MXPA02006264A - Dispositivos cataliticos. - Google Patents

Abstract

La invencion es un dispositivo catalitico comprendido por un soporte de catalizador de granos de ceramica fusionados y un catalizador que esta unido en superficie a al menos una porcion de los granos de ceramica, incorporados en al menos una porcion de los granos de ceramica o combinaciones de los mismos, en donde los granos y el catalizador forman una estructura de superficie que tiene una dimension de conteo de caja de mas de 1.00 o la dimension de conteo de caja tiene al menos un cambio de lo paso cuando se mide de un tamano de caja "d" de al menos 1 micrometro a cuando mucho 1 milimetro. La invencion es particularmente util para hacer un convertido catalitico o trampa de hollin-convertidor catalitico.

Description

DISPOSITIVOS CATALITICOS Esta solicitud reclama el beneficio de la solicitud provisional estadounidense serial no. 60/1 73,017, presentada el 23 de diciembre de 1999. La invención se refiere a convertidores catalíticos para aplicaciones automotrices y diesel. Los convertidores catalíticos se usaron primero a inicio de la década de 1970 para reducir las emisiones dañinas del escape, tal como monóxido de carbono, hidrocarburos y óxidos nitrosos (NOx) , producidas por los automóviles. Estos convertidores todavía son empleados y normalmente están hechos al formar una estructura de soporte de panal comprendida por metal o cerámica (por ejemplo, cordierita) cubierta por un recubrimiento conteniendo un catalizador de metal precioso. La estructura recubierta por catalizador es colocada en un recipiente de metal conectado al sistema de escape, de manera que el gas de escape fluye a través de los canales del panal. El recubrimiento de catalizador es aplicada normalmente usando un recubrimiento de lavado que consiste de partículas de tamaño de nanómetro de metal precioso (por ejemplo, platino, paladio y rodio) depositado en partículas aglomeradas de tamaño de micrómetros de alúmina. El espesor del recubrimiento normalmente es 10 a 100 micrómetros de espesor cubriendo la superficie completa del metal o cordierita, incluyendo cualquier aspereza de la superficie. El recubrimiento del catalizador está hecho de este grueso para proporcionar suficiente carga de catalizador dentro de las limitaciones volumétricas del dispositivo convertidor para asegurar un desempeño inicial adecuado y una vida de desempeño adecuada del convertidor catalítico. Aún cuando estos convertidores catalíticos son efectivos para reducir emisiones una vez q ue alcanzan temperaturas de operación, no son muy efectivas para reducir emisiones sobre el "inicio en frío". El inicio en frío es cuando la temperatura de catalizador es baja (por ejem plo, ambiente) y la velocidad de reacción catal ítica es demasiado baja para un tratamiento efectivo del gas de escape. Conforme los gases de motor calientes calientan el catalizador, se alcanza una temperatura donde los catalizadores comienzan a operar (generalmente referido como aligerado) y ocurren las reacciones provocando, por ejemplo, la oxidación de CO a C02. Como resultado, es bien reconocido que los automóviles son los más contaminantes durante los primeros minutos después de que son arrancados. Considerando la cantidad de automóviles y los estándares de aire limpio aún más severos, esta contaminación de arranque inicial se ha vuelto más un problema. Para resolver este problema, se han intentado varias aproximaciones, tales como el precalentamiento del convertidor catalítico usando un calentamiento de resistencia energizado por la batería del auto. Esta aproximación sufre de excesivo desgaste en la batería, complejidad añadida e incapacidad para arrancar el vehículo y avanzar inmediatamente (esto es, toma un par de minutos para q ue el convertidor se caliente) . Otra aproximación ha sido la captura de calor del motor, que puede usarse un poco después para calentar el convertidor. Esta aproximación también sufre de complejidad adicionada, la incapacidad para arrancar y avanzar inmediatamente y tiempo limitado donde el calor puede ser retenido (por ejemplo, 24 horas o menos) . De acuerdo con esto, sería deseable proporcionar un dispositivo catalítico y un método para formar dicho dispositivo, que supere uno o más de los problemas de la técnica anterior, tal como uno de los descritos antes. Un primer aspecto de la invención es un dispositivo catalítico comprendido por un soporte de catalizador de granos de cerámica fusionados y un catalizador que está unido en superificie al menos a una porción de los granos de cerám ica, incorporados en al menos una porción de los granos de cerámica o combinaciones de los mismos, en donde los granos y catalizador forman una estructura de superficie que tiene una dimensión de conteo de caja de más de 1 .00 o dimensión de conteo de caja tiene al menos un cambio de paso, cuando se mide de un tamaño de caja "d" de al menos 1 micrómetro a cuando mucho 1 m il ímetro. Un segundo aspecto de la invención es un convertidor catalítico comprendido por el dispositivo catalítico del primer aspecto, encerrado dentro de un recipiente de metal que tiene una entrada y una salida para que fluya un gas sobre el dispositivo catalítico. Un tercer aspecto de la invención es un convertidor catalítico comprendido por el dispositivo catalítico del primer aspecto encerrado dentro de un recipiente que tiene una entrada y una salida para que fluya un gas a través del dispositivo catalítico.

