Chemometric study on the trace metal accumulation in the sediments of the Cochin Estuary―Southwest coast of India

The distribution and accumulation of trace metals in the sediments of the Cochin estuary during the pre-monsoon, monsoon and post-monsoon periods were investigated. Sediment samples from 14 locations were collected and analysed for the metal contents (Mg, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd and Pb), organic carbon, total nitrogen, total sulphur and grain size. The data were processed using statistical tools like correlation, factor and cluster analysis. The study revealed an enrichment of Cd and Zn in the study area particularly at station 2, which is confirmed by enrichment factor, contamination factor and geoaccumulation index. The factor analysis revealed that the source of Cd and Zn may be same. The study indicated that the spatial variation for the metals like Mg, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd and Pb were predominant unlike Mn which shows a temporal variation. The strong association of trace metals with Fe and Mn hydroxides and oxides are prominent along the Cochin estuary. The anthropogenic inputs of industrial effluents mainly control the trace metals enrichment in the Cochin estuary

Synthesis, Characterization and Applications of Hybrid Nanocomposites of TiO2 With Conducting Polymers

A nanocomposite is a multiphase solid material where one of the phases has one, two or three dimensions of less than 100 nanometers (nm), or structures having nano-scale repeat distances between the different phases that make up the material. In the broadest sense this definition can include porous media, colloids, gels and copolymers, but is more usually taken to mean the solid combination of a bulk matrix and nano-dimensional phase(s) differing in properties due to dissimilarities in structure and chemistry. The mechanical, electrical, thermal, optical, electrochemical, catalytic properties of the nanocomposite will differ markedly from that of the component materials. Size limits for these effects have been proposed, <5 nm for catalytic activity, <20 nm for making a hard magnetic material soft, <50 nm for refractive index changes, and <100 nm for achieving superparamagnetism, mechanical strengthening or restricting matrix dislocation movement. Conducting polymers have attracted much attention due to high electrical conductivity, ease of preparation, good environmental stability and wide variety of applications in light-emitting, biosensor chemical sensor, separation membrane and electronic devices. The most widely studied conducting polymers are polypyrrole, polyaniline, polythiophene etc. Conducting polymers provide tremendous scope for tuning of their electrical conductivity from semiconducting to metallic region by way of doping and are organic electro chromic materials with chemically active surface. But they are chemically very sensitive and have poor mechanical properties and thus possessing a processibility problem. Nanomaterial shows the presence of more sites for surface reactivity, they possess good mechanical properties and good dispersant too. Thus nanocomposites formed by combining conducting polymers and inorganic oxide nanoparticles possess the good properties of both the constituents and thus enhanced their utility. The properties of such type of nanocomposite are strongly depending on concentration of nanomaterials to be added. Conducting polymer composites is some suitable composition of a conducting polymer with one or more inorganic nanoparticles so that their desirable properties are combined successfully. The composites of core shell metal oxide particles-conducting polymer combine the electrical properties of the polymer shell and the magnetic, optical, electrical or catalytic characteristics of the metal oxide core, which could greatly widen their applicability in the fields of catalysis, electronics and optics. Moreover nanocomposite material composed of conducting polymers & oxides have open more field of application such as drug delivery, conductive paints, rechargeable batteries, toners in photocopying, smart windows, etc.The present work is mainly focussed on the synthesis, characterization and various application studies of conducting polymer modified TiO2 nanocomposites. The conclusions of the present work are outlined below, Mesoporous TiO2 was prepared by the cationic surfactant P123 assisted hydrothermal synthesis route and conducting polymer modified TiO2 nanocomposites were also prepared via the same technique. All the prepared systems show XRD pattern corresponding to anatase phase of TiO2, which means that there is no phase change occurring even after conducting polymer modification. Raman spectroscopy gives supporting evidence for the XRD results. It also confirms the incorporation of the polymer. The mesoporous nature and surface area of the prepared samples were analysed by N2 adsorption desorption studies and the mesoporous ordering can be confirmed by low angle XRD measurementThe morphology of the prepared samples was obtained from both SEM & TEM. The elemental analysis of the samples was performed by EDX analysisThe hybrid composite formation is confirmed by FT-IR spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopyAll the prepared samples have been used for the photocatalytic degradation of dyes, antibiotic, endocrine disruptors and some other organic pollutants. Photocatalytic antibacterial activity studies were also performed using the prepared systemsAll the prepared samples have been used for the photocatalytic degradation of dyes, antibiotic, endocrine disruptors and some other organic pollutants. Photocatalytic antibacterial activity studies were also performed using the prepared systems Polyaniline modified TiO2 nanocomposite systems were found to have good antibacterial activity. Thermal diffusivity studies of the polyaniline modified systems were carried out using thermal lens technique. It is observed that as the amount of polyaniline in the composite increases the thermal diffusivity also increases. The prepared systems can be used as an excellent coolant in various industrial purposes. Nonlinear optical properties (3rd order nonlinearity) of the polyaniline modified systems were studied using Z scan technique. The prepared materials can be used for optical limiting Applications. Lasing studies of polyaniline modified TiO2 systems were carried out and the studies reveal that TiO2 - Polyaniline composite is a potential dye laser gain medium.

