Brevet FR3043567A1 — publié le 20170519

DISPOSITIF DE DÉPOLLUTION D'AIR À MATÉRIAU(X) ADSORBANT(S) DÉSORBANT À TEMPÉRATURE ÉLEVÉE, POUR UN VÉHICULE L'invention concerne les dispositifs qui sont chargés de dépolluer de l'air devant alimenter un habitacle de véhicule. L'air qui alimente l'habitacle d'un véhicule provient de l'extérieur de ce dernier et/ou de l'intérieur. Il est donc fréquemment pollué par des polluants, tels que des poussières (de tailles importantes), des particules fines (par exemple de type PM10, PM2,5 et PMI), et des gaz (par exemple des oxydes d'azote (ou NON), du monoxyde de carbone (ou CO) ou des composés organiques volatils (ou COVs) (comme par exemple de l'acétaldéhyde ou du toluène)). Afin de dépolluer l'air qui alimente leur habitacle, certains véhicules, généralement de type automobile, comprennent au moins un dispositif de dépollution qui peut soit faire partie d'une installation de traitement d'air (comme par exemple une installation de chauffage et/ou climatisation), soit être un équipement fonctionnant indépendamment d'une telle installation de traitement d'air. Certains de ces dispositifs de dépollution comprennent au moins un filtre comportant au moins un matériau adsorbant qui est propre à adsorber au moins un polluant contenu dans un flux d'air entrant à dépolluer. Par exemple, ils comprennent un filtre à pollens (pour filtrer les éléments solides en suspension dans l'air (poussières et pollens)) et/ou un filtre à polluants gazeux. Selon les véhicules, le filtre est positionné dans l'auvent ou dans l'installation de chauffage et/ou climatisation (ou HVAC (« Heating Ventilation and Air Conditionning »)). Ce dernier positionnement permet avantageusement de traiter l'air recirculé (provenant de l'habitacle). On notera qu'il existe également des véhicules dans lesquels le filtre est positionné à l'intérieur de l'habitacle, par exemple dans l'accoudoir central qui est situé 3043 56 7 2 entre les sièges des passagers avant, et est généralement alimenté par un pulseur placé en amont. Les filtres à polluants gazeux comprennent un matériau adsorbant, généralement des charbons actifs. Ces derniers sont constitués d'un 5 assemblage de cristallites de graphite et sont obtenus par carbonisation de matière carbonée, comme par exemple de la tourbe, du bois ou une coque de noix de coco. Les charbons actifs sont très souvent utilisés car ils présentent plusieurs avantages, et notamment une grande surface spécifique, une forte capacité d'adsorption et un coût réduit. Cependant, ils perdent en efficacité au 10 cours du temps du fait de leur saturation rapide, ne présentent pas une même capacité d'adsorption pour tous les COVs, et peuvent commencer à désorber spontanément les polluants adsorbés lorsque la température de l'air est supérieure à environ 25°C. Ce dernier inconvénient limite notablement, voire empêche, l'implantation de leur filtre à l'intérieur de l'habitacle (notamment 15 sous le pavillon (ou toit)) ou à proximité d'une source de chaleur (par exemple de l'installation de chauffage et/ou climatisation). Il est également possible d'utiliser des zéolithes à la place des charbons actifs. Ces zéolithes sont des cristaux formés d'un squelette microporeux d'aluminosilicate et présentant un fort potentiel d'adsorption lié à 20 leur surface spécifique et à la taille de leurs pores ( 200°C). 20 Parmi les différents MOFs, on pourra notamment utiliser (de façon non exclusive) ceux qui sont connus sous les noms chimiques 3,3',5,5'- azobenzènetétracarboxylate de fer, trimesate de fer, fumarate d'aluminium, amino-téréphtalate de titane, téréphtalate de zirconium et téréphtalate de zirconium dopé au cérium (Ce). Par ailleurs, il est également possible de 25 mélanger au moins deux des MOFs mentionnés ci-avant, tout comme il est possible de mélanger au moins l'un des MOFs mentionnés ci-avant avec au moins l'une des zéolithes mentionnées plus haut. Le 3, 3', 5 et 5'-azobenzènetétracarboxylate de fer présente une surface spécifique d'environ 1300 m2/g et une microporosité tridimensionnelle 30 (d = 5 Â à 7 Â) avec deux types de tunnels, à caractère hydrophile ou hydrophobe. Le trimesate de fer présente une surface spécifique d'environ 2000 m2/g et une méso-porosité tridimensionnelle avec un réseau de cages mésoporeuses dont la plus grande a un diamètre de 29 Â avec une 3043567 14 accessibilité au travers de fenêtres hexagonales et pentagonales de diamètres respectifs de 8,6 Â et 5,5 Â, la cage de 25 Â de diamètre n'étant accessible qu'au travers des fenêtres pentagonales. Le fumarate d'aluminium présente une surface spécifique d'environ 1000 m2/g et une microporosité 5 monodimensionnelle avec un diamètre de pore d'environ 5,8 À. L'amino- téréphtalate de titane présente une surface spécifique d'environ 1500 m2/g et une microporosité tridimensionnelle avec des cages tétraédriques ou octaédriques de diamètres accessibles de 12,5 Â ou de 7 À. A titre de comparaison, les charbons actifs couramment utilisés dans les filtres hybrides 10 de véhicule automobile présentent une surface spécifique