Design and catalytic application of novel nanostructured materials

Abstract

Zeolity jsou krystalické hlinitokřemičitany, které představují katalytické materiály šetrné k životnímu prostředí díky své netoxicitě, velkému povrchu, vynikající tepelné stabilitě a možnosti měnit jejich vlastnosti a aktivní centra. Zeolity se hojně používají v petrochemii a dalších průmyslových procesech. V poslední době nachází uplatnění i v nově vznikajících odvětvích, např. odstraňování těkavých organických látek (VOC) či výroba chemických specialit. Pokročilé materiály založené na vrstevnatých a nanočásticových zeolitech vykazují rovněž další zajímavé vlastnosti (vysoká plocha vnějšího povrchu, možnost cíleně upravovat jejich strukturu a morfologii), a byly použity v různých aplikacích. Chybí však vztah mezi klíčovými parametry syntézy zeolitů s jejich vlastnostmi (struktura, textura, kyselost) a také s katalytickými vlastnostmi, zejména u nových vrstevnatých a nanočásticových zeolitů, což brání využití a vývoji a zeolitových katalyzátorů. Tato práce byla zaměřena na přípravu několika konkrétních typů zeolitových katalyzátorů, umožňujících pochopit vztah mezi důležitými vlastnostmi zeolitů (struktura, morfologie, chemické složení, přístupnost kyselých míst či jiných funkčních skupin, uspořádání vrstev atd.) a jejich katalytickou aktivitou, případně jejich využitím jako nosičů pro jiné aktivní...

Zeolites are crystalline aluminosilicates and environmentally friendly solid acid catalysts thanks to their non-toxicity, large surface area, excellent (hydro)thermal stability, and tunable acidity. Traditionally, zeolite catalysts are applied in industrial processes related to petrochemistry, but several studies have recently shown their high potential in fine chemicals production and volatile organic compounds (VOCs) elimination. Advanced materials based on newly developed layered and nanosized zeolites have exhibited further fascinating properties, e.g., a short diffusion pathway, tunable structure and morphology. However, the limited correlation between key parameters of zeolite synthesis and their properties (structural, textural, acidic) and catalytic performance, especially for new layered and nanosized zeolites, hinders the development and application of zeolite catalysts. Considering the above, this thesis focused on the preparation of several sets of specific zeolite catalysts to gain further insights into the relationship between key properties of zeolites (structure, morphology, chemical composition, accessibility to acid sites or other functional groups, and organization of layers, among others) and their performance as catalysts, supports for other active phases or nanosized...