Compositional analysis of archaeological glasses

At CoDaWork'03 we presented work on the analysis of archaeological glass composi- tional data. Such data typically consist of geochemical compositions involving 10-12 variables and approximates completely compositional data if the main component, sil- ica, is included. We suggested that what has been termed `crude' principal component analysis (PCA) of standardized data often identi ed interpretable pattern in the data more readily than analyses based on log-ratio transformed data (LRA). The funda- mental problem is that, in LRA, minor oxides with high relative variation, that may not be structure carrying, can dominate an analysis and obscure pattern associated with variables present at higher absolute levels. We investigate this further using sub- compositional data relating to archaeological glasses found on Israeli sites. A simple model for glass-making is that it is based on a `recipe' consisting of two `ingredients', sand and a source of soda. Our analysis focuses on the sub-composition of components associated with the sand source. A `crude' PCA of standardized data shows two clear compositional groups that can be interpreted in terms of di erent recipes being used at di erent periods, re ected in absolute di erences in the composition. LRA analysis can be undertaken either by normalizing the data or de ning a `residual'. In either case, after some `tuning', these groups are recovered. The results from the normalized LRA are di erently interpreted as showing that the source of sand used to make the glass di ered. These results are complementary. One relates to the recipe used. The other relates to the composition (and presumed sources) of one of the ingredients. It seems to be axiomatic in some expositions of LRA that statistical analysis of compositional data should focus on relative variation via the use of ratios. Our analysis suggests that absolute di erences can also be informative

Studies in stoichiometry with compositional data

Geochemical data that is derived from the whole or partial analysis of various geologic materials represent a composition of mineralogies or solute species. Minerals are composed of structured relationships between cations and anions which, through atomic and molecular forces, keep the elements bound in specific configurations. The chemical compositions of minerals have specific relationships that are governed by these molecular controls. In the case of olivine, there is a well-defined relationship between Mn-Fe-Mg with Si. Balances between the principal elements defining olivine composition and other significant constituents in the composition (Al, Ti) have been defined, resulting in a near-linear relationship between the logarithmic relative proportion of Si versus (MgMnFe) and Mg versus (MnFe), which is typically described but poorly illustrated in the simplex. The present contribution corresponds to ongoing research, which attempts to relate stoichiometry and geochemical data using compositional geometry. We describe here the approach by which stoichiometric relationships based on mineralogical constraints can be accounted for in the space of simplicial coordinates using olivines as an example. Further examples for other mineral types (plagioclases and more complex minerals such as clays) are needed. Issues that remain to be dealt with include the reduction of a bulk chemical composition of a rock comprised of several minerals from which appropriate balances can be used to describe the composition in a realistic mineralogical framework. The overall objective of our research is to answer the question: In the cases where the mineralogy is unknown, are there suitable proxies that can be substituted? Kew words: Aitchison geometry, balances, mineral composition, oxides

