CN101820977A - 引入极化电化学催化剂体系的净化结构 - Google Patents

Abstract

一种用于净化例如来自柴油或汽油发动机的废气的受污染气体的设备，以组合形式包括：蜂窝状结构，该蜂窝状结构包括形成所述结构壁(1)的至少一种多孔电子导电材料，和用于处理所述气体的电化学体系，该电化学体系包括离子导电和电子绝缘材料D的层(7)，用于还原NOx类型受污染物种的还原催化剂A(9)，用于氧化烟灰、烃HC、CO或H2类型受污染物种的氧化催化剂B(4)，所述电化学体系以电极W和对电极CE的形式配置；和用于在所述电极W和所述对电极CE之间施加电压或电流的装置。

Description

引入极化电化学催化剂体系的净化结构

本发明涉及带有基本上是NO_x类的气态污染物的气体的净化结构领域。更具体地，本发明涉及蜂窝状结构，特别是用于处理汽油发动机或优选柴油发动机的废气并且引入一种体系的那些蜂窝状结构，所述体系组合了还原所述NO_x类污染物的还原催化剂A和氧化烃类HC和/或氧化烟灰和/或HC+H₂O→3/2H₂+CO类蒸汽转化反应和/或CO+H₂O→H₂+CO₂类水煤气反应的氧化催化剂B。

与净化污染气体，特别是汽油或柴油汽车排气管排出的污染气体有关的技术和问题是本领域中公知的。常规的三向催化剂可以联合处理NO_x、CO和HC污染物，并且将它们转化为中性的和化学无害的气体，例如N₂、CO₂和H₂O。但是，该体系的极高效率只有通过连续调整空气/燃料混合物的丰富度来获得。因此已知的是相对于混合物化学计量的最轻微的偏离引起污染物排放显著提高。

为解决这一问题，现已提出当混合物贫乏(即，亚化学计量)时，向催化剂中掺入可以暂时固定NO_x的材料(经常在本领域中称为NO_x阱)。但是，这种体系的主要缺点为NO_x的还原只能的燃料超消耗为代价来实现(在以富混合物工作的随后阶段期间)。催化剂上捕捉的NO_x的解吸及其催化还原为气态氮气N₂只能在还原催化剂处存在充足量还原性物种的情况下获得，所述还原性物种为烃类或一氧化碳CO或氢气H₂的形式，氢气本身可以由烃类HC和蒸汽之间或者CO和蒸汽之间的催化反应获得。

目前，在贫气氛中，即在过量氧气存在下允许将NO_x基本转化为N₂的体系是未知的。本发明的目的之一正是提供这样一种体系，其特别是能够转化基本全部量NO_x，即使是在废气具有贫空气/燃料比时。

根据不同的方法，US 6 878 354描述一种以电化学方式的HC和CO氧化与NO_x还原催化剂的组合。这种体系看起来是有利的，因为它们能够使在同时通过电子导体C和离子导体D彼此连接的还原催化剂A和氧化催化剂B之间进行电化学反应。根据该公开文献，这种体系特别可以提高受污染物种的催化转化率，特别是在发动机以贫混合物工作时。

根据该作者所说，根据由该专利的图1说明的一般原理，包括离子导体和电子导体的这种体系的存在允许同时氧化HC、CO、烟灰和H₂类型的还原性物种和还原NO_x类型的氧化性物种。

但是，这种体系的效率存在限制，因为其良好的工作需要构成电化学体系的四个元件之间紧密接触。因此，在专利US 6 878 354中描述的实施方案中，催化剂A和B以颗粒形式沉积在整体块(monolithe)上。这种体系的效率这时强烈地依赖于催化剂A和B和电子导体C以及离子导体D沉积时的条件。这是因为获得的性能强烈依赖于对应于所用载体上的不同组分的各个相的分散，为了电化学体系适当工作，这四个元件之间的连接是必要的。

此外，转化受污染物种的效率还可能受到用作离子和电子导体的材料的本征特性的显著限制。更确切地说，因为电化学体系由相对于彼此随机设置的小颗粒组成，其效率必然受到一方面颗粒之间的连接，和另一方面对于电化学催化剂体系良好工作有用的少量导体(电子和/或离子)的限制。

