Speziation von Neptunium bei der Migration in Tongestein

Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen eines Stipendiums des interdisziplinärenrnGraduiertenkollegs 826 „Spurenanalytik von Elementspezies: Methodenentwicklung und Anwendungen“, gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und das Land Rheinland-Pfalz, angefertigt. Dabei sollten neue Erkenntnisse über die Wechselwirkung zwischen Neptunium und natürlichem Tongestein mit Hinblick auf die Endlagerung wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle in einem geologischen Tiefenlager gewonnen werden. Auf Grund seiner langen Halbwertszeit von mehr als zwei Millionen Jahren wird Np-237 einen signifikanten Anteil an der Radiotoxizität dieser Abfälle nach Lagerzeiten von mehr als 1000 Jahren haben. Np tritt in Lösung unter umweltrelevanten Bedingungen in den Oxidationsstufen +IV und +V auf. Auf Grund der guten Löslichkeit und daher höheren Mobilität ist Np(V) als die gefährlichere Spezies einzustufen. In den Migrationsstudien wurdernOpalinuston (OPA) aus Mont Terri, Schweiz, als natürliches Referenzmaterial verwendet. Der Fokus dieser Arbeit lag dabei auf der Speziation von Np an der Mineraloberfläche mittels synchrotronbasierter Röntgenabsorptionsspektroskopie (EXAFS/XANES).rnDie Wechselwirkung zwischen Np(V) und OPA wurde zunächst in Batch- und Diffusionsexperimenten in Abhängigkeit verschiedener experimenteller Parameter (u.a. pH, Temperatur, Hintergrundelektrolyt, Einfluss von Huminsäure, Konkurrenz mit U(VI), aerobe/anaerobe Bedingungen) untersucht. Die Untersuchung der Np-Speziation erfolgt zum einen an Pulverproben aus Batch-Experimenten unter aeroben und anaeroben Bedingungen, welche mittels EXAFS-Spektroskopie untersucht wurden. Zum anderen wurden ortsaufgelöste μ-XANES-Messungen an Np-Anreicherungen auf OPA-Dünnschliffen und in Diffusionsproben durchgeführt. Durch Kombination der Spektroskopie mit μ-Rötngenfluoreszenzmapping (XRF) und μ-Röntgenbeugung (XRD) konnten zudem Erkenntnisse über die Elementverteilung von Np und anderen im Opalinuston enthaltenen Elementen sowie über kristalline Mineralphasen im Umfeld von Bereichen erhöhter Np-Konzentration erhalten werden.rnSowohl Sorptionsexperimente als auch die spektroskopischen Untersuchungen zeigten eine teilweise Reduktion von Np(V) zu Np(IV) bei der Wechselwirkung mit OPA. Dabei konnte Pyrit als eine der redoxaktiven Phasen identifiziert werden. In diesem Zusammenhang ist die Bildung schwerlöslicher Np(IV)-Spezies mit Hinblick auf die Endlagerung positiv zu bewerten.

