for example less than 8 and even less than 7.5 mW / cm 2 .
  • An attenuated gas flow rate is, for example, less than 60% and even 50% of the nominal gas flow rate.
  • Table 5 gives the concentrations of certain VOCs routinely measured in living rooms. These values are the results of several hundred measurements.
  • the right column "critical concentration" of Table 5 indicates, as an indication, the concentrations from which it is recommended to reduce the operation of the PCO scrubber according to the invention, by reducing the gas flow therethrough and / or by reducing the UV intensity illuminating the PCO media.
  • the invention therefore relates to a method for purifying gas using a purifier comprising a filtering medium with photocatalytic action (according to the invention or not) and a UV illumination system of said medium, so that when the concentration of a compound in the gas is greater than a value V1, the operation rate of the purifier is lower than its regime when the concentration of the compound in the gas is less than a value V2, V2 being less than or equal to V1 .
  • formaldehyde very common impurity
  • the operating regime can be increased when the formaldehyde concentration is less than 30 ⁇ g / m3.
  • the scrubber can be operated with a reduced operating regime when the formaldehyde concentration is greater than a value V1 of between 0.3 and 80 ⁇ g / m3 and then increase the operating regime when the formaldehyde concentration is lower. at a value V2 of between 0.3 and 80 ⁇ g / m3, V2 being less than or equal to V1.
  • the purifier according to the invention is advantageously provided with an organovolatil compound analyzer.
  • the purifier can operate in a fully automated manner according to the contents of organovolatil compound transmitted by the analyzer: strong regime when the content is below a certain value, low regime when the content is greater than a certain value.
  • the invention also relates to a gas purifier (generally air) comprising a filtering medium with photocatalytic action (according to the invention or no) comprising means for varying the flow of gas therethrough or (which means and / or) varying the intensity of the UV illumination.
  • the scrubber may comprise an organo-volatile compound analyzer and means for automatically adjusting the speed of the gas flowing through it or adjusting the intensity of the UV illumination as a function of the volatile organic compound content analyzed by the analyzer.
  • the purifier can analyze incoming or outgoing gas, but generally analyzes the incoming gas.
  • the following operating mode can be given, according to which, above a content C1 in a VOC, the device operates in reduced mode. Above a C1 content in a VOC, the analyzer gives a signal 1 which enters a regulator, which is programmed to transform this signal 1 into an output setpoint 1 according to a mathematical formula, said instruction then attacking a variator speed controller which controls the speed (reduced) of the fan drive motor of the scrubber, said fan causing a flow D1 (moderate) of gas through the scrubber.
  • the analyzer After a certain time of operation at this reduced speed and when the concentration in the gas at said VOC decreases below C2 (C2 being less than C1), then the analyzer gives a signal 2 to the regulator, which is programmed to transform this signal 2 output setpoint 2 according to a mathematical formula, said instruction then attacking the speed controller which controls the speed (high) of the drive motor of the fan of the purifier, said fan causing a flow D2 (high) of gas through the scrubber.
  • the adjustment of the gas velocity and / or light intensity can also be simply modulated as a function of time. For example when starting a purifier in a room with pollutants, it is recommended to work with a low gas velocity and / or low UV illumination for example for 2 hours, the time to have sufficiently purified the room, then to go into rated mode. Such a system avoids forming by-products for example at the start of the purifier.
  • the scrubber can therefore comprise a delay means (that is to say a means measuring or determining the time or triggering a device after a certain time) to control the moderate or stronger regime of the scrubber .
  • the purifier may therefore comprise a delay means and a means for automatically adjusting the speed of the gas passing through it and / or adjusting the intensity of the UV illumination as a function of time determined by the delay means.
  • This time-based system can be used when a peak of pollution is detected by a system that may or may not be independent of the scrubber, such as information communicated to the radio, to put the system in mode to reduced diet (low gas velocity and / or low UV illumination) for a predefined time, the stronger purification regime then automatically starting at the end of the predefined time.
  • the control chain including a timed relay gives a setpoint 1 of reduced operation for a duration 1 to a speed controller, which gives the instruction of speed 1 to the drive motor of the fan turbine to cause a flow D1 (reduced) gas through the scrubber.
  • the control chain including the delayed relay gives a higher speed operating setpoint 2 to the speed controller, which gives the speed setpoint 2 to the fan motor of the fan motor. cause a D2 (stronger) flow of gas through the scrubber
  • FIG. 1 very schematically represents the structure of a PCO purifier according to the invention, containing two layers 2 of PCO media.
  • the gas flow is represented by thick arrows, the left arrow representing the incoming gas, the right arrow representing the outgoing gas.
  • UV lamps 3 Between the two layers 2 of PCO media are placed UV lamps 3.
  • a fan 5 ensures the circulation of air. All these elements are placed in a stainless steel box 1.
  • the distance 4 between the UV lamp and the media can be 20 mm.
  • Such a purifier could also include a pre-particle filter from the air inlet, that is to say placed to the left of the first PCO media.
  • FIG. 2 represents the structure of a PCO purifier according to the invention, containing a single PCO 2 media layer.
  • the airflow is represented by thick arrows.
  • a UV lamp 3 illuminates the media 2.
  • a fan 5 ensures the circulation of air. All these elements are placed in a stainless steel box 1.
  • the distance 4 between the UV lamp and the media can be 20 mm.
  • Such a purifier could also include a pre-particle filter from the air inlet, that is to say placed to the left of the first PCO media.
  • FIG. 3 shows PCO filter modules in which the PCO medium has a V or W shape.
  • the module comprises a generally metallic envelope 6 (stainless steel, galvanized steel or aluminum) containing a particle pre-filter 7, a UV lamp 8, a cassette 9 with photo-catalytic media, hinged or not.
  • the cassette is entered in the assembly by an opening 10.
  • an articulated cassette can be retracted straight into the module through the opening 10 (FIG. 3c) and then folded in a V fashion thanks to the hinge 11 (see FIG.
  • the cassette may comprise three joints 12 to take a shape in W as in Figure 3b.
  • Figures 4 to 13 show the results of purification of the air polluted by various molecules through a media according to the invention.
  • Figures 4 to 1 1 correspond to the results of Examples 24 to 31 and Figures 12 and 13 correspond to the results of Examples 33 and 34.
  • Figure 14 shows the principle of illumination of the filter media through several light guides (for example optical fibers) fed to the PCO reactor 15.
  • FIG. 14 a) it can be seen that, starting from the UV light source 13, several light guide strands 14 bring the light into the reactor 15 in order to illuminate the PCO media.
  • FIG. 14 b we see the distribution of the arrival of eight light guides 14 on the section of the reactor 15 so as to distribute the energy
  • FIG. 15 represents the principle of illuminating the filter medium via a single light guide (for example optical fiber) fed to the PCO reactor 21.
  • a single strand 17 of light guide brings the UV light into the reactor 21.
  • the light guide passes through the media 18 to the illumination point 19 at the end of the light guide.
  • This strand then illuminates a mirror 20 provided with a suitable curvature and the UV light is reflected (arrows) by this mirror as homogeneously as possible in the reactor towards the media 18.
  • FIG. 16 represents the principle of the illumination of several PCO media contained in several PCO reactors 22, through light guides (for example optical fibers) 23 connected to a single UV generator 24.
  • the illumination device is centralized vis-à-vis several reactors PCO. This makes it possible to have a single UV generation zone relayed by a light guide illumination system of different PCO media. This system avoids the need to have multiple sources.
  • Felt pens are made in the following manner. Fused silica rods of diameter 4.4 mm are drawn in an oxy-propane burner to bring them to a filament diameter of 0.2 mm. This filament is then re-stretched by flame-stretching in a second burner to obtain an average diameter of 9 microns and projected onto a mat or a receiving drum. The speed of the drum is adjusted in such a way as to obtain the surface densities of the felts shown in the table below (2nd table). The felt obtained is then impregnated with the preparation obtained by the recipe indicated in Table 6 below:
  • the impregnated felt then undergoes heat treatment in the conditions of Table 4 already seen above.
  • the final media obtained has a surface mass after impregnation of about 120 g / m 2 , an apparent thickness of 20 mm, and its titanium oxide content is of the order of 20% by weight (except case No. 1: no of catalyst and No. 2: less than 4% of catalyst).
  • Measurements to evaluate the powder coating tendency are then made from samples of 100 x 100 mm 2 of PCO media. Samples are placed in a FRITSH / Labogerdebau type sieve for 30 minutes with an amplitude of 4 (machine-specific value). At the end of 30 minutes, the residue is weighed and the loss of mass is related to 1 m 2 of substrate. The values are averaged over 5 samples. The results are reported in a comparative manner in Table 7. The results are expressed in "dusting”, that is to say the amount of powder formed per unit area of media (in mg / m 2 ), and in efficiency. PCO based on the "methanol test" already described above. This efficiency is expressed in the amount of oxidized methanol in ppm. In particular, test n ° 13 is excellent because it combines a very good PCO activity with a very low dusting.
  • EXAMPLES 14 to 23 (oxidation of methanol) A reactor consisting of a stainless steel body inside which is placed a media disc with a diameter of 47 mm is used. In the upper part of the reactor UV illumination HPK 125 W is carried out through a silica slot. The illumination power is adjusted by adjusting the distance lamp Media. A power of 5 mW / cm 2 at 365 nm (media) of UV measured at the media level is used. Upstream of the reactor, a constant flow of filtered air containing 300 ppm of methanol is introduced at a rate of 350 ml / min. Downstream of the reactor after PCO treatment, the concentration of methanol is measured by gas chromatography.
  • Fused silica rods of diameter 4.4 mm are drawn in an oxy-propane burner to bring them to a filament diameter of 0.2 mm.
  • This filament is then re-stretched by flame-stretching in a second burner to obtain an average diameter of 9 microns and projected onto a receiving drum.
  • the speed of the drum is adjusted so as to obtain a weight per unit area of the felt of 80 g / m 2 .
  • the felt is then impregnated according to the recipe in Table 9 below:
  • the impregnated felt then undergoes heat treatment in the conditions of Table 4 already seen above.
  • the filter media obtained has an apparent thickness of 20 mm.
  • the felt has a total mass after impregnation of 120 g / m 2 , the titanium oxide content being 20% of the total mass of the media.
  • the efficiency of the photocatalytic medium was measured by placing it in a PCO purifier with a flow rate of 130 m 3 / h, the frontal speed being 1 m / s, the illumination power received of 15 mW of UVC per cm 2 of media (these values were measured by a BIOBLOCK VLX-3W radiometer with a 254 nm probe).