Un cuarto aspecto de la Invención es una trampa de hollín-convertidor catalítico comprendida por el dispositivo catalítico del primer aspecto, encerrado dentro de un recipiente de metal que tiene una entrada y una salida para que fluya un gas a través del dispositivo catalítico. De manera sorprendente, el dispositivo catal ítico del primer aspecto puede permitir el uso de un recubrimiento de catalizador m ucho más delgado y un aligerado más rápido que el convertidor catalítico de automóvil normal. Además, el dispositivo catal ítico también puede ser usado como un elemento de filtro para atrapar partículas de hollín que son quemadas subsecuentemente por el calor generado por las reacciones exotérmicas catal íticas del dispositivo catalítico (por ejemplo, CO + 1 /202 = C02) Además, el dispositivo catalítico puede ser usado para cualquier reacción que pueda ser auto-térmica. Es decir, una reacción que tiene un punto de ignición y un punto de extinción. En general, esto es cuando la reacción tiene un número de Zeldovich "B" q ue tiene un valor absoluto de al menos 4. El número de Zeldovich "B" está dado por: B _ -WCa E CPP RT en donde ?? es el calor de reacción, C0 es la concentración del reactivo limitante, p es la densidad del fluido, Cp es la capacidad calorífica del fluido, E es la energ ía de activación global de la reacción, T0 es la temperatura de reactivo y R es la constante universal de los gases. La Figura 1 consiste de micrografías electrón icas de exploración a 25X y 1 00X de un ejemplo del dispositivo catalítico de la presente invención, en donde el catalizador es un recubrimiento de lavado de alúm ina y platino depositado en las paredes y en las agujas de un substrato de panal de mullita acicular. La Figura 2 consiste de micrografías electrónicas de exploración a 25X y 1 00X de un dispositivo catal ítico, no una modalidad de esta invención, en donde el substrato es un substrato de panal de cordierita comercialmente disponible, que está cubierto por el mismo recubrimiento de lavado que en la Figura 1 . La invención es un dispositivo catal ítico comprendido por un soporte de catalizador de granos de cerámica fundidos y un catal izador que está unido a superficie a al menos una porción de los granos de cerámica, incorporados en al menos una porción de los granos de cerámica o combinaciones de los mismos, en donde los granos y catalizador forman una estructura de superficie que tiene una dimensión de conteo de caja de más de 1 .00 o al menos un cambio de paso, cuando se mide de un tamaño de caja "d" de al menos 1 micrómetro a cuando mucho 1 milímetro. En la invención, se cree que los granos de cerámica y el catalizador incrementan el área de la superficie, donde los gases pueden reaccionar de manera catalítica bajo condiciones de difusión más favorables. Por ejemplo, se cree que los granos y el catalizador pueden disminuir la resistencia de difusión provocada por los pequeños canales de poro entre las partículas de recubrimiento de lavado. Com únmente, estos recubrimientos de lavado tienen aberturas de canal de poro en el orden de menos de 1 micrómetro. Ilustrativo de la estructura de superficie de esta invención es una en la cual una superficie plana tiene salientes cilindricas ortogonales que se extienden hacia fuera de la superficie, esto es, una "cama de uñas", siempre que la distancia entre las salientes (esto es, uñas) no se vuelva tan pequeña que los canales creados entre ellas tengan una abertura tan pequeña que la difusión de gases en los canales fuera substancialmente impedida. Otro ejemplo de una estructura de superficie es granos asimétricos aleatoriamente asimétricos que forman una estructura de superficie porosa. La dimensión de conteo de caja de la estructura de superficie es mayor que 1.00 cuando la estructura es un tipo fractal de estructura. De manera alternativa, cuando la estructura de superficie es periódica (por ejemplo, "cama de uñas"), la dimensión de conteo de caja tiene al menos un cambio de paso en declive de la línea descrita antes. El método de conteo de caja puede ser determinado por aquéllos conocidos en la técnica fractal, tal como los descritos por Falconer, Fractal Geometry Mathematical Foundations and Applications (Bases matemáticas de geometría fractal y aplicaciones), John Wíley and Sons, NY, páginas 38-47, 1990. El siguiente es un ejemplo de uno de los métodos de conteo de caja que pueden ser usados. Primero, círculos o cajas de dimensión "d" son usados para cubrir la misma porción de la estructura de superficie de una micrografía de la sección transversal de la superficie, como se muestra en las Figuras (por ejemplo, la micrografía de una "cama de uñas" se vería como un peine visto ortogonal a la longitud de los dientes del peine). La dimensión más pequeña de "d" es el límite inferior (1 micrómetro) y la dimensión más larga "d" es el límite superior (1 milímetro), descrito en el párrafo previo. La cantidad de cajas o círculos "M" necesaria para cubrir la superficie es determinada periódicamente en y entre los límites superior e inferior. La dimensión de la caja está dada por la proporción logarítmica del log de "M" contra el log de "d" conforme "d" se aproxima a cero dentro de los confines de los l ímites de medición . Para analizar la superficie mediante el método de conteo de caja, puede usarse un programa de cómputo de análisis de imagen comercialmente disponible, tal como, "Benoit" , versión 1 .3, Fractal Analysis System , disponible de TruSoft International, Inc. , St. Petersburg , FL 33704. La dimensión de conteo de caja es mayor que 1 cuando la inclinación de la l ínea resultante tiene una inclinación esencialmente constante (por ejemplo, superficie tipo fractal). La dimensión de conteo de caja tiene un cambio de paso cuando, dentro de los lím ites superior e inferior, ocurre un cambio repentino en la inclinción de la línea, y entonces la inclinación continua en una inclinación similar antes del cambio repentino en la inclinación. Un ejemplo de un cambio de paso es cuando el tamaño de caja se vuelve justo igual al espacio al espacio entre las uñas en la "cama de uñas". Estos tipos de estructuras son referidos ampliamente como estructuras periódicas e incluyen estructuras cuasi periódicas (por ejemplo, "cama de uñas" teniendo uñas de diferentes longitudes) . Cuando se desea una estructura tipo fractal, la dimensión de cnteo de caja es de preferencia al menos 1 .01 , más preferiblemente al menos 1 .05, aún más preferiblemente al menos 1 .2 y muy preferiblemente al menos 1 .5 Cuando la estructura deseada es periódica, se prefiere tener al menos 2 cambios de paso, más preferiblemente al menos 3 cambios de paso y muy preferiblemente al menos 4 cambios de paso.

La dimensión de conteo de caja es determinada a un l ímite inferior de 1 micrómetro y un límite superior de 1 milímetro. Se entiende que el lím ite inferior corresponde al tamaño de canal de poro entre las partículas de recubrimiento de lavado. Las partículas de recubrim iento de lavado generalmente están comprendidas por partículas aglomeradas, las cuales definen canales de poro más pequeños que aquéllos entre las partículas de recubrimiento de lavado. También se entiende que las grietas en un recubrimiento de lavado, por ejemplo, debido a la preparación de muestra de microscopía no son aplicables para la medición. De preferencia, el lím ite inferior es 2 micrómetros, más preferiblemente 5 micrómetros y muy preferiblemente 10 micrómetros. Los granos de cerámica pueden ser cualquier grano de cerám ica adecuado, tal como aquéllos conocidos en la técnica. En general, los granos de cerámica son óxidos. De preferencia , la cerámica es una alúmina, sílice o un aluminosilicato. Más preferiblemente, la cerámica es el alum inosilicato. Muy preferiblemente, los granos de cerámica son gramos de mullita. El tipo de granos puede ser determ inado por cualquier técnica o técnicas adecuadas, tales como difracción de electrones, difracción de rayos X y espectroscopia dispersiva de energ ía. De preferencia, substancialmente todos los granos de cerámica son granos de cerámica aciculares. Decir que substancialmente todos los granos de cerámica son aciculares, significa que al menos 90 por ciento de los granos del soporte son granos aciculares. Más preferiblemente, todos los granos son granos aciculares.

