Un abat-jour recouvert d’un catalyseur utilise la chaleur d’une ampoule à incandescence pour détruire la pollution de l’air intérieur. Crédit : Minhyung Lee
Les scientifiques ont conçu des abat-jour qui convertissent les polluants de l’air intérieur en substances inoffensives en utilisant la chaleur perdue des ampoules, et envisagent d’adapter cette technologie aux LED.
La pollution de l’air intérieur a peut-être trouvé son égal. Les scientifiques rapportent qu’ils ont conçu des abat-jour recouverts de catalyseur qui transforment les polluants de l’air intérieur en composés inoffensifs. Les abat-jour fonctionnent avec des ampoules halogènes et à incandescence, et l’équipe étend la technologie pour qu’elle soit également compatible avec les LED.
Présentation de recherches révolutionnaires
Les chercheurs ont présenté leurs résultats lors de la réunion d’automne de l’American Chemical Society (ACS). L’ACS automne 2023 a présenté environ 12 000 présentations sur un large éventail de sujets scientifiques.
Cibler les composés nocifs
Les abat-jour ciblent les composés organiques volatils (COV), qui représentent la plupart des polluants atmosphériques intérieurs, selon Hyoung-il Kim, Ph.D., chercheur principal du projet. Ces composés comprennent l’acétaldéhyde et le formaldéhyde et sont libérés par les peintures, les nettoyants, les assainisseurs d’air, les plastiques, les meubles, la cuisine et d’autres sources.
« Bien que la concentration de COV dans une maison ou un bureau soit faible, les gens passent plus de 90 % de leur temps à l’intérieur, donc l’exposition s’accumule avec le temps », explique Kim.
« Les méthodes conventionnelles pour éliminer les COV de l’air intérieur reposent sur du charbon actif ou d’autres types de filtres, qui doivent être remplacés périodiquement », explique Minhyung Lee, étudiant diplômé du laboratoire de Kim à Université Yonsei. Lee présentera le travail de l’équipe lors de la réunion de l’ACS. D’autres dispositifs ont été développés pour décomposer les COV à l’aide de thermocatalyseurs activés par des températures élevées ou de photocatalyseurs réagissant à la lumière. Mais Kim note que la plupart de ces unités nécessitent un chauffage séparé ou une source de lumière ultraviolette (UV), ce qui peut produire des sous-produits indésirables. Son équipe souhaitait adopter une approche plus simple qui nécessiterait uniquement une source de lumière visible produisant également de la chaleur – comme une ampoule halogène ou à incandescence – et un abat-jour recouvert d’un thermocatalyseur.
Exploiter la chaleur perdue
Les ampoules halogènes ne convertissent que 10 % de l’énergie qu’elles consomment en lumière, les 90 % restants étant transformés en chaleur, selon Lee. Les ampoules à incandescence sont encore pires, émettant 5 % de lumière et 95 % de chaleur. « Cette chaleur est généralement gaspillée », explique Kim, « mais nous avons décidé de l’utiliser pour activer un thermocatalyseur afin de décomposer les COV. »
Dans un article publié l’automne dernier, l’équipe a rapporté avoir synthétisé des thermocatalyseurs composés de dioxyde de titane et d’une petite quantité de platine. Les chercheurs ont enduit l’intérieur d’un abat-jour en aluminium avec le catalyseur et ont placé l’abat-jour sur une ampoule halogène de 100 watts dans une chambre de test contenant de l’air et de l’acétaldéhyde gazeux. Allumer la lampe a chauffé l’abat-jour à des températures allant jusqu’à environ 250 degrés Fahrenheit — suffisamment chaud pour activer les catalyseurs et décomposer l’acétaldéhyde. Au cours de ce processus d’oxydation, les COV ont été initialement convertis en acétique acide, puis en acide formique, et enfin en dioxyde de carbone et en eau. Les deux acides sont doux et la quantité de dioxyde de carbone libérée est inoffensive, note Kim. Les chercheurs ont également découvert que le formaldéhyde peut être décomposé dans les mêmes conditions et que la technique fonctionne avec des ampoules à incandescence.
