Elimination des COV de l'air intérieur par couplage adsorption/oxydation catalytique : l'importance du choix de l'adsorbant et des conditions opératoires

Removal of VOCs from indoor air by adsorption/catalytic oxidation coupling : the importance of the choice of adsorbent and operating conditions

• Auteur / Autrice : Quentin Pujol
• Direction : Igor Bezverkhyy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 02/07/2025
• Etablissement(s) : Dijon, Université Bourgogne Europe
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Domenichini
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascaline Pré, Jean-François Lamonier, Habiba Nouali
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascaline Pré, Jean-François Lamonier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Catalyseurs

Composés organiques volatils

Oxydation catalytique

Mots clés libres

Adsorption

Oxydation catalytique

COVs

Couplage

Matériaux adsorbants

Catalyseur

Adsorption

Voc

Adsorbents

Catalytic oxidation

Coupling

Résumé

Le couplage adsorption/oxydation catalytique a été exploré pour le traitement de l’air contaminé par des COV à l’état de traces, avec une étape préalable d’adsorption longue suivie d’une étape désorption/ oxydation courte. L’étude a d’abord permis d’identifier les adsorbants les plus performants en conditions statiques et dynamiques pour le captage du toluène, une espèce représentative des COV. Les matériaux carbonés, en particulier le charbon actif NORIT RB3, ont montré les meilleurs compromis entre l’efficacité et l’accessibilité. Le couplage avec un catalyseur à base de platine (0,5%Pt/γ-Al2O3) a ensuite été étudié dans deux configurations. La configuration mettant en oeuvre l’adsorbant et le catalyseur au sein d’un réacteur s’est révélée peu efficace en raison du décalage entre la température de désorption et la température d’oxydation catalytique. En revanche, la configuration à deux réacteurs séparés a permis une oxydation totale du toluène désorbé avec une bonne stabilité du catalyseur., Une consommation d’énergie fortement réduite, et un meilleur contrôle de la chaleur dégagée par la réaction d’oxydation sont démontrés. Cette approche offre des perspectives prometteuses pour le traitement des COV en état de traces à l’échelle industrielle .

Catalytic adsorption/oxidation coupling was explored for the treatment of air contaminated by trace VOCs, with a preliminary long adsorption step followed by a short desorption/oxidation step. The study first identified the most efficient adsorbents under static and dynamic conditions for the capture of toluene, chosen as a representative VOC molecule. Carbon materials, in particular NORIT RB3 activated carbon, showed the best compromise between efficiency and accessibility. The coupling with a platinum-based catalyst (0.5%Pt/γ-Al2O3) was then studied in two configurations. The configuration combining adsorbent and catalyst in a single reactor proved to be inefficient due to the mismatch between the desorption temperature and the temperature necessary for oxidation. In contrast the configuration with two separate reactors allowed for complete oxidation of the desorbed toluene with good catalyst stability. Significantly reduced energy consumption and better control of the heat released by the oxidation reaction were shown. This approach holds thus promise for the treatment of trace VOCs on an industrial scale.