2010年山东省腐蚀材料会议

溶解氧对于微生物腐蚀的影响万逸张盾研究员1.前言2.实验与方法3.结果与讨论4.总结1.前言硫酸盐还原菌是一类在海洋环境中普遍存在的能够将硫酸根转化为硫离子的微生物SRB的代谢产物，硫化物，具有大的腐蚀性，高的毒害性以及强的反应性SRBG.Muyzeretal.Nat.Rev.Microbiol.6(2008)441.微生物腐蚀研究1阴极去极化理论3代谢产物的腐蚀行为2局部腐蚀理论C.A.Wolzogenetal.Water8(1934)147.R.I.Starkey,ProducersMonthly22(1958)12.W.P.Iverson,Science151(1966)986.上述的理论认为SRB是一种严格的厌氧性微生物通常认为SRB是一种严格的厌氧型微生物，但是根据最近的研究报道SRB能够耐受高达1.5mM的溶解氧1.行为抵御策略SRB通过群落和聚集体形成微环境来抵御外界氧气的毒性氧的耐受性H.Cypionka,Annu.Rev.Microbiol.54(2000)8272.分子机制策略氧还原以及氧活性自由基的去毒性使SRB能够清除体内的氧分子以及活性氧自由基从而降低氧的毒害性H.Cypionka,Annu.Rev.Microbiol.54(2000)8272.1硫酸盐还原菌的计数2.实验与方法最大可能数法2.2环境参数测定环境参数pH硫离子电导率2.3电化学检测SRB的海水培养基（1）电化学体系：Q235工作电极、铂丝电极和Ag/AgCl参比电极（2）电化学技术：开路电位(Eoc)和电化学交流阻抗谱（EIS）（3）研究体系：氮气、空气和氧气饱和的培养基体系Q2353.结果与讨论3.1SRB在三种条件下的生长曲线Time/dNSRB/106cfu/ml-20246810121416048121620AirO2N2厌氧：SRB的生长状态明显强于有氧条件下的生长状态；有氧：SRB的生长呈现短的稳定期和快速的衰减期3.2SEM和能谱分析氮气（A）：生物膜稠密网状结构空气(B)：生物膜均匀生长在材料的表面氧气(C)：生物膜变得很稀疏空气饱和体系，无菌（A,B）和有菌(C,D)条件下SEM和能谱（EDS）分析SEM:有菌的条件下能够观察到微生物的形貌以及分泌物胞聚多糖等；而无菌条件下只能够看到絮状的腐蚀产物EDS：有菌体系中，强的磷元素的峰，这说明因为微生物核酸的原因3.2环境参数(1)硫离子浓度变化-202468101214160.00.20.40.6O2AirN2Time/dCS2-/mM硫化物的变化曲线与生长曲线类似，生长期之后硫化物不产生累积，主要因为每天定时通气排出了硫化氢(2)电导率(κ)-20246810121445.045.546.046.547.047.548.0O2AirN2Time/dκ(3)pH-2024681012146.06.26.46.66.87.0N2AirO2Time/dpH-202468101214-0.68-0.66-0.64-0.62-0.60-0.58-0.56-0.54O2AirN23.3Q235钢的腐蚀行为(1)开路电位(EOC)Time/dEOC/VSRB产生的有机酸导致pH下降，根据能斯特公式，从而进一步推断其导致开路电位降低在海水培养基中生物膜内的H2O2的富集导致了开路电位正移在三种气体饱和条件下，Eoc的变化：厌氧：Eoc出现负移并最终达到稳定；有氧：稳定期之后Eoc发生正移(2)电化学阻抗谱空气饱和的条件，无菌和有菌的体系中EIS的变化。无菌：EIS容抗弧随着时间的进行而减小；有菌：EIS容抗弧先随着时间增加而增加，稳定期过后减小01020304050010203040501d2d3d4d5d6d7d8d9d10d11d-Z’/kohm-Z’/kohmZ’’/kohmZ’’/kohm无菌有菌Q235钝化膜生物膜SRB(3)三个时间常数的拟合模型物理意义与等效元件的对比无菌：两个时间常数的模型（腐蚀产物层和双电层）有菌：三个时间常数的模型（生物膜层、腐蚀产物层和双电层）Time/dRbf/kohm(4)电子转移阻抗在一个生长周期内在三种不同条件下电子转移阻抗的变化值0246810120306090120150N2AirO2Rct=Rct(有菌)-Rct(无菌)Rct：电子转移阻抗，表征微生物腐蚀速率；实验表明：从生长期到稳定期，腐蚀速率减少，腐蚀受到抑制；稳定器过后腐蚀速率增加生物膜的生长生物膜的破损4.总结1.溶解氧的存在使得SRB的生长周期具有更慢的增长期和更快的衰减期2.在厌氧条件下，金属材料的腐蚀受到了抑制3.微生物生长期，金属材料的腐蚀速率减慢；微生物衰减期金属材料的腐蚀速率加速。致谢此工作由中科院百人计划、国家自然科学基金(No.40876041)、国家支撑计划项目(No.2007BAB27B01)和中国科学院创新工程重要方向项目（No.KZCXZ-YW210）资助。