本发明的目的是提供一种可以解决上述问题的解决方案。具体地，本发明的目的之一为提供一种用于净化受污染气体的结构，特别是一种过滤带有气态污染物和固体颗粒的来自汽油或优选柴油发动机废气的结构，其可以在不考虑空气/燃料混合物丰富度的基础上高效工作。

本发明在其最通常形式中涉及用于净化例如柴油或汽油发动机废气的受污染气体的设备，以组合形式包括：蜂窝状结构，该蜂窝状结构包括至少一种形成所述结构壁的多孔电子导电材料，和用于处理所述气体的电化学体系，该电化学体系包括电子绝缘和离子导电材料D的层，用于还原NO_x类型受污染物种的还原催化剂A，和用于氧化烟灰、烃HC、CO或H₂类型受污染物种的氧化催化剂B，所述电化学体系以电极W和对电极CE的形式进行配置；和在所述电极W和所述对电极CE之间施加电压或电流的装置。

更具体地，本发明涉及一种净化例如来自柴油或汽油发动机的废气的受污染气体的设备，以组合形式包括：

-蜂窝状结构，该蜂窝状结构包括至少一种形成所述结构的壁的多孔电子导电材料，和用于处理所述气体的电化学体系，该电化学体系包括：

-电子绝缘和离子导电材料D的层，

-与离子导体D接触的用于还原NO_x类型污染性物种的还原催化剂A，其形成全部或部分电极W或与电极W电连接，和

-与离子导体D接触的用于氧化烟灰、烃HC、CO或H₂类型受污染物种的氧化催化剂B，其形成全部或部分对电极CE或与对电极CE电连接，

催化剂B设置为与形成蜂窝壁的电子导电材料接触，所述离子导体D的层位于催化剂A和催化剂B之间以将它们电子绝缘；和

-在所述电极W和所述对电极CE之间施加电压或电流的装置。

优选，形成蜂窝壁的电子导电材料为多孔无机电子导电材料，并且在其中要净化的气体穿过所述多孔壁。

根据本发明的一种可能的实施方案，塞子在其一端堵塞蜂窝状结构的通道壁之间形成的通道，以交替界定要净化的气体的入口通道和出口通道，所述塞子以电子导电材料形成并且与催化剂A或B电接触，电化学体系的电极W包括全部位于结构入口处的塞子，电化学体系的对电极CE包括全部位于结构出口处的塞子。

例如，氧化催化剂B沉积在多孔无机材料的孔隙中。

通常，电极和对电极之间施加的电流密度大于0.01mA/cm²。

离子导体是通过O^2-离子或H⁺离子的离子导电体。

例如，材料D为氧离子导电体，其为萤石结构类型，例如由CaO或Y₂O₃稳定的氧化锆，或铈钆混合氧化物，或为没食子酸盐类型的钙钛矿结构，基于镧的化合物，例如LaAlO₃或LaGaO₃或La_1-xSr_xGa_1-yMg_yO₃，或bimevox结构，例如Bi₂V_1-xMe_xO_z或lamox结构，例如La₂Mo₂O₉或磷灰石结构，例如Me₁₀(XO₄)₆Y₂。

材料D也可以为钙钛矿类型的质子导体，例如SrCe_1-xM_xO_3-α，其中M为稀土，例如化合物SrCe_xYb_1-xO_3-α或BaCe_1-xM_xO_3-α类型，例如化合物BaCeO₃，或La_xSr_1-xScO_3-α类化合物，例如La_0.9Sr_0.1ScO_3-α。

多孔无机材料可以包括碳化物类型，例如SiC，或硅化物类型，例如MoSi₂，或硼化物，例如TiB₂，或La_1-xSr_xMnO₃类或钆铈混合氧化物(CGO)类型的无机电子导电材料，或由其形成。

在本说明书的范围内，多孔无机材料具有通常由水银孔率测试法测量的大于10％，优选大于20％或甚至大于30％的开口孔隙度。构成过滤壁的材料的过低孔隙度导致压降过高。构成过滤壁的材料的过高孔隙度导致不足的过滤效率。