Factores asociados a fenómeno de no reflujo coronario en pacientes adultos llevados a angioplastia

Introducción: La disminución de flujo en los vasos coronarios sin presencia de oclusión, es conocido como fenómeno de no reflujo, se observa después de la reperfusión, su presentación oscila entre el 5% y el 50% dependiendo de la población y de los criterios diagnósticos, dicho suceso es de mal pronóstico, aumenta el riesgo de morir en los primeros 30 días posterior a la angioplastia (RR 2,1 p 0,038), y se relaciona con falla cardiaca y arritmias, por eso al identificar los factores a los cuales se asocia, se podrán implementar terapias preventivas. Metodología: Estudio de casos y controles pareado por médico que valoró el evento, para garantizar que no existieron variaciones inter observador, con una razón 1:4 (18:72), realizado para identificar factores asociados a la presencia de no reflujo en pacientes llevados a angioplastia, entre noviembre de 2010 y mayo de 2014, en la Clínica San Rafael de Bogotá, D.C. Resultados: La frecuencia del no reflujo fue del 2.89%. El Infarto Agudo de Miocardio con elevación del ST (IAMCEST) fue la única variable que mostró una asociación estadísticamente significativa con este suceso, valor de p 0,002, OR 8,7, IC 95% (2,0 – 36,7). Discusión: El fenómeno de no reflujo en esta población se comportó de manera similar a lo descrito en la literatura, siendo el IAMCEST un factor fuertemente asociado.

A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

Angiorresonancia versus angiografía por sustracción digital en el seguimiento de aneurismas intracraneales embolizados. Comparación del desempeño diagnóstico

Introducción: La DSA es el método de elección para el seguimiento de pacientes con aneurismas intracraneales embolizados; esta se puede asociar a complicaciones incapacitantes o mortales. La MRA se ha propuesto como método alternativo por menor costo y menos morbi-mortalidad, aunque su desempeño diagnóstico permanece en discusión debido al desarrollo de nuevos protocolos, resonadores más potentes y nuevas aplicaciones de la DSA. Metodología: Exploramos la literatura hasta la actualidad y comparamos el desempeño diagnóstico de la MRA con la DSA para detectar flujo residual posterior a la embolización terapéutica de aneurismas intracraneales. Realizamos una revisión sistemática de la literatura y meta-análisis basados en 34 artículos detectados en la búsqueda que incluyó las bases de datos PubMed, Scopus, ScIELO y BVS. Resultados: La TOF-MRA demostró sensibilidad de 86.8% (84.3%-89.1%) y especificidad de 91.2% (89%-93.1%); la SROC para TOF-MRA demostró un AUC de 0.95. El desempeño de la CE-MRA demostró sensibilidad de 88.1% (84.6%-91.1%) y especificidad de 89.1% (85.7%-91.9%); la SROC presentó una AUC de 0.93. El análisis estratificado por potencia del resonador encontró que la TOF-MRA tiene mejor desempeño con el resonador de 3T, aunque no es estadísticamente significativo. La concordancia interobservador con TOF-MRA y CE-MRA fue moderada a muy buena. Discusión: El desempeño diagnóstico de la MRA en el seguimiento de aneurismas intracraneales embolizados demostró ser bueno, con sensibilidad mayor a 84%, siendo ligeramente mejor con TOF-MRA, sin lograr reemplazar la DSA. Sin embargo, los resultados deben ser evaluados con precaución por la heterogeneidad de los resultados de los estudios incluidos. (Abreviaturas: DSA: Angiografía por Sustracción Digital; MRA: Angiografía por Resonancia Magnética; TOF-MRA: Angiorresonancia por Tiempo de Vuelo; CE-MRA: Angiorresonancia contrastada).

