海洋厭氧微生物膜影響的碳鋼腐蝕機(jī)理與過程.pdf

1、鋼鐵在海水中的腐蝕是一個(gè)涉及化學(xué)、物理、生物等多種因素的復(fù)雜電化學(xué)過程，自von Wolzogcn Kuhr等首次報(bào)道后，微生物被逐漸發(fā)現(xiàn)是影響鋼鐵海水腐蝕的重要因素之一。能引起材料腐蝕和降解的微生物包括好氧和厭氧細(xì)菌，厭氧細(xì)菌中硫酸鹽還原菌(SRB)被認(rèn)為是與金屬腐蝕相關(guān)的主要的細(xì)菌，深入研究SRB對碳鋼海水腐蝕的影響及作用機(jī)制，對全面認(rèn)識微生物影響的腐蝕規(guī)律有重要意義；并能為建立合理有效的防治微生物腐蝕的系統(tǒng)方法提供科學(xué)依據(jù)。

2、 本文首先使用液體培養(yǎng)基，富集培養(yǎng)得到以SRB為主的厭氧細(xì)菌，初步的生物學(xué)分析發(fā)現(xiàn)可能同時(shí)共生鐵還原細(xì)菌，然后在富集培養(yǎng)的基礎(chǔ)上再使用固體培養(yǎng)基對其進(jìn)行分離純化培養(yǎng)得到SRB，分別基于該富集和純化的細(xì)菌，研究其對金屬腐蝕的影響。 主要從四方面進(jìn)行研究，探討厭氧微生物影響的碳鋼的腐蝕機(jī)理及腐蝕過程。首先，使用電化學(xué)方法及表面分析技術(shù)研究富集培養(yǎng)的細(xì)菌對碳鋼腐蝕的影響。結(jié)果表明，在富集培養(yǎng)的細(xì)菌中，碳鋼腐蝕過程經(jīng)歷了先抑制后加速的

3、過程：在接種細(xì)菌后的前三天，腐蝕速度與空白相比降低，可以歸結(jié)為鐵還原細(xì)菌作用下的鐵的磷酸化物的出現(xiàn)，第四天之后，腐蝕速度增加，原因是硫酸鹽還原菌迅速繁殖產(chǎn)生大量的H<,2>S加速了腐蝕。 使用交流阻抗技術(shù)分別研究了碳鋼在純化培養(yǎng)的SRB中、濾去SRB菌體的所有代謝產(chǎn)物中的腐蝕行為。結(jié)果表明濾去細(xì)菌菌體的代謝產(chǎn)物對碳鋼腐蝕起到加速作用，但與純化培養(yǎng)的SRB(包括SRB本身和所有的代謝產(chǎn)物)相比，對碳鋼加速腐蝕的作用較小。說明除了代

4、謝產(chǎn)物對碳鋼的腐蝕，SRB細(xì)胞本身也參與了陰極去極化而加速了碳鋼腐蝕，SRB的氫化酶消耗了陰極反應(yīng)產(chǎn)生的氫而導(dǎo)致氫析出的加速；另外可能存在細(xì)菌細(xì)胞與鐵的直接的電子傳遞過程。這是厭氧生物膜催化的腐蝕機(jī)理。 分別使用無機(jī)試劑硫化氫、硫化物、有機(jī)試劑半胱氨酸模擬存在活性硫酸鹽還原菌體系中的生物源硫化物因素，使用交流阻抗技術(shù)、極化曲線等手段分析了碳鋼在這些模擬體系中的電化學(xué)行為。結(jié)果表明：含有活性SRB的體系，其代謝產(chǎn)物中無機(jī)硫化物，尤

5、其是腐蝕性的生物源H<,2>S對碳鋼的腐蝕起到主要的作用，另外H<,2>S與鐵反應(yīng)生成FeS后，鐵硫化物降低了析氫過電位，從而加速了氫的陰極去極化過程，碳鋼腐蝕被加速。半胱氨酸對體系的影響遠(yuǎn)不如SRB本身和其代謝產(chǎn)物的影響，這可能跟其生物活性有關(guān)，有待提取具有生物活性的半胱氨酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。使用交流阻抗技術(shù)、場發(fā)射掃描電鏡和電子能譜等手段，研究了表面先存在銹層的碳鋼在富集的厭氧細(xì)菌作用下的生化礦化過程的發(fā)生，及該過程對基體碳鋼的腐蝕的影響。

6、結(jié)果表明：實(shí)海環(huán)境中，在厭氧生物膜作用下的碳鋼內(nèi)銹層中大量存在一種認(rèn)為是綠銹的片狀物，并發(fā)現(xiàn)細(xì)菌附著在鐵氧化物表面，這是厭氧微生物影響鋼鐵腐蝕和參與生物礦化的直接證據(jù)：實(shí)驗(yàn)室條件下，厭氧細(xì)菌參與的腐蝕過程中觀察到針狀的鐵氧化物到球狀和片狀鐵硫化物的轉(zhuǎn)變，同時(shí)可能存在鐵還原細(xì)菌，并參與了這個(gè)生物礦化過程。表面已經(jīng)存在鐵氧化物銹層的碳鋼，接種SRB菌液后，由于細(xì)菌的代謝產(chǎn)物(主要是硫化氫)與致密的鐵氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成疏松的鐵硫化物，最初使