根据一种可能的实施方案，多孔无机材料基于碳化硅SiC，优选在2100至2400℃的温度再结晶。具体地，该无机材料可以基于掺杂SiC，例如由铝或氮掺杂，以这样的方式使得其电子电阻率优选在400℃低于20Ohm.cm，更优选在400℃低于15Ohm.cm和甚至更优选在400℃低于10Ohm.cm。词语“基于碳化硅”在本说明书上下文内理解为表示材料由至少25重量％，优选至少45重量％和非常优选至少70重量％的SiC构成。

最通常，还原催化剂A包括选自Pt、Pd或Rh或Ag的至少一种贵金属，或过渡金属，特别是Cu、Fe、Ni、Co，和至少一种碱金属、碱土、稀土或过渡金属类的金属或金属氧化物。用于还原反应的催化剂A例如按照其活性和优选按照其对于NO_x还原反应的选择性，在本领域中公知的催化剂中进行选择。它们特别可以选自包括碱金属或碱土或稀土的化合物，其特别地起俘获NO_x的作用，例如EP 1 566 214中描述的那样，根据任何已知技术，其以与包括贵金属Pt、Pd、Rh或Ag，或过渡金属，特别是Cu、Fe、Ni或Co的活性成分混合物的形式进行沉积。

最通常，氧化催化剂B包括选自Pt、Pd或Rh的至少一种贵金属，或过渡金属，特别是Cu、Fe、Ni、Co。用于烃氧化反应的催化剂B在由于其活性和优选其对于烃氧化反应的选择性而在本领域中公知的催化剂中进行选择。特别地，根据本发明可以使用石化和精炼领域中使用的重整和蒸汽重整催化剂。可以使用以与包括贵金属Pt、Pd、Rh，或过渡金属，特别是Cu、Fe、Ni或Co的活性成分的混合物形式进行沉积的那些。

本发明最特别可应用在用于净化和过滤柴油发动机废气的结构中。这种结构，通常称为颗粒过滤器，包括至少一个和优选多个蜂窝状整体块。不同于上述净化设备，在这种过滤器中，所述一个或多个整体块包括由多孔壁隔开的具有互相平行轴的相邻管道或通道组，所述管道或通道在其一端或另一端用塞子封堵，以界定朝向进气面开放的入口管道，和朝向排气面开放的出口管道，以这样的方式使得气体穿过多孔壁。这种组装或非组装的结构的实例例如在公开物EP 0 816 065、EP 1 142619、EP 1 306 358或EP 1 591 430中描述。

在这种过滤结构中，迫使气体穿过壁。由本申请人进行的研究已经显示使用如上所述电化学催化剂体系能够意外地在一方面获得很好的受污染物种的转化，而没有明显提高由于在排气管道中引入过滤器所引起的压降。

最后，本发明涉及根据上述实施方案之一的设备的用途，用于进行催化剂的催化活性的装车检测(

embarqué)，特别是用于估算催化剂的效率，或用于选择再生所述设备的阶段开始或中止时的阈值中。

如上所述，本发明的设备还有助于通过促进更高的烟灰氧化率，来改善过滤器再生的效率。

在本发明的优选实施方案中，但是其并非限制性的，本发明的过滤体因此主要由任选掺杂的多孔碳化硅制成的基体构成，所述基体构成蜂窝过滤结构的壁。第一步中，氧化催化剂B例如通过浸渍沉积在过滤体壁的孔隙中。根据本发明，催化剂B以优选允许成分颗粒相互渗透的比例和条件下沉积为电子导电网络或薄膜的形式。不脱离本发明范围，该颗粒可以沉积在由电子导电材料构成的催化剂载体上。

第二步中，离子导电材料D然后以层形式沉积在用催化剂B覆盖和浸渍的SiC壁表面上，优选调节其层厚以预先保持穿过过滤器壁的废气可渗透并产生渗透的离子导电网络。

第三步中，然后例如根据常规的浸渍技术将第二还原催化剂A沉积在离子导电材料层上，以这样的方式使材料D层将这两种催化剂电学绝缘。根据本发明，正如催化剂B一样，催化剂A以允许成分颗粒渗透的比例和条件下沉积为电子导电网络或薄膜的形式。