Perfil epidemiológico de la prevalencia de hipoacusia en un grupo de empleados que trabaja en el ambiente urbano, 2015

El propósito de este estudio es determinar la relación entre la exposición ocupacional y los niveles de audición en trabajadores urbanos en espacio abierto (aseo urbano en general). Se realizó un estudio de corte transversal con 491 personas que incluyen hombres y mujeres, cuyo ambiente laboral es el espacio abierto de la ciudad. Los datos se obtuvieron durante los exámenes médicos periódicos realizados en el año 2014 a los empleados de una empresa cuya actividad económica es el aseo urbano, que incluye recolección de basuras, cuidado forestal y de prados de uso común, y limpieza del borde de los andenes. Se realizó estadística descriptiva para las características demográficas y razón de disparidad u Odds Ratio (OR) para buscar la relación de antecedentes y hábitos personales con el riesgo de desarrollar pérdida auditiva. De las 491 personas expuestas a niveles altos de ruido ocupacional, 62% presentó pérdida auditiva, de los cuales la mayoría se desempeña como guadañadores y cortadores de césped, y son personas que llevan trabajando entre 1-5 años en la empresa. Se encontró un aumento estadísticamente significativo entre la baja escolaridad y el riesgo de sufrir hipoacusia (p=0.0001) y un efecto protector del uso de motocicleta y audífonos. La enfermedad vascular periférica, la práctica de tejo y la diabetes mostraron una fuerte tendencia a aumentar el riesgo. La pérdida auditiva encontrada en este grupo no se puede relacionar directamente con la exposición ocupacional a ruido, a pesar de ser trabajos que se llevan a cabo en el espacio urbano. Sin embargo, la baja escolaridad favorece la lesión auditiva y puede verse acelerada por enfermedades de alta prevalencia como diabetes y practicas recreacionales locales.

Oxidation of silicon: further tests for the interfacial silicon emission model

The classical description of Si oxidation given by Deal and Grove has well-known limitations for thin oxides (below 200 Ã). Among the large number of alternative models published so far, the interfacial emission model has shown the greatest ability to fit the experimental oxidation curves. It relies on the assumption that during oxidation Si interstitials are emitted to the oxide to release strain and that the accumulation of these interstitials near the interface reduces the reaction rate there. The resulting set of differential equations makes it possible to model diverse oxidation experiments. In this paper, we have compared its predictions with two sets of experiments: (1) the pressure dependence for subatmospheric oxygen pressure and (2) the enhancement of the oxidation rate after annealing in inert atmosphere. The result is not satisfactory and raises serious doubts about the model’s correctness