Los granos aciculares de cerámica son granos de cerámica que, en general, tienen una proporción de aspecto de al menos 2. De preferencia, los granos aciculares tienen una proporción de aspecto de al menos 10. En general, la dimensión de sección transversal (esto es, ancho y profundidad) son al menos 0. 1 micrómetro a 250 micrometros. De preferencia, la dimensión de sección transversal es al menos 1 micrómetro, más preferiblemente al menos 2 micrometros y muy preferiblemente al menos 1 0 micrometros hasta preferiblemente cuando mucho 1 50 micrometros, más preferiblemente cuando mucho 1 00 micrometros y muy preferiblemente cuando m ucho 50 m icrometros. La longitud de granos aciculares (esto es , la dimensión más larga) es, en general, al menos 1 micrómetro hasta cuando mucho 2 mil ímetros. De preferencia, la longitud es al menos 1 0 micrometros, más preferiblemente al menos 20 micrometros y m uy preferiblemente al menos 1 00 micrometros, hasta preferiblemente cuando mucho 1 .5 milímetros, más preferiblemente cuando mucho 1 mm y muy preferiblemente cuando mucho 500 micrometros. Los granos de cerámica también son fundidos unos con otros para formar el soporte de catalizador. "Fundidos" significa que los granos han sido sinterizados juntos (esto es, el límite de grano entre granos está comprendido por una cerámica incluyendo, por ejemplo, un vidrio) . El soporte de catalizador es de preferencia poroso (esto es, un soporte de catalizador poroso). También se prefiere que substancialmente toda la porosidad sea porosidad abierta. La porosidad abierta es porosidad que sea accesible a un líquido o gas (esto es, puede ser penetrada por un líquido o un gas) . En otras palabras, la porosidad abierta no es cerrada o atrapada. De preferencia, esta porosidad abierta está interconectada de manera continua a lo largo del soporte, lo cual generalmente ocurre cuando los granos aciculares están orientados de manera aleatoria. En este contexto, "substancialmente todo", significa que el soporte de catalizador contiene cuando mucho 5 por ciento de porosidad cerrada de la cantidad total de porosidad del soporte de catalizador. De preferencia, la cantidad de porosidad cerrada es cuando mucho aproximadamente una cantidad en trazas. De preferencia, mucha de la porosidad cerrada está compredida por poros dentro de granos individ uales (esto es, no poros definidos por las superficies de más de un grano) . La porosidad abierta y cerrada puede medirse mediante una técnica adecuada, tal como aquélla conocida en la técnica. Debido a la estructura única de los granos aciculares de cerámica preferidos, el soporte de catalizador poroso puede tener una fuerza adecuada para aplicaciones de convertidor catalítico, mientras que tenga una porosidad de al menos 40 por ciento en volumen. De preferencia, la porosidad es al menos 50 por ciento, más preferiblemente al menos 60 por ciento y muy preferiblemente al menos 65 por ciento hasta, en general, cuando mucho 85 por ciento en volumen del soporte de catalizador. El dispositivo catalítico, además del soporte de catalizador, está comprendido por un catalizador que está unido a superficie a, al menos, una porción de los granos de cerám ica, incorporado en al menos una porción de los granos de cerámica o combinaciones de los mismos. El catalizador puede ser cualquier catalizador adecuado, tal como aquéllos conocidos en la técnica. En particular, el catalizador puede ser cualquiera de las siguientes modalidades preferidas o combinaciones de ellas. Un primer catalizador preferido es catalizador de metal unido directamente, tales como metales nobles, metales de base y combinaciones de los mismos. Ejemplos de catalizadores de metales nobles incluyen platino, rodio, paladio, rutenio, renio, plata y aleaciones de los m ismos. Ejemplos de catalizadores de metal de base incluyen cobre, cromo, hierro, cobalto, n íquel, cinc, manganeso, vanadio, titanio, escandio y combinaciones de los mismos. El catalizador de metal, de preferencia, está en la forma de un metal , pero puede estar presente como un compuesto inorgánico, tal como un óxido, nitruro y carburo, o como una estructura defectuosa dentro de los granos de cerámica del soporte de catalizador poroso. El metal puede ser aplicado mediante cualquier técnica adecuada, tal como aquéllas conocidas en la técnica. Por ejemplo, el catalizador de metal puede ser aplicado mediante deposición química de vapor. Un segundo recubrim iento de catalizador preferido es uno que es incorporado en la estructura de látex de los granos de cerámica del soporte de catalizador poroso. Por ejemplo, un elemento puede ser Ce, Zr, La, Mg , Ca, un elemento de metal descrito en el párrafo previo o combinaciones de los mismos. Estos elementos pueden ser incorporados en cualquier manera adecuada, tales como aquéllos conocidos en la técnica y mediante métodos descritos posteriormente. Un tercer catalizador preferido es una combinación de partículas de cerámica que tienen metal depositadas sobre ellas. Estas son referidas normalmente como recubrimientos de lavado. En general, los recubrimientos de lavado consisten de partículas de cerámica con dimensiones de micrómetros , tales como zeolita, aluminosilicato, sílice, ceria, circonia, óxido de bario, carbonato de bario y partículas de alúmina q ue tienen metal depositado sobre las mismas. El metal puede ser cualquiera previamente descrito para metal depositado directamente. Un recubrimiento de catalizador de recubrimiento de lavado particularmente preferido es uno comprendido por partículas de alúmina teniendo un metal noble en las mismas. Se entiende que el recubrimiento de lavado puede estar comprendido por más de un óxido de metal, tal como alúmina teniendo óxidos de al menos uno de circonio, bario, lantano, magnesio y cerio. Un cuarto catalizador preferido es un catalizador tipo perovskita comprendiendo una composición de óxido de metal, ta l como aquéllas descritas por Golden en la patente estadounidense no. 5, 939, 354. Un quinto catalizador preferido es uno que es formado por y depositado en el soporte de catalizador al calcinar a una temperatura de 300°C a 3000°C, una composición que comprende (a) una solución acuosa de sal conteniendo al menos una sal de metal , y (b) un copolímero conteniendo óxido de etileno anfifílico, en donde el copol ímero tiene un peso molecular promedio de más de 400, un contenido de óxido de etileno de 5 a 90 por ciento y un HLB de entre -1 5 y 1 5, como se describe por Gruenbauer, et al. , solicitud de patente de PCT no. 99/1 8809. Además, el catalizador puede ser uno de tales como se describe por la patente estadounidense no. 5,698,483 y la solicitud de patente de PCT no. 99/03627. El catalizador es unido o incorporado en al menos una porción de los granos de cerámica cuando existe suficiente catalizador para la aplicación particular. En general , al menos 1 0 por ciento a esencialmente todos los granos de cerámica son recubiertos o contienen un catalizador. El catalizador es unido cuando se une qu ím icamente al menos a un elemento de los granos de cerámica del soporte de catalizador poroso. En general, el catalizador que es unido a la superficie de los granos forma una capa, de manera que al menos 1 0 por ciento de los granos unidos por el catalizador tiene un espesor de cuando mucho 1 /2 del espesor de la dimensión más pequeña de cada grano recubierto. De preferencia, el espesor es cuando mucho 1 /3, más preferiblemente cuando mucho 1 /4 y muy preferiblemente cuando mucho 1 /5 , como se describe en la oración previa. Además, también puede ser deseable para el recubrimiento de catalizador ser cuando mucho una monocapa (esto es, un átomo o una molécula de espesor). Los granos de cerámica que forman un soporte de catalizador poroso tam bién puede unirse a un soporte estructural que está comprendido por un material que tiene una porosidad menor que la porosidad del soporte de catalizador poroso. En general, el soporte estructural tiene una porosidad que es al menos 20 por ciento menos poroso que el soporte de catalizador poroso. Por ejemplo, cuando el soporte de catalizador poroso tiene una porosidad de 70 por ciento, el soporte estructural tendría generalmente, una porosidad de cuadno mucho 50 por ciento en volumen. En general, el soporte estructural tiene una porosidad de cuando mucho 50 por ciento, más preferiblemente cuando mucho 30 por ciento y muy preferiblemente cuando mucho 10 por ciento en volumen. El soporte estructural puede un irse mediante cualquier método adecuado. En general, el soporte estructural es unido suficientemente para soportar los rigores de la operación de convertidor catal ítico. De preferencia, el soporte estructural es fusionado al soporte de catalizador poroso; usándose el término fusionado en la misma manera como se describió previamente. El soporte estructural puede ser cualquier material adecuado. Por ejemplo , el material puede ser de la misma química que el soporte de catalizador poroso o diferente química, siempre cuando la porosidad es diferente como se describe previamente. El soporte estructural puede ser un metal, cerámica o combinación de los mismos. Cuando el soporte estructural es una cerámica, es preferida que los granos son substancialmente simétricos que se opone a los aciculares. Los granos son substancialmente simétricos cuando tienen una proporción de aspecto promedio de cuando mucho 2. La cordierita es un soporte estructural preferido. Los granos de cerámica que forman el soporte de catalizador pueden hacerse mediante cualquier método adecuado. Los métodos adecuados incluyen, por ejemplo, métodos para hacer mullita acicular, tales como los descritos por las patentes estadounidenses nos. 5 , 1 94 , 1 54; 5, 1 98,007; 5, 1 73,349; 4,91 1 ,902; 5 , 252,272; 4,948, 766 y 4,910, 172.

