935 resultados para Heavy-metal oxide glasses


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A former silver mine in Tynagh, Co. Galway, Ireland is one of the most contaminated mine sites in Europe with maximum concentrations of Zn, As, Pb, Mn, Ni, Cu, and Cd far exceeding guideline values for water and sediment. The aims of this research were to 1) further assess the contamination, particularly metals, in surface water and sediment around the site, and 2) determine if the contamination has increased 10 years after the Environmental Protection Agency Ireland (EPAI) identified off-site contamination. Site pH is alkaline to neutral because CaCO3-rich sediment and rock material buffer the exposed acid generating sulphide-rich ore. When this study was compared to the previous EPAI study conducted 10 years earlier, it appeared that further weathering of exposed surface sediment had increased concentrations of As and other potentially toxic elements. Water samples from the tailings ponds and adjacent Barnacullia Stream had concentrations of Al, Cd, Mn, Zn and Pb above guideline values. Lead and Zn concentrations from the tailings pond sediment were 16 and 5 times higher, respectively, than concentrations reported 10 years earlier. Pb and Zn levels in most sediment samples exceeded the Expert Group (EGS) guidelines of 1000 and 5000 mg/kg, respectively. Arsenic concentrations were as high as 6238 mg/kg in the tailings ponds sediment, which is 62 and 862 times greater than the EGS and Canadian Soil Quality Guidelines (CSQG), respectively. Cadmium, Cu, Fe, Mn, Pb and Zn concentrations in water and sediment were above guideline values downstream of the site. Additionally, Fe, Mn and organic matter (OM) were strongly correlated and correlated to Zn, Pb, As, Cd, Cu and Ni in stream sediment. Therefore, the nearby Barnacullia Stream is also a significant pathway for contaminant transport to downstream areas. Further rehabilitation of the site may decrease the contamination around the area.

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Despite the extensive geographical range of palaeolimnological studies designed to assess the extent of surface water acidification in the United Kingdom during the 1980s, little attention was paid to the status of surface waters in the North York Moors (NYM). In this paper, we present sediment core data from a moorland pool in the NYM that provide a record of air pollution contamination and surface water acidification. The 41-cm-long core was divided into three lithostratigraphic units. The lower two comprise peaty soils and peats, respectively, that date to between approximately 8080 and 6740 cal. BP. The uppermost unit comprises peaty lake muds dating from between approximately ad 1790 and the present day (ad 2006). The lower two units contain pollen dominated by forest taxa, whereas the uppermost unit contains pollen indicative of open landscape conditions similar to those of the present. Heavy metal, spheroidal carbonaceous particle, mineral magnetics and stable isotope analysis of the upper sediments show clear evidence of contamination by air pollutants derived from fossil-fuel combustion over the last c. 150years, and diatom analysis indicates that the naturally acidic pool became more acidic during the 20th century. We conclude that the exceptionally acidic surface waters of the pool at present (pH=c. 4.1) are the result of a long history of air pollution and not because of naturally acidic local conditions. We argue that the highly acidic surface waters elsewhere in the NYM are similarly acidified and that the lack of evidence of significant recovery from acidification, despite major reductions in the emissions of acidic gases that have taken place over the last c. 30years, indicates the continuing influence of pollutant sulphur stored in catchment peats, a legacy of over 150years of acid deposition.

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The levels of As and various other trace elements found in the irrigated agricultural soil (Tsoil) of southern Libya were compared with non-irrigated soil (Csoil) from the same sampling campaign collected between April and May 2008. The soil samples represented agronomic practice in the southern Libyan regions of Maknwessa (MAK), Aril (ARL) and Taswaa (TAS), and were analyzed by Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) for Co, Ni, Cu, Se, Mo, Zn, As, Pb, Cd and P. Concentrations of P and As in TAS and MAK were found to be higher in Tsoil compared to Csoil, while the opposite was true for ARL. In general, As concentrations in these areas were 2-3 times lower than the global average. In ARL, the average P concentrations of the Csoil samples were significantly higher than those of Tsoil samples: this site is composed mainly of pasture for animal production, where phosphate fertilizers are used regularly. Distance from the source of irrigation was found to be of an important influence on the heavy metal concentration of the soil, with greater concentrations found closer to the irrigation source. It can be concluded from the results that irrigation water contains elevated levels of As, which finds its way into the soil profile and can lead to accumulation of As in the soil over time.