  • the enclosure is made of stainless steel and measures 1 m 3 .
  • the purifier is made of stainless steel. It is equipped with 3 Philips TUV lamps 36 W placed at 20 mm from the PCO media. The media area is 270X420 mm 2 .
  • the PCO purifier contains one or two media as shown in Figures 1 and 2. The fan is placed behind the PCO filter (s).
  • a mixture of pollutant is introduced into the chamber at a rate of 1,951 / min.
  • This mixture consists of benzene, toluene, o-xylene, decane, limonene and formaldehyde.
  • New filtered air is introduced at a rate of 21 l / min and an output system pumps 23 l / min of the atmosphere to simulate the rate of renewal of fresh air existing in any construction.
  • an output system pumps 23 l / min of the atmosphere to simulate the rate of renewal of fresh air existing in any construction.
  • UV illumination rates not too much and moderate flow rates in order to increase the reaction time within the substrate and to allow more complete oxidation of the organic compounds (which includes any unwanted intermediate compounds) within the substrate.
  • UV Max - maximum UV illumination
  • UV / 2 - Maximum UV illumination divided by 2 UV min: - UV illumination received 2 mW / cm 2 .
  • EXAMPLE 32 (Ozone) Cast silica rods of diameter 4.4 mm are drawn in an oxy-propane burner to bring them to a filament diameter of 0.2 mm. This filament is then re-stretched by flame-stretching in a second burner in order to obtain a mean diameter of 9 ⁇ m and projected onto a receiving drum. The The speed of the drum is adjusted so as to obtain a weight per unit area of the felt of 65 g / m 2 . The product is then impregnated with the preparation obtained according to the recipe of Table 10 below:
  • the impregnated felt then undergoes heat treatment in the conditions of Table 4 already seen above.
  • the filter media obtained has an apparent thickness of 20 mm.
  • the felt has a total mass after impregnation of 100 g / m 2 , the titanium oxide content being 20% by weight of the total weight of the media.
  • the purifier was that described in Examples 24 to 31, provided with 2 media.
  • test conditions were as follows:
  • Quartzel brand fused silica felts registered trademark of Saint-Gobain Quartz SAS
  • mass per unit area 65 g / m 2 (media mass 100 gr / m 2 )
  • Molten silica rods 5.5 mm in diameter are drawn into an oxy-propane burner to bring them to a filament diameter of 0.2 mm.
  • This filament is then re-stretched by flame-stretching in a second burner in order to obtain a mean diameter of 9 ⁇ m and projected onto a receiving drum.
  • the speed of the drum is adjusted so as to obtain a weight per unit area of the felt of 50 g / m 2.
  • the felt is then impregnated with the preparation made according to the recipe of Table 1 1 below:
  • the impregnated felt then undergoes heat treatment in the conditions of Table 4 already seen above.
  • the filtering medium obtained has a thickness apparent 20 mm.
  • the felt has a total mass after impregnation of 85 g / m 2 , the titanium oxide content being 20% of the total weight of media.
  • the media is then placed in a purifier identical to that described for Examples 24 to 31 (a single PCO medium) with the following parameters: Nominal flow rate in the purifier: 130 m 3 / h;
  • UV illumination received: 15 mW / cm 2 .
  • the purifier to be tested is placed in an enclosure of one m 3 Plexiglas. Prior to the test, the chamber is purged with ultra pure air and humidified to eliminate the presence of pollutant before the introduction of the mixture of model molecules.
  • a liquid mixture of the different pollutants is introduced through a septum via a syringe into a glass weighing shoe.
  • Two mixtures were tested, one containing propionaldehyde, heptane, acetone, toluene, acetaldehyde, ethylene, styrene, o-xylene (Example 33) and the other containing toluene, heptane, butyraldehyde, acetone, methoxyethanol (Example 34).
  • the concentration of the various compounds is of the order of ppmv.
  • the CO 2 monitoring is done by a gas chromatograph equipped with a thermal conductivity detector ( ⁇ GC-TCD), the other pollutants are analyzed by a gas chromatograph equipped with a photoionization detector (PID) ).
  • the PID is used to analyze ionizable organo-volatile compounds (VOCs) in the ppbv range.
  • VOCs ionizable organo-volatile compounds
  • the possible presence of degradation by-products in the gas phase is detected by adsorption on an adsorbent cartridge (flow rate 100 ml / min, time 20 minutes) followed by a thermal desorption analysis coupled to a gas chromatograph and detection by spectrometry of mass. The results are reported in FIGS. 12 and 13.

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Abstract

L'invention concerne un épurateur de gaz comprenant un média filtrant à action photocatalytique, un système d'illumination par UV dudit média, un moyen de temporisation ou un analyseur de composé organo volatil, un moyen de réglage automatique de la vitesse du gaz le traversant ou de réglage de l'intensité de l'illumination UV, ledit réglage étant réalisé en fonction du temps déterminé par le moyen de temporisation ou en fonction de la teneur en un composé organo volatil analysé par I' analyseur. L'invention concerne également un procédé de purification de gaz à l'aide d'un épurateur comprenant un média filtrant à action photocatalytique et un système d'illumination par UV dudit média, selon lequel lorsque la concentration en un composé dans le gaz est supérieure à une valeur V1, le régime de fonctionnement de l'épurateur est inférieur à son régime lorsque la concentration en le composé dans le gaz est inférieure à une valeur V2, V2 étant inférieur ou égal à V1. L'invention concerne également un procédé de purification de gaz à l'aide d'un épurateur comprenant un média filtrant à action photocatalytique, un système d'illumination par UV dudit média, et un moyen de temporisation commandant le régime de l'épurateur.

Description

EPURATEUR COMPRENANT UN FILTRE PHOTOCAT ALYTIQUE
L'invention concerne un média filtrant à structure fibreuse dont les fibres sont revêtues d'un revêtement à action photocatalytique, pour la purification de l'air ambiant et plus particulièrement l'élimination des composés organo-volatils contenus dans l'air ambiant.
Les techniques dites d'Oxydation Avancées permettent d'oxyder les composés organo-volatiles (COV). Les Techniques d'oxydation Avancées (TAO) les plus efficaces sont celles qui conduisent à la formation des radicaux hydroxyles OH-, qui ont un pouvoir oxydant supérieur à celui des oxydants traditionnels. C'est le cas de la photocatalyse hétérogène. Le principe fondamental du phénomène est l'absorption d'un photon par un solide semi-conducteur, conduisant à la promotion d'un électron de la bande de valence à la bande de conduction en libérant une lacune, et conférant ainsi au solide des propriétés d'oxydant et de réducteur. La plupart des composés organovolatils ainsi que de nombreux pesticides, herbicides, surfactants et colorants sont complètement oxydés en produits moins toxiques par cette technique.
Un réacteur PCO (photocatalyse oxydation) pour la purification de l'air ambiant comprend généralement un pré filtre pour piéger les poussières et particules, une source UV, un filtre PCO. La source UV est généralement placée entre le pré filtre et le filtre PCO. L'air à purifier est généralement puisé ou aspiré au travers du filtre PCO à l'aide d'une turbine ou d'un ventilateur.
Pour être opérationnel, un filtre PCO doit être optimisé sur les points suivants : - puissance UV reçue,
- débit de l'épurateur,
- vitesse de passage des polluants au niveau du média,
- inertie du média et du revêtement PCO à l'action des UV et radicaux hydroxyles, - perte de charge engendrée par le média PCO,
- limitation de la création de composés intermédiaires potentiellement toxiques aussi connus sous le nom de sous-produits ou by-products.
Dans les applications de traitement d'air, le dimensionnement des différents éléments, ventilateurs, gaines, puissance moteur sont directement liés à la perte de charge, perte de charge dépendant des différents éléments de filtration du système dont le média PCO. Ce point est fondamental tant d'un point de vue coût de l'unité de traitement d'air que de son coût d'exploitation énergétique. Ce sont les présents inventeurs qui ont relevé l'importance de la question de la perte de charge engendrée par le média filtrant.
Les filtres déjà proposés pour ce type d'application provoquent souvent une perte de charge trop importante, de sorte qu'ils nécessitent l'usage de ventilateurs plus puissants et plus gourmand en énergie. Pour pallier cet inconvénient, on a alors proposé de baisser la densité du filtre par insertion d'éléments tels que du nid d'abeille, du tissu à fort taux de porosité, de la moustiquaire ou de la mousse céramique, mais alors, de véritables canaux préférentiels étaient créés et l'efficacité du filtre pour l'oxydation des composés organo-volatiles en a été réduite du fait du peu de matériau "efficace" au contact du flux d'air.
Le WO03010106 enseigne le dépôt de revêtement photocatalytique en surface de voiles ou feutres de silice de surface spécifique au moins égale à 10 m2/g, notamment au moins égale à 30 m2/g. Ce document ne suggère pas la notion de faible perte de charge conjugué avec une efficacité suffisante dans l'application visée.
Comme documents de l'art antérieur, on peut encore citer le US4732879A1. Ce document enseigne le dépôt de revêtement catalytique poreux sur substrat flexible fibreux composés de fibres de verre ou céramique. Ce document suggère l'utilisation de tel substrat dans les applications « filter bag ». Le EP1 132133 enseigne un réacteur photocatalytique en TiU2 sur silice pure frittée. Un tel frittage confère une forte rigidité à la structure, ce qui n'est pas souhaité car il peut être souhaité de le plier. De plus, on voit bien sur la figure 3 de ce document qu'une forte perte de charge est exercée. En effet, à 1 m/seconde (soit environ 3600 m3/h), la perte de charge est de 200 Pa dans le meilleur des cas. Enfi, un tel produit est très friable et très fragile s'il est fin. A cause de sa fragilité, on ne peut pas réduire son épaisseur pour réduire la perte de charge qu'il oppose.
Les WO00/25919 et WO00/76660 enseignent l'usage d'un mat de fils coupés aiguilleté comme support d'un revêtement photocatalytique. Le choix de ces fibres nécessite l'usage d'un liant organique et conduit à un mat de forte densité (150 à 600 g/m2). Il n'est pas possible avec de telles fibres d'avoir en même temps une faible densité et une faible perte de charge.
Le WO99/64364 (ou EP1084086) enseigne un promoteur d'adhérence pour revêtement photocatalytique. Ce promoteur d'adhérence est organique.
