Cadmium (Cd) is a priority pollutant in ecosystems worldwide. It is highly toxic to aquatic organisms including fish at fairly low concentrations. Numerous studies have investigated the influence of Cd exposure on fish, but few of them have considered how environmentally relevant levels of Cd affect reproduction, particularly reproductive behaviour. To assess the toxicity of Cd on fish reproduction, breeding fathead minnows (Pimephales promelas) were exposed to water-borne Cd for 21 days at four different concentrations (0, 1, 2.5 and 5 µg/L, respectively) based on a standard short-term reproductive assay and reproductive performance as well as behaviour were examined during or at the end of the exposure period. The results showed that Cd accumulated in a dose-dependent manner in the livers and ovaries of female fish. Brood size and mean egg production were significantly reduced in Cd-exposure treatment groups. When fertilized eggs were incubated in the water containing 2.5 µg/L or higher Cd, there was delayed hatching, but at the same time there was greater synchronous hatching after hatching started. Hatching success of Cd-exposed eggs also declined compared to the control. No significant difference was observed among treatments in adult fish survival, the number of breeding attempts, fertilization success, egg size, plasma β-estradiol levels of female, larval deformities, reproductive behaviour, gonadosomatic index or liver somatic index. The results of this study demonstrate that Cd is able to impair reproduction of fathead minnow at the concentration as low as 0.64 µg/L. It is harmful to both breeding fish and their offspring. The traditional endpoints used in standard reproduction assay (e.g. egg production and brood size) are probably more sensitive than behavioural endpoints, but the traditional method of interpreting reproductive impairment may underestimate toxic effects. The findings of this study have important implications for understanding the effects of chronic Cd exposure in metal-impacted feral fish populations. It can be applied to the protection or restoration of fish populations in Cd contaminated aquatic systems.

Le cadmium (Cd), métal extrêmement toxique, peut pénétrer dans l'organisme par ingestion, mais également par inhalation. Le mécanisme régissant son transport membranaire est jusqu'ici inconnu mais sa nature toxique suggère qu'il puisse emprunter des systèmes de transports dédiés à certains éléments essentiels tels que le calcium (Ca). Notre étude évalue la cytotoxicité du Cd, du Pb et du Hg utilisés seuls ou en combinaisons multiples dans deux lignées cellulaires humaines A549 et H441 qui représentent respectivement le phénotype de cellules alvéolaires et bronchiolaires de l'épithélium pulmonaire. La caractérisation du transport de Cd selon la spéciation organique et inorganique et selon le pH est aussi étudiée tout en vérifiant l'implication possible des voies calciques. L'essai MTT indique que le Cd et Hg sont cytotoxiques dans les deux lignées alors que le Pb ne semble pas affecter la viabilité cellulaire. Les résultats démontrent aussi que la lignée A549, pour laquelle la plus faible valeur de LC₅₀ a été mesurée, est deux fois plus sensible au Cd que la lignée H441 (60 µM vs 120 µM). L'étude de l'accumulation du ¹⁰⁹Cd montre que la variation de cette sensibilité ne peut être attribuée à une accumulation supérieure de Cd. Dans les deux lignées, les résultats de toxicité et d'accumulation du Cd en présence de Hg et de Pb indiquent la présence d'une corrélation entre les contenus cellulaires en Cd et le potentiel toxique. Il semble que le Pb protège les deux lignées contre la toxicité du Cd en inhibant le transport membranaire du Cd alors que le Hg sensibilise les cellules A549 en augmentant les niveaux d'accumulation du Cd. La caractérisation du transport membranaire de ¹⁰⁹Cd montre une inhibition de l'accumulation temporelle du ¹⁰⁹Cd dans un milieu chloré en présence d'un excès de Cd non radioactif ce qui indique l'implication d'un système spécifique de transport. Les paramètres d'accumulation et les caractéristiques cinétiques varient d'une lignée à l'autre et révèlent la présence d'un processus saturable et à haute affinité (Km < 5M dans les deux cas). L'accumulation de Cd est supérieure en milieux inorganiques (chloré et nitré) comparativement au milieu organique (DMEM) probablement suite à la complexation du Cd. Nos résultats montrent aussi une plus grande variation du transport de Cd en fonction du pH dans la lignée A549; le Cd étant bien moins transporté à pH acide. L'étude des interactions Cd-Ca montre que le Ca n'inhibe pas le transport du ¹⁰⁹Cd mais que le Cd inhibe le transport de ⁴⁵Ca. Dans les cellules A549, un transport de ⁴⁵Ca dépendant du voltage et hautement sensible à une inhibition par le Cd a aussi pu être mis en évidence. En conclusion, l'accumulation pulmonaire de Cd n'implique pas de voies de transport calciques et varie selon le phénotype cellulaire et les interactions avec d'autres métaux. La toxicité du Cd n'est pas toujours corrélée aux niveaux d'accumulation du métal et dépendrait d'autres mécanismes cellulaires qui réduisent la toxicité du Cd et diffèrent d'une lignée à l'autre. Nous émettons donc l'hypothèse que des mécanismes de protection cellulaire (GSH, MT et HSP70) seraient probablement responsables des variations de sensibilité observées dans les cellules A549 et H441. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Métaux lourds (Cd, Pb et Hg), Cellules A549 et H441, Transport membranaire, Viabilité cellulaire, Canaux calciques dépendants du voltage.