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Understanding and then designing efficient catalysts for CO oxidation at low temperature is one of the hottest topics in heterogeneous catalysis. Among the existing catalysts. Co3O4 is one of the most interesting systems: Morphology-controlled Co3O4 exhibits exceedingly high activity. In this study, by virtue of extensive density functional theory (OFT) calculations, the favored reaction mechanism in the system is identified. Through careful analyses on the energetics of elementary reactions on Co3O4(1 1 0)-A, Co3O4(1 1 0)-B, Co3O4(1 1 1) and Co3O4(1 0 0), which are the commonly exposed surfaces of Co3O4, we find the following regarding the relation between the activity and structure: (i) Co3+ is the active site rather than Co2+: and (ii) the three-coordinated surface oxygen bonded with three Co3+ may be slightly more reactive than the other two kinds of lattice oxygen, that is, the two-coordinated 0 bonded with one Co2+ and one Co3+ and the three-coordinated 0 bonded with one Co2+ and two Co3+. Following the results from Co3O4, we also extend the investigation to MnO2(1 1 0), Fe3O4(1 1 0), CuO(1 1 0) and CuO(1 1 1), which are the common metal oxide surfaces, aiming to understand the oxides in general. Three properties, such as the CO adsorption strength, the barrier of CO reacting with lattice 0 and the redox capacity, are identified to be the determining factors that can significantly affect the activity of oxides. Among these oxides, Co3O4 is found to be the most active one, stratifying all the three requirements. A new scheme to decompose barriers is introduced to understand the activity difference between lattice O-3c and O-2c on (1 1 0)-B surface. By utilizing the scheme, we demonstrate that the origin of activity variance lies in the geometric structures. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

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By combining density functional theory calculation and microkinetic analysis, NO oxidation on the platinum group metal oxides (PtO(2), IrO(2), OsO(2)) is investigated, aiming at shedding light on the activities of metal oxides and exploring the activity variations of metal oxides compared to their corresponding metals. A microkinetic model, taking into account the possible low diffusion of surface species on metal oxide surfaces, is proposed for NO oxidation. The resultant turnover frequencies of NO oxidation show that under the typical experimental condition, T = 600 K, p(O2) = 0.1 atm, p(NO) = 3 x 10(-4) atm, p(NO2) = 1.7 x 10(-4) atm; (i) IrO(2)(110) exhibits higher activity than PtO(2)(110) and OsO(2)(110), and (ii) compared to the corresponding metallic Pt, Ir, and Os, the activity of PtO(2) to catalyze NO oxidation is lower, but interestingly IrO(2) and OsO(2) exhibit higher activities. The reasons for the activity differences between the metals and oxides are addressed. Moreover, other possible reaction pathways of NO oxidation on PtO(2)(110), involving O(2) molecule (NO + O(2) -> OONO) and lattice bridge-O(2c), are also found to give low activities. The origin of the Pt catalyst deactivation is also discussed.

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Semiconductor-sensitised photocatalysis is a well-established and growing area of research, innovation and commercialisation; the latter being mostly limited to the use of TiO2 as the semiconductor. Most of the work on semiconductor photocatalytic systems uses oxygen as the electron acceptor and explores a wide range of electron donors; such systems can be considered to be examples of oxidative photocatalysis, OP. OP underpins most current examples of commercial self-cleaning materials, such as: glass, tiles, concrete, paint and fabrics. OP, and its myriad of applications, have been reviewed extensively over the years both in this journal and elsewhere. However, the ability of TiO2, and other semiconductor sensitisers, to promote reductive photocatalysis, RP, especially of dyes, is significant and, although less well-known, is of growing importance. In such systems, the source of the electrons is some easily oxidised species, such as glycerol. One recent, significant example of a RP process is with respect to photocatalyst activity indicator inks. paiis, which provide a measure of the activity of a photocatalytic film under test via the rate of change of colour of the dye in the ink coating due to irreversible RP. In contrast, by incorporating the semiconductor sensitiser in the ink, rather than outside it, it is possible to create an effective UV dosimeter, based on RP, which can be used as a sun-burn warning indicator. In the above examples the dye is reduced irreversibly, but when the photocatalyst in an ink is used to reversibly photoreduce a dye, a novel, colourimetric oxygen-sensitive indicator ink can be created, which has commercial potential in the food packaging industry. Finally, if no dye is present in the ink, and the semiconductor photocatalyst-loaded ink film coats an easily reduced substrate, such as a metal oxide film, then it can be used to reduce the latter and so, for example, clean up tarnished steel. The above are examples of smart inks, i.e. inks that are active and provide either dynamic information (such as UV dose or O2 level) or a useful function (such as tarnish removal), and all work via a RP process and are reviewed here