Le US6241856 enseigne un analyseur de composé organo volatil et une pompe qui sert à faire circuler le gaz mais qui n'est en aucun cas asservie à l'analyseur. La pompe ne sert donc pas à régler le gaz traversant l'épurateur en fonction du résultat fourni par l'analyseur. Comme autres documents de l'état de la technique, on peut citer les
US6358374 et WO03/037389.
L'invention concerne un média filtrant essentiellement minéral, stable, insensible aux UV et à l'oxydation PCO, ce média combinant une perte de charge compatible avec les exigences des systèmes de traitement d'air et une efficacité forte envers les polluants atmosphériques en raison de sa surface active et d'un effet PCO dans son volume et non pas uniquement un effet de surface comme l'on rencontre habituellement selon l'art antérieur. Ce média-filtrant est de préférence essentiellement minéral (i.e. inorganique) ce qui signifie que sa perte au feu est inférieure à 0,1 % en poids et même inférieure à 0,01 % en poids, voire même nulle.
Un tel média-filtrant peut notamment être obtenu par l'usage d'un feutre réalisé par étirage-soufflage de ses fibres, ce qui permet de s'affranchir de l'usage de liant et même de toute action de liage mécanique (aiguilletage, couture).
Le média filtrant selon l'invention est obtenu après dépôt d'un revêtement à action photocatalytique sur un non-tissé du type feutre.
L'invention concerne en premier lieu un média filtrant à action photocatalytique d'au moins 2 mm d'épaisseur, homogène et sans orifice apparent à l'œil nu, comprenant un feutre de fibres inorganiques dont les fibres sont revêtues d'un revêtement comprenant un catalyseur à action photocatalytique, ledit feutre présentant une masse surfacique comprise entre 30 et 80 g/m2, ledit revêtement représentant 5 à 80% de la masse dudit média, ledit média présentant une perte de charge au gaz inférieure à 150 Pa à 1 m/s en condition non plissé.
L'invention concerne également l'utilisation de ce média dans différentes applications, sa mise en forme afin d'augmenter au maximum la surface active "frontale", sa mise en forme afin de diminuer au maximum les problèmes de perte de charge.
L'invention concerne d'autre part un procédé ainsi qu'un dispositif de modulation de l'intensité UV et de la vitesse au niveau du substrat au démarrage d'un épurateur et/ou en cas de pic de pollution, de façon à diminuer la formation de composés intermédiaires de réaction pouvant être toxiques.
Enfin, d'autres objets de l'invention sont les applications du média PCO et du système d'épurateur PCO en traitement des effluents gazeux d'ozone en atmosphères air intérieur, domestique ou industriel, des vapeurs d'alcool et de solvants dans les industries fortes utilisatrices de ces produits (composites, fabrication de parfum,...).
Le média selon l'invention peut être mis en œuvre pour purifier l'atmosphère de locaux à usage domestique (habitation) , ou de locaux du secteur tertiaire (bâtiment contenant des bureaux ). D'une façon générale, on peut utiliser un feutre de masse surfacique allant jusqu'à 300 g/m2. Cependant, le feutre utilisé dans le cadre de la présente invention, du fait de sa masse surfacique comprise entre 30 et 80 g/m2, offre une très faible perte de charge au gaz le traversant. Le feutre et le média selon l'invention sont plutôt adaptés à la purification en milieu domestique. Notons que pour le secteur tertiaire ou industriel, des substrats de plus grande masse surfacique peuvent être nécessaires, comme par exemple de 200 à 300 g/m2. Une alternative pour les secteurs tertiaire et industriel est l'utilisation de plusieurs média selon l'invention mis en série les uns derrières les autres. Pour ces secteurs, on peut également utiliser un seul média-filtrant comprenant un feutre sur lequel on a appliqué le revêtement catalytique comme expliqué dans la présente demande , sauf que le feutre présente une masse surfacique supérieure à 80 g/m2, par exemple 80 à 300 g/m2. On peut également mettre plusieurs de ces médias en série les uns derrière les autres.
Le feutre à utiliser comme substrat peut présenter une densité inférieure à 30 kg/m3. Le feutre à utiliser comme substrat présente généralement une densité allant de 0,5 à 60 kg/m3 et plus généralement de 1 à 30 kg/m3.
Le revêtement photocatalytique formé selon l'invention à la surface des fibres du feutre utilisé comme substrat, représente 5 à 80% et généralement 10 à 50% de la masse du média filtrant. Le catalyseur à action photocatalytique comprend généralement au moins un oxyde du groupe des oxydes suivants : TiO2, ZnO, CeO2. Il comprend de préférence de l'oxyde de titane au moins partiellement cristallisé.
Le feutre est une structure fibreuse à fibres minérales. Ces fibres peuvent être à base de silice comme le verre (contenant généralement au moins 30% en poids de silice, le verre pouvant être du type E, C, R, S, D, AR), le verre lavé (fibre de verre lixivié par voie chimique puis possiblement stabilisé thermiquement contenant généralement plus de 90% en poids de silice, et d'une manière standard entre 96% et 99% en poids de silice), en céramique (on peut citer les fibres sur base mullite dont UNIFRAX.THERMALS CERAMICS sont des fournisseurs bien connus, les fibres NEXTEL de 3M, la fibre d'alumine pure commercialisée sous la dénomination commerciale SAFFIL) ou la silice pure (également appelé quartz et comprenant au moins 99% de SiO2 amorphe).
Quelques compositions de verre convenant dans le cadre de la présente invention sont données dans le tableau 1 ci-dessous :
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Tableau 1
On peut également utiliser de la fibre métallique (généralement à base d'acier inoxydable 316 ou 316 L dont les fournisseurs principaux sont Bekaert et UGITECH). Le matériau utilisé est préférentiellement du verre et encore préférablement de la silice afin d'être le plus transparent possible à l'illumination UV dans l'application, car les UV pénètrent alors mieux au cœur du média filtrant pour le rendre plus actif.
Le feutre est de préférence non-fritté et sans matière organique, ce qui est notamment possible par l'usage du procédé d'étirage-soufflage ci-après décrit appliqué à de la matière minérale.
Pour réaliser un feutre de fibres minérales, notamment comprenant de la silice (verre ou silice pure), on peut par exemple procéder en étirant des baguettes du matériau considéré (comme en silice ou en verre selon le cas), de diamètre généralement inférieur à 7 mm dans un brûleur (notamment oxy-propane) afin de les amener à un diamètre de filament inférieur à 0,5 mm. Ce filament peut alors être réétiré par étirage-soufflage à la flamme dans un second brûleur et projeté sur une surface en défilement comme un tapis défilant ou un tambour de réception en rotation. Les filaments ainsi obtenus ont généralement un diamètre inférieur à 50 μm, et de manières optimales centrées sur 9 μm, par exemple entre 7 et 15 μm. Des filaments plus gros font généralement perdre de la flexibilité au feutre. Par ce procédé, plusieurs dizaines de filaments peuvent être étirés simultanément. La matière étirée peut être de type quartz, silice, verre, et plus généralement tout type de matériau minéral thermo fusible, ce qui inclut l'alumine et la mullite. Ce procédé de fabrication en non-tissé (ou mat) par étirage-soufflage à la flamme suivi d'une projection sur une surface en défilement (tapis défilant ou tambour de réception en rotation) mène à une structure particulièrement homogène et exempt d'orifices apparents à l'œil nu, même à très faible masse surfacique. Cette technique produit des fibres sensiblement frisées, ce qui fait qu'elles se lient naturellement entre elles par entrelacement pour former un mat non-tissé cohérent et sans qu'il ne soit nécessaire d'utiliser un liant ou de réaliser un liage par voie mécanique tel qu'un aiguilletage ou une couture. Cette frisure est plus facilement obtenue par réglage de la flamme produisant l'étirement en condition turbulente.
L'homme du métier sait d'ailleurs bien qu'un aiguilletage de fibres minérales produit des trous visibles à l'œil nu et que les mats aiguilletés ne sont pas homogènes pour une masse surfacique inférieure à 150 g/m2. Les techniques classiques de nappage ne permettent pas de faire des mats homogènes qui se tiennent bien en-dessous d'une masse surfacique de 200 g/m2. Les techniques de filage au travers de filières mènent à des fibres nécessitant l'usage de liants organiques pour donner de la cohérence au non-tissé. Or ces liants organiques se décomposent sous l'action des UV, ce qui dégrade le mat et est susceptible de générer des COV.
La fibre de silice pure (au moins 99% de SiO2) est particulièrement préférée car elle est particulièrement transparente aux UV, ce qui lui permet de véhiculer à la manière des fibres optique et avec un minimum d'absorption les UV dans tout le média.
Le feutre obtenu par ce procédé (étirage-soufflage à la flamme suivi d'une projection sur une surface en défilement) est un non tissé dont la masse surfacique est ajustable en fonction de la vitesse du système de réception (comme un tambour en rotation). On règle le système de réception de manière à obtenir une masse surfacique comprise entre 30 et 80 g/m2. Ces feutres présentent une épaisseur allant de 1 à 200 mm et une densité inférieure à 60 kg/m3. Les fibres de ce non-tissé ont une longueur allant généralement de 3 cm à 100 cm. Ce procédé d'étirage- soufflage permet la réalisation de mats de silice pure ou de verre (au moins 60% de SiO2 dans le cas du verre). Ces mats sont excellents et préférés car ils sont souples (car non-frittés) et exempts de toute matière organique.
Le média final présente une épaisseur généralement inférieure à celle du feutre utilisée, et généralement allant de 1 à 50 mm et plus généralement comprise entre 2 et 30 mm.
Alternativement à ce procédé d'étirage, on peut partir de fibres déjà existantes de diamètre 7 à 14 μm que l'on coupe à des longueurs inférieures à 150 mm et généralement supérieures à 45 mm. Les fibres coupées sont alors mises en forme de nappe soit par nappage pneumatique, soit par cardage-nappage. La nappe ainsi constituée subit ensuite un pré-aiguilletage suivi d'un aiguilletage aux alentours de 100 coups/m2. Par cette méthodologie, des nappes de masse surfacique comprise entre 60 g/m2 et 2000 g/m2 peuvent être réalisées. Dans les applications PCO concernées par la présente invention, des produits de grammage inférieur à 80 g/m2 seront privilégiés. Ces produits présentent des épaisseurs généralement inférieures à 30 mm, et d'une manière générale des densités inférieures à 70 kg/m3 et même inférieures à 60 kg/m3. La densité et l'épaisseur sont ajustables par l'homme du métier en fonction du nombre de coups/m2 de substrat qu'exerce l'aiguilletage, ce qui densifie plus ou moins le feutre.