De nombreux sites militaires des Forces Armées Canadiennes sont contaminés par des métaux lourds (en particulier Pb et Cd) et des substances énergétiques (en particulier HMX). Ceux-ci entrent dans l'environnement lors de l'utilisation de munitions. Le ver Eisenia andrei est considéré comme une espèce sentinelle pertinente lors de l'étude de la pollution des sols. Des tests standardisés utilisant des paramètres tels que la létalité, la croissance et la reproduction de ce ver ont été développés afin d'évaluer les effets létaux et sublétaux de contaminants environnementaux. La métallothionéine (MT) est une protéine ubiquitaire impliquée dans la liaison, la bioaccumulation, le transport, le métabolisme et la détoxification des métaux. Son induction directe par certains métaux bivalents est bien reconnue et plusieurs groupes explorent son utilisation potentielle comme biomarqueur. D'autres facteurs exogènes et endogènes induiraient également l'expression de la métallothionéine de façon indirecte. Les objectifs de cette étude sont d'évaluer la possibilité d'utiliser les protéines de type métallothionéine (MTLPs) comme biomarqueur d'effet précoce par la recherche de relations statistiques entre la reproduction et la modulation de ces protéines suite à une exposition à deux métaux lourds (Pb et Cd) et au HMX. Les outils mis à disposition sont le suivi des paramètres standards après exposition (létalité, croissance et reproduction) et la mesure des MTLPs dans les organes impliqués dans la reproduction, soit les segments 9 à 15 (gonades) et 32 à 37 (clitellum), de même que dans les tissus non impliqués dans la reproduction du ver E. andrei. La technique expérimentale utilisée pour la mesure des MTLPs est la chromatographie liquide de haute performance en phase inverse (HPLC-RP) et en mode isocratique (phase mobile K₂HPO₄/ACN/MeOH, 80 :18 :2). Les résultats obtenus confirment que les deux métaux sont effectivement toxiques et létaux pour E. andrei et que les trois contaminants (Cd, Pb et HMX) présentent des effets délétères et dose-dépendants sur la reproduction du ver. De plus, nous constatons qu'une accumulation de MTLP induite par le Cd est corrélée avec une diminution de la reproduction du ver. Concernant le Pb, aucune induction significative de MTLPs n'a été observée, laissant ainsi ouverte la question de sa relation avec les MTLPs. Enfin, la segmentation des vers a permis d'entrevoir certains effets du HMX sur les MTLPs, effets indécelables au niveau du ver entier. Pour conclure, la présente étude démontre que l'induction des MTLPs chez le ver de terre constitue une réponse physiologique tout au moins à certains métaux ainsi qu'à une substance organique (HMX); la perspective d'utiliser cet outil comme biomarqueur est donc prometteuse. De plus, cette étude confirme la pertinence de classer les métaux lourds en deux groupes selon leurs mécanismes de rétention et de détoxification. Quant à la détoxification du HMX chez E. andrei, il pourrait s'agir d'un autre mécanisme de défense cellulaire qui agirait de manière indirecte sur les MTLPs. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Métallothionéine, Cadmium, HMX, Plomb, Reproduction, Eisenia andrei, Compartiments, Biomarqueur.