d'environ 770 m2/g. Le 3,3',5,5'-azobenzènetétracarboxylate de fer et le trimesate de fer présentent des capacités de stockage sans fuite qui sont inexistantes dans les charbons actifs, en particulier lorsque le polluant est l'acétaldéhyde. Par conséquent, le temps d'abattement de la pollution par l'acétaldéhyde est 15 nettement réduit avec le 3,3 ',5,5'-azobenzènetétracarboxylate de fer et le trimesate de fer, par rapport à celui nécessaire avec le charbon actif, et donc permet de réaliser une dépollution quasiment en un seul cycle. De plus, le 3, 3', 5, 5-azobenzènetétracarboxylate de fer et le trimesate de fer présentent une capacité de rétention de l'acétaldéhyde 20 jusqu'à des hautes températures (typiquement 90°C) tout en étant régénérables à très hautes températures (typiquement supérieures ou égales à 200°C). Des propriétés similaires sont offertes gar le fumarate d'aluminium vis-à-vis du polluant qu'est le toluène. Par ailleurs, le fumarate d'aluminium présente une capacité 25 d'adsorption jusqu'à saturation et un taux de rétention de polluant à 90°C, avec une capacité de stockage sans fuite, notamment pour le toluène. Cela signifie qu'avec un tel matériau adsorbant le temps d'abattement de la pollution par le toluène est nettement réduit et la quantité de toluène retenue à 90°C est plus élevée. 30 Certains au moins des MOFs présentent également une capacité d'adsorption du méthanol. Par exemple, le trimesate de fer, l'aminotéréphtalate de titane, le téréphtalate de zirconium et le téréphtalate de 3043567 15 zirconium dopé au cérium présentent une capacité d'adsorption du méthanol jusqu'à 50°C et une rétention du méthanol jusqu'à 2:10°C. Le trimésate de fer, l'amino-téréphtalate de titane, le téréphtalate de zirconium et le téréphtalate de zirconium dopé au cérium ont également la capacité d'oxyder totalement 5 une partie des COVs adsorbés (en produisant du CO2 et du H2O) lorsqu'ils sont chauffés à très haute température (typiquement supérieure ou égale à 200°C). Il est important de noter que certains MOFs peuvent acquérir la capacité d'oxyder totalement des COVs adsorbés lorsqu'ils sont mélangés à 10 des nanoparticules métalliques, comme par exemple le palladium et le platine. C'est notamment le cas du téréphtalate de chrome dopé au palladium et du 1,3,5-benzenetribenzoate de zinc dopé au platine. D'autres MOFs peuvent, par leur propriété photocatalytique, oxyder également des COVs adsorbés lorsque leur partie métallique correspond par exemple au titane. C'est 15 notamment le cas du dicarboxylate de titane. Certaines zéolithes peuvent également acquérir la capacité d'oxyder totalement des COVs adsorbés lorsqu'elles sont mélangées à des nanoparticules métalliques, par exemple en or. Ces dernières permettent une photo-oxydation des alcools aromatiques sous irradiation de la lumière visible. 20 On comprendra que les matériaux adsorbants qui peuvent faire partie du filtre FP peuvent être classés en au moins trois familles. Une première famille comprend des matériaux adsorbants qui, au moins, ne désorbent pas tant que la température est inférieure à 50°C, et cpi peuvent être régénérés dès que la température est supérieure à environ 90°C. Une deuxième famille 25 comprend des matériaux adsorbants qui, au moins, ne désorbent pas tant que la température est comprise entre 50°C et 120°C(selon leur constitution spécifique), et qui peuvent être régénérés dès que la température est supérieure à environ 150°C. Une troisième famille comprend des matériaux adsorbants qui présentent une capacité à oxyder totalement tout ou partie des 30 COVs qui ont été adsorbés au-delà d'une certaine température et qui ne désorbent pas tant que cette certaine température n'a pas été atteinte. On notera que le filtre FP peut également, mais éventuellement, 3043567 16 comprendre au moins un matériau adsorbant complémentaire propre à adsorber au moins un autre polluant (ou de l'eau) contenu dans le flux d'air entrant. Ce matériau adsorbant complémentaire peut être adapté aux éléments solides (poussières ou particules fines), ou aux gaz (éventuellement 5 des composés organiques volatils (ou COVs)). Par conséquent, il pourra s'agir, par exemple, de charbons actifs, d'une zéolithe ou d'un MOF. Les MOFs pourront être utilisés dans un filtre FP sous la forme de granules telles que des extrudés, seuls ou déposés sur un support comme par exemple un filtre à poussières adapté à traiter l'air de l'habitacle. Lorsqu'il 10 se présente sous la forme de granules, le MOF peut être notamment mélangé à un liant. Il est également possible de mettre le MOF sous la forme d'une structure en nid d'abeilles. On notera également que le matériau adsorbant peut être éventuellement un matériau hydrophobe ou peut être enduit sur la couche 15 extérieure amont (par rapport au sens de circulation du flux d'air) d'un matériau hydrophobe, et/ou le filtre FP peut éventuellement comprendre en amont de son matériau adsorbant au moins un matériau hydrophobe ou un matériau plus hydrophile que son matériau adsorbant. Cela permet de limiter la