Chemical transformations of the pyrene K-region for functional materials

In dieser Arbeit wurde eine neue Methode zur asymmetrischen Substitution der K-Regionen von Pyren entwickelt, auf welcher das Design und die Synthese von neuartigen, Pyren-basierten funktionalen Materialien beruht. Eine Vielzahl von Substitutionsmustern konnte erfolgreich realisiert werden um die Eigenschaften entsprechend dem Verwendungszweck anzupassen. Der polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoff (PAK) Pyren setzt sich aus vier Benzolringen in Form einer planaren Raute mit zwei gegenüberliegenden K-Regionen zusammen. Der synthetische Schlüsselschritt dieser Arbeit ist die chemische Transformation der einen K-Region zu einem α-Diketon und der darauffolgenden selektiven Bromierung der zweiten K-Region. Dieser asymmetrisch funktionalisierte Baustein zeichnet sich durch zwei funktionelle Gruppen mit orthogonaler Reaktivität aus und erweitert dadurch das Arsenal der etablierten Pyren Chemie um eine vielseitig einsetzbare Methode. Aufbauend auf diesem synthetischen Zugang wurden fünf wesentliche Konzepte auf dem Weg zu neuen, von Pyren abgeleiteten Materialen verfolgt: (i) Asymmterische Substitution mit elektronenziehenden versus -schiebenden Gruppen. (ii) Darstellung von Pyrenocyaninen durch Anbindung von Pyren mit einer der K-Regionen an das Phthalocyanin Gerüst zur Ausdehnung des π-Systems. (iii) Einführung von Thiophen an die K-Region um halbleitende Eigenschaften zu erhalten. (iv) Symmetrische Annullierung von PAKs wie Benzodithiophen und Phenanthren an beide K Regionen für cove-reiche und dadurch nicht-planare Strukturen. (v) Verwendung des K-Region-funktionalisierten Pyrens als Synthesebaustein für das Peri-Pentacen. Neben der Synthese wurde die Selbstorganisation in der Festphase und an der flüssig/fest Grenzfläche mittels zweidimensionaler Weitwinkel-Röntgenstreuung (2D WAXS) bzw. Rastertunnelmikroskopie (STM) untersucht. Die halbleitenden Eigenschaften wurden in organischen Feld-Effekt Transistoren (OFETs) charakterisiert.

Solubility, diffusivity and permeability of gases in glassy polymers

Gas separation membranes of high CO2 permeability and selectivity have great potential in both natural gas sweetening and carbon dioxide capture. Many modified PIM membranes results permselectivity above Robinson upper bound. The big problem that should be solved for these polymers to be commercialized is their aging through time. In high glassy polymeric membrane such as PIM-1 and its modifications, solubility selectivity has more contribution towards permselectivity than diffusivity selectivity. So in this thesis work pure and mixed gas sorption behavior of carbon dioxide and methane in three PIM-based membranes (PIM-1, TZPIM-1 and AO-PIM-1) and Polynonene membrane is rigorously studied. Sorption experiment is performed at different temperatures and molar fraction. Sorption isotherms found from the experiment shows that there is a decrease of solubility as the temperature of the experiment increases for both gases in all polymers. There is also a decrease of solubility due to the presence of the other gas in the system in the mixed gas experiments due to competitive sorption effect. Variation of solubility is more visible in methane sorption than carbon dioxide, which will make the mixed gas solubility selectivity higher than that of pure gas solubility selectivity. Modeling of the system using NELF and Dual mode sorption model estimates the experimental results correctly Sorption of gases in heat treated and untreated membranes show that the sorption isotherms don’t vary due to the application of heat treatment for both carbon dioxide and methane. But there is decrease in the diffusivity coefficient and permeability of pure gases due to heat treatment. Both diffusivity coefficient and permeability decreases with increasing of heat treatment temperature. Diffusivity coefficient calculated from transient sorption experiment and steady state permeability experiment is also compared in this thesis work. The results reveal that transient diffusivity coefficient is higher than steady state diffusivity selectivity.

Elementspeziation von Neptunium im Ultraspurenbereich

In der vorliegenden Arbeit wurde der Nachweis des Isotops Np-237 mit Resonanzionisations-Massenspektrometrie (RIMS) entwickelt und optimiert. Bei RIMS werden Probenatome mehrstufig-resonant mit Laserstrahlung angeregt, ionisiert und anschließend massenspektrometrisch nachgewiesen. Die Bestimmung geeigneter Energiezustände für die Anregung und Ionisation von Np-237 erfolgte durch Resonanzionisationsspektroskopie (RIS), wobei über 300 bisher unbekannte Energieniveaus und autoionisierende Zustände von Np-237 identifiziert wurden. Mit in-source-RIMS wird für das Isotop eine Nachweisgrenze von 9E+5 Atome erreicht. rnrnDie Mobilität von Np in der Umwelt hängt stark von seiner Elementspeziation ab. Für Sicherheitsanalysen potentieller Endlagerstandorte werden daher Methoden benötigt, die Aussagen über die unter verschiedenen Bedingungen vorliegenden Neptuniumspezies ermöglichen. Hierzu wurde eine online-Kopplung aus Kapillarelektrophorese (CE) und ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry) genutzt, mit der die Np-Redoxspezies Np(IV) und Np(V) noch bei einer Konzentrationen von 1E-9 mol/L selektiv nachgewiesen werden können. Das Verfahren wurde eingesetzt, um die Wechselwirkung des Elements mit Opalinuston unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen. Dabei konnte gezeigt werden, dass bei Gegenwart von Fe(II) Np(V) zu Np(IV) reduziert wird und dieses am Tongestein sorbiert. Dies führt insgesamt zu einer deutlich erhöhten Sorption des Np am Ton.

