Zhodnocování ligninu izolovaného ze zemědělského odpadu
Loading...
Date
Authors
Vostrejš, Pavel
ORCID
Advisor
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Lignin je nejrozšířenější přírodní aromatický polymer a hlavní vedlejší produkt při výrobě papíru. Lignin má významný potenciál jako obnovitelný zdroj alternativní k fosilním surovinám. Jeho přirozená chemická heterogenita však představuje značnou výzvu pro zpracování. Tato dizertační práce se zaměřuje na izolaci ligninu ze zemědělských odpadů metodou soda rozvlákňování s důrazem na dosažení vysoké antioxidační aktivity. Z porovnávaných typů ligninu vykazoval nejvyšší antioxidační aktivitu lignin získaný z hroznových semen, který byl následně použit, k modifikaci polyhydroxyalkanoátových (PHA) kryogelů. Začlenění 1 % ligninu zvýšilo tepelnou stabilitu a antioxidační kapacitu kryogelů. Dále byly vzorky ligninu biotechnologicky modifikovány pomocí hub s bílou hnilobou. Ačkoli tato úprava nesnížila molekulovou hmotnost, vedla k mírnému zlepšení antioxidačních vlastností. Z různých typů ligninu byly poté připraveny ligninové nanočástice (LNP), přičemž nejvhodnější analyzované rozpouštědlo byl vodný roztok tetrahydrofuranu (THF). Úprava povrchů byla zkoumána přípravou ultratenkých filmů pomocí QCM-D “layer-by-layer” metodou a nejvyšší adsorpce LNP bylo dosaženo použitím poly-L-lysinu. Tyto filmy vykazovaly jak antioxidační, tak antimikrobiální aktivitu. V souhrnu tato studie ukazuje, že lignin izolovaný ze zemědělských odpadů lze zpracovat a dále upravovat, což zdůrazňuje jeho potenciál pro integraci do udržitelných, pokročilých funkčních materiálů.
Lignin, the most abundant natural aromatic polymer and a major byproduct of paper production, holds significant potential as a renewable alternative to fossil-based raw materials. However, its inherent chemical heterogeneity poses considerable challenges for downstream processing. This PhD thesis focuses on isolating lignin from agricultural wastes using the soda pulping method, with particular emphasis on achieving high antioxidant activity. Among the various lignin sources, grape seed lignin exhibited the highest antioxidant properties and was subsequently used to modify polyhydroxyalkanoate (PHA) cryogels. Incorporation of 1% lignin enhanced the thermal stability and antioxidant capacity of the cryogels. Further, lignin samples were subjected to biotechnological modification using white-rot fungi. Although this treatment did not reduce the molecular weight, it resulted in a slight improvement in antioxidant properties. Lignin nanoparticles (LNP) were then prepared from the various lignin types, with an aqueous tetrahydrofuran (THF) solution proving to be the most effective. Surface modification was investigated by fabricating ultrathin films using QCM-D layer-by-layer assembly, with the highest LNP adsorption achieved using poly-L-lysine. These films exhibited both antioxidant and antimicrobial functionalities. Overall, this study demonstrates that lignin isolated from agricultural residues can be processed and further modified, highlighting its potential for integration into sustainable, high-performance materials.
Lignin, the most abundant natural aromatic polymer and a major byproduct of paper production, holds significant potential as a renewable alternative to fossil-based raw materials. However, its inherent chemical heterogeneity poses considerable challenges for downstream processing. This PhD thesis focuses on isolating lignin from agricultural wastes using the soda pulping method, with particular emphasis on achieving high antioxidant activity. Among the various lignin sources, grape seed lignin exhibited the highest antioxidant properties and was subsequently used to modify polyhydroxyalkanoate (PHA) cryogels. Incorporation of 1% lignin enhanced the thermal stability and antioxidant capacity of the cryogels. Further, lignin samples were subjected to biotechnological modification using white-rot fungi. Although this treatment did not reduce the molecular weight, it resulted in a slight improvement in antioxidant properties. Lignin nanoparticles (LNP) were then prepared from the various lignin types, with an aqueous tetrahydrofuran (THF) solution proving to be the most effective. Surface modification was investigated by fabricating ultrathin films using QCM-D layer-by-layer assembly, with the highest LNP adsorption achieved using poly-L-lysine. These films exhibited both antioxidant and antimicrobial functionalities. Overall, this study demonstrates that lignin isolated from agricultural residues can be processed and further modified, highlighting its potential for integration into sustainable, high-performance materials.
Description
Keywords
Lignin, nanočástice, ultratenké filmy z ligninu, odpad ze zemědělství, houby s bílou hnilobou, polyhydroxyalkanoáty, kryogely, antioxidační aktivita, antimikrobiální aktivita, Lignin, nanoparticles, lignin ultrathin films, polyhydroxyalkanoates, cryogels, agriculture waste, white rot fungi, antioxidant activity, antimicrobial activity
Citation
VOSTREJŠ, P. Zhodnocování ligninu izolovaného ze zemědělského odpadu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2025.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
bez specializace
Comittee
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Kráčmar, DrSc. (člen)
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (člen)
Ing. Ognen Pop-Georgievski, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Vladimír Sedlařík, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (člen)
Mgr. Alena Sýkorová (člen)
Date of acceptance
2025-06-20
Defence
Obhajoba probíhala v angličtině. Předsedkyně komise představila doktoranda a předala mu slovo. Ve své powerpointové prezentaci představil doktorand podstatné výsledky své disertační práce. Byly přečteny posudky. Oba kladné a doporučovaly práci k obhajobě. Oponenti položili řadu dotazů, na které doktorand velmi uspokojivým způsobem odpověděl. Následně se rozproudila diskuze. Ing. Vostrejš dostatečně zodpověděl také na otázky členů komise. Položené dotazy jsou uvedeny na přiložených lístcích, které se archivují.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení