Mineralcomposition of beach sediments from the area "Fähre Großenbrode-Kliff Wulfen" on Fehmarn

Um die Insel Fehmarn und an der Nordküste Wagriens wurden rund 2500 Strand-, Flachwasser- und Seesandproben zum Erkennen der Materialtransportwege sedimentpetrographisch untersucht. Für die Schwermineralbestimmung wurde hauptsächlich die Fraktion 0,2-0,1 mm herangezogen, da diese für die vorliegenden Sedimente charakteristisch ist. Da die Mineralzusammensetzung der Sedimente im gesamten Untersuchungsgebiet gleich ist, also nirgends örtlich sog. Leitminerale zugeführt werden, wurden bei der Auswertung der Analysenergebnisse die hydrographischen Verhältnisse der westlichen Ostsee und die Abhängigkeit des Sedimentes von der Kraft des bewegten Meerwassers beachtet. Bezüglich der Abhängigkeit des transportierten Materials von der Wasserkraft werden drei voneinander abweichende Systeme, nämlich der Strand, die Brandungszone und das tiefere Wassergebiet, erkannt. Am Strand ist die angewandte Untersuchungsmethode sowohl an langgestreckten Küsten als auch in stark untergliederten Ufergebieten zum Erkennen der Sandwanderbahnen geeignet. Erosion und Neuzuführung von Material auf dem Transportwege zeigen das gleiche mineralische Bild, und eine Entscheidung, welcher dieser beiden Fälle tatsächlich vorliegt, kann nur im Gelände getroffen werden. Die Korngrößenanalyse allein ist zur Beantwortung vorliegender Fragestellungen nicht brauchbar, weil durch gegebene hydrographische Bedingungen die Korngröße in Transportrichtung sowohl abnehmen als auch zunehmen kann. In Strandgebieten mit veränderter natürlicher Beschaffenheit der Sedimente und an Küsten mit ausgedehnten vorgelagerten materialliefernden Abrasionsflächen ist die Grenze der Methode aufgezeigt. Höfte, Haken und Sandinseln zeigen jeweils typische mineralische Zusammensetzungen ihres Strandes, aus welchen die Entstehung der betreffenden Anlandungsformen abgeleitet werden kann. Quer über die Brandungszone weisen die Sedimente auf engem Raum wechselnde Mineralzusammensetzung auf, aus der auf die örtlichen hydrographischen Verhältnisse geschlossen werden kann. Zum Vergleich sedimentpetrographischer Ergebniswerte sind nur Sande, die unter gleichen Ablagerungsbedingungen entstanden sind, geeignet. Zum Erkennen der Materialwanderwege wurden entweder Sandproben von den Riffkämmen oder aus den Rinnen zwischen zwei Sandanhäufungszonen untersucht. In beiden Fällen wurden die Transportrichtungen erkannt. In Gebieten, in denen die Strandsanduntersuchungen negativ verliefen, ließen die Riffsandproben Schlüsse auf die Materialschüttungsrichtungen zu. An exponierten Küsten mit mehreren wirksamen Windrichtungen darf jedoch nicht von dem einen auf das andere Wandersystem geschlossen werden. Eine Umkehr der Materialvertriftung zwischen Flachwasser und Strand kann vorliegen. Im tieferen Wasser ist es möglich, mit gleicher Methode unter Berücksichtigung der Morphologie des Meeresgrundes die Materialschüttungsrichtung zu erkennen. Zur Sedimentuntersuchung auf Linienprofilen sind nur Proben gleicher Wassertiefe geeignet; die Sonderung des Materials nach der Tiefe muß beachtet werden. Aus den ermittelten sedimentpetrographischen Werten lassen sich eine Reihe von Beziehungen ablesen, die zur Deutung der Mineralgesellschaft und für die Auswertung der Untersuchungsergebnisse herangezogen werden können. Als regionales Ergebnis der vorstehenden Untersuchung kann eine Karte der Küsten Fehmarns und Nordoldenburgs vorgelegt werden, in der die Sandwanderungswege am Strand, in der Flachwasserzone und in den daran anschließenden tieferen Wassergebieten dargestellt sind.

(Table II, page 668-669) Distribution of elements between minerals soluble in 1M Hydroxylamine hydrochloride (Reducible); in 1m HCL (Acid-soluble) and in the insoluble residue of manganese nodules

Attempts to classify pelagic sediments have been based either on appearance and composition, or on the ultimate origin of the components. In particular it appears feasible to distinguish minerals which crystallized in sea-water from those which formed in magmas, in hydrothermal solution, or by weathering under acidic conditions. It is the case of iron and manganese oxide mineral aggregates which constitute one of the major types of rock encountered on the ocean floor; according to Menard (unpublished) about 10% of the pelagic area of the Pacific is covered by such nodules. The nodules consist of intimately intergrown crystallites of different minerals among those identified, besides detrital minerals and organic matter, are opal, goethite, rutile, anatase, barite, nontronite, and at least three manganese oxide minerals of major importance. Arrhenius and Korkisch (1959) have attempted to separate from each other the different minerals constituting the nodules, in order to establish the details of their structure and the localization of the heavy metal ions. The results demonstrate (Table II) that copper and nickel are concentrated in the manganese oxide phases concentrated in the reducible fraction. Cobalt, part of the nickel and most of the chromium are distributed between these and the acid-soluble group of the non-manganese minerals, dominated by goethite and disordered FeOOH.