Organic lasing: correlation between molecular structure, optical and optoelectronic properties

In this thesis mainly two alternating indenofluorene-phenanthrene copolymers were investigated with a variety of spectroscopic and optoelectronic experiments. The different experimental techniques allowed to retrieve deeper insights into their unique optical as well as optoelectronic properties. The motivation of the research presented in this work was to correlate their photophysical properties with respect to their application in electrically pumped lasing. This thesis begins with the description of optical properties studied by classical absorption and emission spectroscopy and successively describes an overall picture regarding their excited state dynamics occurring after photoexcitation studied by time-resolved spectroscopy. The different spectroscopic methods do not only allow to elucidate the different optical transitions occurring in this class of materials, but also contribute to a better understanding of exciton dynamics and exciton interaction with respect to the molecular structure as well as aggregation and photooxidation of the polymers. Furthermore, the stimulated emission properties were analyzed by amplified spontaneous emission (ASE) experiments. Especially one of the investigated materials, called BLUE-1, showed outstanding optical properties including a high optical gain, a low threshold for ASE and low optical losses. Apart from the optical experiments, the charge carrier mobility was measured with the time-of-flight technique and a comparably high hole mobility on the order of 1 x 10-² cm²/(Vs) was determined for BLUE-1 which makes this material promising for organic lasing. The impact of the high charge carrier mobility in this material class was further analyzed in different optoelectronic devices such as organic LEDs (OLEDs) and organic solar cells.

Biologisch aktive Sekundärmetabolite aus Pflanzen und Pilzen : Phenanthro-Alkaloide ; phytotoxische Dioxolanone

