Synthesis of zeolite-supported bimetallic nanoparticles for lignin valorisation

Abstract

Lignin is a complex natural polymer constituting a part of plant cell walls. Despite the accessibility and renewability of this feedstock, it remains vastly underexploited, primarily serving as combustion waste fuel. However, its high aromatic content positions it as a promising resource of high-value aromatic compounds. The application of metal nanoparticles (NPs) anchored to zeolites in lignin valorisation offers new economic and ecological opportunities. The thesis primarily focused on mechanochemical stabilisation of mono- and bimetallic NPs at zeolitic supports. Prepared catalysts were tested in the hydrogenation reaction of the lignin model compound, i.e., eugenol. Herein, I synthesised a gallosilicate MFI nanosponge, modified it, and utilised it as a support for metal NPs. The support was obtained via a hydrothermal synthesis. Nanosponge architecture featured an interconnected, disordered network of MFI nanolayers. The following degallation of the zeolite, by concentrated nitric acid, generated silanol nests. These nests further served as molecular anchors, greatly enhancing the material's capacity for metal NPs immobilisation. Nanoparticles were introduced by post-synthesis mechanochemical wet impregnation of metals (Pt, Pd, Rh, Ru, Ni, and Cu). Moreover, Pt and Pd species were prepared in...

Lignín je komplexný prírodný polymér tvoriaci časť bunkových stien rastlín. Napriek dostupnosti a obnoviteľnosti tejto suroviny zostáva lignín výrazne nevyužitý, primárne slúžiaci ako odpadové palivo na spaľovanie. Jeho vysoký obsah aromatických zlúčenín ho však radí medzi sľubné zdroje cenných aromatických látok. Využitie zeolitom-stabilizovaných kovových nanočastíc na valorizáciu lignínu ponúka nové ekonomické a ekologické možnosti. Táto práca bola primárne zameraná na mechanochemickú stabilizáciu mono- a bimetalických nanočastíc na zeolitových nosičoch. Pripravené katalyzátory boli testované v hydrogenačnej reakcii modelovej zlúčeniny lignínu, teda eugenolu. V tejto práci som syntetizoval galosilikátový MFI nanosponge, modifikoval ho a využil ako nosič pre kovové nanočastice. Nosič bol pripravený hydrotermálnou syntézou. Nanosponge architektúra zahŕňala prepojenú, neusporiadanú sieť MFI nanovrstiev. Následná degalácia zeolitu koncentrovanou kyselinou dusičnou vytvorila silanolové hniezda. Tieto hniezda ďalej slúžili ako molekulárne kotvy, čím výrazne zvyšovali schopnosť materiálu imobilizovať kovové nanočastice. Nanočastice boli zavedené post-syntetickou mechanochemickou impregnáciou kovov (Pt, Pd, Rh, Ru, Ni a Cu) mokrou cestou. Okrem toho boli častice Pt a Pd pripravené vo forme bimetalických...