Distribution of heavy minerals in sediment cores from the Laptev Sea continental margin and the central Arctic Ocean

Focussing on heavy-mineral associations in the Laptev-Sea continental margin area and the eastern Arctic Ocean, 129 surface sediment samples, two short and four long gravity cores have been studied. By means of the accessory components, heavy-mineral associations of surface sediment samples from the Laptev-See continental slope allowed the distinction into two different mineralogical provinces, each influenced by fluvial input of the Siberian river Systems. Transport pathways via sea ice from the shallow shelf areas into the Arctic Ocean up to the final ablation areas of the Fram Strait can be reconstructed by heavy-mineral data of surface sediments from the central Arctic Ocean. The shallow shelf of the Laptev Sea seems to be the most important source area for terrigenous material, as indicated by the abundant occurence of amphiboles and clinopyroxenes. Underneath the mixing Zone of the two dominating surface circulation Systems, the Beaufort- Gyre and Transpolar-Drift system, the imprint of the Amerasian shelf regions up to the Fram Strait is detectable because of a characteristical heavy-mineral association dominated by detrital carbonate and opaque minerals. Based On heavy-mineral characteristics of the potential circum-Arctic source areas, sea-ice drift, origin and distribution of ice-rafted material can be reconstructed during the past climatic cycles. Different factors controlling the transport of terrigenous material into the Arctic Ocean. The entrainment of particulate matter is triggered by the sea level, which flooded during highs and lows different regions resulting in the incorporation of sediment from different source areas into the sea ice. Additionally, the fluvial input even at low stands of sea level is responsible for the delivery of material of distinct sources for entrainment into the sea ice. Glacials and interglacials of climate cycles of the last 780 000 years left a characteristical signal in the central Arctic Ocean sediments caused by the ice- rafted material from different sources in the circum-Arctic regions and its change through time. Changes in the heavy-mineral association from an amphibole-dominated into a garnet-epidote-assemblage can be related to climate-related changes in source areas and directions of geostrophic winds, the dominating drive of the sea-ice drift. During Marine Isotope Stage (MIS) 6, the central Arctic Ocean is marked by an heavy-mineral signal, which occurs in recent sediments of the eastern Kara Sea. Its characteristics are high amounts of epidote, garnet and apatite. On the other hand, during the Same time interval a continuous record of Laptev Sea sediments is documented with high contents of amphiboles on the Lomonosov Ridge near the Laptev Sea continental slope. A nearly similar Pattern was detected in MIS 5 and 4. Small-scale glaciations in the Putorana-mountains and the Anabar-shield may have caused changes in the drainage area of the rivers and therefore a change in fluvial input. During MIS 3, the heavy-mineral association of central Arctic sediments show similar patterns than the Holocene mineral assemblage which consists of amphiboles, ortho- and clinopyroxenes with a Laptev Sea source. These minerals are indicating a stable Transpolar-Drift system similar to recent conditions. An extended influence of the Beaufort Gyre is only recognized, when sediment material from the Amerasian shelf areas reached the core location PS2757-718 during Termination Ib. Based On heavy-mineral data from Laptev-Sea continental slope Core PS2458-4 the paleo-sea-ice drift in the Laptev Sea during 14.000 years was reconstructed. During Holocene sea-level rise, the bathymetrically deeper parts of the Western shelf were flooded first. At the beginning of the Atlantic stage, nearly the entire shelf was marine influenced by fully marine conditions and the recent surface circulation was established.

Synthèse de titanates de lithium nanostructurés par plasma inductif pour les batteries lithium-ion