Als Phenanthro-Alkaloide wird eine kleine Gruppe von pentacyclischen, auf dem Phenanthren-Strukturmotiv basierenden Indolizidinen sowie Chinolizidinen bezeichnet. Von Letztgenannten sind bisher fünf, von den homologen Phenanthroindolizidinen mehr als sechzig natürliche Vertreter gefunden worden. Das wohl bekannteste Alkaloid in dieser Gruppe ist das Indolizidin-Alkaloid Tylophorin, das beispielsweise aus Tylophora indica (Apocynaceae, "Hundsgiftgewächse") gewonnen werden kann. Tylophorin und verwandte Derivate besitzen potente biologische und physiologische Wirkungen. So entfalten sie sowohl antiinflammatorische als auch antineoplastische Effekte (wirksam auch bei MDR-Tumorzelllinien, MDR = "multi drug resistant").rnrnDas Ziel der vorliegenden Arbeit war es, neue Methoden zur Herstellung von Phenanthro-Alkaloiden und deren Derivaten zu entwickeln. Ausgehend von (S)-Prolin konnten sowohl (S)-(+)-Tylophorin (>99% ee) als auch ein bisher noch nicht beschriebenes Derivat, das sich durch eine deutlich geringere Lichtempfindlichkeit im Vergleich zu Tylophorin aus¬zeichnet, in 33%-iger Gesamtausbeute über neun lineare Stufen, hergestellt werden. Die Synthese von (R)-(-)-Tylophorin gelang in analoger Weise aus (R)-Prolin in 21%-iger Ausbeute (93% ee). Der Einsatz von Schutzgruppen war nicht notwendig.rnDer Schlüsselschritt ist in beiden Fällen eine Cyclisierung an eine C=N-Doppelbindung über freie Radikale, die bei der Synthese des neuen Derivats hochstereoselektiv zur Bildung des (13aS,14S) Diastereomers führt. Die Synthese von 7-Methoxycryptopleurin gelang durch eine ähnliche Synthesestrategie. rnrnZur Herstellung von Cryptopleurin ist zunächst ein neuer Syntheseweg für 9-(Hydroxymethyl)-2,3,6-trimethoxyphenanthren entwickelt worden. Dieser führt über den Aufbau eines Biphenylsystems durch palladiumkatalysierte Kreuzkupplung, eine anschließende COREY-FUCHS-Transformation und als Schlüsselschritt über eine Gold-NHC-Komplex katalysierte 6-endo-dig-Cyclisierung zum entsprechenden Phenanthren. Diese Ringschlussreaktion verläuft in gewünschter Weise regioselektiv unter Bildung des 2,3,6-trimethoxysubstituierten Phenanthrens. Die Bil¬dung des regioisomeren 2,3,8-Trimethoxyphenanthrens wird nicht beobachtet. Der Alkohol wird dann in fünf linearen Stufen (34%) in das Xanthogenat überführt, aus dem sich durch eine zweistufige Reaktionssequenz, bestehend aus einer Radikal¬cyclisierung nach ZARD und einer Reduktion mit LiAlH4 das extrem lichtempfindliche und hochtoxische Alkaloid (R)-(-)-Cryptopleurin gewinnen ließ (50%).rnNachdem beide Enantiomere und das Racemat von Tylophorin synthetisiert worden waren und zum Vergleich bereit standen, wurde Tylophorin aus Tylophora indica extrahiert. rnDie Motivation rührte unter anderem daher, dass in der bisherigen Literatur Unstimmigkeiten über das in der Natur vorkommende Enantiomer des Tylophorins herrschten. Vor Beginn dieser Arbeit ging man davon aus, dass in T. indica nur (R)-(-)-Tylophorin vorkommt und für die Diskrepanzen zwischen den berichteten Drehwerten von, aus Pflanzenmaterial isolierten und des synthetisierten Naturstoffs, dessen Zersetzung vor oder während der Messung verantwortlich ist. Dieser Effekt kann zwar auch beobachtet werden, jedoch trägt er nur in geringem Maße zur Erniederigung des Drehwertes bei. Schließlich sind Proben von synthetisiertem Tylophorin in gleichem Maße von der schnell eintretenden Oxidation des Alkaloids betroffen. Aus dem Rohextrakt ist Tylophorin durch RP-HPLC isoliert worden. Anschließend wurde die Probe mittels chiraler HPLC/MS analysiert. Durch den Vergleich mit den bereit stehenden synthetischen Proben von (R)- und (S)-Tylophorin konnte in dieser Arbeit erstmals experimentell belegt werden, dass es sich bei (−)-Tylophorin aus T. indica um ein scalemisches Gemisch im Verhältnis von 56:44 (R:S) handelt.rnrnDas Ziel dieses Teilprojektes war die Entwicklung einer Synthese für den bisher noch nicht synthetisch hergestellten phytotoxischen Sekundärmetabolit (+)-Phenguignardiasäure. Isoliert wurde diese Verbindung aus Guignardia bidwellii, dem Erreger der Schwarzfäule der Weinrebe. Die absolute Konfiguration des quartären Stereozentrums war zu Beginn dieser Arbeit nicht bekannt. Ausgehend von (R)-Phenylmilchsäure und 3-Phenylprop-2-in-1-ol gelang die Synthese beider Enantiomere des Dioxolanons in acht linearen Stufen. Sie liefert den experimentellen Beweis (ECD, Polarimetrie) für die (S)-Konfiguration von natürlicher (+)-Phenguignardiasäure.rnrn