« C’était la première démonstration d’utilisation de la chaleur perdue provenant de sources de lampes », explique Kim. La plupart des projets de recherche précédents, et même quelques lampes sur le marché, reposaient plutôt sur des photocatalyseurs activés par la lumière pour détruire la pollution de l’air intérieur.
Orientations futures et innovations
Récemment, l’équipe de Kim a exploré des substituts moins coûteux au platine. L’équipe a déjà montré que ces nouveaux catalyseurs à base de fer ou de cuivre pouvaient décomposer les COV. De plus, le cuivre est un désinfectant, donc Kim prévoit que le catalyseur au cuivre pourrait tuer les micro-organismes en suspension dans l’air.
Aujourd’hui, les scientifiques cherchent des moyens d’étendre le concept d’abat-jour destructeur de pollution aux LED, un segment en croissance rapide du marché de l’éclairage. Cependant, contrairement aux ampoules halogènes et à incandescence, les LED dégagent trop peu de chaleur pour activer les thermocatalyseurs. Par conséquent, l’équipe de Kim développe des photocatalyseurs qui sont stimulés par la lumière proche UV émise par les LED, ainsi que d’autres catalyseurs qui transforment une partie de la lumière visible des LED en chaleur.
« Notre objectif ultime est de développer un catalyseur hybride capable d’utiliser tout le spectre produit par les sources de lumière, y compris la lumière UV et visible, ainsi que la chaleur perdue », explique Kim.
Réunion : ACS automne 2023
Les chercheurs reconnaissent le soutien et le financement de la Fondation nationale de recherche de Corée ; Ministère du Territoire, des Infrastructures et des Transports ; Ministère de l’environnement; et Ministère du Commerce, de l’Industrie et de l’Énergie.
Titre
Oxydation thermocatalytique des COV grâce à l’exploitation de la chaleur résiduelle intérieure
Abstrait
Avec le début de la modernisation, le temps passé à l’intérieur a augmenté en raison de la gravité de la pollution de l’air (SRAS-CoV-2, poussières fines, micro-organismes aéroportés et composés organiques volatils). Les polluants atmosphériques dangereux proviennent principalement de diverses sources industrielles et intérieures. Cependant, en raison d’une mauvaise circulation de l’air, davantage de polluants sont exposés à l’intérieur qu’à l’extérieur. Des méthodes conventionnelles d’élimination des COV à l’aide de charbon actif ou de filtres ont été utilisées, mais ces méthodes nécessitent un remplacement périodique. Des technologies telles que les photocatalyseurs utilisant la lumière ultraviolette et les catalyseurs thermiques utilisant des températures élevées (200 ~ 400 °C) ont été beaucoup étudiées, mais ces méthodes présentent le problème de nécessiter des équipements supplémentaires.
Nous présentons ici le système de thermocatalyse à basse température qui agit efficacement sur la chaleur perdue des lampes intérieures (par exemple, les lampes halogènes, à incandescence, aux halogénures de sodium et métalliques). Pt-TiO2qui peut présenter une activité catalytique élevée en chargeant une trace de nanoparticules de platine sur le TiO2 surface du catalyseur, a été utilisée comme thermocatalyseur optimal. Le Pt-TiO2 Le catalyseur peut adsorber/éliminer une forte concentration de COV même à température ambiante. De plus, les COV sont complètement oxydés et transformés en CO inoffensif.2 dans des conditions de 120 °C, qui est la température de chauffage la plus basse des ampoules intérieures. De plus, en recouvrant le thermocatalyseur sur l’abat-jour intérieur, nous avons d’abord mis en œuvre un système de thermocatalyseur utilisant la chaleur perdue qui peut éliminer les COV de manière écologique sans dispositif d’alimentation en chaleur supplémentaire. Le système thermocatalytique proposé offre une méthode durable et réalisable d’élimination des COV en intérieur.
