微生物腐蚀中生物膜的生成、作用与演变

自然界中,微生物常常附着在材料表面形成生物膜,影响金属表面的电化学过程,从而诱发微生物腐蚀。生物膜与微生物腐蚀的发生密切相关,其结构组成、成膜过程对金属的腐蚀反应类型与速率有着很大的影响。由于微生物活动的复杂性以及缺乏生物膜与金属界面之间交互作用的深刻认识,微生物腐蚀的发生和发展机制尚不清晰。基于此,从生物膜的角度阐述了金属微生物腐蚀的作用机制。介绍了易引起材料腐蚀的常见菌种,如硫酸盐还原菌、硫氧化菌、铁氧化菌、硝酸盐还原菌及其他腐蚀菌,并对它们的腐蚀机理进行了概述。综合论述了生物膜的特征、生成步骤,以及它是如何随时间和外部环境进行动态演变的。着重讨论了影响生物膜生成和发展的因素,包括材料因素以及环境因素,如温度、溶解氧、pH值、Cl~-、Fe~(2+)、水体流速、营养介质、磁场。最后,针对外界影响因素的复杂性,阐述了生物膜研究过程中存在的问题,同时对模拟生物环境过程中合理设计实验方案的重要性进行了展望。     

微生物生物膜下的钢铁材料腐蚀研究进展

综述了近年来有关SRB引起的钢铁腐蚀研究进展,分析了SRB生物膜的形成机制,介绍了传统SRB腐蚀机理、生物催化硫酸盐还原阴极反应腐蚀机理,以及SRB诱导生物矿化作用形成的沉淀垢膜下的碳钢腐蚀研究现状,着重介绍了生物能量学和生物电化学在推动SRB导致的微生物腐蚀机理研究中的重要作用,并在此基础上介绍了目前最新的对生物膜下SRB的控制技术和方法,为SRB腐蚀及控制提供参考。     

海洋环境硫酸盐还原菌对金属材料腐蚀机理的研究进展

硫酸盐还原菌(SRB)是一类广泛存在于自然环境中可以利用硫酸盐类物质作为呼吸代谢电子受体的厌氧类微生物,是造成金属腐蚀破坏和设备故障的主要原因之一,已经成为一个重要的研究课题。由于微生物活动的复杂性,生物膜内SRB与金属表面的相互作用缺乏深入的研究,其诱导腐蚀机理和腐蚀过程尚不清楚,难以进行有效的腐蚀预测。基于此,本文从SRB生物膜的呼吸代谢角度介绍了其诱导金属腐蚀的研究进展。介绍了SRB的生态特征和厌氧呼吸过程,重点综述了SRB腐蚀机理,包括阴极去极化、代谢产物腐蚀、浓差电池作用和胞外电子传递等理论,最后简要介绍了微生物腐蚀(MIC)研究的方法与技术手段。     

硫酸盐还原菌对钢材腐蚀行为的研究进展

综述了硫酸盐还原菌(SRB)微生物腐蚀与防护的研究现状,总结了厌氧生物膜的形成过程及对钢材腐蚀的影响,并在此基础上介绍了SRB对金属材料的腐蚀机理,包括阴极去极化机理、代谢产物腐蚀机理、Fe/FeS微电池作用机理等。分析了SRB代谢产生的胞外聚合物(EPS)在金属腐蚀过程中起到的作用,并详细介绍了SRB与好氧型铁氧化菌(IOB)、典型腐蚀性阴离子(Cl~-/SO_4~(2-))、弹性应力以及酸性气体CO_2之间的微生物腐蚀协同作用。最后系统总结了SRB腐蚀研究中较为普遍的防腐蚀手段以及最新研究进展,从而为后续SRB腐蚀与防护提供参考。     

海水中微生物膜的生长对金属腐蚀过程的影响

综述了微生物膜在微生物腐蚀（MIC）及生物污损过 程中的作用、微生物膜对金属腐蚀过程的影响、微生物膜的生长、检测和控制方法，着重讨 论了它对金属材料电化学行为的影响.     

TGB沉积膜下腐蚀的抑制机理研究

利用交流阻抗和扫描电子显微镜等手段研究了含咪唑杂环的双季铵盐化合物MDHTD对腐生菌生物沉积膜下的腐蚀抑制机理.结果表明：MDHTD能够通过渗透和剥离作用使生物膜与金属基体的结合力下降,并可在金属基体表面形成有机吸附膜,较好地保护金属免遭Cl-离子等侵蚀,能有效地抑制由于TGB生物膜沉积而引起的氧浓差腐蚀.      