Migration von Technetium in natürlichem Tongestein

Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des Verbundprojektes „Rückhaltung endlagerrelevanter Radionuklide im natürlichen Tongestein und salinaren Systemen“ (Förderkennzeichen: 02E10981), welches durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert wurde, angefertigt. Ziel war es, erstmals Erkenntnisse zur Wechselwirkung zwischen dem Spaltprodukt Technetium und einem natürlichen Tongestein im Hinblick auf ein Endlager für wärmeentwickelnde radioaktive Abfälle zu erlangen. Hierfür wurde der in der Nordschweiz vorkommende Opalinuston aus Mont Terri als Referenzmaterial verwendet. Das Nuklid Technetium-99 liefert auf Grund seiner langen Halbwertszeit einen signifikanten Beitrag zur Radiotoxizität abgebrannter Brennelemente für mehr als tausend Jahre. Im Falle einer Freisetzung aus den Lagerbehältern wird die Geochemie des Technetiums von seiner Oxidationsstufe bestimmt, wobei lediglich die Oxidationsstufen +IV und +VII von Relevanz sind. Auf Grund seiner hohen Löslichkeit und geringen Affinität zur Sorption an Oberflächen von Mineralien ist Tc(VII) die mobilste und somit auch gefährlichste Spezies. Entsprechend lag der Fokus dieser Arbeit auf Diffusionsexperimenten dieser mobilen Spezies sowie auf dem Einfluss von Eisen(II) auf die Mobilität und die Speziation des Technetiums.rnDie Wechselwirkung zwischen Technetium und Opalinuston wurde in Sorptions- und Diffusionsexperimenten unter Variation verschiedener Parameter (pH-Wert, Zusatz verschiedener Reduktionsmittel, Einfluss von Sauerstoff, Diffusionsweg) untersucht. Im Zuge dieser Arbeit wurden erstmals ortsaufgelöste Untersuchungen zur Speziation des Technetiums an Dünnschliffen und Bohrkernen durchgeführt. Dabei konnten ergänzend zur Speziation auch Informationen über die Elementverteilung und die kristallinen Mineralphasen nahe lokaler Anreicherungen des Radionuklides gewonnen werden. Zusätzlich erlaubten Untersuchungen an Pulverproben die Bestimmung der molekularen Struktur des Technetiums an der Tonoberfläche.rnSowohl die Kombination der oben aufgeführten Sorptionsexperimente mit spektroskopischen Untersuchungen als auch die Diffusionsexperimente zeigten unter Sauerstoffausschluss eine Reduktion von Tc(VII) zu immobilen Tc(IV)-Spezies. Weiterhin konnte die Bildung eines Tc(IV)-Sorptionskomplexes an der Tonoberfläche gezeigt werden. Im Hinblick auf ein Endlager in Tongestein sind diese Ergebnisse positiv zu bewerten.

Relevance of In-vitro Tests of Adhesive and Composite Dental Materials. A Review in 3 Parts. Part 2: Non-standardized tests of composite materials

Summary The first part of this review examined ISO approval requirements and in vitro testing. In the second part, non-standardized test methods for composite materials are presented and discussed. Physical tests are primarily described. Analyses of surface gloss and alterations, as well as aging simulations of dental materials are presented. Again, the importance of laboratory tests in determining clinical outcomes is evaluated. Differences in the measurement protocols of the various testing institutes and how these differences can in?uence the results are also discussed. Because there is no standardization of test protocols, the values determined by different institutes cannot be directly compared. However, the ranking of the tested materials should be the same if a valid protocol is applied by different institutes. The modulus of elasticity, the expansion after water sorption, and the polishability of the material are all clinically relevant, whereas factors measured by other test protocols may have no clinical correlation. The handling properties of the materials are highly dependent on operators' preferences. Therefore, no standard values can be given.

