海洋好氧生物膜对316L不锈钢电化学行为影响研究

摘要

随着海洋开发规模的不断扩大,海洋石油开发所建造的海上采油平台、海底油气输送管线以及船体等设施投入也不断增加,金属材料在海洋环境中的应用越来越广泛,但是海洋环境中微生物的附着对金属材料的影响,使其应用环境变得更加苛刻。到目前为止,微生物对金属材料的影响现象研究已有近百年历史,但是由于海洋环境的复杂性,多因素的共同作用使得作用机理研究存在众多的不确定性。由于海水溶解空气中的氧成为富氧环境,有利于好氧微生物的生长,因此好氧微生物对金属材料的影响研究引起了广泛重视,其对不锈钢的影响主要表现在开路电位正移及催化阴极氧还原两个方面,多数文献是将两者彼此分开研究,而且也没有将其与金属材料的腐蚀机制联系起来。
　　本文选取青岛第二海水浴场过滤的天然海水以及铜绿假单胞菌P. aeruginosa PAO1培养基质作为实验介质,以316L不锈钢作为实验材料,通过开路电位(OCP)、电化学交流阻抗(EIS)、动电位极化、循环伏安(CV)等电化学方法,分别研究两种好氧生物膜对不锈钢开路电位、阴极氧还原催化与不锈钢腐蚀倾向之间的关系;结合扫描电镜(SEM)、X射线电子能谱(EDS)、荧光显微镜观察等表面分析技术,观察分析微生物在不锈钢表面附着过程对材料表面形貌、元素成分及含量的影响。另外,通过在天然海水体系中加入适量 NaN3呼吸抑制剂,进一步研究微生物的呼吸过程对不锈钢阴极氧还原及不锈钢腐蚀倾向的影响。
　　结果表明,在两个月的实验周期内,天然海水中的好氧生物膜使316L不锈钢开路电位正移,其动电位极化曲线表明这种影响是生物膜对其阴、阳极过程耦合影响的结果,催化阴极氧还原的同时对阳极腐蚀倾向具有抑制性。进一步的实验验证,好氧微生物的呼吸代谢过程能够催化不锈钢阴极氧还原,在一定时间周期内,可通过消耗介质中的溶解氧含量使金属腐蚀受到抑制。P. aeruginosa PAO1作为单一好氧模式菌,对其阴极氧还原过程的催化作用相比于天然海水环境形成的混合生物膜较弱;同时,在其生命周期内,有、无氧的介质条件都可抑制不锈钢的腐蚀性。天然海水中微生物在不锈钢表面附着形成的生物膜引起钝性材料316L不锈钢开路电位正移是多种混合菌协同作用的表现,单一好氧菌也能引起其阴极去极化,并使其表现出一定的腐蚀抑制性,但没有引起开路电位正移。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 前言

1.2 文献综述

1.2.1 天然海水中生物膜的形成

1.2.2 微生物对金属材料的腐蚀行为影响

1.2.3 微生物腐蚀研究方法

1.3 研究背景、意义及内容

1.3.1 研究背景及意义

1.3.2 研究内容

2 316L 不锈钢在天然海水中的腐蚀行为研究

2.1 引言

2.2 实验方法

2.2.1 实验仪器

2.2.2 材料及试剂的制备

2.2.3 实验介质

2.2.4 实验方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 316L 不锈钢在天然海水介质中开路电位变化特征

2.3.2 电化学交流阻抗谱分析

2.3.3 动电位极化曲线

2.3.4 表面荧光观察

2.3.5 扫描电镜（SEM）观察

2.3.6 X 射线电子能谱（EDS）分析

3 天然海水中好氧微生物的呼吸过程对 316L 不锈钢电化学行为的影响

3.1 引言

3.2 实验方法

3.2.1 实验材料和仪器

3.2.2 材料及试剂制备

3.2.3 实验介质

3.2.4 实验方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 荧光显微镜观察

3.3.2 循环伏安扫描

3.3.3 电化学交流阻抗谱

3.4 小结

4 铜绿假单胞菌 Pseudomonas aeruginosa PAO1 对 316L 不锈钢阴极氧还原的影响

4.1 引言

4.2 实验方法

4.2.1 实验材料和仪器

4.2.2 材料及试剂制备

4.2.3 实验介质

4.2.4 实验方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 PAO 1 生长曲线的测定

4.3.2 316L 不锈钢在 PAO1 培养介质及空白样中开路电位变化特征

4.3.3 循环伏安扫描

4.3.4 电化学交流阻抗谱

4.3.5 荧光显微镜观察

5 总结论

参考文献

致谢

个人简历

发表的学术论文