Le média peut également être préparé par voie papetière (dispersion des fibres dans un pulpeur suivi d'une mise en forme par voie humide papetière) en utilisant, afin de garder une structure essentiellement minérale, un liant précurseur de céramique de préférence du type sol-gel, en particulier avec un précurseur par exemple du type TEOS (Tetraethyl orthosilicate), MTES (Methyltriethoxysilane) qui après calcination se céramisera. Ce liant pourra être déposé localement par point ou suivant un motif prédéfini afin de sauvegarder la flexibilité du feutre.
Avec les procédés qui viennent d'être mentionnés, on obtient un feutre sans trou visible à l'œil nu.
La fibre préféré comme feutre support du catalyseur à action photocatalytique est une fibre de quartz (au moins 99% de silice) car elle supporte bien la céramisation du sol-gel de silice (entre 400 et 600°C), elle est très pure, exempte d'alcalins, et donc particulièrement inerte vis-à-vis du catalyseur, et de plus, elle conduit très bien les UV sans les absorber.
Le feutre terminé est ensuite imprégné par une solution comprenant un précurseur organique de silice (comme les TEOS, MTES voir un mélange de plusieurs précurseurs de type alcoxysilanes de formule chimique R'χSi(OR)4-x dans laquelle R et R' sont des radicaux organiques et x un nombre entier allant de 0 à 3), et d'une dispersion d'un composé à action photocatalytique, comme le TiO2 à action photocatalytique ou l'oxyde de Zinc (ZnO), l'oxyde de titane restant néanmoins le catalyseur privilégié du fait de son efficacité élevée dans les applications PCO. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un média comprenant une étape d'imprégnation du feutre de fibres inorganiques par une composition comprenant du Tetraethyl orthosilicate (TEOS) et au moins un alcoxysilane de formule R'xSi(OR)4-x dans laquelle R et R' sont des radicaux organiques et x est un nombre entier allant de 0 à 3, la quantité d'alcoxysilane représentant 10 à 40 % et de préférence 15 à 25 % du poids de TEOS.
La solution d'imprégnation peut être préparée selon les indications contenues dans les WO9710186 et WO03087002. A titre d'exemple, la solution d'imprégnation peut être préparée par prémélange d'une solution A (précurseur de silice) et d'une solution B (surfactant), une dispersion d'oxyde de titane étant ensuite ajouté audit prémélange. A titre d'exemple, on peut la préparer sur la base des ingrédients indiqués dans le tableau 2 ci-dessous:
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Tableau 2
La quantité d'eau est ajustée pour obtenir un volume de 100 litres au niveau de la solution finale. On prépare donc deux solutions A et B que l'on mélange, puis on ajoute une suspension du catalyseur TiO2 dans l'eau à ce mélange de A+B. Les 33,33 kg de C sont la masse de suspension du catalyseur à 19,3% (et non pas de catalyseur pur).
Le tableau 3 ci-dessous donne un deuxième exemple de préparation de solution d'imprégnation:
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Tableau 3
Une composition particulièrement adaptée au dépôt du revêtement fait intervenir comme précurseur de silice un mélange de MTES et de TEOS. En effet le sol-gel obtenu à partir de ce mélange est plus flexible et moins sujet au poudrage si l'on compare à un précurseur 100% TEOS ou 100% MTES. De préférence, on utilise un mélange à 15-30% de MTES pour 85-70% de TEOS.
Le feutre est imprégné en plein bain par la solution d'imprégnation, celle-ci étant aspirée au travers du feutre, lequel est ensuite exprimé (ce qui signifie : pressé pour retirer le jus d'imprégnation) et séché.
Le feutre obtenu est ensuite calciné à une température comprise de la température ambiante à 550°C, notamment à environ 450°C, ce qui permet alors de transformer le précurseur de silice en silice. De préférence, la montée en température jusqu'à la température maximale est réalisée avec une vitesse modérée, de préférence inférieure à 6°C par minute. A titre d'exemple, ce traitement thermique peut être celui indiqué dans le tableau 4 ci-dessous:
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Tableau 4
Le refroidissement peut être un refroidissement naturel dans l'air ambiant.
Dans le cas de l'utilisation de précurseurs de Si et de Ti pour réaliser le revêtement à action catalytique, on joue de préférence sur le rapport des précurseurs Si et Ti pour que le rapport molaire Si/Ti dans le revêtement à action catalytique soit compris entre 0,25 et 1 ,35 et de manière encore préférée entre 0,5 et 1 ,3.
On obtient ainsi le média filtrant à action photocatalytique selon l'invention. Ce média peut être aspiré par une table aspirante afin d'éliminer les particules (microniques et sub microniques) de revêtement présentant une faible adhésion. Ceci permet d'éviter un poudrage important du média PCO et une génération de particules lors des premiers démarrages de l'épurateur PCO.
Il peut être monté dans des systèmes de cassettes et de réacteurs photocatalytiques.
La masse de catalyseur (comme TiO2) est de manière générale inférieure ou égale à 40% en poids et si possible inférieure à 30% en poids, de manière optimale d'environ 15% en poids sur le produit final (média) obtenu. De préférence, la masse de catalyseur est supérieure ou égale à 1 % en poids et de manière encore préférée supérieure ou égale à 5% en poids par rapport au média final.
Dans le cas d'un catalyseur TiO2, celui-ci contient de préférence le plus possible d'anatase.
Dans certains types d'application (application bactéricide, destruction de l'ozone et des composés soufrés de type H2S ou DMDS (Diméthyle-disulfure de formule CH3-S-S-CH3)) on peut doper la composition par au moins un composé comme MnO, Mn2O3, dicyanoanthracène (DCA) ou un composé comprenant au moins l'un des éléments du groupe des éléments V, Cr, Mn, Mo, In, Sn, Fe, Ce, Co, Cu, Nd, Zn, W, Nb, Ta, Bi, Ni, Ru, Ag, ledit composé étant en concentration inférieure à 0,5 % en masse de la masse de catalyseur, afin d'accentuer l'efficacité du média. Les feutres préparés comme indiqué ci-dessus présentent les propriétés suivantes: ils sont essentiellement de nature minéral; ils présentent une perte de charge inférieure à 150 Pa à 1 m/s, et plus généralement inférieure à 50 Pa à 1 m/s et même inférieure à 20 Pa à 1 m/s de gaz ; ils sont homogènes et donc sans chemin préférentiel pour le gaz le traversant ; ils ne présentent pas de trou visible à l'œil nu.
La réalisation du revêtement photocatalytique peut parfois poser des problèmes d'adhérence sur la fibre, notamment lorsque celui-ci est soumis à des contraintes mécaniques, même faible par exemple lors de manipulation. Le décollement du revêtement se traduit par la formation d'une poudre indésirée. On appelle aussi ce décollement « poudrage ».
Pour réduire cette formation de poudre, l'épaisseur du revêtement peut être diminuée. On peut aussi fixer le revêtement à l'aide d'un polymère. Ce dernier doit cependant résister à l'oxydation sous l'effet conjugué des UV et de l'effet PCO du catalyseur, les puissances reçues étant très souvent comprises entre 2 et 40 mW/cm2 d'UVA, UVB ou UVC.
On a découvert que les polymères comprenant du fluor comme le polytétrafluroéthylène (PTFE) ou un silane fluoré (comme les silanes fluorés commercialisé sous la référence F8820, F8810, F8263 par la société DEGUSSA), et à moindre titre un polymère polysiloxane (comme un silicone), possèdent une stabilité suffisante aux UV et à la réaction PCO dans ce type d'application. Le polymère peut être déposé sur les fibres du média à l'état de dispersion dans un liquide, notamment à l'aide d'une dispersion aqueuse. On utilise de préférence une dispersion aqueuse du polymère exempte de tensio-actif ou contenant le moins de tensio-actif possible. En effet, avec certain type de tensio-actif utilisé pour ces dispersions, par exemple pour disperser le PTFE, une forte odeur peut apparaître dans l'application au début de l'utilisation du média filtrant, du fait de la dégradation du tensio-actif sous l'action PCO. Des dispersions de polymère adaptées sont par exemple les dispersions de PTFE commercialisées sous les références TEFLON 30
B, TEFLON 304 A1TEFLON B, TEFLON-3823, commercialisés par la société
DUPONT DE NEMOURS. On peut encore citer les polymères silicone de Rhodia silicone comme le Rhodorsil Résine 20 B à 83%, le Rhodorsil Résine 6405, les polymères siloxane de Wacker comme le SILRES H62 C. Le PTFE est un polymère préféré.
La dispersion de polymère est appliquée sur le média après le traitement thermique de céramisation ayant conduit à la formation du revêtement à action photocatalytique. Généralement de 0,1 à 5% en poids de polymère par rapport à la masse du média final est déposé sur le média. Le dépôt du polymère peut s'effectuer soit par pulvérisation sur une face ou sur les deux faces de la suspension, soit par immersion-trempage dans la suspension suivit d'un exprimage. Ces imprégnations peuvent généralement être réalisées à la température ambiante, notamment à une température comprise entre 10 et 40°C. Pour le cas ou la dispersion du polymère comprend un tensio-actif, de préférence, on exerce un traitement thermique généralement entre 45°C et 250°C (plutôt entre 150 et 250°C dans le cas d'un polymère fluoré (non du type polysiloxane) , par exemple quelques minutes à 230°C et plutôt entre 100 et 180°C dans le cas d'un polysiloxane fluoré) ou UV (dans ce cas à forte intensité UV, notamment entre 15 et 100 mW/cm2) après l'application de la dispersion de polymère et avant la véritable utilisation afin de mieux éliminer les surfactants ou tensio-actifs utilisés pour disperser le polymère dans la dispersion, notamment les polymères fluorés en dispersion aqueuse. De manière fortuite, il a de plus été découvert que les substrats PCO dont le revêtement comprend un polymère hydrophobe, notamment fluoré ou du type polysiloxane, peuvent flotter à la surface de l'eau. De tels médias présentent un fort intérêt pour purifier l'atmosphère émanant d'un bassin de décantation, d'une station d'épuration, d'une lagune (d'usines), etc.... En effet, le média peut être découpé en morceaux de surface allant de quelques mm2 à quelques cm2, versés à la surface de l'eau à traiter. Du fait de son caractère flottant, le média se répartit aisément à la surface de l'eau (sans ajout de surcoûts important tels que des bâches flottantes montées sur flotteur). Le média adsorbe alors les polluants émanant de l'eau polluée et les oxyde sous l'action des UV solaire. Ce principe est très économique pour réduire très sensiblement les émanations nauséabondes et parfois dangereuses en termes de composés chimiques de ce type d'installation. Ainsi, l'invention concerne également un procédé de purification de l'air au-dessus d'une eau contenant des impuretés et générant des composés organo volatils dans l'air au-dessus de ladite eau, grâce au placement à la surface de l'eau d'un média filtrant à action photocatalytique, auto flottant (selon l'invention), au moyen d'un revêtement adapté lui permettant de flotter. Ce revêtement comprend de préférence un polymère hydrophobe appliqué sur les fibres dudit média.