Relevance of in vitro tests of adhesive and composite dental materials, a review in 3 parts. Part 1: Approval requirements and standardized testing of composite materials according to ISO specifications

The first part of this three-part review on the relevance of laboratory testing of composites and adhesives deals with approval requirements for composite materials. We compare the in vivo and in vitro literature data and discuss the relevance of in vitro analyses. The standardized ISO protocols are presented, with a focus on the evaluation of physical parameters. These tests all have a standardized protocol that describes the entire test set-up. The tests analyse flexural strength, depth of cure, susceptibility to ambient light, color stability, water sorption and solubility, and radiopacity. Some tests have a clinical correlation. A high flexural strength, for instance, decreases the risk of fractures of the marginal ridge in posterior restorations and incisal edge build-ups of restored anterior teeth. Other tests do not have a clinical correlation or the threshold values are too low, which results in an approval of materials that show inferior clinical properties (e.g., radiopacity). It is advantageous to know the test set-ups and the ideal threshold values to correctly interpret the material data. Overall, however, laboratory assessment alone cannot ensure the clinical success of a product.

Compressibility and Hydraulic Conductivity of Zeolite-Amended Soil-Bentonite Backfills

The effect of zeolite amendment for enhanced sorption capacity on the consolidation behavior and hydraulic conductivity, k, of a typical soil-bentonite (SB) backfill for vertical cutoff walls was evaluated via laboratory testing. The consolidation behavior and k of test specimens containing fine sand, 5.8 % (dry wt.) sodium bentonite, and 0, 2, 5, or 10 % (dry wt.) of one of three types of zeolite (clinoptilolite, chabazite-lower bed, or chabazite-upper bed) were measured using fixed-ring oedometers, and k also was measured on separate specimens using a flexible-wall permeameter. The results indicated that addition of a zeolite had little impact on either the consolidation behavior or the k of the backfill, regardless of the amount or type of zeolite. For example, the compression index, Cc, for the unamended backfill specimen was 0.24, whereas values of Cc for the zeolite amended specimens were in the range 0.19 ≤ Cc ≤ 0.23. Similarly, the k for the unamended specimen based on flexible-wall tests was 2.4 x 10-10 m/s, whereas values of k for zeolite amended specimens were in the range 1.2 x 10-10 ≤ k ≤ 3.9 x 10-10 m/s. The results of the study suggest that enhancing the sorption capacity of typical SB backfills via zeolite amendment is not likely to have a significant effect on the consolidation behavior or k of the backfill, provided that the amount of zeolite added is small (≤ 10 %).

Iodide interaction with natural pyrite

29I is one of the major dose-determining nuclides in the safety analysis of deep storage of radioactive waste. Iodine forms anionic species that hardly sorb on the surfaces of common host-rock minerals. Recently, interest has arisen on the role of pyrite, an accessory mineral capable of binding anionic selenium. Whereas the interaction of selenium with pyrite is well documented, corresponding results on iodine sorption are still scarce and controversial. Pyrite is present in argicilleous rocks which are being considered in many countries as potential host rocks for a radioactive waste repository. The uptake of iodide (I−) on natural pyrite was investigated under nearly anoxic conditions (O2 < 5 ppm) over a wide concentration range (10−11–10−3 M total I−) using 125I as the radioactive tracer. Weak but measurable sorption was observed; distribution coefficients (R d) were less than 0.002 m3 kg−1 and decreased with increasing total iodide concentration. Iodide sorption was connected to the presence of oxidized clusters on the pyrite surface, which were presumably formed by reaction with limited amounts of dissolved oxygen. The results obtained indicated that pyrite cannot be considered as an effective scavenger of 129I under the geochemical conditions prevailing in underground radioactive waste geologic storage.