天然海水中微生物膜对316L不锈钢腐蚀行为研究

采用电化学技术包括开路电位、电化学阻抗谱、动电位极化、循环极化、表面表征技术、包括扫描电镜和能谱分析研究了316L不锈钢在天然海水中微生物膜影响的初期腐蚀行为。研究表明,海洋微生物在不锈钢表面发生附着形成生物膜。在天然海水中不锈钢的开路电位正移约450mV,而在灭菌海水中不锈钢的开路电位基本保持不变。电化学阻抗和极化实验结果指出,海洋微生物膜使不锈钢阻抗增加,点蚀电位升高,生物膜抑制了不锈钢的腐蚀发生。这种抑制作用经历了一个先变大后减小的过程。天然海水中,海洋生物膜的附着和其代谢产物作用使不锈钢的耐蚀性能得到提高,这一耐蚀性能的提高与生物膜影响的阳极抑制作用有关。     

微生物矿化作用抑制金属腐蚀行为的研究进展

概述了微生物矿化的基本过程,并总结阐述了常见诱导矿化作用的微生物类型及矿化产物类型,总结并举例说明了影响微生物矿化作用的主要因素.在此基础上,重点综述了微生物诱导矿化形成的矿化层类型,主要包括碳酸钙矿化层、磷酸钙矿化层、铁氧化物矿化层,并举例阐述了不同矿化过程之间的差异与形成的各类矿化层的特点.根据近年来微生物矿化作用在抑制金属腐蚀方面的研究进展,分别从微生物呼吸过程中耗氧过程和矿化层的屏蔽作用两方面阐述了微生物矿化作用抑制金属腐蚀的主要原因.最后,结合微生物矿化作用的常见环境,展望了微生物矿化作用在抑制金属腐蚀手段方面的发展方向.     

芽孢杆菌属微生物腐蚀研究进展

研究发现金属腐蚀部位存在芽孢杆菌属微生物,其中有些种形成的微生物膜被认为可能是一种潜在的抑制微生物腐蚀的有效方法。本文拟对国内外有关芽孢杆菌属微生物腐蚀的研究现状进行综述,探讨芽孢杆菌属生物膜在金属腐蚀中的作用,分析芽孢杆菌属微生物腐蚀的研究趋势。     

高分子材料微生物腐蚀的研究概况

简要介绍了高分子物质微生物腐蚀的作用机理:合成高分子材料能否成为异氧微生物的底物主要取决于其化学结构、结合性能、微生物群落。生物腐蚀的程度还取决与聚合物的分子量、结晶度、物理形态。高分子的生物腐蚀影响其在多种工业材料的应用,包括航空航天结构复合材料、高分子增塑剂和添加物、电绝缘聚酰亚胺。     

二氧化碳腐蚀缓蚀剂及其缓蚀机理的研究进展

首先分别论述了单组分缓蚀剂和复配型缓蚀剂的缓蚀机理,即不同类型的缓蚀剂在金属表面所具有的不同吸附过程。单组分缓蚀剂中特殊的分子基团在金属表面通过物理吸附、化学吸附或混合吸附过程起到缓蚀作用,复配型缓蚀剂在金属表面通过各组分间协同吸附或竞争吸附过程起到缓蚀作用,并指出了缓蚀机理的研究所存在的问题。然后,主要综述了近几年来国内外对用于二氧化碳腐蚀缓蚀剂的研究进展,包括咪唑啉衍生物、表面活性剂、季铵盐、有机胺和复配型缓蚀剂,结合缓蚀剂的分子结构和缓蚀效率等对其进行了阐述。介绍了几种用于二氧化碳腐蚀的新型缓蚀剂,如多活性位点有机化合物、硫醇、席夫碱和聚合物等。最后针对二氧化碳腐蚀环境的复杂性,对未来缓蚀剂及其缓蚀机理的研究方向进行了展望。     

磁场作用下的微生物腐蚀研究进展

磁体周围存在磁场,磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的,磁场力包括洛伦兹力和安培力.概述了磁场对微生物和金属腐蚀过程的影响,包括对单一细菌和混菌体系、电化学控制和浓差极化控制的电化学过程的影响.归纳了磁场作用于微生物金属腐蚀的防控方法,包括微生物竞争手段、缓蚀杀菌剂的应用以及存在的不足等问题.在此基础上,重点综述了近年来磁场条件下金属微生物腐蚀的研究进展,分析了磁场对于微生物生长特性和生物膜形成的影响,分别以不同微生物存在的体系、电化学过程控制的类型等方面展开详细讨论.针对磁场存在的环境,总结了微生物对金属的腐蚀机理,包括生物膜理论、离子干涉理论、自由基理论等.最后结合磁场对金属腐蚀过程的相关机理,展望了后续磁场对微生物腐蚀防控的研究方向.     