La pollution des milieux aquatiques par les métaux lourds demande une évaluation du risque des effets toxiques chez des espèces aquatiques. En particulier, le cadmium est connu pour être un métal non essentiel pour le fonctionnement cellulaire et toxique à faible concentration. Environ 25 000 tonnes de cadmium par année sont rejetées dans l'environnement via les activités industrielles, d'extraction de métaux, par l'emploi de pesticides et autres. Dans ce contexte, tant la formation que l'activité de l'appareil photosynthétique représente une cible importante pour les contaminants métalliques parce que l'inhibition des processus biochimiques et biophysiques de la photosynthèse affectent en entier la physiologie des plantes. Dans cette étude, la biosynthèse de la chlorophylle et la fluorescence chlorophyllienne ont été utilisées afin d'évaluer les effets toxiques du cadmium sur la formation de l'appareil photosynthétique et son activité. Dans un premier temps, l'effet toxique du cadmium a été évalué sur l'activité photosynthétique de l'algue verte. Dans cette partie, la fluorescence chlorophyllienne des algues est utilisée comme une approche pour évaluer le risque de toxicité du cadmium. Une altération de la capacité photosynthétique induite par les métaux lourds se reflète dans le rendement et la cinétique de fluorescence. Deux souches de cette espèce, une souche «sauvage» (CC-125 WT mt+) avec paroi cellulaire et une souche «mutante» (CC-400 CW 15 mt+) sans paroi, ont été employées pour étudier les effets de la paroi cellulaire sur l'absorption du cadmium et son effet toxique après 24 et 48 heures de traitement. Les courbes dose-réponse obtenues pour ces deux souches ont permis d'identifier une grande sensibilité des effets toxiques du cadmium pour les algues sans paroi par rapport à celles avec paroi en présence d'une même concentration nominale de cadmium. Les paramètres photosynthétiques de fluorescence ont indiqués que le site d'inhibition au cadmium a été au complexe enzymatique du dégagement d'oxygène associé au photosystème II. Dans la seconde partie, afin d'évaluer la capacité à synthétiser la chlorophylle dans un environnement contaminé au cadmium, la phototransformation de la protochlorophyllide (PChlide) en chlorophyllide (Chlide) par l'enzyme protochlorophyllide oxydoréductase (POR) a été étudié chez l'algue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii. Une souche mutante ne synthétisant pas la chlorophylle à l'obscurité a du être utilisé afin d'obtenir des cellules étiolées, c'est-à-dire que les chloroplastes de ces cellules ne sont pas encore formés. La fluorescence à basse température (77 °K) est l'outil permettant de suivre dans le temps la phototransformation des pigments et la formation des photosystèmes. Les spectres de fluorescence ont permis d'évaluer un certain retard dans la phototransformation de la protochlorophyllide en chlorophyllide ce qui a une répercussion sur la formation des photosystèmes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cadmium, Chlamydomonas reinhardtii, Chlorophillide, Chlorophylle, Cytométrie de flux, Fluorescence, Métaux lourds, NADPH-protochlorophyllide oxydoréductase, Photosynthèse, Protochlorophillide, Toxicité.

Le cadmium (Cd) est un métal lourd auquel la population en générale est exposée par l'alimentation. L'épithélium intestinal accumule beaucoup de Cd ingéré et représente un organe cible. Étant donné le rôle de cet épithélium dans la biotransformation de xénobiotiques ingérés, l'objectif de notre étude était d'évaluer dans quelle mesure une exposition chronique au Cd peut perturber l'expression des enzymes de biotransformation lors de la différenciation des entérocytes. Comme modèle in vitro, nous avons utilisé la lignée cellulaire humaine Caco-2 qui développe spontanément un phénotype entérocytaire. Le Cd étant connu pour troubler certaines voies de signalisation cellulaires, nous avons testé les hypothèses suivantes : 1) ce métal pourrait modifier l'expression (niveaux et/ou profil) des enzymes de biotransformation; 2) il serait susceptible d'altérer le processus de différenciation. Le profil d'expression d'enzymes de biotransformation (CYP1A1, CYP3A4 et GSTP1) a été caractérisé par RT-PCR en fonction du temps de culture : les niveaux d'ARNm de la GSTP1, de la P-gp et du CYP1A1 augmentent durant la différenciation. Parallèlement, nous avons estimé par mesure d'activité MTT (viabilité cellulaire), la LC5, soit la concentration d'exposition menant à 5% de mortalité. Lorsque les cellules sont exposées