Diffusion-driven transport in clayrock formations

Clay mineral-rich sedimentary formations are currently under investigation to evaluate their potential use as host formations for installation of deep underground disposal facilities for radioactive waste (e.g. Boom Clay (BE), Opalinus Clay (CH), Callovo-Oxfordian argillite (FR)). The ultimate safety of the corresponding repository concepts depends largely on the capacity of the host formation to limit the flux towards the biosphere of radionuclides (RN) contained in the waste to acceptably low levels. Data for diffusion-driven transfer in these formations shows extreme differences in the measured or modelled behaviour for various radionuclides, e. g. between halogen RN (Cl-36, I-129) and actinides (U-238,U-235, Np-237, Th-232, etc.), which result from major differences between RN of the effects on transport of two phenomena: diffusion and sorption. This paper describes recent research aimed at improving understanding of these two phenomena, focusing on the results of studies carried out during the EC Funmig IP on clayrocks from the above three formations and from the Boda formation (HU). Project results regarding phenomena governing water, cation and anion distribution and mobility in the pore volumes influenced by the negatively-charged surfaces of clay minerals show a convergence of the modelling results for behaviour at the molecular scale and descriptions based on electrical double layer models. Transport models exist which couple ion distribution relative to the clay-solution interface and differentiated diffusive characteristics. These codes are able to reproduce the main trends in behaviour observed experimentally, e.g. D-e(anion) < D-e(HTO) < D-e(cation) and D-e(anion) variations as a function of ionic strength and material density. These trends are also well-explained by models of transport through ideal porous matrices made up of a charged surface material. Experimental validation of these models is good as regards monovalent alkaline cations, in progress for divalent electrostatically-interacting cations (e.g. Sr2+) and still relatively poor for 'strongly sorbing', high K-d cations. Funmig results have clarified understanding of how clayrock mineral composition, and the corresponding organisation of mineral grain assemblages and their associated porosity, can affect mobile solute (anions, HTO) diffusion at different scales (mm to geological formation). In particular, advances made in the capacity to map clayrock mineral grain-porosity organisation at high resolution provide additional elements for understanding diffusion anisotropy and for relating diffusion characteristics measured at different scales. On the other hand, the results of studies focusing on evaluating the potential effects of heterogeneity on mobile species diffusion at the formation scale tend to show that there is a minimal effect when compared to a homogeneous property model. Finally, the results of a natural tracer-based study carried out on the Opalinus Clay formation increase confidence in the use of diffusion parameters measured on laboratory scale samples for predicting diffusion over geological time-space scales. Much effort was placed on improving understanding of coupled sorption-diffusion phenomena for sorbing cations in clayrocks. Results regarding sorption equilibrium in dispersed and compacted materials for weakly to moderately sorbing cations (Sr2+, Cs+, Co2+) tend to show that the same sorption model probably holds in both systems. It was not possible to demonstrate this for highly sorbing elements such as Eu(III) because of the extremely long times needed to reach equilibrium conditions, but there does not seem to be any clear reason why such elements should not have similar behaviour. Diffusion experiments carried out with Sr2+, Cs+ and Eu(III) on all of the clayrocks gave mixed results and tend to show that coupled diffusion-sorption migration is much more complex than expected, leading generally to greater mobility than that predicted by coupling a batch-determined K-d and Ficks law based on the diffusion behaviour of HTO. If the K-d measured on equivalent dispersed systems holds as was shown to be the case for Sr, Cs (and probably Co) for Opalinus Clay, these results indicate that these cations have a D-e value higher than HTO (up to a factor of 10 for Cs+). Results are as yet very limited for very moderate to strongly sorbing species (e.g. Co(II), Eu(III), Cu(II)) because of their very slow transfer characteristics. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Bioremediation with White-Rot Fungi at Fisherville Mill: Analyses of Gene Expression and Number 6 Fuel Oil Degradation

Extracellular enzymes that white-rot fungi secrete during lignin decay have been proposed as promising agents for oxidizing pollutants. We investigated the abilities of the white-rot fungi Punctularia strigosozonata, Irpex lacteus, Trichaptum biforme, Phlebia radiata, Trametes versicolor, and Pleurotus ostreatus to degrade Number 6 fuel oil in wood sawdust cultures. Our goals are to advise bioremediation efforts at a brownfield redevelopment site on the Blackstone River in Grafton, Massachusetts and to contribute to the understanding of decay mechanisms in white-rot fungi. All species tested degraded a C10 alkane. When cultivated for 6 months, Irpex lacteus, T. biforme, P. radiata, T. versicolor and P. ostreatus also degraded a C14 alkane and the polycyclic aromatic hydrocarbon phenanthrene. Gene expression analyses of P. strigosozonata indicate differential gene expression in the presence of Number 6 oil and on pine and aspen sawdust.