Le média selon la présente invention combine une surface active et homogène (sans chemin préférentiel apparent pour l'air) sur toute la surface du média avec une très faible perte de charge, notamment du fait de son très faible grammage (ou masse surfacique) et de sa faible densité apparente associée. De plus, le média présentant une forte épaisseur, il permet d'avoir une efficacité d'oxydation photocatalytique (efficacité PCO) dans toute son épaisseur. Une manière simple de caractériser l'activité photocatalytique d'un média est de tester en mode traversant le pourcentage de dégradation d'un polluant spécifique, comme le méthanol, dans un réacteur de laboratoire. A cette fin, un réacteur mis au point par l'équipe du professeur PICHAT de l'Ecole Centrale de Lyon est couramment utilisé dans les milieux universitaires et laboratoires. Ce réacteur est généralement constitué d'un corps en acier Inox à l'intérieur duquel est placé un disque de média, par exemple de diamètre 47 mm. En partie haute du réacteur une illumination UV à partir d'une lampe HPK 125 W est réalisée au travers d'une fente en silice. La puissance d'illumination est réglée en ajustant la distance lampe Média. Une puissance de 5 mW d'UVA par cm2 de média, mesuré à 365 nm mesuré au niveau du média, est généralement utilisée. En amont du réacteur, un flux constant d'air filtré contenant 300 ppm du polluant (notamment de méthanol) est introduit à raison de 350 ml/mn. En aval du réacteur après traitement PCO, la concentration de polluant est alors mesurée, généralement par chromatographie. Il est important de s'assurer de la minéralisation (conversion en CO2 et H2O) du polluant en vérifiant l'équilibre chimique afin de ne pas avoir uniquement des phénomènes d'adsorption pur comme l'on peut retrouver avec les systèmes du type charbon actif. Ce test appliqué au méthanol est appelé « test méthanol » par la suite.
Le média filtrant selon l'invention, en condition non plissé, occasionne une perte de charge inférieure à 150 Pa à 1 m/s de gaz, et même généralement inférieure à 50 Pa à 1 m/s et même inférieure à 20 Pa à 1 m/s de gaz, ce qui est remarquablement faible, tout en procurant une excellente purification.
En cas de forte concentration en polluant dans l'atmosphère à traiter (par exemple lors de pics de pollution ou au début du traitement de dépollution par le média filtrant selon l'invention, ce qui peut aisément être détecté par des capteurs de composés organovolatils), la formation de produits intermédiaires tels que formaldéhyde, acétaldéhyde ou acétone est d'autant plus marquée que le débit et/ou la puissance UV est importante. Ces dérivés étant pour certains particulièrement toxiques, afin de pallier leur formation, il est alors recommandé (si ces conditions particulières se produisent), de manière momentanée, de :
- diminuer fortement l'intensité UV et/ou
- diminuer fortement le débit de l'épurateur, c'est-à-dire la vitesse de passage du gaz à traiter à travers le média filtrant. En conjuguant ces deux actions, un épurateur photocatalytique permet une purification de l'air efficace sans augmenter les taux de produits intermédiaires nocifs durant les premières minutes du démarrage de l'appareil ou de flux du pic de polluant. Par la suite, l'intensité UV et le débit de l'appareil peuvent être remontés à leur valeur nominale afin d'assurer un effet PCO maximal.
Ce régime de fonctionnement réduit est à suivre en début de fonctionnement lorsque la pièce ou l'atmosphère est fortement chargée en COV. En effet, dans ce cas le COV en forte concentration au départ génère d'autres COV par décomposition au contact du Média filtrant, lesdits autres COV étant eux-même en relativement forte concentration, et la conjugaison d'une forte concentration en COV et d'une forte vitesse de gaz ne permet alors peut-être pas au média filtrant de « minéraliser » tous les COV dans l'épurateur. En d'autres terme, il y aurait tellement de COV dans l'épurateur qu'une forte proportion de ces COV risquerait de passer à travers l'épurateur. Ce risque diminue plus la concentration en COV de départ est faible car alors la surface de média filtrant devient suffisante pour minéraliser tous les COV intermédiaires ou pas. Ce sont donc bien les mêmes réactions chimiques de décomposition des COV dans l'épurateur qui ont lieu, mais dans le cas d'une forte concentration en COV dans l'atmosphère à purifier, le processus de minéralisation (suite de réactions chimiques) risque de ne pas pouvoir aller jusqu'au bout pour cause de saturation de l'épurateur.
A titre d'exemple de suite de réactions chimiques de décomposition dans l'épurateur, un processus de décomposition du méthanol est : méthanol -^ Formaldéhyde -ï Acide formique -ï CO2. A titre d'exemple de suite de réactions chimiques, un processus de décomposition de l'éthanol est : Ethanol -^ Acétaldéhyde -ï Acide acétique -ï Formaldéhyde -^Acide formique + CO2 -ï 2 CO2 . En fonction des caractéristiques du purificateur photocatalytique (type de média, vitesse d'air, niveau d'illumination UV) et de la concentration de COV en entrée (polluant) de l'épurateur, les produits réactionnels intermédiaires peuvent être ou non complètement minéralisés lors du passage sur le média photocatalytique de la molécule initiale de polluant de départ .
Afin d'augmenter encore l'efficacité du système de réacteur photocatalytique selon l'invention, on peut jouer sur l'augmentation de la surface de média actif et la diminution de la perte de charge. Si la mise en place de plusieurs média filtrant en série permet d'augmenter la surface active, la perte de charge en est cependant augmentée corrélativement. Afin d'atteindre cet objectif , on peut conjuguer l'augmentation de surface de médias photocatalytique actifs avec une augmentation de la surface frontale , la perte de charge étant d'autant plus faible que la surface frontale au contact du flux d'air est importante . A cette fin, le média selon l'invention peut être disposé dans une cassette de filtration de façon à offrir une surface plus longue au gaz à traiter. Ainsi, au lieu d'être disposé en une simple épaisseur linéaire transversalement par rapport à la direction du gaz, on peut lui conférer une forme comprenant au moins un angle, comme une forme en V, W, etc (jusqu'à former un véritable « accordéon ») ou lui donner une structure plissée. Le média peut aussi être placé dans des cassettes articulées suivant les designs précédant permettant de placer la cassette dans un réacteur avec le minimum d'espace perdu. Ce point est particulièrement intéressant dans les systèmes d'air conditionné domestiques.
En effet très souvent, les gaines d'aspirations sont coudées très rapidement derrière les éléments de filtration poussière. Dans la mesure où les systèmes d'épurateur PCO sont placés dans la zone de filtration poussière, l'encombrement du réacteur PCO doit être limité. Un tel système de cassette articulé permet de s'affranchir de l'encombrement d'un système à angle(s) pour sa mise en place tout en profitant de la forme à angle(s) une fois en position de travail ce qui permet de diminuer la perte de charge du système. La cassette peut donc être insérée droite (sans angle) dans la fente permettant de l'introduire dans le réacteur PCO et la forme à angle(s) est prise automatiquement à l'intérieur du réacteur au moment de l'insertion. Les figures 3a et 3b montrent des filtres PCO à l'intérieur desquels le média PCO a une forme en V ou W. Ainsi, l'invention concerne également une cassette à filtre comprenant au moins un angle et contenant un média PCO, ledit angle étant le cas échéant articulé.
L'épurateur PCO selon l'invention est notamment destiné à des applications de purification de l'air domestique. Une des applications majeures est la réduction de l'ozone en ambiance domestique. Grâce à l'invention, une efficacité de réduction de l'ozone de 90% peut être atteinte.
L'épurateur PCO selon l'invention sert également à la purification de l'air en milieu tertiaire, commercial, ou industriel. Dans ce type d'application, il est recommandé d'utiliser des médias selon l'invention en série pour générer une masse surfacique plus élevée par rapport à ce qui convient pour le milieu domestique. Par exemple, dans le cadre d'une utilisation dans un environnement de restauration industrielle équipé de système de nettoyage de graisse (à partir d'ozone), un média à 50g/m2 ne permet généralement pas d'abattre des taux d'ozone suffisamment important à hauteur de 300 ppb en une passe à 1 m/s. Il est alors nécessaire d'utiliser des médias selon l'invention en série (c'est-à-dire les uns après les autres, le cas échéant en contact), généralement entre 2 à 10 médias, plus particulièrement 3 à 6 médias, ce qui permet en une passe d'oxyder par exemple 150 ppb des 300 ppb d'ozone présents dans le gaz d'entrée, la puissance UV reçue par filtre étant de 50 mW/cm2 d'illumination UVC. Ce type de procédé peut être envisagé notamment au niveau des exécutoires de cuisine industriels dans lesquels de l'ozone est généré pour éliminer les graisses déposées au niveau des hottes de captation des cuisines. Il s'en suit une forte odeur et concentration d'ozone qui peut être détruit par le système PCO selon l'invention.
Le système PCO selon l'invention peut être également utilisé dans des applications industrielles telles que les hangars ou réfrigérateurs de stockage de produits végétaux fragiles (comme les fruits, légumes, fleurs). Dans ce cadre, il est important de diminuer la concentration d'éthylène dans le hangar pour ralentir le mûrissement des fruits ou le fanage des fleurs. L'invention concerne aussi l'utilisation du média ou de l'épurateur ou du dispositif selon l'invention pour purifier l'air d'un hangar ou d'un réfrigérateur contenant un végétal, notamment un fruit ou légume ou une fleur.