海洋环境中油气管道的微生物腐蚀研究进展

海上油气集输管道的腐蚀能够导致严重的环境风险和经济损失，其中微生物腐蚀一直以来被认为是造成该问题的主要因素之一。针对海洋环境油气管网中腐蚀性微生物的来源进行了分类，包括油藏内源性微生物、外注海水以及微生物采油（MEOR）引入的外源性微生物。分析了海底油藏储层中流体化学物质特性，确认其富含甲烷、硫化物、挥发性脂肪酸等，并依据内源微生物代谢及产物特征进行了分类，包括硫酸盐还原菌（SRB）、产甲烷菌、发酵菌以及铁还原菌（IRB）。同时，通过举例分析某油田采出水中微生物群落丰度特征，阐明了外源微生物长期受到油田开采环境胁迫后微生物群落的变化规律。在此基础上，进一步针对海上油气集输管网内涉及的微生物代谢产物理论、电活性微生物腐蚀理论以及腐蚀性微生物之间的协同与拮抗作用进行了全面的归纳总结。最后，对目前以纯培养或模式菌株混合培养为主要方式的微生物腐蚀研究中存在的问题进行了讨论，并对基于生物技术的新型防腐手段进行了展望。     

海洋环境下金属材料微生物腐蚀研究进展

海洋环境下的微生物易附着在金属材料表面形成生物膜,进而导致金属材料表面的微生物腐蚀(MIC)。分析了海洋环境下常见的易导致腐蚀的微生物种类及其特征,如硫酸盐还原菌(SRB)、铁氧化细菌(IOB)、产酸菌(APB)与产粘液菌(SPB)等,归纳了船舶与海洋平台涉及的微生物腐蚀及其与材料摩擦磨损的协同作用。在此基础上,重点综述了近年来碳钢、不锈钢与铜合金在海洋环境下的微生物腐蚀研究进展,包括溶解氧(DO)浓度、胞外聚合物(EPS)、生物膜微观形态等因素对碳钢MIC的影响,不锈钢在MIC过程中钝化膜与Cr元素化合物形态与含量变化,微生物抵抗Cu离子毒性机制以及铜合金在MIC过程中出现的脱合金成分腐蚀。对比了碳钢、不锈钢与铜合金表面在MIC中由生物膜、腐蚀产物与钝化膜形成的复合表面层结构差异。并从阴极去极化理论与微生物电化学腐蚀理论的角度解释了MIC,总结了两种理论间的关联性与局限性,指出了一些亟待解决的问题。     

铝合金霉菌腐蚀研究进展

结合近年来铝合金霉菌腐蚀机制与防护领域研究成果,介绍了代表性霉菌的种类及影响霉菌活性的主要因素,重点总结和讨论了铝合金霉菌腐蚀机制,主要包括酸蚀机制、浓差电池机制、以及其他可能存在直接电子传递机制和霉菌铝合金直接界面作用机制.霉菌通过新陈代谢可以产生大量的有机酸,能够显著地降低介质和生物膜内的pH,从而导致酸蚀引发局部...     

Microbial corrosion of galvanized steel in a simulated recirculating cooling tower system

In this study, mixed species biofilm formation including sulphate reducing bacteria (SRB) on the galvanized steel surfaces and also microbiologically influenced corrosion (MIC) of galvanized steel were observed in a model recirculating cooling water system during 10 months. A biofilm which had a heterogeneous structure formed on galvanized steel coupons. The results suggested that galvanized steel was corroded by microorganisms as well as SRB in the biofilm. Extracellular carbohydrate was degraded and quantities of carbohydrate were positively correlated with the weight loss. The concentrations of zinc in the biofilm showed significant correlations with weight loss, carbohydrate amount and SRB count.     

Inhibitory Effect of Vibrio neocaledinocus sp. and Pseudoalteromonas piscicida Dual-Species Biofilms on the Corrosion of Carbon Steel

Multi-species biofilms are found in various bacterial habitats and have industrial relevance. These complex bacterial communities have synergetic effects, unlike a single species. Therefore, it is critical to evaluate these complex communities as a whole. Here, the inhibitory effect of single- and dual-species biofilms of Vibrio neocaledinocus sp. and Pseudoalteromonas piscicida for A36 carbon steel corrosion was investigated. The results demonstrated that the synergistic interactions of the monoculture increased the overall biomass production of the dual-species biofilm, but the growth rate was reduced in the presence of the dual-species culture due to a lack of nutrients. Field emission scanning electron microscopy images also confirmed the development of biofilms—they became more homogenized via exposure time in both the mono- and dual-species cultures. The corrosion resistance of A36 carbon steel positively increased because of the dual-species interactions. This reached the highest value after four weeks of exposure. The highest corrosion inhibition efficiency of 99.8% was achieved in the dual-species cultures. Microbial community analysis revealed the high relative abundance of Pseudoalteromonas piscicida during the initial days of exposure, demonstrating the dominant role of this bacterium in the biofilm structure.     

Localised corrosion of mild steel in presence of Pseudomonas aeruginosa biofilm

Microbially influenced corrosion (MIC) is a destructive type of corrosion, which is initiated, facilitated or accelerated by the presence of bacteria. The objective of this study is to determine the MIC behaviour of mild steel exposed to Pseudomonas aeruginosa inoculated nutrient rich simulated sea water medium. The formation of the biofilm layer, corrosion products and pitting areas on the steel substrate are characterised by field emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction, energy dispersive spectroscopy and atomic force microscopy. The overall results showed the aggressive role of P. aeruginosa biofilm in inducing the corrosion process and generating significant pits on steel. This study may provide a new understanding of the MIC behaviour of steel caused by bacterial colonisation and biofilm formation.