Precise regulation of acid pretreatment for red mud SCR catalyst: Targeting on optimizing the acidity and reducibility

催化作用 赤泥 化学 吸附 氮氧化物 硝酸 无机化学 核化学 有机化学 物理化学 燃烧
作者
Zhang Xiang,Yue Xuan,Bin Wang,Chuan Gao,Shengli Niu,Gaiju Zhao,Dong Wang,Junhua Li,Chunmei Lu,John C. Crittenden
出处
期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering [Higher Education Press]
卷期号:16 (7) 被引量:15
标识
DOI:10.1007/s11783-021-1447-x
摘要

Red mud (RM), as an alkaline waste, was recently proved to be a promising substitute for the SCR catalyst. Dealkalization could improve the acidity and reducibility of red mud, which were critical for SCR reaction. However, the dealkalization effect depended on the reaction between acid solution and red mud. In this study, we realized the directional control of the chemical state of active sites through tuning the acid pretreatment (dealkalization) process. The pretreatment endpoint was controlled at pH values of 3–5 with diluted nitric acid. When the pH values of red mud were 3 and 5 (CRM-3 and CRM-5), activated catalysts showed NOx conversion above 90% at 275°C–475°C. The high initial reaction rate, Ce3+/(Ce3+ + Ce4+) ratio, and surface acidity accounted for the excellent SCR performance of CRM-5 catalyst. Meanwhile, more Fe3+ on the CRM-3 surface improved the NH3 adsorption. There was a strong interaction between Al and Fe in both CRM-5 and CRM-3 catalysts. DFT results showed that the adsorption capacity of the Al-O3-Fe for NH3 and NO is stronger than that of Fe-O3-Fe, which enhanced the NOx conversion of the catalyst. However, the almandine was formed in CRM-4, consumed part of Fe3+ and Al3+, and the interaction between Al and Fe was weakened. Also, deposited almandine on the catalyst surface covered the active sites, thus leading to lower NH3-SCR activity.
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