Para hacer el soporte de catalizador poroso, los compuestos precursores generalmente son mezclados y entonces calentados lo suficiente para formar los granos aciculares de cerámica del soporte. Por ejemplo, cuando el soporte es mullita, los compuestos precursores que contienen Al, Si y oxigeno, generalmente se mezclan para formar una mezcla capaz de formar fluorotopaz y, subsecuentemente, mullita. Los compuestos precursores que pueden usarse para formar un soporte de catalizador poroso de mullita son descritos en las patentes estadounidenses antes mencionadas. La mezcla de compuestos precursores también pueden contener compuestos precursores de catalizador que tienen elementos que pueden ser incorporados en la estructura de grano de los granos aciculares de cerámica de catalizador de poroso. Ejemplos de compuestos útiles para formar estos catalizadores incorporados incluyen compuestos inorgánicos y orgánicos que tienen elmentos descritos previamente para catalizadores que pueden ser incorporados en los granos de cerámica del catalizador poroso. Otros compuestos orgánicos también pueden ser usados para facilitar la configuración de la mezcla (por ejemplo, ligantes y dispersantes, tales como aquéllos descritos en Introduction to the Principies of Ceramic Processing (I ntroducción a los principios de procesamiento de cerámica) , J . Reed, Wiley I nterscience, 1 988). En general, la mezcla cuando se forma un soporte de catalizador poroso de mullita, está comprendida por compuestos, tales como arcilla (esto es, silicato de alum inio hidratado) , otros aluminosilicatos , tales como cianita o zeolitas, alúmina, sílice, trifluoruro de aluminio y fluorotopaz. De preferencia, los compuestos precursores son seleccionados del grupo que consiste de arcilla, sílice, alúmina y mezclas de los mismos. Muy preferiblemente, la mezcla es comprendida por arcilla y alúmina cuando se forma un soporte de catalizador poroso de mullita. La mezcla puede hacerse mediante cualquier método adecuado, tales como aquéllos conocidos en la técnica. Ejemplos incluyen mezcla de listones de molino de bolas, mezclado por tornillo vertical, mezclado en V y molienda por fricción. La mezcla puede prepararse seca (esto es, en la ausencia de un medio líquido) o húmeda. La mezcla es configurada entonces en una forma porosa mediante cualquier método adecuado, tal cmo los conocidos en la técnica. Ejemplos incluyen moldeo por inyección, extrusión, presión isotáctica, vaciado con deslizamiento, compactación con rodillos y vaciado por cinta. Cada uno de estos es descrito con más detalle en Introduction of the Principies of Ceramic Processing (Introducción a los principios de procesamiento de cerámica), J. Reed, Capítulos 20 y 21, Wiley Interscience, 1988. La mezcla de compuestos precursores es calentada bajo una atmósfera suficiente para formar el soporte de catalizador poroso. Cualquier temperatura y atmósfera adecuada puede usarse dependiendo de la química de los granos de cerámica del catalizador poroso deseado. Por ejemplo, cuando se forma mullita, al menos duante alguna porción del calentamiento de los compuestos precursores, el flúor está presente en la atmósfera de las fuentes, tales como SiF4, AIF3, HF, Na2S¡F6, NaF y NH4F. De preferencia, la fuente de flúor en la atmósfera es de SiF4.