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Lumbricus rubellus Hoffmeister, inhabiting soil at the 19th century Devon Great Consols mine at Tavistock, Devon, UK, show high tolerance to Cu- and As-toxicity and frequently have a striking yellow coloration. Specimens from this site (mature and immature) and from an uncontaminated site on Lancaster University campus (mature) were photographed, and the slide images digitized and analyzed. All L. rubellus showed reddish-purple pigmentation of the body wall that declined in intensity posteriorly. The metal- and metalloid-resistant earthworms, whether mature or immature, showed yellowing in the posterior half of the body. The source of the coloration was intense yellow pigmentation of the chloragogenous tissue surrounding the alimentary canal. The yellow pigmentation is masked by reddish-purple body wall pigmentation anteriorly. Total As concentrations in tissues were determined for the anterior, middle and posterior sections of resistant and non-resistant L. rubellus. Highest concentrations were in the middle sections of the mature and immature resistant L. rubellus (36.17 ± 19.77 and 27.77 ± 9.02 mg As kg-1, respectively). Resistant immature L. rubellus lost condition over 28 d in soil treated with 750 mg As kg-1, possibly due to a higher metabolism, whilst there was no loss in condition for resistant mature L. rubellus in the treated soil. As far as the authors are aware, this is the first report of yellow pigmentation of this kind in earthworms. The pigmentation may provide a useful indicator of exposure/resistance to soil contamination. © 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

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Two arsenic- and heavy metal-contaminated mine-spoil sites, at Carrock Fell, Cumbria and Devon Great Consols Mine, Devon, were found to support populations of the earthworms Lumbricus rubellus Hoffmeister and Dendrodrilus rubidus (Savigny). L. rubellus and D. rubidus collected from the Devon site and an uncontaminated site were kept for 28 days in uncontaminated soil and in soil containing sodium arsenate (494 mg As kg-1). The state of the specimens was recorded every 7 days using a semi-quantitative assessment of earthworm health (condition index, C. I.). The C. I. remained high for all specimens except those of L. rubellus and D. rubidus from uncontaminated sites, which displayed 60 and 10% mortality, respectively. L. rubellus collected from the Carrock Fell site, and L. rubellus and D. rubidus from an uncontaminated site, burrowed as rapidly into soil containing up to 1235 mg As kg-1 in the form of sodium arsenate as into uncontaminated soil when placed on the soil surface. When earthworms were allowed a choice between uncontaminated soil and soil contaminated with sodium arsenate in concentrations of up to 1235 mg As kg-1, the threshold concentration for avoidance of contaminated soil was lower for L. rubellus and D. rubidus from uncontaminated soil than for specimens from contaminated soil. There was no significant effect of pH on soil discrimination. The LC50 concentration of As for L. rubellus from Devon Great Consols was significantly higher (P < 0.001) than for L. rubellus from the uncontaminated site: 1510 and 96 mg As kg-1, respectively. © 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

