Dissolved uranium, radium and radon evolution in the Continental Intercalaire aquifer, Algeria and Tunisia

Natural, dissolved U-238-series radionuclides (U, Ra-226, Rn-222) and activity ratios (A.R.s: U-234/U-238; Ra-228/Ra-226) in Continental Intercalaire (Cl) groundwaters and limited samples from the overlying Complexe Terminal (CT) aquifers of Algeria and Tunisia are discussed alongside core measurements for U/Th (and K) in the contexts of radiological water quality, geochemical controls in the aquifer, and water residence times. A redox barrier is characterised downgradient in the Algerian Cl for which a trend of increasing U-234/U-238 A.R.s with decreasing U-contents due to recoil-dominated U-234 solution under reducing conditions allows residence time modelling similar to 500 ka for the highest enhanced A.R. = 3.17. Geochemical modelling therefore identifies waters towards the centre of the Grand Erg Oriental basin as palaeowaters in line with reported C-14 and Cl-36 ages. A similar U-234/U-238 trend is evidenced in a few of the Tunisian CI waters. The paleoage status of these waters is affirmed by both noble gas recharge temperatures and simple modelling of dissolved, radiogenic He-4-contents both for sampled Algerian and Tunisian CI and CT waters. For the regions studied these waters therefore should be regarded as "fossil" waters and treated effectively as a non-renewable resource. (C) 2014 The Authors. Published by Elsevier Ltd.

Uranium isotopes in groundwater occurring at Amazonas State, Brazil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Development of a Yellow Pigment Based on Bismuth and Molybdenum-Doped TiO2 for Coloring Polymers

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Third-order nonlinearities and other properties of molybdenum lead-pyrophosphate glass

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Uranium metabolism associated with ontogenetic growth of birds: case studies with broilers and ducks

Cobb broilers and domestic ducks, both one-day-old, were treated using ration doped with 20 ppm of uranyl nitrate. Uranium concentrations in the tibia (μg-U/g-bone) were measured by neutron activation analysis as function of the animals’ age, from the neonatal period to maturity. Results show that Uranium and Calcium qualitatively follow the same metabolic pathway, and that adult ducks incorporate on average ten times more Uranium than broilers. Data interpretation shows that the Uranium clearance rate in broilers is substantially higher than that in ducks, suggesting that metabolic characteristics favoring Calcium retention in bone may hinder the elimination of Uranium in ducks. The need for further comparative biochemistry studies between Galliformes and Anseriformes is addressed.

Geoquímica de radionuclídeos naturais e biomonitoramento em área de mineração de carvão no sul do Brasil

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Combustion of coal, bagasse and blends thereof Part I: Emissions from batch combustion of fixed beds of fuels

Batch combustion of fixed beds of coal, bagasse and blends thereof took place in a pre-heated two-stage electric laboratory furnace, under high-heating rates. The average input fuel/air equivalence ratios were similar for all fuels. The primary and secondary furnace temperatures were varied from 800 degrees C to 1000 degrees C. The effects of fuel blending, combustion staging, and operating furnace temperatures on the emissions from the two fuels were assessed. Furnace effluents were analyzed for carbon dioxide and for products of incomplete combustion (PIC) including CO, volatile and semi-volatile hydrocarbons, as well as particulate matter. Results showed that whereas CO2 was generated during both the observed sequential volatile matter and char combustion phases of the fuels, PICs were only generated during the volatile matter combustion phase. CO2 emissions were the highest from coal, whereas CO and other PIC emissions were the highest from bagasse. Under this particular combustion configuration, combustion of the volatile matter of the blends resulted in lower yields of PIC, than combustion of the volatiles of the neat fuels. Though CO and unburned hydrocarbons from coal as well as from the blends did not exhibit a clear trend with furnace temperature, such emissions from bagasse clearly increased with temperature. The presence of the secondary furnace (afterburner) typically reduced PIC, by promoting further oxidation of the primary furnace effluents. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Fragmentation of extracellular DNA by long-term exposure to radiation from uranium in aquatic environments

Persistent harmful scenarios associated with disposal of radioactive waste, high-background radiation areas and severe nuclear accidents are of great concern regarding consequences to both human health and the environment. Of particular concern is the extracellular DNA in aquatic environments contaminated by radiological substances. Strand breaks induced by radiation promote decrease in the transformation efficiency for extracellular DNA. The focus of this study is the quantification of DNA damage following long-term exposure (over one year) to low doses of natural uranium (an alpha particle emitter) to simulate natural conditions, since nothing is known about alpha radiation induced damage to extracellular DNA. A high-resolution Atomic Force Microscope was used to evaluate DNA fragments. Double-stranded plasmid pBS as a model for extracellular DNA was exposed to different amounts of natural uranium. It was demonstrated that low concentrations of U in water (50 to 150 ppm) produce appreciable numbers of double strand breaks, scaling with the square of the average doses. The importance of these findings for environment monitoring of radiological pollution is addressed.