在说明书其余部分结合附图说明用于获得本发明过滤器的方法的完整实施，其中：

图1为如上所述催化过滤器的壁部分的示意性截面图示(步骤1)，在其孔隙中包含第一氧化或还原催化剂；

图2为根据本发明获得的催化过滤器的壁部分的示意性截面图示(步骤2)，在其孔隙中包含用一层离子导电材料D覆盖的第一氧化催化剂B；

图3为根据本发明获得的催化过滤器的壁部分的示意性截面图示(步骤3)，在其孔隙中包含用在催化剂A与还原催化剂B之间形成电学绝缘的一层离子导电材料层覆盖的氧化催化剂A；

图4为根据本发明获得的催化过滤器的壁部分的示意性截面图示，其中入口通道由塞子封堵；

图5显示本发明的过滤体系的入口面5a和出口面5b的正视图；和

图6说明用来显示本发明过滤器效率的实验设备(参见以下实施例)。

图1显示的实施方案中，从气体入口正面5示意显示了常规蜂窝颗粒过滤器的平行壁1的纵向剖视图，例如EP 816 065或EP 1 142 619中描述的。

过滤器的壁1的组成材料为电子导电材料，例如用铝Al掺杂的SiC，其水银孔隙度通常接近45％。该过滤器交替地包括入口通道3和出口通道2，取决于塞子的位置。

Rh金属纳米颗粒形式的催化剂B由溶胶凝胶法并根据公知的方法沉积进如在图1中显示的仍未封堵的蜂窝状结构中。这些纳米颗粒因此分散位于在通道2、3的壁1内的电子导电SiC上。浸渍可以仅在过滤器下部进行，例如在从气体入口正面5开始的通道长的第一个三分之一4上。毫无疑问，不脱离本发明范围，浸渍可以涉及更大或更小的壁1部分，特别是使得限制由于存在本发明的催化体系产生的压降并使结构完全保持其过滤功能。

如图1所示，在允许催化溶液扩散至壁1的整个厚度中的条件下用催化溶液进行浸渍。但是，如果只有壁的最外层部分被浸渍，其将不脱离本发明范围。但是通常壁1的浸渍厚度为至少约500nm。用催化剂B第一次浸渍之后，根据本领域技术人员公知的掩模技术用蜡或树脂6掩蔽未封堵的过滤器的蜂窝状结构的正面5的入口通道2，所述蜡或树脂6可以通过简单地将其加热至通常300℃或以下的温度来去除，以便不损坏已经存在的催化剂层。然后干燥该结构。

如图2说明的，然后使用溶胶-凝胶法沉积离子导体D。根据一个实施例，用于沉积的起始溶胶-凝胶溶液通过以分别相当于在最终获得的钇-稳定的(yttriée)氧化锆7的层中的8％ Y₂O₃摩尔量的比例混合硝酸钇YNO₃·6H₂O和硝酸锆ZrO(NO₃)₂·6H₂O来获得。根据本发明，沉积层可以延伸超过用催化剂B浸渍的壁的部分4。选择离子导电层7的孔隙度使其足够低以确保优良的离子导电。此外，离子导电层7的厚度也足够的低的并多孔的，以允许在工作时废气能透过。

然后去除树脂掩模6，并通过在空气中300℃时热处理熟化离子导电层。该处理能够清理入口通道2。可能需要精细地研磨这些通道表面以便完成去除树脂残余物。

已去除掩模之后，过滤器再次在离子导体D的溶胶-凝胶溶液中浸渍，以仅覆盖通道的下端8，例如在大约1mm的高度上。

如图3所示，然后用如上所述相同的树脂6再次在过滤器的正面5处掩蔽入口通道2。

由钡和Pt盐制备催化剂A的溶液。使用公知技术，使该溶液熟化呈催化剂A的溶胶-凝胶的形式，然后通过如先前的简单浸渍，过滤器以位于离子导电层7的表面上或孔隙中的薄膜或层9的形式浸渍该溶液。