El cuerpo poroso, cuando se hace m ullita, generalmente es calentado a una primera temperatura durante un tiempo suficiente para convertir los compuestos precursores en el cuerpo poroso a flurotopaz y entonces se eleva a una segunda temperatura suficiente para formar la composición de mullita. La temperatura también puede manejarse en ciclos entre la primera y segunda temperatura para asegurar una completa formación de mullita. Después de la formación de mullita, el cuerpo poroso puede ser tratado para reducir la cantidad de iones de fluoruro en el artículo. Métodos para reducir los iones de fluoruro incluyen aquéllos descritos por la patente estadounidense no. 5, 1 73, 349. La primera temperatura puede ser desde 500°C hasta 950°C. De preferencia, la primera temperatura es al menos 550°C, más preferiblemente al menos 650°C y muy preferiblemente al menos 725° C hasta de preferencia cuando mucho 850°C, más preferiblemente cuando m ucho 800°C y muy preferiblemente cuando m ucho 775°C. La segunda temperatura generalmente es al menos 1 000°C hasta cuando mucho 1700°C. De preferencia, la segunda temperatura es al menos 1 050°C, más preferiblemente al menos 1 075°C y muy preferiblemente al menos 1 10°C hasta preferiblemente cuando mucho 1600°C, más preferiblemente cuando m ucho 1400°C y muy preferiblemente cuando mucho 1 200°C. En general, durante el calentamiento de la primera temperatura para formar un soporte de catalizador poroso de mullita, la atmósfera es inerte (por ejemplo, nitrógeno) o un vacío hasta 500°C, el cual es cuando el gas conteniendo flúor es introducido normalmente. Durante el calentamiento a la primera temperatura, pueden removerse compuestos orgánicos y agua. Estos también pueden removerse en un paso de calentamiento separado común en la técnica, tal como se describe en Introduction of the Principies of Ceramic Processing (Introducción a los principios de procesamiento de cerámica), J. Reed, Capítulos 20 y 21, Wiley Interscience, 1988. Además del catalizador que es incorporado en los granos del soporte de catalizador poroso, como se describe antes, el catalizador puede ser aplicado después de que el soporte ha sido hecho mediante un método adecuado, tal como aquéllos conocidos en la técnica. Por ejemplo, el catalizador puede ser aplicado mediante un método de deposición de vapor y métodos de solución. En particular, un catalizador de metal puede aplicarse al soporte de catalizador de solución vía una sal soluble (por ejemplo, sales de platino) en un solvente adecuado (por ejemplo, agua), seguido por calentamiento para descomponer la sal. El catalizador también puede ser aplicado al soporte de catalizador poroso al usar recubrimientos de lavado conocidos y métodos para aplicarlos. Por supuesto, pueden usarse cualquiera o una combinación de métodos para formar los recubrimiento de catalizador. El dispositivo catalítico también es particularmente útil cuando se usa en un convertidor catalítico. En una modalidad, el disositivo catalítico es encerrado dentro de un recipiente de metal que tiene una entrada y una salida para fluir un gas (por ejemplo, gas de escape) sobre el dispositivo catalítico, tal como se hace normalmente en sistemas de escape de automóviles. En otra modalidad, el dispositivo catalítico está encerrado dentro de un recipiente de metal que tiene una entrada y una salida para que fluya gas a través del dispositivo catalítico. El recipiente de metal puede ser cualquier recipiente adecuado, tal como aquéllos concidos en la técnica para hacer convertidores catal íticos. La forma del dispositivo catal ítico puede ser cualquier forma adecuada, tales como pellas, discos planos y panales. De manera soprendente, bajo las mismas condiciones, el convertidor catalítico comprendido por el dispositivo catalítico generalmente tiene un tiem po de aligerado más corto que los convertidores catalíticos conocidos . El tiempo de aligerado es el tiempo requerido para que el catalizador alcance la temperatura de ignición de la reacción. Además, la cantidad de catalizador de metal noble, si se usa, puede ser menor debido a que las partículas o agrupamientos de átomos de catalizador, de metal pueden estar esparcidas más uniformemente, evitando el envenenamiento más problemático de los convertidores catal íticos, "sinterizado de los catalizadores de metal juntos". De preferencia, el convertidor o dispositivo catal ítico tiene un tiempo de aligerado substancialmente más corto. Substancialmente, el tiempo de aligerado más corto generalmente significa que el tiempo es al menos 5 por ciento más corto. Aún más sorprendentemente, bajo las mismas condiciones, el convertidor o dispositivos catalíticos puede tener una temperatura de aligerado menor que convertidores catalíticos conocidos hechos de substratos de metal o cordierita preparados con substancialmente el mismo catalizador y probado bajo substancialmente las mismas condiciones. Substancialmente el mismo catalizador y condiciones incluyen, por ejemplo, la m isma carga de platino y recubrimiento de lavado y velocidad de flujo de gas y composición de gas. De preferencia, la temperatura de aligerado es substancialmente menor. La temperatura de aligerado en general es substancialmente menor cuando la temperatura es al menos 1 0°C menor. De preferencia, la temperatura de aligerado es al menos 15°C y más preferiblemente al menos 20°C menor. El dispositivo catal ítico también es particularmente útil como una trampa particulada (holl ín) y catalizador de escape para motores diesel . En esta modalidad, el dispositivo catalítico es contenido dentro de un metal pueden tener una entrada y una salida para pasar el gas de escape a través del dispositivo catalítico. En tal arreglo, las partículas de hollín, generalmente serían atrapadas en una región teniendo una porosidad de tamaño más pequeño y el gas de escape normalmente sería catalizado en una región teniendo una porosidad de mayor tamaño. Debido a que las partículas de hollín son retenidas en el catalizador, de manera sorprendente, las partículas de holl ín pueden quemarse conforme el catalizador se calienta hasta una temperatura de operación y los gases de combustión resultantes catalizados justo como son los gases de escape.

EJEM PLOS En general, los ejemplos descritos más adelante fueron probados bajo condiciones de operación que podrían esperarse en un vehículo (por ejemplo, 0.5 por ciento en volumen de CO con oxígeno en exceso y la cantidad de platino generalmente se usa en tal aplicación) . Sin embargo, estos ejemplos son ilustrativos y de ninguna manera limitan el alcance de la invención como se reclama.