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As plantas utilizam diversas estratégias de sinalização para reconhecer e responder aos stresses ambientais. A maioria das vias de transdução de sinais partilham um sinal genérico, normalmente a modulação dos níveis intracelulares de Ca2+. Esta por sua vez pode iniciar uma cascata de fosforilação proteica que finalmente afecta as proteínas directamente envolvidas na protecção celular ou culmina em factores de transcrição que vão determinar a resposta fisiológica ao stresse. A percepção destes sinais e a compreensão de como estes podem activar as respostas adaptativas são factores-chave para a tolerância das plantas a stresses abióticos. Um dos principais stresses abóticos que restrigem o crescimento das plantas é a presença de metais pesados. A produção de fitoquelatinas e a subsequente quelação dos metais é o mecanismo mais conhecido de tolerância ao stresse metálico em plantas. Fitoquelatinas (PCs) são péptidos com grupos tiol que são sintetizados através da transpeptidação da glutationa (GSH), pela acção da enzima fitoquelatina sintase (PCS). No entanto, até ao momento, as vias de sinalização que levam à síntese de fitoquelatinas e à percepção do stresse metálico são pouco compreendidas. Dentro deste contexto, o presente trabalho foi elaborado com o intuito de elucidar a via de sinalização através da qual o cádmio é detectado pelas células vegetais e induz a síntese de PCs. Quase todos, os estudos de stresses abióticos em plantas apontam para o facto de a sua sinalização se basear nos mesmos tipos de sinais moleculares, nomeadamente a sinalização por cálcio, a fosforilação proteica e a indução de espécies reactivas de oxigénio (ROS). Trabalhos recentes sugerem que a sinalização de PCs poderá envolver todos estes parâmetros. Assim, uma primeira abordagem foi efectuada para compreender a síntese de PCs na espécie Arabidopsis thaliana, através da monitorizaçção da actividade de enzimas relacionadas, a γ-EC sintetase, GSH sintetase e a PC sintase (PCS), assim como o tempo necessário para o elongamento das PCs e a sua acumulação. Seguidamente, ao longo deste processo foi analisada a expressão de sinais específicos, associados com sinais de cálcio, fosforilação proteica e sinalização por ROS. A importância destes factores na síntese de PCs foi também avaliada através do uso de moduladores farmacológicos de cálcio e fosfatases proteicas e também pela indução de stresse oxidativo. Os resultados demonstraram novos dados sobre o papel do cálcio e da fosforilação proteica na produção de PCs e na síntese de GSH, revelando que a actvidade da PCS é regulada por fosforilação e que a sinalização de cálcio pode mediar a síntese de GSH. O envolvimento da sinalização de ROS na síntese de GSH, atráves de crosstalk com a sinalização de cálcio também foi proposta. Assim, os resultados aqui apresentados descrevem uma possível via de sinalização de cádmio nas plantas e da indução de fitoquelatinas. Este trabalho poderá ser portanto muito útil na implementação de novas metodologias de agricultura sustentável e práticas de fitorremediação em solos contaminados com metais pesados.

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Mining and metallurgical industries are the most responsible for heavy metal contamination. These contaminants are often associated to poor management strategies and the lack of suitable containment areas. This is the case of one of the largest metal alloy producers in the São Francisco river basin, in Minas Gerais state, Brazil. During operation, the tailings of this activity have been accumulated in the surrounding area, leading to heavy metal contamination (Mn, Cu, Zn, Ni, Pb, Cd, Cr and As), much above the critical levels, which accumulate in the sediments of the nearby waterways, in the soils of the drainage area, and in the water column. In this work we are going to discuss both the contamination level and its extent in the Consciência river, a small tributary of the São Francisco river, the longest river entirely Brazilian, by analyzing the geochemistry and mineralogy of the accumulated sediments. It will be also discuss the reclamation strategies of this site and the impact on the environment.

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Os resultados apresentados aqui foram alcançados no âmbito do programa de doutoramento intitulado “Impurezas Magnéticas em Materiais Nanoestruturados”. O objectivo do estudo foi a síntese e caracterização de óxido contendo impurezas magnéticas. Durante este trabalho, sínteses de sol-gel não-aquoso têm sido desenvolvidos para a síntese de óxidos dopados com metais de transição (ZnO e ZrO2). A dopagem uniforme é particularmente importante no estudo de semicondutores magnéticos diluídos (DMSs) e o ponto principal deste estudo foi verificar o estado de oxidação e a estrutura local do dopante e para excluir a existência de uma fase secundária como a origem do ferromagnetismo. Para alargar o âmbito da investigação e explorar plenamente o conceito de "impurezas magnéticas em materiais nanoestruturados" estudamos as propriedades de nanopartículas magnéticas dispersas em uma matriz de óxido. As nanopartículas (ferrita de cobalto) foram depositadas como um filme e cobertas com um óxido metálico semicondutor ou dielétrico (ZnO, TiO2). Estes hetero-sistemas podem ser considerados como a dispersão de impurezas magnéticas em um óxido. As caracterizações exigidas por estes nanomateriais têm sido conduzidas na Universidade de Aveiro e Universidade de Montpellier, devido ao equipamento complementar.