compétition entre l'eau et les COVs polaires 20 à s'adsorber sur le matériau adsorbant. Ainsi, on peut, par exemple, enduire une couche de matériau adsorbant (tel qu'un MOF) d'un matériau hydrophobe (comme par exemple une silice) ou associer au matériau adsorbant (tel qu'un MOF) un matériau dessicant positionné en amont qui pourra être éventuellement régénéré de la même manière que le matériau adsorbant une 25 fois saturé en eau avec une fréquence possiblement différente de celle du matériau adsorbant. Parmi les matériaux dessicants, on pourra par exemple utiliser un gel de silice, un autre MOF, une zéolithe ou un sulfate de magnésium. On notera également que dans l'exemple illustré non limitativement 30 sur la figure 1, le dispositif de dépollution DD ne comprend qu'un seul filtre FP. Mais le nombre de filtres FP peut prendre n'importe quelle valeur supérieure ou égale à un (1). L'utilisation de plusieurs filtres peut se faire en série ou en parallèle. REVENDICATIONS1. Dispositif de dépollution d'air (DD) pour un véhicule (V) comprenant un habitacle (H), ledit dispositif (DD) comprenant au moins un filtre (FP) comportant au moins un matériau adsorbant propre à adsorber au moins un polluant contenu dans un flux d'air entrant, caractérisé en ce que ledit matériau adsorbant est propre à commencer à désorber ledit polluant adsorbé lorsqu'une température dudit flux d'air entrant devient supérieure à un premier seuil modulable, compris entre 40°C et 120°C. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau adsorbant présente une capacité de stockage sans fuite dudit polluant adsorbé à une température ambiante comprise entre 15°C et 25°C. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit matériau adsorbant présente une capacité d'auto-régénération en désorbant le polluant préalablement adsorbé à partir d'un second seuil de température supérieur ou égal à 80°C. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier (BF) logeant ledit filtre (FP) et comportant, d'une part, une paroi diathermique propre à être couplée à un premier conduit dans lequel circule un fluide ayant une température supérieure ou égale au second seuil de température, et, d'autre part, une sortie auxiliaire à accès contrôlé, située en aval dudit filtre (FP) et propre à être couplée à un second conduit destiné à évacuer hors dudit boîtier (BF) et d'un habitacle dudit véhicule le fluide contenant le polluant désorbé dudit filtre (FP). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit matériau adsorbant est propre à détruire partiellement ou totalement ledit polluant adsorbé par réaction d'oxydation en générant des gaz non nocifs lorsqu'une température devient supérieure à un troisième seuil modulable, compris entre la température ambiante et 300°C. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier (BF) logeant ledit filtre (FP) et comportant, d'une part, une paroi 3043567 18 diathermique propre à être couplée à un premier conduit dans lequel circule un fluide ayant une température supérieure audit troisième seuil de température, et, d'autre part, une sortie auxiliaire à accès contrôlé, située en aval dudit filtre (FP) et propre à être couplée à un second conduit destiné à 5 évacuer hors dudit boîtier (BF) lesdits gaz non nocifs générés par oxydation. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit matériau adsorbant est une zéolithe ou un matériau poreux cristallin hybride comprenant des éléments inorganiques et des ligands organiques connectés par des liaisons fortes. 10 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit matériau adsorbant est choisi dans un groupe comprenant les zéolithes que sont ZSM-5, la faujasite, la mordenite, la ferrierite, la chabbasite, la SUZ-4, la heulandite, la brewsterite, l'epistilbite, la goosecreekite, la montesommaite, la ERS-7, et la EU-1, sachant que ces zéolithes peuvent être dopées ou non 15 dopées au fer ou au cuivre, et les matériaux poreux cristallin hybride comprenant des éléments inorganiques et des ligands organiques connectés par des liaisons fortes que sont le 3,3',5,5'-azobenzènetétracarboxylate de fer, le trimesate de fer, le fumarate d'aluminium, l'amino-téréphtalate de titane, le téréphtalate de zirconium, le téréphtalate de zirconium, éventuellement dopé 20 au cérium, le téréphtalate de chrome dopé au palladium, le 1 ,3,5- benzenetribenzoate de zinc dopé au platine, et le dicarboxylate de titane, les versions fonctionnalisées et/ou substituées de ces derniers, ainsi que des mélanges d'au moins deux de ces derniers. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que 25 ledit matériau adsorbant est un matériau hydrophobe ou est enduit sur une couche extérieure amont d'un matériau hydrophobe, et/ou ledit filtre (FP) comprend en amont dudit matériau adsorbant au moins un matériau hydrophobe ou un matériau plus hydrophile que ledit matériau adsorbant. 10. Véhicule (V) comprenant un habitacle (H) alimenté en air, 30 caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un dispositif de dépollution d'air (DD) selon l'une des revendications précédentes.