Atmospheric Research and Monitoring Study of Hazardous Substances

Hazardous Waste Research and Information Center Illinois Department of Energy and Natural Resources

Degradation of Cd-yellow pigment: an ab initio study of defects and adsorption of oxygen and water on CdS

The cadmium yellow paints used in impressionist and modernist paintings in early 1900s are undergoing several deterioration processes, including whitening and discoloration. Relevant e↵ects produced at the surface of modern paintings include the growth of discolored crusts, formed mainly by white globular hydrated cadmium sulfate CdSO4*nH2O and cadmium carbonate (CdCO3 ). In view of the fact that the pigment, cadmium sulfide, was historically synthesized by means of dry and wet processes and that CdCO3 and CdSO4 are reagents for this procedure, their identification alone does not constitute conclusive proof of photo-oxidation. The origins of such chemical and physical alterations are still under debate. Structural defects in CdS, among other possible causes like photo-oxidation processes, may play a role in the degradation process. Their presence in the pigment surface alters the electronic structure of cadmium sulfide by forming acceptor levels in the gap of the semiconductor. Such levels make the surface more reactive in the interaction with external agents (oxygen, water ...). To this end, we present a theoretical study of points defects, namely Cd- and S- vacancies, in the structural wurtzite structure (bulk) and [10¯10] CdS surface. In order to understand, at atomic level, the oxidation and hydration mechanisms of these whitish globules, we present the early stages of the interaction between the hexagonal clean and defective [10¯10] surface of CdS and O2 and H2O molecules to simulate the combined e↵ects of exposure to air and humidity. The geometrical and electronic structures as well as the vacancy formation and adsorption energies are determined with the use of a first principles method. All the calculations are performed within the framework of the Density Functional Theory (DFT) in the Generalized Gradient Approximation (GGA-PBE) with the use of ultrasoft pseudopotentials. Despite the standard DFT-GGA ensures a correct order of electronic states, the G0W0 calculations are strongly required to attribute an accurate position of the trap level. Considering the possibility to investigate in a broader spectral range, such theoretical method would be helpful in the interpretation of experimental evidences on fluorescence emissions produced from by yellow altered. This thesis highlights the key role that first-principles methods can play in the application of materials science to art conservation

Industrial metabolism : a case study of the economics of cadmium control.

Cadmium; Luftverunreinigung; Gewässerbelastung; Bioökonomik; Umweltchemikalie; Stoffstrom-Management; Deutschland;

Electrochemical processes and systems: application for tutors

The features of redox reactions and the principles of their balancing according to the medium composition are considered. The basic representations about electrochemical processes and systems are outlined. The reactions and principles of chemical sources of electric energy and electrolysis systems functioning are analyzed. A general idea is given about the chemical properties of metals, corrosion resistance in environments of various aggressiveness, and the protection principles are given. Multivariate tasks and exercises for students, and PhD student’s classroom and independent work are offered. For teachers, PhD students and students of universities of specialties "Chemical technologies and engineering", "Biotechnologies and bioengineering", "Oil and gas engineering and technologies".Розглянуто особливості окисно-відновних реакцій і принципи їх балансування залежно від складу середовища. Викладено фундаментальні уявлення про електрохімічні процеси і системи. Проаналізовано перебіг реакцій і принципи функціонування хімічних джерел електричної енергії та систем електролізу. Узагальнено уявлення щодо хімічних властивостей металів, корозійної стійкості у середовищах різної агресивності та наведено принципи організації захисту від руйнування. Запропоновано багатоваріантні завдання та вправи для аудиторної та самостійної роботи студентів і аспірантів. Розраховано на викладачів, аспірантів і студентів вищих навчальних закладів спеціальностей "Хімічні технології та інженерія”, "Біотехнології та біоінженерія", "Нафтогазова інженерія та технології"

Electrochemical processes and systems: application for tutors

The features of redox reactions and the principles of their balancing according to the medium composition are considered. The basic representations about electrochemical processes and systems are outlined. The reactions and principles of chemical sources of electric energy and electrolysis systems functioning are analyzed. A general idea is given about the chemical properties of metals, corrosion resistance in environments of various aggressiveness, and the protection principles are given. Multivariate tasks and exercises for students, and PhD student’s classroom and independent work are offered. For teachers, PhD students and students of universities of specialties "Chemical technologies and engineering", "Biotechnologies and bioengineering", "Oil and gas engineering and technologies".Розглянуто особливості окисно-відновних реакцій і принципи їх балансування залежно від складу середовища. Викладено фундаментальні уявлення про електрохімічні процеси і системи. Проаналізовано перебіг реакцій і принципи функціонування хімічних джерел електричної енергії та систем електролізу. Узагальнено уявлення щодо хімічних властивостей металів, корозійної стійкості у середовищах різної агресивності та наведено принципи організації захисту від руйнування. Запропоновано багатоваріантні завдання та вправи для аудиторної та самостійної роботи студентів і аспірантів. Розраховано на викладачів, аспірантів і студентів вищих навчальних закладів спеціальностей "Хімічні технології та інженерія”, "Біотехнології та біоінженерія", "Нафтогазова інженерія та технології"

Chemistry: Space resources for teachers including suggestions for classroom activities and laboratory experiments

Curriculum supplement to assist general chemistry teachers in updating instruction materials with aerospace development