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Nas últimas décadas verificou-se um aumento da contaminação dos solos com metais pesados resultante de processos antropogénicos. As descargas de efluentes industriais, a actividade mineira e a aplicação de lamas residuais e de fertilizantes são as principais fontes de metais pesados. Em certas regiões, a acumulação destes elementos nos solos tem atingido níveis preocupantes para o equilíbrio dos ecossistemas. Vários estudos têm demonstrado que os metais influenciam os microrganismos afectando adversamente o seu crescimento, morfologia e actividades bioquímicas resultando num decréscimo da biomassa e diversidade. Entre os microrganismos do solo, as bactérias pertencentes ao género Rhizobium têm um elevado interesse científico, económico e ecológico devido à sua capacidade para fixar azoto. Deste modo, o trabalho desenvolvido ao longo desta tese incidiu sobre o efeito da toxicidade imposta pelos metais nas bactérias fixadoras de azoto, em particular em Rhizobium leguminosarum bv. trifolii e teve como principais objectivos: determinar o efeito dos metais pesados na sobrevivência e na capacidade de fixar azoto dos isolados de rizóbio; avaliar a influência dos metais na diversidade das populações de rizóbio isoladas de solos contaminados; determinar os níveis de tolerância do rizóbio a diferentes metais e analisar a resposta ao stresse oxidativo imposto pelo cádmio. A Mina do Braçal foi o local de estudo escolhido uma vez que os seus solos estão muito contaminados com metais em resultado da extracção de minério durante mais de 100 anos. Foram escolhidos 3 solos com diferentes graus de contaminação, o solo BC com concentrações reduzidas de metais, escolhido por estar numa zona já fora da mina e designado por solo controlo e os solos BD e BA considerados medianamente e muito contaminados, respectivamente. O Pb e o Cd foram os metais predominantes nestes solos, assim como o metalóide As, cujas concentrações ultrapassaram largamente os limites previstos na lei. Sendo as enzimas do solo boas indicadoras da qualidade do mesmo, foi determinada a actividade de algumas como a desidrogenase (DHA) e a catalase (CAT). Ambas as enzimas correlacionaramse negativamente com as concentrações de metais nos solos. A dimensão das populações indígenas de rizóbio nos solos contaminados (BD e BA) foi bastante baixa, 9,1 bactérias g-1 de solo e 7,3 bactérias g-1 de solo, respectivamente, quando em comparação com a população do solo BC (4,24x104 bactérias g-1 de solo). Estes resultados parecem estar relacionados com o elevado conteúdo em metais e com o pH ácido dos solos. A capacidade simbiótica também foi afectada pela presença de metais, uma vez que os isolados originários do solo BD mostraram menor capacidade em fixar azoto do que os isolados do solo controlo. A diversidade das populações de rizóbio foi determinada com recurso à análise dos perfis de plasmídeos, perfis de REP e ERIC-PCR de DNA genómico e perfis de proteínas e lipopolissacarídeos. No conjunto dos 35 isolados analisados foram identificados 11 plasmídeos com pesos moleculares entre 669 kb e 56 kb. Embora a incidência de plasmídeos tenha sido superior nos isolados do solo BC verificou-se maior diversidade plasmídica na população isolada do solo BD. Resultados similares foram obtidos com os perfis de REP e ERIC-PCR e perfis de proteínas, que indicaram maior diversidade nas populações dos solos contaminados (BD e BA), contrariamente ao verificado por outros autores. O grau de tolerância aos metais pesados e ao arsénio dos vários isolados testados dependeu do metal e do local de origem. No geral, os isolados do solo BD mostraram maior tolerância aos metais do que os isolados do solo controlo, o que está de acordo com o esperado uma vez que geralmente as populações dos locais contaminados são mais tolerantes. Contudo, os isolados do local mais contaminado (BA) foram muito tolerantes apenas ao chumbo mostrando-se sensíveis aos restantes metais. A inoculação dos solos BC, BD e BA após irradiação com estirpes seleccionadas de rizóbio permitiu avaliar a sua sobrevivência ao longo de 12 meses em condições mais realistas. Verificou-se que após um decréscimo inicial, os isolados inoculados no solo BC conseguiram recuperar a dimensão das suas populações para números similares aos inicialmente introduzidos, contrariamente ao verificado no solo BD onde o número de rizóbios decresceu ao longo dos 12 meses. As condições adversas do solo BA apenas permitiram a sobrevivência de 4 isolados até aos 3 meses e apenas dois deles conseguiram sobreviver após 12 meses, designadamente C 3-1 e A 17-3. Estes isolados possuem um plasmídeo de 669 kb que poderá estar na base da sobrevivência destas estirpes. Por outro lado, o último isolado é originário do solo contaminado e por isso estará também mais adaptado a sobreviver às elevadas concentrações de Pb existentes no solo BA. Por fim, constatou-se que o cádmio, um dos metais presente em concentrações mais elevadas nos solos em estudo, é um indutor de stresse oxidativo nos isolados de rizóbio menos tolerantes o que foi confirmado pelo aumento de ROS e danos celulares ao nível dos lípidos.