Le marché des accumulateurs lithium-ion est en expansion. Cette croissance repose partiellement sur la multiplication des niches d’utilisation et l’amélioration constante de leurs performances. En raison de leur durabilité exceptionnelle, de leur faible coût, de leur haute densité de puissance et de leur fiabilité, les anodes basées sur les titanates de lithium, et plus particulièrement le spinelle Li4Ti5O12, présentent une alternative d’intérêt aux matériaux classiques d’anodes en carbone pour de multiples applications. Leur utilisation sous forme de nanomatériaux permet d’augmenter significativement la puissance disponible par unité de poids. Ces nanomatériaux ne sont typiquement pas contraints dans une direction particulière (nanofils, nanoplaquettes), car ces formes impliquent une tension de surface plus importante et requièrent donc généralement un mécanisme de synthèse dédié. Or, ces nanostructures permettent des réductions supplémentaires dans les dimensions caractéristiques de diffusion et de conduction, maximisant ainsi la puissance disponible, tout en affectant les propriétés habituellement intrinsèques des matériaux. Par ailleurs, les réacteurs continus reposant sur la technologie du plasma thermique inductif constituent une voie de synthèse démontrée afin de générer des volumes importants de matériaux nanostructurés. Il s’avère donc pertinent d’évaluer leur potentiel dans la production de titanates de lithium nanostructurés. La pureté des titanates de lithium est difficile à jauger. Les techniques de quantification habituelles reposent sur la fluorescence ou la diffraction en rayons X, auxquelles le lithium élémentaire se prête peu ou pas. Afin de quantifier les nombreuses phases (Li4Ti5O12, Li2Ti3O7, Li2TiO3, TiO2, Li2CO3) identifiées dans les échantillons produits par plasma, un raffinement de Rietveld fut développé et validé. La présence de γ-Li2TiO3 fut identifiée, et la calorimétrie en balayage différentiel fut explorée comme outil permettant d’identifier et de quantifier la présence de β-Li2TiO3. Différentes proportions entre les phases produites et différents types de morphologies furent observés en fonction des conditions d’opération du plasma. Ainsi, des conditions de trempe réductrice et d’ensemencement en Li4Ti5O12 nanométrique semblent favoriser l’émergence de nanomorphologies en nanofils (associés à Li4Ti5O12) et en nanoplaquette (associées à Li2TiO3). De plus, l’ensemencement et les recuits augmentèrent significativement le rendement en la phase spinelle Li4Ti5O12 recherchée. Les recuits sur les poudres synthétisées par plasma indiquèrent que la décomposition du Li2Ti3O7 produit du Li4Ti5O12, du Li2TiO3 et du TiO2 (rutile). Afin d’approfondir l’investigation de ces réactions de décomposition, les paramètres cristallins du Li2Ti3O7 et du γ-Li2TiO3 furent définis à haute température. Des mesures continues en diffraction en rayon X à haute température furent réalisées lors de recuits de poudres synthétisées par plasma, ainsi que sur des mélanges de TiO2 anatase et de Li2CO3. Celles-ci indiquent la production d’un intermédiaire Li2Ti3O7 à partir de l’anatase et du carbonate, sa décomposition en Li4Ti5O12 et TiO2 (rutile) sur toute la plage de température étudiée, et en Li2TiO3 et TiO2 (rutile) à des températures inférieures à 700°C.

Investigation of adsorption of dyes onto modified titanium dioxide

Titanium dioxide (TiO2) nanoparticles with different sizes and crystalloid structures produced by the thermal method and doped with silver iodide (AgI), nitrogen (N), sulphur (S) and carbon (C) were applied as adsorbents. The adsorption of Methyl Violet (MV), Methylene Blue (MB), Methyl Orange (MO) and Orange II on the surface of these particles was studied. The photocatalytic activity of some particles for the destruction of MV and Orange II was evaluated under sunlight and visible light. The equilibrium adsorption data were fitted to the Langmuir, Freundlich, Langmuir-Freundlich and Temkin isotherms. The equilibrium data show that TiO2 particles with larger sizes and doped with AgI, N, S and C have the highest adsorption capacity for the dyes. The kinetic data followed the pseudo-first order and pseudo-second order models, while desorption data fitted the zero order, first order and second order models. The highest adsorption rate constant was observed for the TiO2 with the highest anatase phase percentage. Factors such as anatase crystalloid structure, particle size and doping with AgI affect the photocatalytic activity significantly. Increasing the rutile phase percentage also decreases the tendency to desorption for N-TiO2 and S-TiO2. Adsorption was not found to be important in the photocatalytic decomposition of MV in an investigation with differently sized AgI-TiO2 nanoparticles. Nevertheless C-TiO2 was found to have higher adsorption activity onto Orange II, as the adsorption role of carbon approached synchronicity with the oxidation role.

Geologia, petrologia, geocronologia e mineralizações sulfetadas do complexo ézio, província mineral de carajás, Brasil

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, Pós-Graduação em Geologia, 2015.

Ordered mesoporous titanium oxide for thin film microbatteries with enhanced lithium storage

A 3D mesoporous TiO2 material with well-developed mesostructure is prepared in the form of a binder-free thin (100 nm) film and studied as potential candidate for the negative electrode in lithium microbatteries. By appropriate thermal treatments, the selected crystal structure (anatase, rutile, or amorphous), and micro-/mesostructure of the materials was obtained. The effects of voltage window and prelithiation treatment improved first cycle reversibility up to 86% and capacity retention of 90% over 100 cycles. After a prolonged intercalation of lithium ions in ordered mesoporous TiO2 appeared small particles assigned to Li2Ti2O4 with cubic structure as observed from ex-situ TEM micrographs. This study highlights the flexibility of the potential window to which the electrode can operate. Maximum capacity values over 100 cycles of 470 μA h cm−2 μm−1 and 177 μA h cm−2 μm−1 are obtained for voltage ranges of 0.1–2.6 V and 1.0–2.6 V, respectively. The observed values are between 6 and 2 times higher than those obtained for films with 600 nm (80 μA h cm−2 μm−1) and 900 nm (92 μA h cm−2 μm−1) lengths. This indicates that 100 nm thin TiO2 films with high accessibility show finite-length type diffusion which is interesting for this particular application.