Preparation of Cenosphere-Derived Lutetium-Aluminosilicate Microspheres as Precursors of Radiation Sources for Brachytherapy

Полые алюмосиликатные микросферы (ценосферы) стабилизированного состава (стеклофаза – 95.4 мас.%; (SiO2/Al2O3) стекло – 3.1), выделенные из летучих зол от сжигания угля, были использованы для получения лютеций-алюмосиликатных микросфер в качестве прекурсоров микросферических источников β-излучения на основе Lu‑177, применяемых для селективной радиационной терапии опухолей. Для включения ионов Lu3+ в алюмосиликатный материал ценосфер была реализована следующая стратегия: (1) химическая модификация глобул ценосфер путём превращения алюмосиликатного стекла в цеолиты с сохранением сферической формы ценосфер; (2) сорбционное концентрирование Lu3+ в цеолитном слое микросфер путем ионного обмена 3Na+ ↔ Lu3+; (3) капсулирование Lu3+ в алюмосиликатной матрице микросфер путём высокотемпературного твердофазного превращения сорбированной формы Lu3+ при 1000 и 1200 оС в малорастворимые формы. Получены цеолитизированные микросферы, содержащие фазу цеолита NaP1 (GIS), и исследованы его сорбционные свойства в отношении Lu3+. Установлено, что сорбционная ёмкость цеолитизированного продукта в отношении Lu3+ составляет около 70 мг/г Lu3+. Обнаружено, что длительное нагревание Lu3+/NaP1-микросфер в неподвижном слое при 1000 оС приводит к кристаллизации фазы моноклинного пиросиликата лютеция (Lu2Si2O7), в то время как в результате быстрого цикла нагрева-охлаждения при 1200 оС в движущемся слое происходит аморфизация цеолитного компонента без формирования кристаллической фазы лютеция с сохранением сферической формы прекурсора. Микросферы как с кристаллической, так и аморфной формами лютеция характеризуются низкой скоростью выщелачивания лютеция (Rn не выше 3×10–7 г/см2×сут) в растворе 0.9 % NaCl, имитирующем состав кровиCoal fly ash hollow aluminosilicate microspheres (cenospheres) of stabilized composition (glass phase – 95.4 wt.%; (SiO2/Al2O3) glass – 3.1) were used to fabricate lutetium-aluminosilicate microspheres as precursors of Lu‑177 bearing β-irradiation sources applied for the selective radiation therapy of tumors. To incorporate Lu3+ ions into cenosphere’s aluminosilicate material, the following strategy was realized: (1) chemical modification of cenosphere globules by conversion of aluminosilicate glass into zeolites preserving a spherical form of cenospheres; (2) the loading of zeolitized microspheres with Lu3+ by means of ion exchange 3Na+ ↔ Lu3+; (3) Lu3+ encapsulation in an aluminosilicate matrix by solid-phase transformation of the Lu3+ sorbed form into insoluble forms under the thermal treatment at 1000–1200 oC. The zeolitized microspheres containing the zeolite phase NaP1 (GIS) were synthesized and their sorption properties with respect to Lu3+ were studied. It was established that the sorption capacity of the zeolitized products is about 70 mg/g Lu3+. It was found that the long-time heating of the Lu3+-loaded zeolite precursor at 1000 oC in a fixed bed resulted in the crystallization of a monoclinic lutecium pyrosilicate (Lu2Si2O7). The fast heating–cooling cycle at 1200 oC in a moving bed resulted in amorphization of the zeolite component without the formation of the lutecium crystal phase preserving the precursor spherical form. The microspheres based on both crystalline and amorphous Lu forms are characterized by the low Lu leachability rate (Rn ≤ 3×10–7 g/cm2×day) in 0.9 % NaCl solution imitating bloo