durant la phase de prolifération, une période de récupération augmente considérablement la viabilité (LC5 = 87 ± 4 vs. 15.2 ± 0.7 µM). Une LC5 de 36 ± 2 µM est obtenue lorsque les cellules sont traitées pendant la phase de différenciation montrant que la période de sensibilité maximale est pendant la prolifération. Étant donné les profils d'expression obtenus selon le temps de culture des quatre enzymes d'intérêt dans les cellules Caco-2 témoins, nous avons choisi la LC5 de 36 ± 2 µM comme concentration d'exposition pendant la phase de différenciation pour tester l'effet du Cd. Une exposition chronique à cette concentration de Cd perturbe le profil d'expression d'enzymes. De plus hauts niveaux d'ARNm de GSTP1 et de la P-gp sont alors observés mais cette induction par le Cd est diminuée en présence de vitamine D3 ou de NAC, toutes deux antioxydantes. Ainsi, l'effet du Cd sur la GSTP1 et la P-gp serait médié par un déséquilibre rédox. Des mesures d'activités enzymatiques de CYP1A1 et de GSTP1 ont été effectuées afin de corréler l'effet du Cd sur les niveaux d'ARNm aux activités. Une activité extrêmement faible d'environ 0,290 pmol/min/mg de protéines microsomales a été mesurée dans les cellules contrôles et traitées au Cd de 21 jours, soit presque 100 fois moins que ce qui est rapporté dans la littérature, mais plusieurs études ont révélé l'effet inhibiteur du Cd sur l'activité EROD. Deux types de réponses sont observées quant à l'effet du Cd sur l'activité de la GST: (1) une légère stimulation, (2) une faible inhibition. Nous avons également mesuré une diminution de la résistance électrique transépithéliale confirmant ainsi que le Cd affecte l'intégrité de l'épithélium intestinal en augmentant la perméabilité paracellulaire. Par ailleurs, nos récents résultats suggèrent que le Cd diminue l'activité de la phosphatase alcaline, un marqueur de différenciation. Néanmoins, les enzymes de biotransformation n'étaient pas toutes affectées de la même façon, l'effet du Cd sur ces enzymes n'est pas le résultat (indirect) d'une action "non spécifique" sur le processus global de différenciation. Nos résultats montrent que l'exposition intestinale au Cd pourrait avoir des répercussions sur le métabolisme de premier passage des médicaments et autres xénobiotiques absorbés oralement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cellules Caco-2, épithélium intestinal, cadmium, entérocyte, CYP1A1, CYP3A4, GSTP1

This thesis investigates the biodistribution and toxicological effects of amphiphilic polymer coated CdSe/ZnS quantum dots (QDs) in two aquatic species, Daphnia magna (daphnia) and Danio rerio (zebrafish). The use of QDs in the life sciences has become common practice over the past decade. In addition QDs are being incorporated in commercially available light emitting diodes and photovoltaic solar cells. As the widespread commercial use of QDs increases, environmental release is inevitable, and water will contain the highest environmental concentrations based on life cycle assessments. Despite increased attention to the aquatic toxicology of nanomaterials in recent years, little information exists on the biological fate of QDs in aquatic organisms. Quantitative data on the uptake and excretion of QDs from daphnia and zebrafish were collected using fluorescence imaging paired with metal analysis. First, daphnia were examined after aqueous and dietary exposure to amphiphilic polymer coated CdSe/ZnS QDs. Surface coating influenced QD acute toxicity and high particle aggregation correlated with daphnia mortality. QDs were readily ingested by daphnia and accumulated in the intestines. High body burdens of 150-200 μg/g were found in the daphnia, with intestinal QD concentrations significantly elevated above the exposure media concentration. The slow elimination observed in daphnia suggested that trophic transfer of QDs to higher organisms may occur. Using daphnia and zebrafish as a model food chain revealed that QDs can transfer to zebrafish through dietary exposure with body burdens of 8-9.5 μg/g found. However, no biomagnification between daphnia and zebrafish was observed and the biomagnification factor (BMF = 0.04) was significantly less than one. This work demonstrates that aqueous and dietary exposures to QDs can result in high total body concentrations in aquatic organisms with little to no gross toxicity. The low acute toxicity observed for some surface coated QDs encourages further design optimization to improve the biocompatibility and reduce the environmental impact of QDs.