Modificaciones tecnológicas para mejorar la seguridad y calidad del jamón curado

Se introdujeron varias modificaciones tecnológicas en la elaboración habitual del jamón curado español de cerdo blanco para mejorar su seguridad y calidad, así como para investigar la contribución relativa de los diversos procesos implicados en la calidad sensorial. Las modificaciones introducidas en cada uno de 3 experimentos (a, b, c) fueron: a) inoculación de un cultivo iniciador (CI) en la superficie del producto y el envasado del jamón al vacío durante la etapa de reposo (EV); b) aplicación de una atmósfera modificada con un contenido reducido de oxígeno (AMCRO) (durante la totalidad o la última parte del procesado) en dos procesos que diferían en las humedades relativas aplicadas; c) realización de un estufaje de 4 días a 35ºC y la aplicación repetida de pequeñas cantidades de grasa dorsal líquida sobre la superficie del jamón. En cada experimento, se siguió un diseño experimental de bloques incompletos para bloquear y evaluar el efecto de la materia prima en cada parámetro. La aplicación del CI evitó el crecimiento superficial de hongos, pero modificó el flavor del producto, dando lugar a la aparición de flavores impropios del jamón tradicional, al aumento de la incidencia de la coquera y a la reducción de la intensidad de notas características del mismo como el flavor añejo. Estos efectos fueron debidos a la acción directa del CI pero probablemente también a los cambios que provocó en la superficie del jamón, como la atenuación del "sudado" del jamón. El EV trajo consigo una reducción del crecimiento superficial de mohos; un mayor gradiente de humedad entre el interior y el exterior del jamón; una disminución de la pérdida de peso; un aumento del nitrógeno no proteico y cambios negativos en la textura, aspecto y flavor, como el aumento de la intensidad del velo blanco y del flavor a pienso, el aumento de la incidencia de la coquera y la atenuación del flavor añejo. Estos efectos fueron consecuencia del mayor contenido de humedad a que dio lugar dicha modificación tecnológica, de la potenciación de los efectos negativos del uso del CI, así como a los cambios que provocó en la superficie del jamón. El uso de una ACRO durante todo el proceso provocó un aumento del nitrógeno no proteico, una disminución de la concentración de óxidos de colesterol, un aumento de la intensidad del velo blanco y, en combinación con el uso de humedades relativas bajas, causó una disminución del crecimiento bacteriano y evitó el crecimiento de hongos, levaduras y ácaros en el interior y exterior del jamón y el desarrollo de la coquera. Asímismo, dio lugar a una drástica reducción de la intensidad del flavor del jamón debido a la disminución de la intensidad de la oxidación lipídica. Cuando esta ACRO se aplicó únicamente al final del proceso, se consiguió la eliminación de las formas móviles de los ácaros y la disminución de la intensidad de la coquera y el producto resultante poseía un flavor algo más intenso que aquél sometido a una ACRO durante todo el proceso. El aumento de la temperatura de 25-27 ºC a 35 ºC durante 4 días no tuvo ningún efecto sobre los parámetros estudiados. La aplicación de la grasa líquida en la superficie del jamón evitó el secado excesivo en superficie, previno el desarrollo de la coquera y causó un aumento de la intensidad del flavor añejo y una reducción de la incidencia de notas negativas como el tostado, hechos que indican que la liberación de grasa líquida en el jamón ("sudado") constituye un fenómeno determinante en su calidad sensorial. La materia prima fue el factor que afectó a un mayor número de parámetros.

Katalizatory złotowo-miedziowe na nośnikach cerowych, cyrkonowych i cerowo-cyrkonowych – preparatyka, charakterystyka i zastosowanie w procesach utleniania

Wydział Chemii

Electronic structure of point defects in controlled self-doping of the TiO2 (110) surface: Combined photoemission spectroscopy and density functional theory study

Point defects in metal oxides such as TiO2 are key to their applications in numerous technologies. The investigation of thermally induced nonstoichiometry in TiO2 is complicated by the difficulties in preparing and determining a desired degree of nonstoichiometry. We study controlled self-doping of TiO2 by adsorption of 1/8 and 1/16 monolayer Ti at the (110) surface using a combination of experimental and computational approaches to unravel the details of the adsorption process and the oxidation state of Ti. Upon adsorption of Ti, x-ray and ultraviolet photoemission spectroscopy (XPS and UPS) show formation of reduced Ti. Comparison of pure density functional theory (DFT) with experiment shows that pure DFT provides an inconsistent description of the electronic structure. To surmount this difficulty, we apply DFT corrected for on-site Coulomb interaction (DFT+U) to describe reduced Ti ions. The optimal value of U is 3 eV, determined from comparison of the computed Ti 3d electronic density of states with the UPS data. DFT+U and UPS show the appearance of a Ti 3d adsorbate-induced state at 1.3 eV above the valence band and 1.0 eV below the conduction band. The computations show that the adsorbed Ti atom is oxidized to Ti2+ and a fivefold coordinated surface Ti atom is reduced to Ti3+, while the remaining electron is distributed among other surface Ti atoms. The UPS data are best fitted with reduced Ti2+ and Ti3+ ions. These results demonstrate that the complexity of doped metal oxides is best understood with a combination of experiment and appropriate computations.