Dry Residues of Sewage – a Promising Energy Fuel

По профилям кривых дифференциальной сканирующей калориметрии была определена максимальная интенсивность теплового потока, а также эндотермические и экзотермические эффекты горения остатков сточных вод (ОСВ). Иловые остатки сточных вод имеют высокую зольность (более 50 %), что снижает значение низшей теплоты сгорания в рабочем состоянии. Высокое содержание летучих веществ (более 80 %) обеспечивает раннее зажигание при температуре 268 °C. Имея низкую температуру зажигания, они могут быть перспективным добавочным топливом к углю после обогащения с целью существенного снижения зольности и увеличения теплоты сгорания. Низкое значение индекса горения, равное 0,4×10–6, обусловлено низким значением максимальной скорости реакции, равной 13 %/мин, и высокой температурой выгорания, равной 633 °C. Проведенные исследования показали, что сжигание ОСВ не приводит к ухудшению условий эксплуатации топочных экранов в топках котлов из-за высокого содержания минералов в золе с высокой температурой плавления (фосфаты железа и кальция). Высокое содержание фосфора в остатках сточных вод способствует иммобилизации подвижного железа в фосфаты. Такой состав ОСВ будет способствовать уменьшению мобильности тяжелых металлов в шлаковых и зольных остатках совместного сжигания с углями при последующем долговременном хранении. Результаты данного исследования целесообразно использовать при проектировании объектов теплоэнергетикиFrom the profiles of the curves of differential scanning calorimetry, the maximum intensity of the heat flux, as well as the endothermic and exothermic effects of the combustion of wastewater residues (SWS) were determined. Sludge wastewater residues have a high ash content (more than 50 %), which reduces the value of the lower calorific value in the working state. The high content of volatile substances (more than 80 %) ensures early ignition at a temperature of 268 °C. Having a low ignition temperature, they can be a promising additional fuel to coal after enrichment in order to significantly reduce the ash content and increase the calorific value. The low value of the combustion index equal to 0.4×10–6 is due to the low value of the maximum reaction rate equal to 13 %/min and the high burnout temperature equal to 633 °C. The conducted studies have shown that the combustion of WWS does not lead to a deterioration in the operating conditions of the furnace screens in boiler furnaces due to the high content of minerals in the ash with a high melting point (iron and calcium phosphates). The high content of phosphorus in wastewater residues contributes to the immobilization of mobile iron into phosphates. Such a composition of WWS will help to reduce the mobility of heavy metals in slag and ash residues of co-combustion with coal during subsequent long-term storage. The results of this study should be used in the design of thermal power facilitie

Synthesis of Rigid Foams Based on Pine Bark Tannins (Pinus Sylvestris)

