海洋中石油烃类降解与微生物腐蚀关系研究

在工程实践中,国家重要的海洋工程设施（如海底输油管线和船舶燃料系统等）发生的腐蚀破坏案例常常涉及到油水环境,并与微生物腐蚀作用密切相关,而了解海洋含油环境中石油烃类的生物转换机制是了解微生物腐蚀的关键。阐述了海洋环境中降解石油烃类的主要微生物及其降解机制,其在有氧和无氧条件下呈现不同的特点。微生物降解石油烃类过程中非常重要的一步即为接受电子,该过程将生物无法直接利用的化学能转换成可直接利用的能量形式,即腺苷三磷酸（ATP）。有氧条件下的烃类降解以氧气作为最终电子受体,而在缺氧条件下可利用硝酸盐、铁离子、硫酸盐等作为电子受体。海洋环境中的石油烃类会促进腐蚀性硫化物的生成,因此油水环境下的微生物腐蚀机理以硫化物的腐蚀破坏为主。此外,烃类降解过程产生的琥珀酸等酸性中间代谢物也会加剧腐蚀的发生。但目前关于海洋油水环境中微生物群落作为一个整体展现出的功能性及其对钢铁设施的破坏机理,仍然缺乏系统性的研究,而基于高通量测序的微生物组学研究技术将成为有效解决这些问题的手段之一。     

DCOIT复合Zn-Ni合金抗菌镀层的制备及其耐SRB腐蚀性能研究

目的 提高Zn-Ni合金镀层的耐微生物腐蚀性能。方法 在硫酸盐电镀液中添加梯度浓度的4,5-二氯-N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮（DCOIT）,利用恒电流沉积方法,在碳钢表面阴极电沉积获得DCOIT复合Zn-Ni合金镀层。通过电沉积电位监测与电流效率计算评价DCOIT对电沉积过程的影响,利用扫描电子显微镜、电子能谱、X射线晶体衍射等研究DCOIT对Zn-Ni复合镀层形貌、结构与Ni含量的影响,使用傅里叶红外吸收光谱和荧光显微观察法验证DCOIT的成功复合及复合镀层的抗菌性能,最后将DCOIT复合Zn-Ni合金镀层暴露于硫酸盐还原菌（SRB）中,监测菌液的pH与菌体浓度,同时计算镀层的腐蚀速率,并观察镀层的腐蚀形貌,评价复合镀层的耐SRB腐蚀性能。结果 DCOIT在电沉积过程中会吸附在沉积表面,造成沉积电位负移,并略微降低了电流效率。DCOIT的添加显著改变了复合镀层的形貌、结构与Ni含量,其Ni含量与DCOIT的添加量呈线性增长关系,导致其晶体结构转变。DCOIT以有效形式存在于复合Zn-Ni合金镀层中,并显示出抗菌性能,DCOIT添加量为2 mmol/L时,镀层中的复合量最高,抗菌性能最好。最后,DCOIT复合Zn-Ni合金镀层能有效抑制环境中SRB的生长与代谢,自身腐蚀速率减慢,耐蚀性能明显增强。结论 DCOIT能够以有效形式复合于Zn-Ni合金镀层内部,并有效提高了镀层的抗菌性能,使其获得增强的耐SRB腐蚀性能。     

海水中小球藻对Q235碳钢腐蚀行为的影响

采用表面分析技术以及电化学测试技术研究了海水中小球藻对Q235碳钢腐蚀的影响。结果表明:在不含小球藻培养液中Q235碳钢发生均匀腐蚀,而在含小球藻培养液中碳钢发生不均匀腐蚀;在含小球藻体系中,开路电位随浸泡时间的变化呈周期振荡;小球藻及其代谢产物能够在材料表面附着并形成一层生物膜,减缓金属的腐蚀;小球藻光合作用产生的氧导致阴极氧去极化作用,加速了金属的腐蚀。     

硫酸盐还原菌附着对阴极保护条件下钙质沉积层形成及其对金属保护性能的影响

通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、电化学阻抗谱(EIS)等方法研究了硫酸盐还原菌的附着对阴极保护条件下钙质沉积层形成及其对金属保护性能的影响。结果表明:硫酸盐还原菌附着后,施加阴极保护的碳钢表面依然能形成钙质沉积层,无论硫酸盐还原菌附着时间长短,生物膜的形成都导致金属表面钙质沉积层量减少,使其对金属的保护性减弱,硫酸盐还原菌局部腐蚀加速。     

我国海洋阴极保护发展战略探讨

介绍了国际海洋战略发展及我国的海洋强国梦的蓝图,其中重点阐述了在世界能源及资源面临危机的情况下,海洋钢结构设施腐蚀防护所主要依赖的牺牲阳极保护技术与外加电流保护技术的竞争将出现逆转;外加电流阴极保护技术在海洋钢结构设施防腐中节能、环保,未来通过充分利用天然海洋能源作动力,发展脉冲保护和双电极保护技术,结合近代电子高科技,有望产生新的阴极保护系统。     