Le système PCO selon l'invention est également très efficace sur la dégradation des alcools (méthanol, éthanol, propanol) et des solvants par exemple utilisés dans l'industrie des résines, des composites ou la fabrication de parfums. Dans ce type d'application, il est nécessaire de travailler dans des conditions réglementées ATEX (l'expression ATEX provenant de « ATmosphères Explosives ») afin d'éviter tout risque d'explosion. Une des problématiques est la nature du média filtrant PCO qui doit être essentiellement minéral afin d'éviter tout risque d'inflammation. Notamment, de préférence, pour les applications ATEX, on n'applique pas de post imprégnation polymère sur le média pour limiter le poudrage. Le média de la présente invention est alors composé d'un substrat (feutre) minéral avec un revêtement minéral dopé à l'oxyde de titane et répond parfaitement au cahier des charges des applications PCO en milieu ATEX.
Le système PCO selon l'invention contient une source de lumière nécessaire à l'activation catalytique du revêtement d'oxyde de titane. Cette source peut être une lampe UVA, UVB ou UVC à vapeur de mercure ou de Xénon.
Par ailleurs, l'invention concerne également des dispositifs d'éclairement particulier d'un média PCO, convenant au média PCO selon l'invention ou tout autre média PCO. Ces dispositifs sont intéressants notamment du point de vue du gain énergétique, de diminution des coûts de maintenance ou de la conformité ATEX. Le dispositif d'éclairement du média fibreux peut être réalisé avec une LED
UVA, UVB ou UVC avec une puissance d'éclairement d'au moins 1 mW/cm2. Un tel système permet de conjuguer une consommation énergétique minimale avec une efficacité notable. De plus ce type de système d'éclairement autorise des designs très particuliers avec optimisation de l'éclairement du média. Ainsi, l'invention concerne également un épurateur de gaz comprenant un média filtrant à action photocatalytique (selon l'invention ou non) et un système d'illumination par UV dudit média, ledit système d'illumination comprenant une LED, de préférence UV, générant une intensité reçue par le média au moins égale à 1 mW/cm2 de média. Le dispositif d'éclairement du média fibreux peut être réalisé par un guide de lumière, par exemple une fibre optique: ce système permet d'éloigner la source de la zone d'éclairement et ainsi de créer relativement aisément une zone ATEX dans le réacteur PCO. Ainsi, l'invention concerne également un épurateur de gaz comprenant un média filtrant à action photocatalytique (selon l'invention ou non) et un système d'illumination par UV dudit média, ledit système d'illumination comprenant au moins un guide de lumière (comme une fibre optique) pour amener la lumière audit média. Dans les applications industrielles, il n'est pas rare de trouver des zones ATEX (exutoires, captation). A ce jour les lampes UV classiques ne sont pas homologuées ATEX en raison de la fragilité de leur enveloppe. Un système d'éclairage par guide de lumière permet de sortir la lampe de la zone ATEX et rend ainsi le système conforme aux nécessités des zones ATEX. Les systèmes suivants peuvent être envisagés :
• à partir d'une source UV on peut amener plusieurs torons de guide de lumière (par exemple de type fibre optique) dans le réacteur. Ces torons servent de guide pour amener l'énergie lumineuse dans le réacteur Par exemple, on peut envisager un toron tous les cm2 de substrat de manière à répartir l'énergie UV de manière la plus homogène possible dans le réacteur. Le principe d'un tel système est représenté sur la figure 14. • à partir d'une source, on peut amener un toron unique de guide de lumière
(comme de la fibre optique) dans le réacteur. Ce toron illumine alors un réflecteur ou un miroir muni d'une courbure adaptée et la lumière UV est réfléchie par ce miroir ou ce réflecteur de manière la plus homogène possible dans le réacteur. Le principe de ce système est représenté sur la figure 15. L'utilisation de tout autre système diffuseur peut permettre également d'atteindre cet objectif.
Le dispositif d'éclairement du média fibreux peut également être centralisé vis-à-vis de plusieurs réacteurs PCO. Cela permet d'avoir une zone unique de génération d'UV relayée par un système d'éclairement par guide lumière (par exemple de type fibre optique) de différents média PCO. Ce système procure un gain énergétique non négligeable en évitant la nécessité d'avoir de multiples sources, en réduisant la consommation des ballasts et les pertes inévitables dues à des systèmes multi-sources. Le principe de ce système est représenté sur la figure 16. Ainsi, l'invention concerne également un dispositif pour purifier l'air comprenant plusieurs épurateurs d'airs comprenant chacun un média filtrant à action photocatalytique (selon l'invention ou non), et comprenant une source d'éclairage unique des médias des épurateurs. Ainsi, l'invention concerne également un épurateur de gaz comprenant un média filtrant à action photocatalytique (selon l'invention ou non) et un système d'illumination par UV dudit média, ledit système d'illumination comprenant des guides de lumière (par exemple de type fibres optiques) et/ou une lumière froide. Le dispositif d'éclairement du média fibreux peut être réalisé par lampe plane.
Ce système permet une illumination extrêmement homogène de l'ensemble de la surface du média PCO et par la même augmente le rendement d'oxydation et donc l'efficacité du système. Ainsi, l'invention concerne également un épurateur de gaz comprenant un média filtrant à action photocatalytique (selon l'invention ou non) et un système d'illumination par UV dudit média, ledit système d'illumination comprenant une lampe plane.
Quand on fait fonctionner le système PCO dans une atmosphère polluée en COV, la concentration en ces COV peut être assez importante en début de fonctionnement. Cette forte concentration en COV peut se traduire par la formation indésirée de composés intermédiaire (formaldéhyde, l'acétaldéhyde, l'acétone) également nocifs suite au fonctionnement du système PCO selon l'invention. C'est pourquoi, il est recommandé, en cas de concentration en COV supposée importante, de démarrer le fonctionnement du système PCO selon l'invention en mode atténué, soit en réduisant la puissance UV, soit en réduisant le débit gazeux, ou les deux. Après un certain temps, lorsque la concentration en COV est plus faible, on peut augmenter la puissance de fonctionnement. Une illumination atténuée en UV (pour un début de fonctionnement) est par exemple inférieure à 8 et même inférieur à 7,5 mW/cm2. Un débit gazeux atténué est par exemple inférieur à 60% et même 50% du débit gazeux nominal. Le tableau 5 ci-dessous donne les concentrations en certain COV mesurées de façon courante dans les chambres d'habitation. Ces valeurs sont les résultats de plusieurs centaines de mesures. La colonne de droite « concentration critique » du tableau 5 indique, à titre indicatif, les concentrations à partir desquelles on recommande de réduire le régime de fonctionnement de l'épurateur PCO selon l'invention, par réduction du débit gazeux le traversant et/ou par réduction de l'intensité UV illuminant le média PCO. L'invention concerne donc un procédé de purification de gaz à l'aide d'un épurateur comprenant un média filtrant à action photocatalytique (selon l'invention ou non) et un système d'illumination par UV dudit média, de sorte que lorsque la concentration en un composé dans le gaz est supérieure à une valeur V1 , le régime de fonctionnement de l'épurateur est inférieur à son régime lorsque la concentration en le composé dans le gaz est inférieure à une valeur V2, V2 étant inférieur ou égal à V1. Dans le cas du formaldéhyde (impureté très fréquente), il est recommandé de réduire le régime de fonctionnement de l'épurateur lorsque la concentration en formaldéhyde est supérieure à 30 μg/m3. On peut augmenter le régime de fonctionnement lorsque la concentration en formaldéhyde est inférieure à 30 μg/m3. Plus généralement, on peut faire fonctionner l'épurateur avec un régime de fonctionnement réduit lorsque la concentration en formaldéhyde est supérieure à une valeur V1 comprise entre 0,3 et 80 μg/m3 puis augmenter le régime de fonctionnement lorsque la concentration en formaldéhyde est inférieure à une valeur V2 comprise entre 0,3 et 80 μg/m3, V2 étant inférieur ou égal à V1.
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Tableau 5
Afin de pouvoir détecter si le gaz à purifier (généralement l'air) dépasse les valeurs pour lesquelles il est recommandé de réduire la puissance de l'épurateur, l'épurateur selon l'invention est avantageusement muni d'un analyseur de composé organovolatil. L'épurateur peut fonctionner de façon totalement automatisée selon les teneurs en composé organovolatil transmise par l'analyseur : fort régime lorsque la teneur est inférieure à une certaine valeur, faible régime lorsque la teneur est supérieure à une certaine valeur.
Ainsi, l'invention concerne également un épurateur de gaz (généralement l'air) comprenant un média filtrant à action photocatalytique (selon l'invention ou non) comprenant un moyen de variation du débit de gaz le traversant ou (ce qui signifie et/ou) de variation de l'intensité de l'illumination UV. L'épurateur peut comprendre un analyseur de composé organo volatil et un moyen de réglage automatique de la vitesse du gaz le traversant ou de réglage de l'intensité de l'illumination UV en fonction de la teneur en composé organo volatil analysé par l'analyseur. L'épurateur peut analyser le gaz entrant ou le gaz sortant, mais analyse généralement le gaz entrant. A titre d'exemple d'un dispositif adapté fonctionnant selon ce principe, on peut donner le mode de fonctionnement qui suit, selon lequel au-dessus d'une teneur C1 en un COV, le dispositif fonctionne en mode réduit. Au- dessus d'une teneur C1 en un COV, l'analyseur donne un signal 1 qui entre dans un régulateur, lequel est programmé pour transformer ce signal 1 en consigne de sortie 1 conformément à une formule mathématique, ladite consigne attaquant alors un variateur de vitesse qui commande la vitesse (réduite) du moteur d'entrainement du ventilateur de l'épurateur, ledit ventilateur entrainant un débit D1 (modéré) de gaz à travers l'épurateur.
Après un certain temps de fonctionnement à ce régime réduit et lorsque la concentration dans le gaz en ledit COV baisse en-dessous de C2 (C2 étant inférieur à C1 ), alors l'analyseur donne un signal 2 au régulateur, lequel est programmé pour transformer ce signal 2 en consigne de sortie 2 conformément à une formule mathématique, ladite consigne attaquant alors le variateur de vitesse qui commande la vitesse (élevée) du moteur d'entrainement du ventilateur de l'épurateur, ledit ventilateur entrainant un débit D2 (élevé) de gaz à travers l'épurateur.
