Textile adsorbant autonettoyant pour un épurateur durable – TEXAD
Textile adsorbant autonettoyant pour un épurateur durable
Développement et caractérisation du textile lumineux, chauffant, adsorbant et photocatalytique pour un épurateur d’air durable
Traitement de l’air intérieur durable : besoin croissant
Les composés organiques volatils (COVs) présent dans l’air intérieur sont nocifs pour l'homme et l'environnement. En France, le contrôle de la qualité de l’air intérieur est obligatoire depuis 2015 dans certains établissements publics avec le Décret N° 2011-1728 du 02 décembre 2011. Le formaldéhyde et le benzène faisant partie des COVs toxiques et carcinogènes les plus présents en air intérieur, un décret supplémentaire, N° 2011-1727, a aussi été établi afin de fixer des valeurs guides de concentration pour une exposition de longue durée. Les concentrations maximales, à ne pas dépasser, sont de 10 μg/m3 pour le formaldéhyde depuis 2023 et de 2 μg/m3 pour le benzène depuis 2016. Dans le but de limiter ces concentrations en COVs en air intérieur, différentes techniques de purification existent, comme l’adsorption des polluants ou les procédés d’oxydation avancés (AOPs). L’adsorption est la technique la plus commune, elle consiste à utiliser un filtre poreux sur lequel les polluants vont s’adsorber. Cette technique nécessite de changer fréquemment les filtres car ils saturent, puis ne captent plus les polluants. Certains composés sont relargués avant saturation. Les procédés d’oxydation avancée, comme la photocatalyse, consistent à éliminer les polluants par réactions chimiques. Ces techniques sont plus durables, pas de changement fréquent de consommable, mais elles nécessitent un temps de traitement élevé avec un risque de formation de composés intermédiaires en cas de pic de concentration ou si le module de traitement de l’air est mal dimensionné. Le Projet TEXAD est un projet visant à développer une technologie innovante et durable afin de remédier aux inconvénients des différents procédés de purification. Cette technologie basée sur la technologie UVtex® - textile lumineux en fibres optiques à éclairage latéral connectées à des LEDs UVA - sera intégrée dans un épurateur d’air. L’association d’un adsorbant et d’un photocatalyseur à la surface de ce textile UVtex® intégrant des fils chauffants, permettrait de traiter rapidement la pollution par adsorption, et de régénérer régulièrement l’adsorbant par des cycles de thermie induisant un relargage contrôlé des polluants piégés, qui seraient alors traités sur les fibres optiques lumineuses photocatalytiques. Les différents objectifs scientifiques et techniques sont les suivants : • Développer un textile lumineux chauffant, adsorbant, photocatalytique • Optimiser les cycles de régénération du textile mis au point • Déterminer et optimiser les paramètres clés tels que la répartition du flux, le temps de contact nécessaire au traitement des polluants pour le dimensionnement de l’épurateur • Concevoir et réaliser un module de traitement de l’air intégrant le textile adsorbant autonettoyant • Evaluer les performances de l’épurateur dans des conditions proches des conditions réelles.
Plusieurs méthodes sont utilisées pour la caractérisation du textile avec ces différentes fonctions lumière, chauffe, adsorption et photocatalyse.
Caractérisation du textile lumineux :
Le spectromètre est utilisé pour quantifier la lumière émise par les tissus lumineux, plus particulièrement l’irradiance des tissus mesurée en W/m2. Ces mesures sont nécessaires pour comparer l’impact de la chauffe et de l’enduction sur l’irradiance.
Caractérisation du textile chauffant :
Afin d’assurer un suivi en chauffe des textiles, des essais préliminaires sont effectués avec une sonde thermique. Par la suite, une caméra thermique (Xi400 d’Optris) est mise en place car elle permet d’avoir des mesures sur une population plus représentative. Son utilisation avec des mesures en surfacique simplifie les essais et permet d’avoir une meilleure répétabilité et reproductibilité des mesures. Son intervalle de mesure de température s’étend de -20°C à 100°C. L’application reliée à la caméra permet d’avoir accès aux différents paramétrages ainsi qu’à la vue de la caméra pour pouvoir configurer les zones de mesures ou les échelles de températures par exemple.
Caractérisation du textile adsorbant
La caractérisation de l’adsorbant est réalisée par plusieurs méthodes :
- Observation au microscope numérique pour déterminer la répartition du charbon actif
- Mesure de la perméabilité du textile à l’air
- Détermination du volume de perçage
Evaluation des performances du textile lumineux sur les COVs :
Pour générer un flux de gaz polluant à une concentration connue dans l'air, un gaz vecteur a été dirigé vers un générateur de COV Bronkhorst rempli de paraformaldéhyde solide (pureté de 99 %) ou de toluène (pureté de 99 %).
Un processus en plusieurs étapes a été suivi selon l’évaluation ciblée : tout d'abord, la concentration du polluant a été stabilisée et homogénéisée dans le réacteur (étape 1). Ensuite, en fonction du test visé :
S’il s’agit du couplage adsorption-chauffe : Le polluant est introduit dans le réacteur et maintenu dans l'obscurité. La chauffe est mise en route après x temps pour vérifier le relargage des polluants.