Ejemplo 1 Se formaron panales de canal cuadrado que tienen una densidad de celda de 37.1 97 por cm2 y un espesor de pared de 0.033 hasta 0.035 centímetros, al extruir una mezcla de arcilla de bolas natural (grado Todd Dark, Kentucky-Tennessee Clay Company), K-al úmina (gibbista ALCOA calcinada a 1 1 00°C) y ligantes poliméricos. La arcilla y la alúmina fueron mezclas en proporciones para dar una proporción atómica de AI:Si de 3.15. Se extruyó un panal . El panal extruido fue calentado entonces lentamente en aire hasta 1 000°C durante una hora, con el fin de quemar el ligante polimérico y eliminar el agua estructural de la arcilla. El panal calcinado resultante fue cortado al tamaño requerido para prueba y entonces se convirtió a mullita acicular en un horno de vacío unido a una fuente de SiF4 y equipado para permitir el control de la atmósfera de gas. El panal calcinado fue calentado bajo vacío a 735°C y sostenido a esa temperatura durante al menos una hora, entonces se enfrió bajo vacío a 720°C. En este punto, se adicionó gas S¡F4 para mantener una presión de 79980 Pa. El horno fue calentado entonces a 1 .5°C por mintuo, adicionando SiF4 según fuera necesario, para mantener una presión de 79980 Pa, hasta que la absorción de SiF4 fue completada esencialmente (820°C) . En este punto, la presión del reactor fue reducida a 26660 Pa y el reactor se dispuso a remover S¡F según fuera necesario, para mantener esa presión. El horno fue calentado a 3°C por minuto hasta 1 000°C, entonces 1 °C por min uto hasta la evolución de SiF4 cesó substancialmente (1 100°C) . El reactor fue evacuado y enfriado a temperatura ambiente y el panal de mullita resultante que tenía una densidad de celdas de 36.88 celdas por centímetro cuadrado fue removido. El panal de m ullita fue sumergido completamente en una pasta de alúmina acuosa (20 por ciento en peso) , que tenía una tamaño de partícula de 1 20 nm y un área de superficie, después del quemado de 1 55 m2 por gramo disponible bajo el nombre comercial DISPAL (Condea Chemie GMBH, Lake Charles, LA). El panal de mullita fue jalado desde la pasta y el exceso de pasta fue removido al soplar aire comprimido a través de los canales del panal. La muestra fue secada y sumergida nuevamente en la pasta hasta que se adicionó suficiente alúm ina para dar un área de superficie de 30, 000 m2 por litro de volumen de panal después del quemado. Cuando se depositó la cantidad deseada de alúm ina, se calentó el panal de mullita en un horno a una temperatura de 600°C durante dos horas. Después del enfriamiento a temperatura ambiente, el extremo del panal fue sumergido en una solución de amon íaco diluida de diam inodinitritoplatino (0.425 por ciento en peso de diaminodinitritoplatino), hasta que la solución subió hasta la mitad del panal, el panal se invirtió entonces y se repitió el procedim iento. Después de secar bajo condiciones am bientales, la muestra fue calentada en un horno de aire a 200°C durante dos horas para descomponer el diaminodinitritoplatino a óxido de platino. La muestra se calentó entonces durante seis horas a 225°C en una atmófera de 5 por ciento hidrógeno/nitrógeno para reducir el óxido de platino a metal de platino. El dispositivo catalítico resultante tuvo una concentración de platino de 0.84 gramo por litro, como se calcula a partir de la masa de platino determinada mediante análisis de activación de neutrones y las dimensiones exteriores del dispositivo catal ítico o monolito. La luz de temperatura del monolito fue determinada como sigue. El monolito fue sujetado en un soporte de muestra de acero inoxidable al usar I NTERAM Mount Mat (3M Corporation) . Se usaron controladores de flujo de masa calibrados (Brooks) y un tubo colector de gas de aire/N2/CO para generar una mezcla de gases de 02/N2/CO teniendo una velocidad de flujo de 40 litros estándares por minuto (slpm). La mezcla de gas fue calentada mediante un intercambiador de calor de lecho empacado (tubería de acero inoxidable lleno con hojuelas de cuarzo y situadas en un horno de tubo) y entonces se pasa a través del monolito de prueba. La temperatura del gas que entra al monolito (T3) se midió mediante un termopar tipo K ubicado en el soporte de muestra aproximadamente 4.445 cm corriente arriba desde la cara frontal del monolito. La temperatura de punto de solidificación del horno de tubo se ajusó para limitar dT3/dt a menos de 5°C por minuto en la cercanía de la ignición de la m uestra. La composición de la mezcla de gas que sale del monlito y el soporte de muestra fue monitoreado continuamente mediante los analizadores CO/02/C02 (serie Sevomex 1440) teniendo el tiempo de respuesta de menos de 1 0 segundos. La temperatura de aligerado fue definida como la temperatura (T3) a la cual la concentración CO en el gas que sale del monolito, cayó a 50 por ciento de su valor en el gas de entrada. De manera similar, sobre el enfriamiento, la temperatura de extinción fue definida como la temperatura de gas de entrada a la cual la concentración de CO de sal ida alcanza 50 por ciento del valor de entrada. Este ejemplo tuvo una temperatura de aligerado de 246°C y temperatura de extinción de 21 2°C, que también se muestra en la Tabla 1 . Además, este ejemplo se muestra en la Figura 1 , en donde el recubrimiento de lavado de catalizador es depositado en las paredes y en las agujas de un substrato de panal de mullita acicular.

Ejem plo 2 El Ejemplo 2 fue preparado y probado en la misma manera que el Ejemplo 1 , excepto que la concentración de platino fue 1 .56 gramos por litro y la temperatura de aligerado fue 233°C y la temperatura de extinción de 200°C (también mostrada en la Tabla 1 ).

Ejemplo 3 El Ejemplo 3 se preparó y probó en la misma manera que el Ejemplo 1 , excepto que la solución acuosa de concentración de diam inodinitritoplatino fue 0.85 por ciento en peso de la misma, la concentración de platino fue 2.03 gramos por litro y la temperatura de aligerado fue 224°C y la temperatura de extinción de 1 85°C (también mostrada en la Tabla 1 ) .

Ejemplo 4 El Ejemplo 4 se preparó y probó en la misma manera que el Ejemplo 3, excepto que la concentración de platino fue 2.73 gramos por litro y la temperatura de aligerado fue 232°C y la temperatura de extinción de 192°C (también mostrada en la Tabla 1 ).

Ejemplo comparativo 1 Un panal de cordierita (Grado EX-80) comercial, disponible de Croning Inc. , Corning NY, que tiene una densidad de celda de 46.49 celdas de centímetros cuadrados, fue recubierto con el mismo alúmina y platino y se probó en la misma manera que la mullita del Ejemplo 3. La concentración de platino fue 1 .5 gramos por litro y el monolito tuvo una temperatura de aligerado de 271 °C y temperatura de extinción de 229 (ver la Tabla 1 ) .