然后通过在空气中在300℃热处理去除树脂掩模6。该处理能够清理入口通道2。对于这些通道表面可能需要精细地研磨以便完成去除树脂残余物。

然后根据常规技术，用合适的纸或树脂根据本领域中公知的技术掩蔽入口通道。在过滤器的正面5，树脂或纸未掩蔽的过滤器出口通道3然后由电子导电塞子11封堵，如图4中说明的。塞子11通常通过向出口通道3的末端施涂SiC基浆料(barbotine)，然后在500℃固化热处理来获得。

使用已经用于入口塞子的相同方法，在过滤器的背面10，然后用电子导电塞子12封堵入口通道。

如此使用的方法因此产生由图4示意性说明的过滤器。

图5显示由图4中显示的过滤器产生的本发明的过滤体系的入口面5a和出口面5b的正视图。

如图5中说明的和先前描述的，封堵入口面上的出口通道3的塞子11(图5a)和封堵出口面上的入口通道2的塞子12(图5b)由导电SiC构成。

在入口面上，与催化剂A颗粒接触设置的所有塞子11在工作电极W内通过金属线13彼此连接。图4和5a中示意性显示如此获得的工作电极W。

催化剂B以在壁4长度上存在的层的形式位于表面上和/或壁1中。催化剂B的颗粒因此与整体的SiC电子导电壁接触，但是通过离子导电层7使与催化剂A的颗粒电绝缘。

过滤器出口面上的所有电子导电塞子12(图5b)在对电极CE内通过金属线14彼此连接。通过借助于壁和SiC电子导电塞子将催化剂B的所有层或薄膜电接触，由此获得对电极CE。

通常，在W和CE之间施加负电势差将具有引起催化剂A的离子导电层中包含的氧化物离子向催化剂B迁移，并因此在过滤结构内同时促进废气中存在的氧化性物种还原和还原性物种氧化的作用。

工作中，来自发动机的燃烧气体经由入口通道2进入过滤器结构并直接与氧化催化剂B的层4接触，其能够去除例如烟灰、HC、CO等类型的污染物。该气体然后穿过多孔壁1，然后直接与用于还原NO_x类型受污染物种的还原催化剂A的层9接触。然后经由出口通道3排放基本去除其污染物的气体。

但是，本发明不局限于如上所述的实施方案，而是应被理解为涉及与任何催化的过滤结构，所述催化过滤结构包括至少一种氧化催化剂和一种还原催化剂并且根据上述原理而进行极化(polarisée)。本发明的过滤结构包括由多孔壁界定的相邻的入口通道和出口通道，根据用于内燃机的颗粒过滤器的常规技术，其末端在一侧，然后另一侧交替被堵塞。

根据本发明的重要特征，通过一般由发电机施加电流或电压使催化的过滤器进行极化，以这样的方式使得电极和对电极之间施加的电流密度大于0.01mA/cm²，优选大于0.05mA/cm²和通常为0.01至10mA/cm²。所考虑的表面积为沉积物A和沉积物B的比表面积的总和。

本发明还涉及一种排废气管线(ligne d’échappement)，其包括如上所述装备的发动机，优选柴油发动机的燃烧气体净化设备。该设备可以特别引入这样的体系，该体系被施加由控制体系控制的绝对值为0至10伏的电压，其特别作为发动机工况和/或发动机和/或排气管线工作的可能其它特征数据的函数。

本发明的设备还可以包括用于对催化剂的催化活性进行装车检测的附加装置。根据一种可能的实施方案，该检测可以简单地由中止极化并测量工作电极W和对电极CE之间残留的电势差组成。由对应于在无电压时测量的电势差的通常基于模型单元建立的参考值，催化剂效率可以简单地并且快速地估计，并且当适当时，可以施加必要的电极化的校正。

