Physico-chemical properties of sol-gel synthesized titanosilicates for the uptake of radionuclides from aqueous solutions

Harnessing the power of nuclear reactions has brought huge benefits in terms of nuclear energy, medicine and defence as well as risks including the management of nuclear wastes. One of the main issues for radioactive waste management is liquid radioactive waste (LRW). Different methods have been applied to remediate LRW, thereunder ion exchange and adsorption. Comparative studies have demonstrated that Na2Ti2O3SiO4·2H2O titanosilicate sorption materials are the most promising in terms of Cs+ and Sr2+ retention from LRW. Therefore these TiSi materials became the object of this study. The recently developed in Ukraine sol-gel method of synthesizing these materials was chosen among the other reported approaches since it allows obtaining the TiSi materials in the form of particles with size ≥ 4mm. utilizing inexpensive and bulk stable inorganic precursors and yielded the materials with desirable properties by alteration of the comparatively mild synthesis conditions. The main aim of this study was to investigate the physico-chemical properties of sol-gel synthesized titanosilicates for radionuclide uptake from aqueous solutions. The effect of synthesis conditions on the structural and sorption parameters of TiSi xerogels was planned to determine in order to obtain a highly efficient sorption material. The ability of the obtained TiSis to retain Cs+, Sr2+ and other potentially toxic metal cations from the synthetic and real aqueous solutions was intended to assess. To our expectations, abovementioned studies will illustrate the efficiency and profitability of the chosen synthesis approach, synthesis conditions and the obtained materials. X-ray diffraction, low temperature adsorption/desorption surface area analysis, X-ray photoelectron spectroscopy, infrared spectroscopy and scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy was used for xerogels characterization. The sorption capability of the synthesized TiSi gels was studied as a function of pH, adsorbent mass, initial concentration of target ion, contact time, temperature, composition and concentration of the background solution. It was found that the applied sol-gel approach yielded materials with a poorly crystalline sodium titanosilicate structure under relatively mild synthesis conditions. The temperature of HTT has the strongest influence on the structure of the materials and consequently was concluded to be the control factor for the preparation of gels with the desired properties. The obtained materials proved to be effective and selective for both Sr2+ and Cs+ decontamination from synthetic and real aqueous solutions like drinking, ground, sea and mine waters, blood plasma and liquid radioactive wastes.

The perpetual care of high-level radioactive liquid wastes in New York State; a Technological and cost study,

This work performed under contract C-16348 for the New York State Office of Atomic Development.

Genotoxicity in humans and indicator species exposed to uranium wastes

Os riscos dos resíduos provenientes da extração do urânio estão associados ao seu conteúdo em metais e radionuclídeos, o que levanta preocupações às autoridades governamentais e à população em geral. As populações humanas e outras espécies animais que vivem em zonas de exploração de urânio poderão estar expostas à radiação através de resíduos e poeiras radioactivase também através de água e alimentos contaminados. A determinação dos riscos deste tipo de contaminantes é feita, principalmente, através da análise química de amostras ambientais, dando-se menos importância à determinação de efeitos biológicos. A determinação de efeitos biológicos causados pela exposição a poluentes, tem-se revelado muito importante para uma avaliação da qualidade ambiental, de modo a providenciar indicações acerca dos efeitos negativos nos seres vivos e também para complementar a informação dada pelas análises químicas de amostras ambientais. Este facto levou ao estabelecimento de biomarcadores, que consistem em respostas biológicas adversas que são específicas de uma exposição a toxinas ambientais, para serem usadas como ferramentas de avaliação da qualidade ambiental. Neste trabalho foram analisadas respostas a nível molecular e celular, em minhocas, ratinhos do campo e humanos, a fim de determinar o risco químico e radiológico dos resíduos provenientes da mina de urânio da Cunha Baixa. Este trabalho teve também como objectivo a clarificação das respostas subjacentes à exposição a metais e radionuclídeos, a fim de permitir o desenvolvimento de potenciais novos biomarcadores moleculares. Durante este trabalho foram efectuados ensaios com minhocas, em que estas foram expostas durante 56 dias a solo contaminado proveniente da mina de urânio da Cunha Baixa, em laboratório e in situ. Durante a exposição foram analisados vários parâmetros, como o crescimento, reprodução, bioacumulação de metais e radionuclídeos, histopatologia, danos no DNA, citotoxicidade e perfil de expressão genética. Para além disso, foram amostrados ratinhos do campo na mina de urânio da Cunha Baixa e numa área de referência para determinação de danos no DNA, níveis de expressão e mutações em genes supressores de tumores e também bioacumulação de metais. Por fim, foram recolhidas amostras de sangue em voluntários saudáveis pertencentes à população da aldeia da Cunha Baixa, para determinação de danos no DNA, imunofenotipagem e quantificação de metais no sangue. Os resultados revelaram que as minhocas assim como os ratinhos do campo foram negativamente afetados pela exposição aos resíduos mineiros em todos os níveis de organização biológica aqui analisados, o que faz destes organismos bons indicadores para a determinação do risco destas áreas contaminadas, evidenciando o potencial risco da exposição a estes contaminantes. Para além disso, o estudo feito à população da Cunha Baixa revelou danos no ADN e diminuição de populações importantes de células imunitárias (nomeadamente linfócitos T e NK), o que poderá resultar da exposição aos resíduos da mina, tornando as pessoas mais susceptíveis ao desenvolvimento de processos de carcinogénese. O presente estudo contribuiu significativamente para a caracterização dos riscos da exposição a resíduos provenientes de minas de urânio abandonadas, evidenciando os seus efeitos negativos a nível molecular e celular, que potencialmente poderão causar instabilidade genómica e aumentar o risco de desenvolvimento de doenças genéticas.

Naturally occurring radioactive material (NORM) from a former phosphoric acid processing plant

In recent years there has been an increasing awareness of the radiological impact of non-nuclear industries that extract and/or process ores and minerals containing naturally occurring radioactive material (NORM). These industrial activities may result in significant radioactive contamination of (by-) products, wastes and plant installations. In this study, scale samples were collected from a decommissioned phosphoric acid processing plant. To determine the nature and concentration of NORM retained in pipe-work and associated process plant, four main areas of the site were investigated: (1) the 'Green Acid Plant', where crude acid was concentrated; (2) the green acid storage tanks; (3) the Purified White Acid (PWA) plant, where inorganic impurities were removed; and (4) the solid waste, disposed of on-site as landfill. The scale samples predominantly comprise the following: fluorides (e.g. ralstonite); calcium sulphate (e.g. gypsum); and an assemblage of mixed fluorides and phosphates (e.g. iron fluoride hydrate, calcium phosphate), respectively. The radioactive inventory is dominated by U-238 and its decay chain products, and significant fractionation along the series occurs. Compared to the feedstock ore, elevated concentrations (<= 8.8 Bq/g) of U-238 Were found to be retained in installations where the process stream was rich in fluorides and phosphates. In addition, enriched levels (<= 11 Bq/g) of Ra-226 were found in association with precipitates of calcium sulphate. Water extraction tests indicate that many of the scales and waste contain significantly soluble materials and readily release radioactivity into solution. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Radionuclide concentrations in raw and purified phosphoric acids from Brazil and their processing wastes: implications for radiation exposures

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

Problems of ground disposal of nuclear wastes /

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