Pour le couplage adsorption-chauffe-photocatalyse : le protocole est identique aux étapes précédentes, mais en allumant la lumière UV en parallèle de la chauffe.
Tous les produits ont été régulièrement analysés à l'aide d'une chromatographie en phase gazeuse GC-PDID/FID équipée d'un détecteur à décharge pulsée d'ionisation (PDID) et d'un détecteur à ionisation de flamme (FID).
Les molécules modèles testées sont le formaldéhyde et le toluène.
Mise au point du textile Chauffant :
•Choix des fils chauffants :
Des tests préliminaires sur différents fils conducteurs sont réalisés pour déterminer la résistance électrique et vérifier la présence d’une chauffe. Pour ces essais, une longueur de 10 cm pour chaque fil est utilisée afin de pouvoir trouver la résistance linéaire en Ω.cm-1.
Il est observé que plus un fil à une teneur élevée en métal et plus la résistance mesurée est faible. Ces fils, dans la majorité des cas, ne chauffent pas et sont donc écartés. D’autre part, des fils avec une teneur trop faible en métal ne conduisent pas le courant donc sont inutiles. Les fils sélectionnés pour les tests de tissage sont des fils qui ont présenté des résistances linéaires ni trop faible ni trop élevé. Leur résistance linéaire est situé entre 10 et 60 Ω.cm-1
•Mise au point de la configuration de tissage.
Plusieurs configurations ont été testées. Des points chauds sont observés sur les premières configurations. L’optimisation du textile permet de sélectionner une configuration qui assure une bonne répartition du courant sur les fils chauffants sans formation des points chauds.
•Optimisation des paramètres du textile chauffant :
L’objectif est d’avoir une répartition thermique homogène, l’absence de points trop chauds avec des plages des températures cibles entre 40°C et 60°C. Ces conditions permettent de sélectionner la meilleure configuration.
Pour atteindre cet objectif, l’impact des différents paramètres est étudié afin d’optimiser la chauffe et l’énergie consommée:
-Le type de fils chauffants (FC)
-La densité de FC (FC/cm)
-La disposition des FC par rapport aux fibres optiques (FO)
Pour développer et optimiser un textile chauffant avec une bonne homogénéité de chauffe, il est indispensable d’avoir une vitesse de chauffe adéquate sans avoir une consommation d’énergie trop élevée et en atteignant les températures cibles. Les configurations sélectionnées pour les tests de performance sur les polluants modèles présentaient une chauffe homogène sans formation de point chaud avec des vitesses de chauffe ayant une consommation d’énergie faible d’environ 20W.
La durabilité des textiles chauffants a été réalisée en suivant l’évolution de la capacité de chauffe après 57 cycles de fonctionnement de 7 h/cycle. Il n’y a pas de vieillissement observé dans les conditions testées.
Comparaison des différents types de Charbon actif :
Afin de sélectionner le meilleur adsorbant, plusieurs paramètres sont comparés :
-La chauffe du charbon actif
-La détermination du volume de perçage en présence d’un polluant modèle
-La perméabilité
-La désorption en fonction de la chauffe
Couplage textile chauffant-adsorbant :
Après l’étape d’adsorption, des tests de désorption à 40, 50 et 60°C sont réalisés afin de vérifier la désorption des polluants avant l’étape de la dégradation photocatalytique. Une désorption est observée avec les 3 températures. Le couplage à la photocatalyse sera la prochaine étape à tester.
-Couplage textile chauffant photocatalytique adsorbant
-Optimisation des cycles de chauffe pour une meilleure régénération
-Détermination des paramètres cinétiques pour la réalisation du module de traitement de l’air
-Conception et réalisation du module de traitement de l’air
-Test de l’efficacité dans la chambre de 1m3 et 30m3
Le projet TEXAD vise à apporter des avancées dans les technologies de traitement de l’air en développant un textile adsorbant autonettoyant, destiné à limiter les consommables pour un épurateur durable. L’association d’un adsorbant et d’un photocatalyseur
sur un textile intégrant des fibres optiques à éclairage latéral équipées de LEDs UVA et des fils chauffants, permettrait de traiter
rapidement la pollution par adsorption, et de régénérer régulièrement l’adsorbant par des cycles de thermie induisant un relargage contrôlé des polluants piégés, qui seraient alors traités sur les fibres optiques lumineuses photocatalytiques. Via ce projet nous
proposons de présenter au marché un outil de remédiation compact et économe. Le défi principal de TEXAD est de mettre en œuvre le textile adsorbant autonettoyant dans un réacteur pour le traitement de l’air, et étudier, tant du point de vue des performances
que des mécanismes, l’effet du couple TiO2/adsorbant sur la durabilité de l’épurateur.
Coordination du projet
Laure Péruchon (BROCHIER TECHNOLOGIES)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
IRCELYON Centre national de la recherche scientifique
BROCHIER TECHNOLOGIES
LGCGM Université Rennes 1
ISCR Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes
Aide de l'ANR 483 904 euros
Début et durée du projet scientifique :
septembre 2022
- 48 Mois