Solvent-Resistant Polymeric Sensors for Adulteration Detection in Liquid Fuels

Polymeric sensors with improved resistance to organic solvents were produced via the layer-by-layer thin film deposition followed by chemical cross-linking. According to UV-vis spectroscopy, the mass loss of polyaniline/poly(vinyl alcohol) and polyaniline/novolac-type resin based films deposited onto glass slides was less than 20% when they were submitted to successive immersions (up to 3,000 immersion cycles) into commercially available ethanol and gasoline fuel samples. Polyallylamine hydrochloride/nickel tetrasulfonated phthalocyanine films presented similar stability. The electrical responses assessed by impedance spectroscopy of films deposited onto Au-interdigitated microelectrodes were relatively unaffected after continuous or cyclic immersions into both fuels. After these studies, an array including these polymeric sensors was employed to detect adulteration in ethanol and gasoline samples. After principal component analysis, it was possible to conclude that the proposed sensor array is capable to discriminate with remarkable reproducibility ethanol samples containing different amounts of water or else gasoline samples containing different amounts of ethanol. In both examples, more than 90% of data variance was retained in the first principal component. For each type of sample, ethanol and gasoline, it was found a linear correlation between one of the principal components and the sample's composition. These findings allow one to conclude that these films present great potential for the development of reliable and low-cost sensors for fuel analysis in liquid phase.

Different lead sources in an abandoned uranium mine (Urgeirica - Central Portugal) and its environment impact - isotopic evidence

Different lead sources were identified in a large uranium tailings deposit (5Mton) in the Central Region of Portugal using lead isotopic ratios obtained by ICP-QMS. These ratios helped to clarify the different sources of Pb within the tailings deposit and the impact of the tailings on the surroundings. Ten depth profiles were used for isotopic characterization of the tailings deposit; the lead background signature was evaluated in seven regional rocks (granites) and was defined as being 28 +/- 1 mg kg(-1) for Pb bulk concentration and with isotopic ratios of 1.264(2) for Pb-206/Pb-207 and 1.962(7) for Pb-208/Pb-206. In order to understand Pb isotope distribution within the tailings deposit, simple mixing/mass balance models were used to fit experimental data, involving: (1) the background component; (2) uranium ores (pitchblende) characterized by the ratios Pb-206/Pb-207 of 1.914(3) and Pb-208/Pb-206 of 1.235(2); and (3) an unknown Pb source (named 'Fonte 5') characterized by the ratios Pb-206/Pb-207 of 3.079(7) and Pb-208/Pb-206 of 0.715(1). This unknown source showed high radiogenic ratios found in the water of some tailings depth profiles located in a very specific position in the dump. In terms of isotopic characterization, 69% of the deposit material resulted from the background source, 25% from uranium minerals and only 6% from other uranium mines in the region. Finally, the environment impact revealed that the pollution was focused only in the beginning of the stream and not in the surroundings, nor in the groundwater system. The lead in the water was found only in colloidal form with a clear pitchblende signature. Those data revealed possible remobilization phenomena along the bedside and margins of the watercourse.