纳米硫化铋-锌复合镀膜的制备及其抗菌性能研究

目的将锌镀层与具有光催化抗菌性能的纳米粒子复合,实现对锌镀层的改性,成功制备一种具有光催化抗菌性能的功能性复合镀层。方法通过向弱酸性硫酸盐锌镀液中加入梯度浓度具有可见光催化杀菌性能的硫化铋纳米粒子,在20#碳钢表面利用恒电流法一步成功制备了系列硫化铋-锌复合镀膜。利用电化学工作站监测了沉积过程中的沉积电位,分别记录沉积前和沉积后的样品质量并测量沉积面积,通过计算,确定了沉积过程的电流效率。通过扫描电子显微镜(SEM)、X-射线晶体衍射仪(XRD)及电子能谱仪(EDS)对镀层进行了形貌及成分分析,采用大肠杆菌作为代表性的细菌,检测了复合镀膜的抗菌性能。结果与纯锌镀膜相比,硫化铋的加入显著促进了(100)晶相的晶体生长,而抑制了(102)晶相的晶体生长,使镀膜形貌由标准六方晶系变为块状晶体;硫化铋的加入使沉积电位变得更正,且随硫化铋添加量的增加,变正增幅变大;硫化铋的加入使电沉积过程的电流效率与纯锌镀膜的电流效率相比增大了5%左右,但硫化铋的添加量对电流效率的影响不大;硫化铋-锌复合镀膜在可见光下对大肠杆菌具有良好的抗杀性能,且硫化铋的复合量越高,抗菌效果越好。结论通过笔者提出的电沉积方法,硫化铋可成功复合到了锌镀膜中,从而使硫化铋-锌复合镀膜获得了良好的抗菌性能,最终发现当镀液中硫化铋质量浓度为2 g/L时,硫化铋在锌镀层中的复合量最高,抗菌性能最好。     

天然海水微生物对5083铝合金初期腐蚀行为的影响

利用荧光电子显微镜,扫描电镜及能谱表面分析技术和开路电位,电化学阻抗谱,动电位极化电化学技术研究了在天然海水中浸泡初期,天然海水微生物对5083铝合金腐蚀行为的影响.结果表明,在天然海水中,铝合金表面形成良好的生物膜.电化学结果表明,在天然海水中铝合金腐蚀电位负移,点蚀电位正移,电荷转移电阻增大,说明短期浸泡时,天然海水生物膜的形成可以抑制其腐蚀,尤其对点蚀具有明显的抑制作用.在无菌海水中,随时间的增长,铝合金的腐蚀也受到一定程度的抑制,原因是锈蚀产物的形成对铝合金具有一定的保护作用.     

海洋微藻环境中钙质层对Q235碳钢腐蚀行为的影响

采用荧光显微技术、表面分析技术以及电化学测试方法研究了钙质层腐蚀行为与小球藻附着的相互影响。荧光分析表明,48 h之后小球藻在Q235碳钢表面附着几乎达到吸脱附平衡状态,小球藻在预先沉积钙质层试样表面的初始附着以吸附为主,之后开始分裂增殖,此外钙质层能够促进小球藻的附着。表面形貌和元素分析及电化学测试结果表明,钙质层表面不均匀形成氧浓差电池,加速金属的腐蚀,造成材料的局部腐蚀;钙质层与生物膜共同形成的复合膜结构较为致密且与基体的结合力好,能够抑制电荷的传递和O2向基体表面扩散,抑制金属的腐蚀。     

硫酸盐还原菌对海泥中Q235钢腐蚀界面的影响

从钢基体与腐蚀产物界面的角度,深入研究了海泥中硫酸盐还原菌对Q235钢的腐蚀行为的影响.结果表明,最初的腐蚀产物为铁的(水合)氧化物,在硫酸盐还原菌代谢活动的影响下,腐蚀产物逐渐向贫硫,以及富硫的铁硫化物转化.后者的晶体缺陷较多且结构疏松,不能阻挡Fe2 的扩散和侵蚀性离子的渗入,导致腐蚀加速.微生物的代谢产物以及腐蚀产物的转变为点蚀的形成和扩展提供了条件,其点蚀的位置一般发生在晶界和珠光体区,并沿晶界或珠光体扩展.     

天然海水中NaN_3对316L不锈钢表面微生物膜催化阴极氧还原的影响

利用荧光显微观察技术选择临界使用浓度的NaN3,分别在O2及N2气氛下采用循环伏安及电化学阻抗技术研究其氧还原过程的电化学行为。结果表明,不锈钢表面的生物膜能够加大还原峰电流密度值,当使用临界浓度的NaN3处理不锈钢试样后,还原峰值明显减小,且峰电位均负移。微生物膜能够促进电子传递给最终电子受体O2,同时降低不锈钢材料发生腐蚀的可能性。由此推测,天然海水中,316L不锈钢表面微生物膜改变了传统阴极氧还原的电子传递途径,即加速了O2作为最终电子受体的电子传递过程,催化了O2的还原;同时,还能够抑制不锈钢材料的腐蚀。