Plasma hors-équilibre et catalyseur : du laboratoire au prototype, étude de l'élimination du toluène dans l'air

Non-thermal plasma and catalyst : from the laboratory to the prototype, study of toluene removal from air

• Auteur / Autrice : Sophie Delagrange
• Direction : Jean-Michel Tatibouët
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie appliquée
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie chimique, biologique et géologique (Poitiers2000-2008)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers ; 1984-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Air confiné -- Pollution

Réactivité (chimie)

Ozone

Sous-produits

Catalyse hétérogène

Plasmas (gaz ionisés)

Résumé

Durant ces dernières années, une attention particulière a été portée à la pollution extérieure, mais ce n'est que très récemment que la communauté scientifique internationale s'est inquiétée de la contamination des espaces clos. Les procédés de dépollution de l'air existants sont mal adaptés au traitement de l'air intérieur. L'utilisation d'un plasma non-thermique pourrait répondre à ce besoin. L'objectif de cette thèse est donc l'étude de l'élimination du toluène, qui est un Composé Organique Volatil caractéristique de la pollution intérieure, par un procédé associant un plasma "non-thermique" et un catalyseur. Le plasma seul permet d'éliminer les COV, toutefois il ne conduit pas à une oxydation complète du polluant et peut générer des espèces indésirables (O3, NOx). Il est donc nécessaire d'associer un catalyseur au plasma. L'étude de la transformation du toluène, sur une série de catalyseurs, par un procédé associant catalyse et plasma "non-thermique" a mis en évidence que le toluène adsorbé sur le support (alumine poreuse, Charbon actif) était oxydé par réaction avec les espèces oxydantes générées par le plasma, montrant ainsi le rôle essentiel joué par le support catalytique. Ce phénomène vient s'ajouter à la destruction directe du toluène par le plasma seul. La présence d'une phase active telle que l'or, sous forme de particules nanodispersées, sur le support catalytique permet, outre l'oxydation du CO en CO2, l'élimination de l'ozone et une augmentation de la dégradation du toluène. Le système plasma/catalyse s'avère donc très efficace. Cette étude menée à l'échelle du laboratoire a été extrapolée à une échelle réelle en vue de développer un procédé plasma catalytique pour une application industrielle : la dépollution de l'air intérieur d'un habitacle d'automobile. Ce travail a été effectué au sein du programme européen CLEANRCAB.

In the last past years, much attention has been paid to the outdoor pollution, but only recently the international scientific community worried about contamination of the indoor air. The existing air cleaning processes are not well suited for the indoor air treatment. The use of a "non-thermal" plasma could answer to this need. The main target of this thesis is then to study the toluene oxidation by a process associating plasma and catalysis. Toluene is a Volatile Organic Compound characteristic of the indoor pollution. The non-thermal plasma alone can destroy the pollutants, however it does not lead to a complete oxidation and it could generate unwanted species (O3, NOx). The study of the toluene chemical transformation by a process using the plasma with a series of catalysts has pointed out that the toluene adsorbed over the support (-Al2O3, AC) was oxidized by reaction with the oxidizing species generated by the plasma, showing then the essential role played by the catalytic support. This phenomenon adds further to the direct toluene elimination by the plasma. The presence of an active phase such nanosized gold particles over the catalytic support allows, besides the CO oxidation into CO2, the ozone removal and the increase in toluene destruction. The system associating plasma and catalyst turns out to be very effective. This study at laboratory scale has been scaled up at real scale with the view to develop a plasma catalytic system for an industrial application : indoor air cleaning of a vehicle cabin. This work was carried out within the European program CLEANRCAB.