From discrete anions to extended solids: new uranium thiophosphates

Die wichtigste Klasse zeotyper Verbindungen sind die Thio- und Selenophosphate der Übergangsmetalle. Ziel dieser Dissertation war die Darstellung und Charakterisierung neuer Uranthiophosphate. Die dargestellten Verbindungen enthalten vierwertige Urankationen, die von acht Schwefelatomen koordiniert sind. Da die enthaltenen Thiophosphatanionen in den meisten Fällen als zweizähnige Liganden fungieren, entstehen dreidimensionale Netzwerke mit pseudotetraedrisch koordinierten Metallzentren. In der Verbindung U(P2S6)2 durchdringen sich drei identische diamantartige Netzwerke, wodurch optimale Raumerfüllung erreicht wird. Die Einführung von Alkalimetallkationen in das System führt zu einer Vielzahl neuer Verbindungen, deren Eigenschaften durch die Stöchiometrie der Edukte und durch die Kationenradien bestimmt werden. Beispielsweise enthält die Kristallstruktur von Na2U(PS4)2 zweidimensionale anionische [U(PS4)2]n-Schichten, während die analoge Verbindung CsLiU(PS4)2 eine poröse dreidimensionale Netzwerkstruktur besitzt. Der Vergleich der untersuchten quaternären und quinären Verbindungen zeigt, dass eine Korrelation zwischen dem Kationenradius und dem Durchmesser der Poren besteht. Dies lässt auf eine Templatfunktion der Alkalimetallkationen beim Aufbau der anionischen Teilstruktur schließen. Die neuen Verbindungen wurden aus reaktiven Polysulfidschmelzflüssen oder durch Auflösen amorpher Vorläufer in Alkalimetallchloridschmelzen synthetisiert. Die Kristallstrukturen wurden durch Einkristall-Röntgenmethoden bestimmt. Ein Vergleich der magnetischen Eigenschaften der Verbindungen beweist, dass in allen untersuchten Fällen U(IV) vorliegt. Die Substanzen zeigen paramagnetisches Verhalten, in UP2S7 und CsLiU(PS4)2 sind außerdem antiferromagnetische Wechselwirkungen zwischen benachbarten Uranatomen nachweisbar.

New regularization method for EXAFS analysis: Application to uranium and plutonium sorption onto kaolinite

Die Röntgenabsorptionsspektroskopie (Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectroscopy) ist eine wichtige Methode zur Speziation von Schwermetallen in einem weiten Bereich von umweltrelevanten Systemen. Um Strukturparameter wie Koordinationszahl, Atomabstand und Debye-Waller Faktoren für die nächsten Nachbarn eines absorbierenden Atoms zu bestimmen, ist es für experimentelle EXAFS-Spektren üblich, unter Verwendung von Modellstrukturen einen „Least-Squares-Fit“ durchzuführen. Oft können verschiedene Modellstrukturen mit völlig unterschiedlicher chemischer Bedeutung die experimentellen EXAFS-Daten gleich gut beschreiben. Als gute Alternative zum konventionellen Kurven-Fit bietet sich das modifizierte Tikhonov-Regularisationsverfahren an. Ergänzend zur Tikhonov-Standardvariationsmethode enthält der in dieser Arbeit vorgestellte Algorithmus zwei weitere Schritte, nämlich die Anwendung des „Method of Separating Functionals“ und ein Iterationsverfahren mit Filtration im realen Raum. Um das modifizierte Tikhonov-Regularisationsverfahren zu testen und zu bestätigen wurden sowohl simulierte als auch experimentell gemessene EXAFS-Spektren einer kristallinen U(VI)-Verbindung mit bekannter Struktur, nämlich Soddyit (UO2)2SiO4 x 2H2O, untersucht. Die Leistungsfähigkeit dieser neuen Methode zur Auswertung von EXAFS-Spektren wird durch ihre Anwendung auf die Analyse von Proben mit unbekannter Struktur gezeigt, wie sie bei der Sorption von U(VI) bzw. von Pu(III)/Pu(IV) an Kaolinit auftreten. Ziel der Dissertation war es, die immer noch nicht voll ausgeschöpften Möglichkeiten des modifizierten Tikhonov-Regularisationsverfahrens für die Auswertung von EXAFS-Spektren aufzuzeigen. Die Ergebnisse lassen sich in zwei Kategorien einteilen. Die erste beinhaltet die Entwicklung des Tikhonov-Regularisationsverfahrens für die Analyse von EXAFS-Spektren von Mehrkomponentensystemen, insbesondere die Wahl bestimmter Regularisationsparameter und den Einfluss von Mehrfachstreuung, experimentell bedingtem Rauschen, etc. auf die Strukturparameter. Der zweite Teil beinhaltet die Speziation von sorbiertem U(VI) und Pu(III)/Pu(IV) an Kaolinit, basierend auf experimentellen EXAFS-Spektren, die mit Hilfe des modifizierten Tikhonov-Regularisationsverfahren ausgewertet und mit Hilfe konventioneller EXAFS-Analyse durch „Least-Squares-Fit“ bestätigt wurden.