根据另一个可能的实施方案，无电压时的电势差的测量可以推导或参与到在再生阶段开始或中止的阈值的选择中的其它参数(压降、过滤器重量等)。

本发明的电化学体系不仅适合于与氧化颗粒过滤器壁中存在的烟灰(固体颗粒)联合的还原NO_x气体，而且适合于与氧化在废气中包含的气态还原性物种(如不完全燃烧的烃和/或一氧化碳)联合的还原NO_x气体。

本发明的电化学体系具有许多优点：

-NO_x还原反应所需的电子和HC和/或CO和/或烟灰氧化反应所需的阴离子有利地直接由载体提供，这可以解释电化学体系以大致恒定的导电物种量工作，不受一种或多种固体电解质尺寸的限制；

-电化学催化剂体系的工作得到改善，这是因为催化剂A和B全部颗粒都是活性的：电化学体系是活性的，不论A和B颗粒在构成壁的材料孔隙中的相对分布为如何。

在图1至5中说明的实施方案中，离子导电由通过O^2-离子进行离子导电的材料提供。当然，不脱离本发明范围，可以使用提供这种导电性或者通过其它离子(阳离子或阴离子)迁移的导电性的任何其它材料，特别是由于其质子导电性而已知的材料，如US 6 878 354中描述的。

以本领域中的文献中未描述的方式，由申请人进行的测试同样已经显示根据本发明施加负极化，即在阴极和阳极之间施加电势差(表现为向阴极供给电子)，不仅允许本发明的电化学体系高效地工作，而且具有明显提高还原催化剂A的NO_x存储容量的作用，即使是对于贫混合物，即在主要量的氧气存在下。本发明的催化过滤器内的这种性能允许连续的电化学还原NO_x，不仅是在发动机以富混合物形式工作的阶段期间，即在NO_x解吸阶段期间，而且意外地以贫混合物形式，存储的NO_x的一部分立即被催化剂A还原。

这种特别的优点通过以下实施例来说明：

实施例：

电化学催化剂体系100基于长度为42cm和厚度为3mm的由钇-稳定二氧化锆(ZrO₂)_0.92(Y₂O₃)_0.08制成的管产生。该管构成离子导体D(通过O^2-离子导电)。如图6所示，使用铂漆分别在管的外表面和内表面两个表面上在6cm的距离d上沉积两个铂薄膜102、103。

然后使用乙酸钡(CH₃CH₂O)₂Ba溶液在已经沉积在管的外表面上的铂薄膜102表面上沉积Ba颗粒。

各沉积步骤之后在空气中在500℃锻烧该管一小时。

两个Pt薄膜102、103由此对于内表面分别构成工作电极和对电极。

工作电极102在外表面上暴露于由包括一氧化氮和氧气的气体构成的反应混合物(如表1所述)，而电极103保持在空气中。

由此进行多个循环，以获得所述体系存储和转化在富氧混合物中的NO_x的能力的代表性平均值。

每组测量之间，通过在还原气体流下的吹扫(H₂)，以放出所有氮氧化物，使Pt/Ba催化剂的表面再生。

首先，测量在没有极化的情况下进行，然后其次将工作电极和对电极连接到产生器104，使它们经历-4伏的极化电压。

实验测量数据在表1中给出。测试的实验结果(极化设备和无极化设备)在表2中给出。

表1：实验数据

表2：实验结果

表2中报告的实验结果显示不仅在体系被极化(测量2)时，尽管在要处理的气体中存在大量氧气，催化体系的氧化氮存储容量升高，这是迄今从未观察到的。而且在解吸阶段期间NO_x通过电化学转化成为N₂。

Claims (15)