Sodium arsenite and cadmium chloride are two widespread environmental toxicants which have deleterious effects on living organisms. At the cellular level, sodium arsenite and cadmium chloride cause oxidative stress, dysregulation of gene expression, apoptosis, and the unfolding of protein. Furthermore, both chemical stressors individually have the ability to induce heat shock protein (HSP) accumulation. HSPs are molecular chaperones that aid in protein folding, translocation and in preventing stress-induced protein aggregation. Previously, our laboratory demonstrated that treatment of A6 kidney epithelial cells of the frog Xenopus laevis, with either cadmium chloride or sodium arsenite plus a concurrent mild heat shock resulted in an enhanced accumulation of HSPs that was greater than found with the sum of the individual stressors. To the best of our knowledge, no information is available to date on the effect that these two chemical stressors have in combination on HSP accumulation in aquatic organisms. The present study examined the effect of simultaneous sodium arsenite and cadmium chloride treatment on the pattern of HSP30 and HSP70 accumulation in Xenopus A6 cells. Immunoblot analysis revealed that the relative levels of HSP30 and HSP70 accumulation in A6 cells treated concurrently with sodium arsenite and cadmium chloride for 12 h were significantly higher than the sum of HSP30 or HSP70 accumulation from cells subjected to the treatments individually. For instance, the combined 10 µM sodium arsenite plus 100 µM cadmium chloride treatment resulted in a 3.5 fold increase in HSP30 accumulation and a 2.5 fold increase in HSP70 accumulation compared to the sum of the stressors individually. This finding suggested a synergistic action between the two stressors. Pretreatment of cells with KNK437, an HSF1 inhibitor, inhibited the combined sodium arsenite- and cadmium chloride-induced accumulation of HSP30 and HSP70 suggesting that this accumulation of HSPs may be regulated, at least in part, at the level of transcription. Immunocytochemical analysis employing the use of laser scanning confocal microscopy (LSCM) revealed that simultaneous treatment of cells with the two stressors induced HSP30 accumulation primarily in the cytoplasm in a punctate pattern with some dysregulation of F-actin structure. Increased ubiquitinated protein accumulation was observed with combined 10 µM sodium arsenite and 10, 50 or 100 µM cadmium chloride treatment compared to individual stressors suggesting an impairment of the ubiquitin-proteasome degradation system. Finally, while incubation of A6 cells with 1 µM sodium arsenite plus 10 µM cadmium chloride did not induce a detectable accumulation of HSPs, the addition of a 30 °C mild heat shock resulted in a strong accumulation of HSP30 and HSP70. This study has demonstrated that concurrent sodium arsenite and cadmium chloride treatment can enhance HSP accumulation. Since HSP accumulation is triggered by proteotoxic stress, these findings are relevant given the fact that aquatic amphibians in their natural habitat may be exposed to multiple chemical stressors simultaneously.

<p>Cadmium is a human carcinogen and a persistent environmental pollutant of increasing concern. Yet, the exact molecular targets of cadmium toxicity and the molecular mechanisms by which cadmium influences gene expression have not been fully elucidated. Therefore, the characterization of cadmium-inducible genes will provide a better understanding of the underlying mechanism involved in sensing cadmium-stress and the subsequent signaling pathways important for cellular defense against cadmium toxicity. To this end, we characterized two cadmium-responsive genes of no known biological function from the nematode Caenorhabditis elegans (C. elegans), numr-1 and numr-2.</p><p>Expression analysis of numr-1 and numr-2 revealed the same temporal and spatial expression patterns of both genes in the absence and presence of metal treatment. In the absence of metal, constitutive expression of numr-1/-2 was developmentally regulated. When adult animals were exposed to metal, numr-1/-2 expression dramatically increased. We show that worms overexpressing numr-1/-2 were more resistant to metal stress and longer lived than control animals; whereas reducing numr-1/-2 activity resulted in increased sensitivity to metal exposure. Furthermore, in the absence of metal, the two numr-1 mutant alleles, tm2775 and ok2239, exhibited decreased muscular functions. The molecular characterization of numr-1 and numr-2 also revealed that the expression of these two genes, at least in part, was regulated by changes in intracellular calcium concentrations ([Ca2+]i). This finding lead us to reevaluate the role of calcium mobilization in cadmium-induced transcription. </p><p>While several studies have indicated that exposure to cadmium resulted in increased [Ca2+]i, the mechanism by which cadmium can effect [Ca2+]i and concurrent effects on gene expression remain poorly understood. Therefore, we investigated the effects of low-level cadmium exposure, sufficient to induce transcription of cadmium-responsive genes, on the regulation of [Ca2+]i. In these studies, we utilized the protein-based calcium sensor YC 3.60 stably expressed in a HEK293 cell line. YC 3.60 is insensitive to cadmium ions, and thus is useful to monitor changes in [Ca2+]i following cadmium