New catalytic processes for the upgrading of furfural and 5-hydroxymethylfurfural to chemicals and fuels

The demand of energy, fuels and chemicals is increasing due to the strong growth of some countries in the developing world and the development of the world economy. Unfortunately, the general picture derived sparked an exponential increase in crude oil prices with a consequent increase of the chemical, by-products and energy, depleting the global market. Nowadays biomass are the most promising alternative to fossil fuels for the production of chemicals and fuels. In this work, the development of three different catalytic processes for the valorization of biomass-derived has been investigated. 5-hydroxymethylfurfural oxidation was studied under mild reaction condition using gold and gold/copper based catalysts synthetized from pre-formed nanoparticles and supported onto TiO2 and CeO2. The analysis conducted on catalysts showed the formation of alloys gold/copper and a strong synergistic effect between the two metals. For this reason the bimetallic catalysts supported on titania showed a higher catalytic activity respect to the monometallic catalysts. The process for the production of 2,5-bishydroxymethyl furan (BHMF) was also optimized by means the 5-hydroxymethylfurfural hydrogenation using the Shvo complex. Complete conversion of HMF was achieved working at 90 °C and 10 bar of hydrogen. The complex was found to be re-usable for at least three catalytic cycles without suffering any type of deactivation. Finally, the hydrogenation of furfural and HMF was carried out, developing the process of hydrogen transfer by using MgO as a catalyst and methanol as a hydrogen donor. Quantitative yields to alcohols have been achieved in a few hours working in mild condition: 160 °C and at autogenous pressure. The only by-products formed were light products such as CO, CO2 and CH4 (products derived from methanol transformation), easily separable from the reaction solution depressurizing the reactor.

Identification and dissolution behavior of the secondary uranium minerals in the corrosion products of Depleted Uranium (DU) ammunition formed in soils