В настоящей работе предложено использовать таннины, выделенные этанолом из механически активированной коры сосны, в синтезе твердых пен без добавления формальдегида. Результаты, полученные методом ИК- и УФ‑спектроскопии, свидетельствуют о том, что механическая активация коры приводит к изменению содержания гидролизуемых и конденсированных таннинов в экстрактах коры сосны. В частности, в составе экстрактов, полученных из коры, активированной в энергонапряженной мельнице АГО‑2, сохраняется наибольшее содержание гидролизуемых и конденсированных таннинов, которые составляют 62 и 9,4 мг/г коры соответственно. Методом ГПХ установлено, что полученные таннины коры сосны являются олигомерами: их молекулярно-массовое распределение обладает бимодальной формой с пиками в областях 500 и 1000 г/моль. Синтезированныe соконденсацией с фурфуриловым спиртом таннин-содержащие твердые пены (ТСТП) обладают структурой ячеистого типа с гладкой поверхностью и частично открытыми полостями размерами до 10 мкм, что обнаружено с использованием СЭМ. Насыпная плотность ТСТП находится в пределах 0,64–0,82 г/см3, а их удельная прочность на сжатие составляет около 11,8–19,9 кг/см2. Выявлено, что расчетный коэффициент теплопроводности ТСТП, варьирующийся в диапазоне 0,129–0,185 Вт/(м·К), по сравнению с известными аналогами близок к газобетону с теплопроводностью 0,1–0,3 Вт/(м·К). Термическая стабильность ТСТП в атмосфере аргона свидетельствует о том, что в интервале температур 30–800 °C термическое разложение образцов протекает равномерно без резкой потери массы с низкой энергией активации (10,6–12,6 кДж/моль). Выход углеродных остатков образцов после ТГА/ДСК варьируется в пределах 42–49 мас.%In present paper, it is proposed to use tannins ethanol-isolated out of mechanically activated pine bark in synthesis of rigid foams without formaldehyde addition. The results obtained using IR and UV spectroscopy indicate that mechanical activation of the bark leads to a change in the content of hydrolyzed and condensed tannins in pine bark extracts. In particular, the composition of extracts obtained from bark activated by energy-tensed AGO‑2 retains the highest content of hydrolyzable and condensed tannins, which amount to 62 and 9.4 mg/g of bark, respectively. Using the GPC method, it was established that obtained pine bark tannins being oligomeric: their molecular weight distribution has a bimodal shape with the peaks in 500 and 1000 g/mol regions. Synthesized by so-condensation via furfuryl alcohol tannin-containing rigid foams (TCRF) possess a cellular-type structure with a smooth surface and partially open cavities up to 10 μm, as detected using SEM. The bulk density of the TCRF lies in range 0.64–0.82 g/cm3, and their specific compressive strength is about 11.8–19.9 kg/cm2. It was revealed that calculated thermal conductivity coefficient of the TCRF, which varies in range of 0.129–0.185 W/(m•K), compared to known analogues, is close to aerated concrete with thermal conductivity 0.1–0.3 W/(m•K). Thermal stability of the TCRF in an argon atmosphere indicates that in the 30–800 °C temperature range samples thermal decomposition proceeds uniformly without a sharp mass loss with a low activation energy (10.6–12.6 kJ/mol). The carbon residues yield of the samples after TGA/DSC performed varies in range 42–49 wt.

Some Electrochemical Reactivity Features of a Series of Synthetic Valleriites and Valleriite-Based Ni-containing Composite. Part I: Materials Synthesis and Characterization

Настоящая статья является первой частью работы, направленной на получение, характеризацию фазового и химического состава синтетического валлериита, смешанослойного сульфидно-гидроксидного минерала, состоящего из чередующихся двумерных (2D) слоев с общей формулой [(Fe, Cu)2S2]·x[(Mg2+, Fe2+, Al3+y)(OH)2], где x = 1,24–2,25 и y = 0,00–0,26 с последующим изучением его электрохимического поведения. Рассмотрено влияние добавок никеля, в зависимости от количества которых протекает либо легирование валлериита, либо образование Ni-содержащего композита на основе валлериита. Продукты гидротермального синтеза охарактеризованы с использованием рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии с электронным микрозондовым картированием, рентгеновской фотоэлектронной (РФЭС) и Ожэ-электронной (ОЭС) спектроскопией. С помощью РФЭС показано, что дефицит железа (3+) в сульфидных слоях и концентрация формы Fe3+-OH в гидроксидной подрешетке уменьшаются в образцах, модифицированных алюминием. Найдено, что введение в синтез солей Ni(II) приводит к заметному обогащению поверхностных слоев валлериитов гидроксидной формой Fe3+-OH, а никель присутствует в форме Ni2+-OH, что может указывать на (электро)каталитическую активность материалов, например, в реакции окисления водыThe present paper is the first part of a work aimed at the preparation and characterization of phase and chemical composition of synthetic valleriite, a mixed-layer sulfide-hydroxide mineral, which structure consists of alternating two-dimensional (2D) layers, sharing the common formula of [(Fe, Cu)2S 2]·x[(Mg2+, Fe2+, Al3+y)(OH)2], where x = 1.24–2.25 и y = 0.00–0.26, with their following electrochemical examination. An influence of Ni doping, which gives rise to a doped or composite material, as function of its quantity was investigated. The hydrothermal synthesis products were examined using X‑ray diffraction-based phase analysis (XRD), scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectroscopy (EDS), X‑ray photoelectron (XPS) and Auger-spectroscopy (AES) techniques. Using XPS, both a deficit of Fe within material’s sulfide layers, and Fe(3+)-OH concentration within hydroxide sheets was established to decrease in Al modified samples. A discernible valleriite surface layers enrichment with Fe(3+)-OH hydroxide species was found to arise from Ni(II) salt injection, with Ni presenting within analyzed surface layer as Ni(2+)-OH species. The last fact may render the materials under study potentially (electro)catalytically active in oxygen evolution reactio