Le réglage de la vitesse de gaz et ou de l'intensité lumineuse peut être également tout simplement modulé en fonction du temps. Par exemple lors du démarrage d'un épurateur dans une pièce comportant des polluants, il est recommandé de travailler avec une faible vitesse de gaz et/ou une faible illumination UV par exemple durant 2h, le temps d'avoir purifié suffisamment la pièce, puis de passer en régime nominal. Un tel système évite de former des sous- produits par exemple au démarrage de l'épurateur. L'épurateur peut donc comprendre un moyen de temporisation (c'est-à-dire un moyen mesurant ou déterminant le temps ou déclenchant un dispositif au bout d'un certain temps) permettant de commander le régime modéré ou plus fort de l'épurateur. L'épurateur peut donc comprendre un moyen de temporisation et un moyen de réglage automatique de la vitesse du gaz le traversant et/ou de réglage de l'intensité de l'illumination UV en fonction du temps déterminé par le moyen de temporisation. On peut faire appel à ce système reposant sur le temps, lors de la détection d'un pic de pollution par un système indépendant ou non de l'épurateur, comme par exemple une information communiquée à la radio, pour mettre le système en mode à régime réduit (faible vitesse de gaz et/ou faible illumination UV) pour un temps prédéfini , le régime de purification plus fort s'enclanchant ensuite automatiquement dès la fin du temps prédéfini. Dans un tel dispositif, à titre d'exemple, après mise en route de l'épurateur, la chaîne de commande incluant un relai temporisé donne une consigne 1 de fonctionnement réduit pendant une durée 1 à un variateur de vitesse, lequel donne la consigne de vitesse 1 au moteur d'entraînement de la turbine du ventilateur pour entrainer un débit D1 (réduit) de gaz à travers l'épurateur. Après une durée prédéfini à ce régime réduit, la chaîne de commande incluant le relai temporisé donne une consigne 2 de fonctionnement à régime plus élevé au variateur de vitesse, lequel donne la consigne de vitesse 2 au moteur d'entraînement de la turbine du ventilateur pour entrainer un débit D2 (plus fort) de gaz à travers l'épurateur
La figure 1 représente très schématiquement la structure d'un épurateur PCO selon l'invention, contenant deux couches 2 de média PCO. Le flux de gaz est représenté par des flèches épaisses, la flèche de gauche représentant le gaz entrant, la flèche de droite représentant le gaz sortant. Entre les deux couches 2 de média PCO sont placées des lampes UV 3. Un ventilateur 5 assure la circulation d'air. Tous ces éléments sont placés dans un caisson en acier inox 1. La distance 4 entre la lampe UV et les média peut être de 20 mm. Un tel épurateur pourrait de plus comporter un pré filtre à particule dès l'arrivée d'air, c'est-à-dire placé à gauche du premier média PCO.
La figure 2 représente la structure d'un épurateur PCO selon l'invention, contenant une seule couche de média PCO 2. Le flux d'air est représenté par des flèches épaisses. Une lampe UV 3 illumine le média 2. Un ventilateur 5 assure la circulation d'air. Tous ces éléments sont placés dans un caisson en acier inox 1. La distance 4 entre la lampe UV et les média peut être de 20 mm. Un tel épurateur pourrait de plus comporter un pré filtre à particule dès l'arrivée d'air, c'est-à-dire placé à gauche du premier média PCO.
Les figures 3 montrent des modules à filtres PCO à l'intérieur desquels le média PCO a une forme en V ou W. Le module comprend une enveloppe 6 généralement métallique (inox, acier zingué ou aluminium) contenant un pré filtre à particules 7, une lampe UV 8, une cassette 9 à média photo catalytique, articulée ou non. La cassette est rentrée dans l'ensemble par une ouverture 10. Selon la place disponible pour l'ouverture de l'enveloppe, on décide si la cassette doit être articulée ou non. Par exemple, une cassette articulée peut être rentrée droite dans le module à travers l'ouverture 10 (figure 3c) puis pliée en V grâce à l'articulation 1 1 (voir figure
3a). La cassette peut comprendre trois articulations 12 pour prendre une forme en W comme sur la figure 3b. Les figures 4 à 13 donnent les résultats d'épuration de l'air pollué par diverses molécules grâce à un média selon l'invention. Les figures 4 à 1 1 correspondent aux résultats des exemples 24 à 31 et les figures 12 et 13 correspondent aux résultats des exemples 33 et 34. La figure 14 représente le principe de l'éclairement du média filtrant par l'intermédiaire de plusieurs guides lumière (par exemple fibres optiques) amenées au réacteur PCO 15. En figure 14 a), on voit qu'à partir de la source de lumière UV 13, plusieurs torons de guide lumière 14 amènent la lumière dans le réacteur 15 en vue d'éclairer le média PCO. Sur la figure 14 b), on voit la répartition de l'arrivée de huit guides lumière 14 sur la section du réacteur 15 de manière à répartir l'énergie
UV de manière la plus homogène possible dans le réacteur 15.
La figure 15 représente le principe de l'éclairement du média filtrant par l'intermédiaire d'une seule guide lumière (par exemple fibre optique) amenée au réacteur PCO 21. A partir de la source UV 16, un toron unique 17 de guide lumière amène la lumière UV dans le réacteur 21. Dans le cas représenté, le guide lumière traverse le média 18 jusqu'au point d'illumination 19 en bout de guide lumière. Ce toron illumine alors un miroir 20 muni d'une courbure adaptée et la lumière UV est réfléchie (flèches) par ce miroir de manière la plus homogène possible dans le réacteur vers le média 18. La figure 16 représente le principe de l'éclairement de plusieurs médias PCO contenus dans plusieurs réacteurs PCO 22, par l'intermédiaire de guides lumière (par exemple fibres optiques) 23 reliées à un unique générateur d'UV 24. Le dispositif d'éclairement est donc centralisé vis-à-vis de plusieurs réacteurs PCO. Cela permet d'avoir une zone unique de génération d'UV relayée par un système d'éclairement par guide lumière de différents média PCO. Ce système évite la nécessité d'avoir de multiples sources.
EXEMPLES 1 à 13 (évaluation de poudrages)
Des feutres sont réalisés de la manière qui suit. Des baguettes de silice fondues de diamètre 4,4 mm sont étirées dans un brûleur oxy-propane afin de les amener à un diamètre de filament de 0,2 mm. Ce filament est alors ré-étiré par étirage-soufflage à la flamme dans un second brûleur afin d'obtenir un diamètre moyen de 9 μm et projeté sur un tapis ou un tambour de réception. La vitesse du tambour est réglée de telle manière à obtenir les masses surfaciques des feutres figurant dans le tableau ci-dessous (2eme tableau). Le feutre obtenu est alors imprégné par la préparation obtenu par la recette indiquée dans le tableau 6 ci- dessous :
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Tableau 6
Différents essais ont été réalisés avec différentes quantités en TEOS, MTES et catalyseur TiO2 comme rapporté dans le tableau 7 ci-dessous.
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Tableau 7
Le feutre imprégné subit ensuite un traitement thermique dans les conditions du tableau 4 déjà vu plus haut. Le média final obtenu présente une masse surfacique après imprégnation d'environ 120 g/m2, une épaisseur apparente de 20 mm, et sa teneur en oxyde de titane est de l'ordre 20% en poids (sauf cas N°1 : pas de catalyseur et N°2 : moins de 4% de catalyseur).
Des mesures pour évaluer la tendance au poudrage du revêtement sont ensuite réalisées à partir d'échantillons de 100 x 100 mm2 de média PCO. Les échantillons sont placés dans un tamiseur de type FRITSH/Labogerdebau durant 30 minutes avec une amplitude de 4 (valeur spécifique à la machine). A l'issu des 30 minutes, le résidu est pesé et la perte de masse est rapportée à 1 m2 de substrat. Les valeurs sont moyennées sur 5 échantillons. Les résultats sont rapportés de manière comparative dans le tableau 7. Les résultats sont exprimés en « poudrage », c'est-à-dire la quantité de poudre formée par unité de surface de média (en mg/m2), et en efficacité PCO sur la base du « test méthanol » déjà décrit plus haut. Cette efficacité est exprimée en quantité de méthanol oxydé en ppm. Notamment, l'essai n°13 est excellent car il allie une très bonne activité PCO à un très faible poudrage.
EXEMPLES 14 à 23 (oxydation du méthanol) On utilise un réacteur constitué d'un corps en acier Inox à l'intérieur duquel est placé un disque de média de diamètre 47 mm. En partie haute du réacteur une illumination UV HPK 125 W est réalisée au travers d'une fente en silice. La puissance d'illumination est réglée en ajustant la distance lampe Média. Une puissance de 5 mW/cm2 à 365 nm(de média) d'UV mesuré au niveau du média est utilisée. En amont du réacteur, un flux constant d'air filtré contenant 300 ppm de méthanol est introduit à raison de 350 ml/mn. En aval du réacteur après traitement PCO, la concentration de méthanol est mesurée par chromatographie en phase gazeuse. On s'assure de la minéralisation du polluant (conversion en CO2 et H2O) en vérifiant l'équilibre chimique afin de ne pas avoir uniquement des phénomènes d'adsorption pur comme l'on peut retrouver avec les systèmes du type charbon actif. Le tableau 8 donne les conditions opératoires plus précises de réalisation du média ainsi que l'efficacité observée sur différents médias dans le cadre du « test méthanol » déjà expliqué plus haut. Dans le Millenium S5 300 A le TiO2 était à 100% anatase. Ceci n'est pas forcément le cas de tout catalyseur à base de TiO2. Par exemple, dans le catalyseur P25 de Degussa, le TiO2 contient environ 1/3 de Rutile pour 2/3 d'anatase.
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Tableau 8 EXEMPLES 24 à 31 (oxydation de molécules organiques à différents débits et intensité d'illumination)
Des baguettes de silice fondues de diamètre 4,4 mm sont étirées dans un brûleur oxy-propane afin de les amener à un diamètre de filament de 0,2 mm. Ce filament est ensuite ré-étiré par étirage-soufflage à la flamme dans un second brûleur afin d'obtenir un diamètre moyen de 9 μm et projeté sur un tambour de réception. La vitesse du tambour est réglée de manière à obtenir une masse surfacique du feutre de 80 g/m2. Le feutre est alors imprégné conformément à la recette du tableau 9 ci-dessous :
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Tableau 9
Le feutre imprégné subit ensuite un traitement thermique dans les conditions du tableau 4 déjà vu plus haut.
Le média filtrant obtenu présente une épaisseur apparente de 20 mm. Le feutre présente une masse totale après imprégnation de 120 g/m2, le taux d'oxyde de titane étant de 20% de la masse totale du média.