In der vorliegenden Studie wurden verschiedene Techniken eingesetzt um drei Proben (4, 7, and 8) die aus denrnKorrosionsprodukten von aus dem Kosovo Krieg stammenden Munitionskugeln, bestehend aus abgereichertem Uranrn(Depleted Uranium - DU), zu untersuchen. Als erstes Verfahren wurde die Raman-Spektroskopie eingesetzt. Hierbeirnzeigte sichin den Proben, charakterisiert durch einen Doppelpeak, die Anwesenheit von Schoepitrn(UO2)8O2(OH)12(H2O)12. Der erste und zweite Peakzeigte sich im Spektralbereich von 840,3-842,5 cm-1rnbeziehungsweise 853,6-855,8 cm-1. Diese Werte stimmen mit den Literaturwerten für Raman-Peaks für Schoepitrnüberein. Des Weiteren wurde bei dieser Untersuchungsmethode Becquerelite Ca(UO2)6O4(OH)6(H2O)8 mit einemrnPeak im Bereich zwischen 829 to 836 cm-1 gefunden. Aufgrund des Fehlens des Becquerelitespektrums in derrnSpektralbibliothek wurde eine in der Natur vorkommende Variante analysiert und deren Peak bei 829 cm-1 bestimmt,rnwas mit den Ergebnissen in den Proben korrespondiert. Mittels Röntgenbeugung (X-Ray Diffraction, XRD) zeigtenrnsich in allen Proben ähnliche Spektren. Das lässt darauf schließen, dass das pulverisierte Material in allen Probenrndas gleiche ist. Hierbei zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung mit Schoepit und/oder meta-rnSchoepit(UO2)8O2(OH)12(H2O)10, sowie Becquerelite. Weiterhin war weder Autunit, Sabugalit noch Uranylphosphatrnanwesend, was die Ergebnisse einer anderen Studie, durchgeführt an denselben Proben, wiederlegt. DiernAnwesenheit von P, C oder Ca im Probenmaterial konnte ausgeschlossen werden. Im Falle von Calciumkann diesrnmit der Anwesenheit von Uran erklärt werden, welches aufgrund seines Atomradius bevorzugt in Becquerelite (1:6)rneingebaut wird. Die beiden Hauptpeaks für Uran lagen im Falle von U 4f 7/2 bei 382.0 eV und im Falle von U 4f 5/2rnbei 392 eV. Diese Werte mit den Literaturwerten für Schoepit und meta-Schoepitüberein. Die Ergebnissernelektronenmikroskopischen Untersuchung zeigen U, O, Ca, Ti als dominante Komponenten in allen Messungen.rnElemente wie Si, Al, Fe, S, Na, und C wurden ebenfalls detektiert; allerdings kann nicht ausgeschlossen werden,rndass diese Elemente aus dem Boden in der unmittelbaren Umgebung der Munitionsgeschosse stammen. Gold wurdernebenfalls gemessen, was aber auf die Goldarmierung in den Probenaufbereitungsbehältern zurückgeführt werdenrnkann. Die Elektronenmikroskopie zeigte außerdem einige Stellen in denen elementares Uran und Bodenmineralernsowie sekundäre Uranminerale auftraten. Die Elementübersicht zeigt einen direkten Zusammenhang zwischen U andrnCa und gleichzeitig keine Korrelation zwischen U und Si, oder Mg. Auf der anderen Seite zeigte sich aber einrnZusammenhang zwischen Si und Al da beide Konstituenten von Bodenmineralen darstellen. Eine mit Hilfe derrnElektronenstrahlmikroanalyse durchgeführte quantitative Analyse zeigte den Massenanteil von Uran bei ca. 78 - 80%,rnwas mit den 78,2% and 79,47% für Becquerelite beziehungsweise Schoepit aufgrund ihrer Summenformelrnkorrespondiert. Zusätzlich zeigt sich für Calcium ein Massenanteil von 2% was mit dem Wert in Becquerelite (2.19%)rnrecht gut übereinstimmt. Der Massenanteil von Ti lag in einigen Fällen bei 0,77%, was auf eine noch nicht korrodierternDU-Legierung zurückzuführen ist. Ein Lösungsexperiment wurde weiterhin durchgeführt, wobei eine 0,01 M NaClO4-rnLösung zum Einsatz kam in der die verbliebene Probensubstanz der Korrosionsprodukte gelöst wurde;rnNatriumperchlorate wurde hierbei genutzt um die Ionenstärke bei 0,01 zu halten. Um Verunreinigungen durchrnatmosphärisches CO2 zu vermeiden wurden die im Versuch für die drei Hauptproben genutzten 15 Probenbehälterrnmit Stickstoffgas gespült. Eine Modelkalkulation für den beschriebenen Versuchsaufbau wurde mit Visual MINTEQrnv.3.0 für die mittels vorgenannten Analysemethoden beschriebenen Mineralphasen im pH-Bereich von 6 – 10 imrnFalle von Becquerelite, und Schoepit berechnet. Die modellierten Lösungskurven wurden unter An- und Abwesenheitrnvon atmosphärischem CO2 kalkuliert. Nach dem Ende des Lösungsexperiments (Dauer ca. 6 Monate) zeigten diernKonzentrationen des gelösten Urans, gemessen mittels ICP-OES, gute Übereinstimmung mit den modelliertenrnSchoepit und Becquerelite Kurven. Auf Grund des ähnlichen Löslichkeitverhaltens war es nicht möglich zwichen denrnbeiden Mineralen zu unterscheiden. Schoepit kontrolliert im sauren Bereich die Löslichkeit des Urans, währendrnbecquerelit im basichen am wenigsten gelöst wird. Des Weiteren bleibt festzuhalten, dass ein Anteil an CO2 in diernverschlossenen Probenbehälter eingedrungen ist, was sich mit der Vorhersage der Modeldaten deckt. Die Löslichkeitrnvon Uran in der Lösung als Funktion des pH-Wertes zeigte die niedrigsten Konzentrationen im Falle einer Zunahmerndes pH-Wertes von 5 auf 7 (ungefähr 5,1 x 10-6 mol/l) und einer Zunahme des pH-Wertes auf 8 (ungefähr 1,5 x 10-6rnmol/l bei). Oberhalb dieses Bereichs resultiert jeder weitere Anstieg des pH-Wertes in einer Zunahme gelösten Uransrnin der Lösung. Der ph-Wert der Lösung wie auch deren pCO2-Wert kontrollieren hier die Menge des gelösten Urans.rnAuf der anderen Seite zeigten im Falle von Becquerelite die Ca-Konzentrationen höhere Werte als erwartet, wobeirnwahrscheinlich auf eine Vermischung der Proben mit Bodensubstanz zurückgeführt werden kann. Abschließendrnwurde, unter Berücksichtigung der oben genannten Ergebnisse, eine Fallstudie aus Basrah (Irak) diskutiert, wo inrnzwei militärischen Konflikten Uranmunition in zwei Regionen unter verschiedenen Umweltbedingungen eingesetztrnwurden.