Study of the Material Composition and Technological Properties of Rare-Metal Ores Chuktukon Deposit

The composition and structure of rare metal ores Chuktukon deposit was studied. The predominant part of the ore was presented by the products of final hydrolysis, which is dominated by oxides and hydroxides of iron and manganese. Rare earth metals in the ores are presented in the form of phosphates (Florencite and monazite), and niobium – secondary strontium, barium and cerium pyrochlores. Ore minerals are characterized by exceptional fineness and their mutual splicedity. The size of the particles that make up the globules of ore is the tens of nanometers. Minerals of rare metals are covered by oxides and hydroxides films of iron. This mainly refers to the REM than niobium. For individual samples of ore assay near 70 % of monazite is closed by oxide-hydroxide form of iron, which does not allow distinguish REM in the non-magnetic concentrate or conduct selective autoclave opening of monazite by nitric acid. Accordingly, the processing of ores by hydrometallurgical methods requires dispersing of ores almost to the colloidal stateИзучен состав и структура редкометальных руд Чуктуконского месторождения. Преобладающая часть руд представлена продуктами конечного гидролиза, в котором доминируют оксиды и гидроксиды железа, марганца. РЗМ в рудах представлен фосфатами (флоренсит и монацит), а ниобий – вторичными стронциево-, бариево- и цериопирохлорами. Руды характеризуются исключительной дисперсностью минералов и их взаимной срощенностью. Размер частиц, из которых состоят глобулы руды, равен десяткам нанометров. Минералы редких минералов покрыты пленкой гидроксидов и оксидов железа. Это в большей степени относится к РЗМ, чем ниобию. Для отдельных образцов проб руды до 70 % монацита оказываются закрытыми оксидно-гидроксидными формами железа, что не позволяет выделить РЗМ в немагнитный концентрат или провести селективное автоклавное вскрытие монацита азотной кислотой. Соответственно, переработка руд гидрометаллургическими методами потребует диспергирования руд практически до коллоидного состояни

Study of the Material Composition and Technological Properties of Rare-Metal Ores Chuktukon Deposit

The composition and structure of rare metal ores Chuktukon deposit was studied. The predominant part of the ore was presented by the products of final hydrolysis, which is dominated by oxides and hydroxides of iron and manganese. Rare earth metals in the ores are presented in the form of phosphates (Florencite and monazite), and niobium – secondary strontium, barium and cerium pyrochlores. Ore minerals are characterized by exceptional fineness and their mutual splicedity. The size of the particles that make up the globules of ore is the tens of nanometers. Minerals of rare metals are covered by oxides and hydroxides films of iron. This mainly refers to the REM than niobium. For individual samples of ore assay near 70 % of monazite is closed by oxide-hydroxide form of iron, which does not allow distinguish REM in the non-magnetic concentrate or conduct selective autoclave opening of monazite by nitric acid. Accordingly, the processing of ores by hydrometallurgical methods requires dispersing of ores almost to the colloidal stateИзучен состав и структура редкометальных руд Чуктуконского месторождения. Преобладающая часть руд представлена продуктами конечного гидролиза, в котором доминируют оксиды и гидроксиды железа, марганца. РЗМ в рудах представлен фосфатами (флоренсит и монацит), а ниобий – вторичными стронциево-, бариево- и цериопирохлорами. Руды характеризуются исключительной дисперсностью минералов и их взаимной срощенностью. Размер частиц, из которых состоят глобулы руды, равен десяткам нанометров. Минералы редких минералов покрыты пленкой гидроксидов и оксидов железа. Это в большей степени относится к РЗМ, чем ниобию. Для отдельных образцов проб руды до 70 % монацита оказываются закрытыми оксидно-гидроксидными формами железа, что не позволяет выделить РЗМ в немагнитный концентрат или провести селективное автоклавное вскрытие монацита азотной кислотой. Соответственно, переработка руд гидрометаллургическими методами потребует диспергирования руд практически до коллоидного состояни