L'efficacité du média photocatalytique a été mesurée en le plaçant dans un épurateur PCO de débit 130 m3/h, la vitesse frontale étant de 1 m/s, la puissance d'illumination reçue de 15 mW d'UVC par cm2 de média (ces valeurs ont été mesurées par un radiomètre BIOBLOCK VLX-3W avec une sonde 254 nm). L'enceinte est en acier inoxydable et mesure 1 m3. L'épurateur est en acier inoxydable. Il est muni de 3 lampes TUV Philips 36 W placées à 20 mm du ou des média PCO. La surface de média est de 270X420 mm2. L'épurateur PCO contient un ou deux média comme représenté sur les figures 1 et 2 .Le ventilateur est placé derrière le ou les filtres PCO.
A l'aide d'un perméamétre un mélange de polluant est introduit dans l'enceinte à raison de 1 ,951/min. Ce mélange est constitué de benzène, toluène, o- xylène, décane, limonène et formaldéhyde.
De l'air filtré neuf est introduit à raison de 21 l/min et un système en sortie pompe 23 l/min de l'atmosphère ceci afin de simuler le taux de renouvellement d'air neuf existant dans toute construction. En cas de forte concentration en COV, et afin de diminuer la formation d'intermédiaire de réaction pouvant être nocif comme le formaldéhyde, l'acétaldéhyde, l'acétone, il est important de travailler avec des taux d'illumination d'UV pas trop importants ainsi que des débits modérés ceci afin d'augmenter le temps de réaction au sein du substrat et de permettre une oxydation plus complète des composés organiques (ce qui inclut ces éventuels composés intermédiaires indésirés) au sein du substrat.
La signification des différentes abréviations est la suivante :
1 F : - 1 Média PCO 2F : - 2 médias PCO de part et d'autre de la lampe UV
Dmax: - Débit maximum (130 m3/h)
D1/2 : - Débit maximum divisé par 2
UV Max : - Illumination UV au maximum
UV/2 : - Illumination UV maximum divisé par 2 UV min : - Illumination UV reçue 2 mW/cm2.
Les résultats sont donnés par les figures 4 à 11. Le moment pour lequel l'épurateur fonctionne est indiqué sur les figures par la double-flèche « épurateur en marche ».
Au vue des différentes courbes, l'oxydation des différents composés benzène, toluène, décane, xylène, limonène grâce au filtre PCO selon l'invention est très nette. Corrélativement, il apparait que la formation de produits intermédiaires tels que formaldéhyde, acétaldéhyde, acétone est d'autant plus marquée que le débit et la puissance UV est importante.
EXEMPLE 32 (ozone) Des baguettes de silice fondues de diamètre 4,4 mm sont étirées dans un brûleur oxy-propane afin de les amener à un diamètre de filament de 0,2 mm. Ce filament est alors ré-étiré par étirage-soufflage à la flamme dans un second brûleur afin d'obtenir un diamètre moyen de 9 μm et projeté sur un tambour de réception. La vitesse du tambour est réglée de telle manière à obtenir une masse surfacique du feutre de 65 g/m2. Le produit est alors imprégné par la préparation obtenu selon la recette du tableau 10 ci-dessous :
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Tableau 10
Le feutre imprégné subit ensuite un traitement thermique dans les conditions du tableau 4 déjà vu plus haut.
Le média filtrant obtenu présente une épaisseur apparente de 20 mm. Le feutre présente une masse totale après imprégnation de 100 g/m2, le taux d'oxyde de titane étant de 20% en poids du poids total du média.
Les essais ont été menés dans une maison expérimentale. L'épurateur était celui décrit aux exemples 24 à 31 , muni de 2 médias.
Les conditions de tests étaient les suivantes :
- bureau de 30 m3
- Taux de renouvellement d'air (TRA) entre 0,6 et 1 volume/h
- Feutres de fibres de silice fondue de marque Quartzel (marque déposée de Saint-Gobain Quartz SAS) et de masse surfacique 65 g/m2 (masse média 100 gr/m2)
- Débit nominal, épurateur 130 m3/h.
- Illumination UV reçue 15 mW/cm2
Les mesures ont été effectuées une semaine avant la mise en place de l'épurateur, une semaine durant le fonctionnement de l'épurateur et une semaine après l'arrêt de l'épurateur. On exprime les résultats rapport de concentration d'ozone intérieur sur extérieur. En effet, en grandeur nature, un taux de renouvellement d'air existant toujours, de l'air neuf chargé en polluant entre dans la pièce et de l'air vicié chargé en polluant sort de la pièce. Pour comparer des efficacités il est donc utile de pouvoir travailler en relatif de concentration polluant air Intérieur/concentration polluant air extérieur. Sans épurateur PCO, ce rapport est de 0,14. Avec l'épurateur PCO, ce rapport est de 0,01.
EXEMPLES 33 et 34
Des baguettes de silice fondues de diamètre 5,5 mm sont étirées dans un brûleur oxy-propane afin de les amener à un diamètre de filament de 0,2 mm. Ce filament est alors ré-étiré par étirage-soufflage à la flamme dans un second brûleur afin d'obtenir un diamètre moyen de 9 μm et projeté sur un tambour de réception. La vitesse du tambour est réglée de telle manière à obtenir une masse surfacique du feutre de 50 g/m2.Le feutre est alors imprégné par la préparation faite selon la recette du tableau 1 1 ci-dessous:
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Tableau 11
Le feutre imprégné subit ensuite un traitement thermique dans les conditions du tableau 4 déjà vu plus haut. Le média filtrant obtenu présente une épaisseur apparente de 20 mm. Le feutre présente une masse totale après imprégnation de 85 g/m2, le taux d'oxyde de titane étant de 20% du poids total de média.
Le média est alors placé dans un épurateur identique à celui décrit pour les exemples 24 à 31 (un seul média PCO) avec les paramètres suivants : Débit nominal dans l'épurateur : 130 m3/h ;
Illumination UV reçue : 15 mW/cm2.
L'épurateur à tester est placé dans une enceinte d'un m3 en plexiglas. Préalablement au test, l'enceinte est purgée avec de l'air ultra pure et humidifié afin d'éliminer la présence de polluant avant l'introduction du mélange de molécules modèles. Un mélange liquide des différents polluants est introduit à travers un septum par l'intermédiaire d'une seringue dans un sabot de pesée en verre. Deux mélanges ont été testés, l'un contenant du propionaldéhyde, heptane, acétone, toluène, acétaldéhyde, éthylène, styrène, o-xylène (exemple 33) et l'autre contenant toluène, heptane, butyraldéhyde, acétone, méthoxyéthanol (exemple 34). Après évaporation, la concentration des différents composés est de l'ordre du ppmv.
Le suivi du CO2 se fait par un micro-chromatographe en phase gazeuse muni d'un détecteur à conductivité thermique (μGC-TCD), les autres polluants sont analysés par un chromatographe en phase gazeuse muni d'un détecteur par photo ionisation (PID). Le PID permet d'analyser les composés organo-volatiles (COV) ionisables dans la gamme des ppbv. La présence éventuelle de sous-produits de dégradation dans la phase gazeuse est détectée par adsorption sur cartouche adsorbante (débit 100 ml/min, temps 20 minutes) suivi par une analyse par désorption thermique couplé à un chromatographe en phase gazeuse et détection par spectrométrie de masse. Les résultats sont reportés sur les figures 12 et 13. On constate une efficacité remarquable du système PCO selon l'invention sur l'élimination des différents solvants dès que l'illumination UV est déclenchée (le moment de l'illumination est indiquée par la flèche « UV en marche »). Dans le cas de l'exemple 34 (figure 13), de I' acétaldéhyde se forme momentanément dès l'illumination UV puis est lui-même oxydé. Le pic de méthoxyéthanol entre 40 et 70 min correspond à une seconde injection de ce produit dans l'enceinte. L'affinité du méthoxyéthanol pour le média est telle que celui-ci est tout de suite adsorbé.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Epurateur de gaz comprenant
- un média filtrant à action photocatalytique,
- un système d'illumination par UV dudit média,
- un moyen de temporisation ou un analyseur de composé organo volatil,
- un moyen de réglage automatique de la vitesse du gaz le traversant ou de réglage de l'intensité de l'illumination UV, ledit réglage étant réalisé en fonction du temps déterminé par le moyen de temporisation ou en fonction de la teneur en un composé organo volatil analysé par l'analyseur.
2) Epurateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un analyseur de composé organo volatil et en ce que l'analyseur analyse le gaz entrant.
3) Epurateur selon l'une des revendications précédentes, ledit système d'illumination comprenant une LED, de préférence UV, générant une intensité reçue par le média au moins égale à 1 mW/cm2 de média.
4) Epurateur selon l'une des revendications précédentes, ledit système d'illumination comprenant au moins un guide lumière, par exemple de type fibre optique pour amener la lumière audit média.
5) Epurateur selon l'une des revendications précédentes comprenant une cassette à filtre comprenant au moins un angle, ladite cassette contenant le média filtrant à action photocatalytique. 6) Epurateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'angle est articulé. 7) Dispositif pour purifier l'air comprenant plusieurs épurateurs selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une source d'éclairage unique des médias des épurateurs. 8) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'éclairage est transmis aux épurateurs par des guides lumière, par exemple de type fibres optiques. 9) Procédé de purification de gaz à l'aide d'un epurateur ou d'un dispositif de l'une des revendications précédentes. 10) Procédé de purification de gaz à l'aide d'un epurateur comprenant un média filtrant à action photocatalytique et un système d'illumination par UV dudit média, caractérisé en ce que lorsque la concentration en un composé dans le gaz est supérieure à une valeur V1 , le régime de fonctionnement de l'épurateur est inférieur à son régime lorsque la concentration en le composé dans le gaz est inférieure à une valeur V2, V2 étant inférieur ou égal à V1. 1 1 ) Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le composé est le formaldéhyde, et en ce que V1 et V2 sont compris entre 0,3 et 80 μg/m3. 12) Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épurateur est l'un de ceux des revendications d'épurateur précédentes.
13) Procédé de purification de gaz à l'aide d'un épurateur comprenant un média filtrant à action photocatalytique, un système d'illumination par UV dudit média, et un moyen de temporisation commandant un régime modéré ou plus fort de l'épurateur.
14) Utilisation de l'épurateur ou du dispositif de l'une des revendications précédentes d'épurateur ou de dispositif pour purifier l'air d'un atelier de fabrication de parfum ou d'une distillerie.
15) Utilisation de l'épurateur ou du dispositif de l'une des revendications précédentes d'épurateur ou de dispositif pour purifier l'air d'un hangar ou d'un réfrigérateur contenant un végétal comme un fruit ou un légume ou une fleur.
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