treatment. Exposing HEK293 cells to 1-30 µM cadmium was sufficient to induce transcription of cadmium-responsive genes such as metallothionein. Cadmium exposure from 1-10 µM had no effect on cell viability, [Ca2+]i mobilization, or increased transcriptional activity of calcium-responsive genes. In contrast, exposure to 30 µM cadmium significantly decreased cell viability, reduced intracellular calcium stores, and significantly altered the transcriptional activity of calcium-responsive genes. Taken together, these data indicate that low-level cadmium exposures (1-10 µM) can induce transcription of cadmium-responsive genes such as metallothionein independent of [Ca2+]i mobilization. </p><p>To gain further insight into the mechanistic relationship between cadmium and calcium we investigated the effects of cadmium exposure on the defecation cycle of C. elegans. Defecation is a highly rhythmic behavior that is regulated by calcium oscillations. We found that low-level cadmium exposures, sufficient to induce expression of cadmium-responsive genes such as numr-1/-2, significantly shortened the defecation cycle but did not alter the rhythm of the cycle or the magnitude of the intestinal calcium oscillations. Modulation of lipid metabolism in C. elegans results in a similar shortened defecation cycle, whereas modulation of [Ca2+]i results in lengthened and arrhythmic defection cycles, suggesting that the mechanism by which cadmium alters defecation is independent of [Ca2+]i mobilization.</p><p>In summary, the data in this work demonstrates that low-level cadmium exposure induces expression of cadmium-responsive genes independent of calcium mobilization. Thus, modulation of intracellular calcium is unlikely the primary mechanism by which cadmium regulates transcription at low-levels of exposure.</p> / Dissertation

In this study , we investigate the relationship between growth condition and thin film quality of cadmium sulfide (CdS) thin films grown by chemical bath deposition (CBD) method. Thin film structures are analyzed by X-ray diffraction , morphology and grain size are obtained by scanning electronic microscopy , and film thickness measured by reflectance spectroscopy . In medium pH value ( pH=10.5) , 20 min deposition can achieve 450 nm film thickness . At lower pH (pH=8.5), low hydrolysis rate of thiourea limits the concentration of sulfur anion , film thickness is only 49 nm after one hour deposition at 70 ¢J , and the obtained thin film can not fully cover the substrate to have a pin-hole free film . At higher pH (pH=11), 40 min only deposites 100 nm film thickness. Strong binding between the cadmium ion and the complexing agent causes low free cadmium cation concentration in the solution, which limits the growing rate. By varying the growth pH condition, the difference in thickness is more than one order of magnitude. In contrast to the film thickness relationship, grain size distribution suffers less influence from the pH consition. Our results indicate no explicitly relation between the grain size and solution pH condition. 20 minutes depositions result cadmium sulfide grain sizes to be 70¡Ó10nm , and 40 minutes result grain size to be 75¡Ó15nm . The results indicate that film thickness increases mainly due to the increasing of grain number, rather than the increasing of grain size . By summarized the results, we propose that the deposition of cadmium sulfide film is initially formed homogeneous nucleation in the solution. The nuclea diffuse and adhere to the substrate. Intristic electric dipole momentum of the cadmium sulfide nano-particle provides an attractive force for the adhesion, and results preferred orientation. Meanwhile, the grain keeps growing up until the size saturated .

Zeolites are crystalline, hydrated aluminosilicate minerals that are characterized by their ability to exchange some of their constituent cations with cations in aqueous solutions, without a major change in their crystalline structure. Clinoptilolite is the most abundant ype of zeolite and it has received extensive attention due to its favorable selectivity for mmonium and certain heavy metal cations. The aim of this study is to investigate the binary and ternary (multicomponent) ion xchange behavior of sodium form of G&ouml / rdes type clinoptilolite for ammonium,cadmium and sodium ions. For this purpose, NH4 +-Na+,Cd2+-Na+ binary systems and NH4 +-Cd2+-Na+ multicomponent system were investigated both in batch and column systems at 0.1 and 0.01 constant total normality respectively and at 250C constant temperature. As a result of binary and ternary experiments, clinoptilolite&rsquo / s affinity for both ions but greater affinity to NH4+ ion than Cd2+ ion was observed and the selectivity sequence of G&ouml / rdes clinoptilolite was determined as NH4+&gt / Cd2+&gt / Na+ in binary and multicomponent batch and column operations. Additionally, total ion exchange capacities and maximum exchange levels of G&ouml / rdes clinoptilolite for both ions were determined in batch systems whereas breakthrough capacities and column efficiencies (for three different flow rates) were determined in column systems. Finally, it was concluded that the increase of the flow rate reduced the breakthrough capacities and column efficiencies of G&ouml / rdes clinoptilolite for ammonium and cadmium ions in multicomponent column systems involving more than one cation.