De nouveaux catalyseurs à la fois performants et écologiques

Les composés organiques volatils (COV), principaux agents anthropiques polluants de l'air intérieur, sont bien connus pour induire de graves problèmes de santé. De nombreuses techniques d’assainissement utilisant des photocatalyseurs sont d’ores et déjà utilisées pour l’élimination de ces COV.

L’efficacité de ces catalyseurs est indéniablement corrélée à leur mise en forme qui détermine, par exemple, la surface spécifique accessible des sites catalytiques devant être maximale optimale. S’agissant d’activation photonique, le trajet optique de la lumière à l’intérieur du matériau doit également être optimisé pour que la réaction photo-catalytique puisse se produire dans dans le volume du matériau. Enfin, la macroporosité, adaptée à l’utilisation en flux continu, devrait permettre de travailler à débit constant pour traiter des volumes d’air importants. D’autres paramètres sont déterminants pour leur utilisation domestique : une mise en œuvre simple et peu coûteuse ; un volume aussi faible que possible pour miniaturiser les systèmes et limiter également l’empreinte écologique liée au recyclage ; le contexte de développent durable qui va contraindre les chimistes à éviter l’utilisation des métaux précieux souvent performants pour catalyser l’élimination des COV.

Les composés poreux à base de silice appelés Si(HIPE) (High Internal Phase Emulsion) possèdent à la fois une surface spécifique accessible élevée (1000 m²/g) et une macroporosité ouverte générant un volume poreux suffisant pour travailler en flux d’air continu, caractéristiques essentielles pour espérer éliminer de manière efficace les COV polluant l’air intérieur. En combinant chimie sol−gel et physico-chimie des fluides complexes à base d'émulsions, des scientifiques du Centre de recherche Paul Pascal (CNRS/Université de Bordeaux)*, ** sont parvenus à incorporer des oxydes métalliques  (Métal = Cu, Fe, Ce, Ni, Co etc..) à ces Si(HIPE), transformant ces simples matériaux poreux en catalyseurs particulièrement performants,^1-3 y compris pour la purification de l’air photo-induite.4 Sans métaux nobles, leur coût de fabrication devient raisonnable et leur empreinte écologique est réduite. Leur mise en forme aisée, leur confère de nombreux avantages au regard de catalyseurs plus conventionnels : sites actifs facilement accessibles ; macroporosité adaptée à l’utilisation en flux continu (limitant tant que faire se peut la perte de charge) ; faible volume d’encombrement limitant leur empreinte écologique, circulation de la lumière optimisée au sein du matériau. Enfin, régénérer ces catalyseurs ne nécessite qu’un traitement thermique, voir un simple lavage.

Ainsi, une avancée scientifique parue dans la revue Langmuir ⁴ fait partie de nombreux travaux émergents, à l’interface entre chimie moléculaire et génie des procédés, visant à améliorer ces dispositifs de purification de l’air par une chimie circulaire et durable.

* Plusieurs laboratoires aquitains sont également impliqués dans ces travaux: ISM et ICMCB (Bordeaux), IPREM et DMEX (Pau), IC2MP (Poitiers), RESCOLL (SA, Pessac). Des collaborations natives sont en cours dans l’hexagone, L2CM (Nancy), IS2M (Mulhouse), LCMC-P (Paris), ICGM (Montpellier), IPCMS (Strasbourg).   

** Le conseil régional de Nouvelle-Aquitaine, le GPR « Post-Petroleum Materials -PPM », le CNRS et l’Université de Bordeaux sont remerciés pour leur soutien à ce projet en favorisant ainsi son émergence.

Rédacteur : CCdM