One-step immobilization of cesium and strontium from alkaline solutions via a facile hydrothermal route

Текст статьи не публикуется в открытом доступе в соответствии с политикой журнала.Hydrothermal treatment of coal fly ash cenospheres (Si/Al = 2.7) as a glassy source of Si and Al was carried out in 1.5 M NaOH at 150°C in the presence of Cs+ and Sr2+ to study the possibility of Cs+ and Sr2+ immobilization in mineral-like compounds. Systems Na2O–H2O– (SiO2–Al2O3) glass, Na2O–Cs2O–H2O– (SiO2–Al2O3) glass with Cs+/Na+ ratios of 0.05 and 0.5, and Na2O–SrO–H2O– (SiO2–Al2O3) glass with Sr2+/Na+ ratios of 0.25 and 0.025 were under study. Structure, composition and morphology of solid products were characterized by PXRD, SEM-EDS and STA methods. In the Cs+/Sr2+ free systems the deep crystallization of cenosphere glass takes place resulting in hollow polycrystalline analcime microspheres. Microsphere solids including phases of ANA topology (analcime, pollucite or analcime-pollucite solid solutions) and Cs+/Sr2+ silicates are produced as Cs+ and Sr2+ immobilized forms in the Cs+/Sr2+ bearing systems. The degree of Cs+ and Sr2+ recovery from alkaline solutions was 90–99%

Composition, Structure and Reduction Reactivity of Composite Materials of the α-Fe₂O₃–СaFe₂O₄ System by Hydrogen

В работе изучены композиционные материалы системы α-Fe2O3–CaFe2O4, полученные методом высокотемпературного твердофазного синтеза из оксидов Са и Fe(III) с вариацией мольного отношения СаО/Fe2O3 от 0.15 до 1.00. Материалы охарактеризованы методами рентгеновской дифракции (РФА), сканирующей электронной микроскопии с системой энергодисперсионного микроанализа (СЭМ-ЭДС) и синхронного термического анализа (СТА) в режиме термопрограммируемого восстановления водородом (H2-ТПВ). СЭМ-ЭДС – исследование образцов выявило формирование сложной микроструктуры материала по типу «ядро-оболочка» с фазой гематита в качестве «ядра». H2-ТПВ образцов позволило установить, что с увеличением содержания фазы CaFe2O4 (от 33.4 до 97.5 мас. %) наблюдается снижение вклада низкотемпературных форм решеточного кислорода в областях 350-510 °С (до 2.6 раза) и 510-650 °С (до 1.7 раза) и рост вклада высокотемпературной формы кислорода в интервале 650-900 °С (до 2 раз). На основе оценки подвижности решеточного кислорода высказано предположение о перспективности использования полученных композиционных материалов с содержанием фазы CaFe2O4 более 55.2 мас. % в качестве носителей кислорода в химических циклических процессах получения синтез-газаIn this paper, α-Fe2O3–CaFe2O4 composite materials obtained by high-temperature solid-phase synthesis from Ca and Fe (III) oxides with varying molar ratio CaO/Fe2O3 in the range 0.15-1.00 were investigated. The materials are characterized by Х-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray microanalysis (SEM-EDS) and simultaneous thermal analysis (STA) in the hydrogen temperature-programmed reduction mode (H2-TPR). SEM-EDS studies of the specimens were revealed a formation of the “core-shell” type complex microstructure of material with the hematite phase as the “core”. H2-TPR of the specimens allowed to establish a decrease of the contribution of low-temperature forms of lattice oxygen in areas of 350-510 °С (up to 2.6 times) and 510-650 °С (up to 1.7 times), and the growth of the contribution of the high-temperature oxygen form in the range of 650-900 °С (up to 2 times) with an increase in the content of the phase CaFe2O4 from 33.4 to 97.5 wt. %. Relying on the assessment of lattice oxygen mobility, it was suggested, that the samples with content of CaFe2O4 phase more than 55.4 wt. % are promising for use as oxygen carriers in chemical looping processes of syngas productio