Ejemplo comparativo 2 Se hizo un panal de cordierita (Grado EX-80) comercial , disponible de Corning Inc. , Corning NY, que tiene una densidad de celda de 30.99 celdas por centímetro cuadrado, y se probó en la misma manera que el Ejemplo comparativo 1 , excepto que la concentración de la solución acuosa de diaminodinitritoplatino fue 1 .7 por ciento en peso de la misma. La concentración de platino fue 1 .8 gramos por litro y el monolito tuvo una temperatura de aligerado de 262°C y una temperatura de extinción de 227°C (ver la Tabla 1 ) . Además, este ejemplo comparativo es mostrado en la Figura 2, en donde se puede observar fácilmente que la superficie no está dentro del alcance de la reivindicación 1 .

Ejemplo comparativo 3 Se hizo un panal de cordierita comercial (Grado EX-80) disponible de Corning I nc, Corning NY, que tiene u na densidad de celda de 46.49 celdas por centímetro cuadrado, y se probó en la misma manera que el Ejemplo comparativo 1 , excepto que la concentración de la solución acuosa de diaminodinitritoplatino fue 1 .7 por ciento en peso de la misma . La concentración de platino fue 3.0 gramos por litro y el monolito tuvo una temperatura de aligerado de 240°C y temperatura de extinción de 201 °C (ver la Tabla 1 ).

Ejem plo comparativo 4 Se hizo un panal de cordierita (Grado EX-80) , disponible de Corning Inc. , Corning NY, q ue tiene una densidad de celda de 61 .99 celdas por centímetro cuadrado, y se probó en la m isma manera q ue el Ejemplo comparativo 1 , excepto que la concentración de la solución acuosa de diaminodinitritoplatino fue 1 .7 por ciento en peso del mismo. La concentración de platino fue 2.2 gramos por litro y el monolito tuvo una temperatura de aligerado de 265°C y una temperatura de extinción de 223°C (ver la Tabla 1 ) .

TABLA 1 Los Ejemplos 1 a 4 muestran la tendencia general de que la temperatura de aligerado disminuye con concentración de platino creciente, como lo hacen los Ejemplos comparativos 1 a 3. Parece que un l ím ite inferior es alcanzado con platino creciente, que puede deberse, por ejemplo, al sinterizado de platino junto, reduciendo de manera efectiva la cantidad de platino disponible para la reacción . Además, las celdas por centímetro cuadrado del panal parecen tener poco efecto o ninguno en la temperatura de aligerado (ver Ejemplos comparativos 1 , 2 y 4) .

De manera sorprendente, aún cuando usar esencialmente el mismo catalizador de platino y alúmina de recubrimiento de lavado y la misma cantidad de cada uno, el dispositivo catalítico de la invención tiene una temperatura de aligerado de casi 40°C menor que un substrato de cordierita comercial (ver el Ejemplo 1 contra los Ejemplos comparativos 1 y 2). Aún más sorprendente, es que los dispositivos catal íticos de la invención, aún a concentraciones de platino de la m itad o menos que las presentes en los dispositivos catalíticos basados en cordierita, tienen una temperatura de aligerado que es menor por 30°C (ver el Ejemplo 1 contra los Ejem plos comparativos 1 , 2 y 4) . Es solamente cuando los dispositivos basados en cordierita tienen 4 veces la concentración de platino que la temperatura de aligerado se vuelve comparable con los dispositivos catal íticos de la invención . Esto es completamente inesperado debido a que puede permitir, por ejemplo, el uso de convertidores catal íticos con concentraciones de metal noble substancialmente reducidas, mientras que todavía alcanza el mismo desempeño. Además, la tempeatura de aligerado menor a concentraciones de platino menores puede prevenir, por ejemplo, la degradación del catalizador con el tiempo, debido al sinterizado de los metales nobles. Finalmente, la capacidad para aligerar a una tem peratura menor a concentraciones de metal noble comparabiles, puede permitir la satisfacción de regulaciones de emisiones más severas, sin costo o esfuerzo substancial . Además, la temperatura de extinción es sorprendentemente menor en la m isma manera q ue la temperatura de aligerado. U na temperatura de extinción menor es altamente deseable, debido a que una vez que el catalizador es encendido, la variación en la velocidad de motor y com posición y temperatura del escape pueden provocar la extinción de la reacción . En consecuencia, un catalizador con menor temperatura de extinción es menos susceptible a este problema. De esta manera, un catalizador con menor temperatura de extinción producirá una mayor conversión (eficiencia) , siendo todas las demás cosas iguales. También se cree que la temperatura de extinción menor debería mejorar la vida del catalizador, debido a que la reacción generalmente estará más cerca de la entrada del catalizador.

Claims (1)