Reduction of arsenic uptake by lettuce with ferrous sulfate applied to contaminated soil

Soil contamination by arsenic (As) presents a hazard in many countries and there is a need for techniques to minimize As uptake by plants. A proposed in situ remediation method was tested by growing lettuce (Lactuca sativa L. cv. Kermit) in a greenhouse pot experiment on soil that contained 577 mg As kg(-1), taken from a former As smelter site. All combinations of iron (Fe) oxides, at concentrations of 0.00, 0.22, 0.54, and 1.09% (w/w), and lime, at concentrations of 0.00, 0.27, 0.68, and 1.36% (w/w), were tested in a factorial design. To create the treatments, field-moist soil, commercial-grade FeSO4, and ground agricultural lime were mixed and stored for one week, allowing Fe oxides to precipitate. Iron oxides gave highly significant (P < 0.001) reductions in lettuce As concentrations, down to 11% of the lettuce As concentration for untreated soil. For the Fe oxides and lime treatment combinations where soil pH was maintained nearly constant, the lettuce As concentration declined in an exponential relationship with increasing FeSO4 application rate and lettuce yield was almost unchanged. Iron oxides applied at a concentration of 1.09% did not give significantly lower lettuce As concentrations than the 0.54% treatment. Simultaneous addition of lime with FeSO4 was essential. Ferrous sulfate with insufficient lime lowered soil pH and caused mobilization of Al, Ba, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Sr, and Zn. At the highest Fe oxide to lime ratios, Mn toxicity caused severe yield loss.

Sequential extraction and single-step cold-acid extraction: A feasibility study for use with freshwater-canal sediments

This investigation examines metal release from freshwater sediment using sequential extraction and single-step cold-acid leaching. The concentrations of Cd, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb and Zn released using a standard 3-step sequential extraction (Rauret et al., 1999) are compared to those released using a 0.5 M HCl; leach. The results show that the three sediments behave in very different ways when subject to the same leaching experiments: the cold-acid extraction appears to remove higher relative concentrations of metals from the iron-rich sediment than from the other two sediments. Cold-acid extraction appears to be more effective at removing metals from sediments with crystalline iron oxides than the "reducible" step of the sequential extraction. The results show that a single-step acid leach can be just as effective as sequential extractions at removing metals from sediment and are a great deal less time-consuming.

Distribution of selected heavy metals in sediments of the Agueda river (Central Portugal)

The state of river water deterioration in the Agueda hydrographic basin, mostly in the western part, partly reflects the high rate of housing and industrial development in this area in recent years. The streams have acted as a sink for organic and inorganic loads from several origins: domestic and industrial sewage and agricultural waste. The contents of the heavy metals Cr, Cd, Ni, Cu, Pb, and Zn were studied by sequential chemical extraction of the principal geochemical phases of streambed sediments, in the <63 mum fraction, in order to assess their potential availability to the environment, investigating, the metal concentrations, assemblages, and trends. The granulometric and mineralogical characteristics of this sediment fraction were also studied. This study revealed clear pollution by Cr, Cd, Ni, Cu, Zn, and Pb, as a result from both natural and anthropogenic origins. The chemical transport of metals appears to be essentially by the following geochemical phases, in decreasing order of significance: (exchangeable + carbonates) much greater than (organics) much greater than (Mn and Fe oxides and hydroxides). The (exchangeable + carbonate) phase plays an important part in the fixation of Cu, Ni, Zn, and Cd. The organic phase is important in the fixation of Cr, Pb, and also Cu and Ni. Analyzing the metal contents in the residual fraction, we conclude that Zn and Cd are the most mobile, and Cr and Pb are less mobile than Cu and Ni. The proximity of the pollutant sources and the timing of the influx of contaminated material control the distribution of the contaminant-related sediments locally and on the network scale.