Synthesis and Photoelectrocatalytic Activity of Anodic Nanostructured TiO₂ Films

Методом электрохимического окисления получены наноструктурированные пленки диоксида титана, исследовано влияние напряжения анодирования на морфологию поверхности, оптические и фотоэлектрокаталитические характеристики полученных нанотрубок. Показано, что напряжение анодирования оказывает существенное влияние на структуру нанопленок и, соответственно, на их фотоэлектрокаталитическую активность. Методом катодного осаждения Cu₂O на анодированный TiO₂ получен фотоанод с гетеропереходом. Установлено, что фотоэлектроактивность такого анода при потенциале 1В (отн. Ag/AgCl/3,5MKCl) на 15 % выше, чем активность исходной наноструктурированной TiO₂ пленкиNanostructured titanium dioxide films were prepared by electrochemical oxidation technique, anodization voltage effect on structure morphology, optical and photoelectrocatalytic performances of the nanotubes were studied. The anodization voltage is shown to significantly affect structure of nanofilms and, accordingly, their photoelectrocatalytic activity. An active heterojunction photoanode was synthesised with electrodeposition of Cu₂O onanodized TiO₂. The anode photoelectroact ivityunder bias 1V (Ag/AgCl/3,5M KCl) is found to be 15 % higher than that of the original nanostructured TiO₂ fil

Use of Mixed Fuel Based on Brown Coal and its Thermal Processing Products in Energy Boilers

В работе исследовано термическое поведение бородинского угля, буроугольного кокса и смесевого топлива, состоящего из 80 % бородинского бурого угля и 20 % буроугольного кокса, во время процесса горения с помощью термогравиметрического анализа. Представлен химический состав образцов. При анализе кривых ТГ-ДТГ были определены следующие характеристики горения: температура воспламенения (Ti) и температура выгорания коксового остатка (Te), индекс воспламеняемости, интегральный параметр горения. Для определения Ti и Te была применена и обоснована методика пересечения кривых ТГ и ДТГ. Провели электронно-микроскопическое исследование сечения частицы буроугольного кокса. Результаты исследования показали, что добавление буроугольного кокса к бурому углю оказывает положительное влияние на характеристики его горенияThe work investigated the thermal behavior of Borodino coal, brown coal coke and mixed fuel, consisting of 80 % Borodino brown coal and 20 % brown coal coke during the combustion process using thermogravimetric analysis. The chemical composition of the samples is presented. When analyzing the TG-DTG curves, combustion characteristics were determined, such as: ignition temperature (Ti) and coke burnout temperature (Te), flammability index, integral combustion parameter. To determine Ti and Te, the technique of crossing the TG and DTG curves was applied and justified. An electron microscopic study of the cross-section of a lignite coke particle has been carried out. The results of the study showed that the addition of lignite coke to brown coal has a positive effect on its combustion characteristic