1. REIVI N DICACION ES 1 . Un dispositivo catalítico comprendido por un soporte de catalizador de granos de cerámica fusionados y un catalizador que está unido a superficie a al menos una porción de los granos de cerámica, incorporados en al menos una porción de los granos de cerámica o combinaciones de los mismos, en donde los granos y catalizador forman una estructura de superficie que tiene una dimensión de conteo de caja de más de 1 .00 o la dimensión de conteo de caja tiene al menos un cambio de paso cuando se mide de un tamaño de caja "d" de al menos 1 .0 micrómetro a cuando mucho 1 mil ímetro. 2. Un dispositivo catalítico comprendido por un soporte de catalizador de granos de cerámica fusionados y un catalizador que está unido a superficie a ai menos una porción de los granos de cerámica, incorporados en al menos una porción de los granos de cerámica o combinaciones de los mismos, en donde los granos y catalizador forman una estructura de superficie que tiene una dimensión de conteo de caja de más de 1 .00 o la dimensión de conteo de caja tiene al menos un cambio de paso cuando se mide de un tamaño de caja "d" de al menos 1 .0 micrómetro a cuando mucho 1 mil ímetro, en donde los granos de cerám ica tienen al menos un elemento catalíticamente activo incorporado en los mismos. 3. El dispositivo catal ítico de la reivindicación 1 , en donde los granos de cerámica son granos de mullita aciculares. 4. El dispositivo catal ítico de la reivindicación 1 , en donde el soporte de catalizador es poroso. 5. El dispositivo catal ítico de la reivindicación 1 , en donde los granos de cerámica tienen una proporción de aspecto de al menos 1 0. 6. El dispositivo catal ítico de la reivindicación 4, en donde el soporte de catalizador poroso tiene una porosidad de al menos 50 por ciento en volumen. 7. El dispositivo catalítico de la reivindicación 6, en donde la porosidad es al menos 60 por ciento en volumen . 8. El dispositivo catalítico de la reivindicación 7 , en donde la porosidad es ai menos 70 por ciento en volumen . 9. El dispositivo catalítico de la reivindicación 8, en donde el soporte de catalizador está unido a una superficie de un soporte estructural, que está comprendido por un material diferente que tiene una porosidad menor que la porosidad del soporte de catalizador. 1 0. El dispositivo catalítico de la reivindicación 9, en donde el material diferente es un metal, una cerám ica teniendo granos que son substancialmente simétricos o una combinación de los mismos. 1 1 . El dispositivo catalítico de la reivindicación 1 0, en donde el soporte estructural es la cerámica. 1 2. El dispositivo catalítico de la reivindicación 1 1 , en donde la cerámica es cordierita. 1 3. El dispositivo catalítico de la reivindicación 12, en donde el soporte de catalizador es mullita. 14. El dispositivo catalítico de la reivindicación 1 , en donde el catalizador es una cerámica, metal o mezcla de los mismos. 1 5. El dispositivo catalítico de la reivindicación 14, en donde el catalizador está comprendido por un elemento seleccionado del grupo que consiste de Ni, Ti, Fe, Ce, Zr, La, Mg, Ca y combinaciones de los mismos. 16. Un dispositivo catal ítico comprendido por un soporte de catalizador de granos de cerámica fusionados y un catalizador que es unido a superficie a al menos una porción de los granos de cerám ica , incorporados en al menos una porción de los granos de cerám ica o com binaciones de los mismos, en donde los granos y catalizador forman una estructura de superficie que tiene una dimensión de conteo de caja de más de 1 .000 o la dimensión de conteo de caja tiene al menos un cam bio de paso cuando se mide de un tamaño de caja "d" de al menos 1 .0 micrómetro a cuando m ucho 1 mil ímetro, en donde el catalizador es una zeoltia que tiene un metal en la misma, alúmina que tiene un metal en la misma o un alum inosilicato diferente a m ullita que tiene un metal en el mismo, catalizador tipo perovskita o pirocloros. 17. El dispositivo catal ítico de la reivindicación 1 , en donde el catalizador es unido directamente a los granos de cerámica del soporte de catalizador. 18. El dispositivo catalítico de la reivindicación 1 7, en donde el catalizador es un metal precioso, metal base, óxido de metal base o combinaciones de los mismos. 19. El dispositivo catal ítico de la reivindicación 1 8, en donde el catalizador es seleccionado del grupo que consiste de platino, rodio, paladio y combinaciones de los mismos. 20. El dispositivo catalítico de la reivindicación 1 8, en donde el metal base es seleccionado del grupo que consiste de Cu, Cr, Fe, Co, Ni y combinaciones de los mismos. 21 . El dispositivo catalítico de la reivindicación 1 , en donde el catalizador es unido a al menos una porción de la superficie de los granos que forman una capa, de manera que al menos 1 0 por ciento de los granos unidos por el catalizador tienen un espesor de capa de cuando mucho la mitad del espesor de la dimensión más pequeña de cada grano recubierto. 22. El dispositivo catalítico de la reivindicación 21 , en donde al menos 1 0 por ciento de los granos un idos por el catalizador tienen un espesor de capa que es 1 /4 del espesor de la dimensión más pequeña de cada grano recubierto. 23. Un convertidor catalítico comprendido por el dispositivo catalítico de la reivindicación 1 , que está encerrado dentro de un recipiente de metal que tiene una entrada y una salida para que fluya un gas sobre el dispositivo catalítico. 24. El convertidor catal ítico de la reivindicación 23, en donde el convertido alcanza aligerado en un periodo más corto que un convertido catal ítico que usa un convertidor catalítico convencional bajo las mismas condiciones. 25. Un convertidor catal ítico comprendido por el dispositivo catalítico de la reivindicación 1 , que está encerrado dentro de un recipiente de metal que tiene una entrada y una salida para que fluya un gas a través del dispositivo catal ítico. 26. Una trampa de hollín-convertidor catalítico comprendido por el dispositivo catalítico de la reivindicación 1 , que está encerrado dentro de un recipiente de metal que tiene una entrada y una salida para que fluya un gas a través del dispositivo catalítico. 27. El convertidor catal ítico de la reivindicación 23, en donde el convertidor tiene una temperatura de aligerado que es menor que un convertidor convencional comprendido por un substrato de panal de metal o cordierita, preparado con substancialmente el mismo catalizador y probado substancialmente bajo las mismas condiciones. 28. El dispositivo catalítico de la reivindicación 16, en donde el dispositivo tiene una temperatura de aligerado que es menor que un convertidor convencional comprendido por un substrato de panal de metal o cordierita, preparado con substancialmente el mismo catalizador y probado substancialmente bajo las mismas condiciones. 29. El dispositivo catalítico de la reivindicación 28, en donde el catalizador está comprendido por la alúm ina que tiene un metal en la misma. 30. El convertidor catalítico de la reivindicación 23, en donde el convertidor tiene una temperatura de extinción que es menor que un convertidor convencional comprendido por un substrato de panal de cordierita o metal, preparado con substancialmente el m ismo catalizador y probado substancialmente bajo las mismas condiciones. 31 . El dispositivo catalítico de la reivindicación 1 6, en donde el dispositivo tiene una temperatura de extinción que es menor que un dispositivo convencional comprendido por un substrato de panal de metal o cordierita preparado substancialmente con el mismo catalizador y probado substancialmente bajo las mismas condiciones. RES UMEN La invención es un dispositivo catalítico comprendido por un soporte de catalizador de granos de cerámica fusionados y un catalizador que está unido en superficie a al menos una porción de los granos de cerámica, incorporados en al menos una porción de los granos de cerámica o combinaciones de los mismos, en donde los granos y el catalizador forman una estructura de superficie que tiene una dimensión de conteo de caja de más de 1 .00 o la dimensión de conteo de caja tiene al menos un cambio de paso cuando se mide de un tamaño de caja "d" de al menos 1 micrómetro a cuando mucho 1 milímetro. La invención es particularmente útil para hacer un convertido catalítico o trampa de hollín-convertidor catalítico.