Hydrogeochemical controls on uranium in aquifers of the Jacobsville Sandstone

The occurrence of elevated uranium (U) in sandstone aquifers was investigated in the Upper Peninsula of Michigan, focusing on aquifers of the Jacobsville Sandstone. The hydrogeochemical controls on groundwater U concentrations were characterized using a combination of water sampling and spectral gamma-ray logging of sandstone cliffs and residential water wells. 235U/238U isotope ratios were consistent with naturally occurring U. Approximately 25% of the 270 wells tested had U concentrations above the U.S. Environmental Protection Agency Maximum Contaminant Level (MCL) of 30 μg/L, with elevated U generally occurring in localized clusters. Water wells were logged to determine whether groundwater U anomalies could be explained by the heterogeneous distribution of U in the sandstone. Not all wells with relative U enrichment in the sandstone produced water with U above the MCL, indicating that the effect of U enrichment in the sandstone may be modified by other hydrogeochemical factors. Well water had high redox, indicating U is in its highly soluble (VI) valence. Equilibrium modeling indicated that aqueous U is complexed with carbonates. In general, wells with elevated U concentrations had low 235U/238U activity ratios. However, in some areas U concentrations and 235U/238U activity ratios were simultaneously high, possibly indicating differences in rock-water interactions. Limited groundwater age dating suggested that residence time may also help explain variations in well water U concentrations. Low levels of U enrichment (4 to 30 ppm) in the Jacobsville sandstone may make wells in its oxidized aquifers at risk for U concentrations above the MCL. On average, U concentrations were highest in heavy mineral and clay layers and rip up conglomerates. Uranium concentrations above 4 ppm also occurred in siltstones, sandstones and conglomerates. Uranium enrichment was likely controlled by deposition processes, sorption to clays, and groundwater flow, which was controlled by permeability variations in the sandstone. Low levels of U enrichment were found at deltaic, lacustrine and alluvial fan deposits and were not isolated to specific depositional environments.

Simulating dioxane transport in a heterogeneous glacial aquifer system (Washtenaw County, Michigan) using publicly available models and data

The primary challenge in groundwater and contaminant transport modeling is obtaining the data needed for constructing, calibrating and testing the models. Large amounts of data are necessary for describing the hydrostratigraphy in areas with complex geology. Increasingly states are making spatial data available that can be used for input to groundwater flow models. The appropriateness of this data for large-scale flow systems has not been tested. This study focuses on modeling a plume of 1,4-dioxane in a heterogeneous aquifer system in Scio Township, Washtenaw County, Michigan. The analysis consisted of: (1) characterization of hydrogeology of the area and construction of a conceptual model based on publicly available spatial data, (2) development and calibration of a regional flow model for the site, (3) conversion of the regional model to a more highly resolved local model, (4) simulation of the dioxane plume, and (5) evaluation of the model's ability to simulate field data and estimation of the possible dioxane sources and subsequent migration until maximum concentrations are at or below the Michigan Department of Environmental Quality's residential cleanup standard for groundwater (85 ppb). MODFLOW-2000 and MT3D programs were utilized to simulate the groundwater flow and the development and movement of the 1, 4-dioxane plume, respectively. MODFLOW simulates transient groundwater flow in a quasi-3-dimensional sense, subject to a variety of boundary conditions that can simulate recharge, pumping, and surface-/groundwater interactions. MT3D simulates solute advection with groundwater flow (using the flow solution from MODFLOW), dispersion, source/sink mixing, and chemical reaction of contaminants. This modeling approach was successful at simulating the groundwater flows by calibrating recharge and hydraulic conductivities. The plume transport was adequately simulated using literature dispersivity and sorption coefficients, although the plume geometries were not well constrained.