1.用于净化受污染气体，例如来自柴油或汽油发动机的废气的设备，以组合形式包括：

-蜂窝状结构，该蜂窝状结构包括至少一种形成所述结构的壁(1)的多孔电子导电材料，和用于处理所述气体的电化学体系，该电化学体系包括：

-电子绝缘和离子导电材料D的层(7)，

-与离子导体D接触的用于还原NO_x类型受污染物种的还原催化剂A(9)，其形成全部或部分电极W或与电极W电连接，和

-与离子导体D接触的用于氧化烟灰、烃HC、CO或H₂类型受污染物种的氧化催化剂B(4)，其形成全部或部分对电极CE或与对电极CE电连接，

催化剂B设置为与形成蜂窝状壁的电子导电材料接触，所述离子导体D的层设置于催化剂A和催化剂B之间以将它们电绝缘；

-在所述电极W和所述对电极CE之间施加电压或电流的装置。

2.根据权利要求1所要求的设备，其中形成蜂窝壁(1)的电子导电材料为多孔无机电子导电材料，并且其中要净化的气体穿过所述多孔壁。

3.根据权利要求1或2所要求的设备，其中塞子(11、12)在其一端封堵蜂窝状结构的通道壁(1)之间形成的通道，以交替界定用于要净化的气体的入口通道(2)和出口通道(3)，所述塞子以电子导电材料形成并与催化剂A或B电接触，电化学体系的电极W包括全部位于结构入口处的塞子(11)，电化学体系的对电极CE包括全部位于结构出口处的塞子(12)。

4.根据权利要求2或3所要求的设备，其中氧化催化剂B沉积在多孔无机材料的孔隙中。

5.如在前权利要求之一要求的设备，其中电极和对电极之间施加的电流密度大于0.01mA/cm²。

6.如在前权利要求之一要求的设备，其中离子导体为通过O^2-离子或H⁺离子的离子导电体。

7.根据权利要求6所要求的设备，其中材料D为氧离子导电体，其为萤石结构类型，例如由通过CaO或Y₂O₃稳定的氧化锆，或铈钆混合氧化物，或为没食子酸盐类型的钙钛矿结构，基于镧的化合物，例如LaAlO₃或LaGaO₃或La_1-xSr_xGa_1-yMg_yO₃，或bimevox结构，例如Bi₂V_1-xMe_xO_z或lamox结构，例如La₂Mo₂O₉或磷灰石结构，例如Me₁₀(XO₄)₆Y₂。

8.根据权利要求6所要求的设备，其中材料D为质子导体，为钙钛矿类型，例如SrCe_1-xM_xO_3-α，其中M为稀土，例如化合物SrCe_xYb_1-xO_3-α或BaCe_1-xM_xO_3-α类型，例如化合物BaCeO₃，或La_xSr_1-xScO_3-α类化合物，例如La_0.9Sr_0.1ScO_3-α。

9.如在前权利要求之一要求的设备，其中多孔无机材料包括碳化物类型，例如Sic，或硅化物类型，例如MoSi₂，或硼化物，例如TiB₂，或La_1-xSr_xMnO₃类或混合的钆铈混合氧化物(CGO)类型的无机电子导电材料，或由该无机电子导电材料构成。

10.如权利要求1至8之一要求的设备，其中多孔无机材料基于碳化硅SiC。

11.根据权利要求10所要求的设备，其中无机材料基于掺杂的SiC，例如掺杂有铝或氮，优选以这样的方法使其在400℃时的电子电阻率低于20Ohm.cm。

12.如在前权利要求之一要求的设备，其中还原催化剂A包括至少一种选自Pt、Pd或Rh或Ag的贵金属，或过渡金属，特别是Cu、Fe、Ni、Co，和至少一种碱金属、碱土、稀土或过渡金属类的金属或金属氧化物。

13.如在前权利要求之一要求的设备，其中氧化催化剂B包括选自Pt、Pd或Rh的至少一种贵金属，或过渡金属，特别是Cu、Fe、Ni、Co。

14.如在前权利要求之一要求的设备，其用于净化和过滤柴油发动机的废气，包括至少一个和优选多个蜂窝状整体块，所述一个或多个整体块包括由多孔壁隔开的具有互相平行轴的相邻管道或通道组，所述管道或通道由塞子在其一端或另一端进行封堵，以界定朝向进气面开放的入口管道，朝向放气面开放的出口管道，以这样的方式使气体穿过多孔壁。

15.如在前权利要求之一要求的设备的用途，用于进行催化剂的催化活性的装车检测，特别用于估算催化剂的效率，或用于选择再生所述设备的阶段开始或中止时的阈值中。

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