海洋环境中微生物膜与金属电化学状态相关性研究

发布时间：2020-05-03 13:13

【摘要】： 海水中生存着种类繁多的微生物。当把一种金属材料浸泡到海水中后，其表面很快就会有一层微生物膜附着上去。这层微生物膜包含有细菌、微藻、原生动物、以及一些杂质如泥土和腐蚀产物。这些生物和非生物的群体包裹在微生物分泌的胞外分泌物（EPS）中。由于微生物的代谢活动，微生物膜内的环境和海水中的环境会有很大的差异，如pH值、溶解氧浓度以及某些金属离子和化学物质的浓度。所有的这些都会导致金属表面电化学状态的改变，这些变化最终导致腐蚀的发生。这种由微生物引起的腐蚀叫微生物腐蚀（MIC）。过去在进行腐蚀研究中常常忽视微生物在其中的作用，近几年来微生物腐蚀逐渐引起人们的重视。此外，微生物膜与大型生物附着－生物污损也有着密切的联系。微生物膜通常为大型生物的幼虫提供附着的合适的基质，同时前者还对后者的生长变态起重要的作用。生物污损对于舰船的航速、海水冷却装置热交换性能以及其它海洋设施功用的发挥有很大的危害。目前防止微生物腐蚀的主要办法就是使用化学药剂。因为微生物膜的结构特点，化学药剂通常不能发挥很大的作用。即使杀死了微生物，微生物膜仍然存在于材料表面，仍然会引起腐蚀。所以研究微生物膜的形成规律、结构特点以及微生物膜与金属电化学之间的关系对于找到控制和除去微生物膜有着重要的意义。因此本文将荧光显微镜技术与电化学技术相结合，对微生物膜的形成规律、微生物膜对金属电化学性质的影响以及金属电化学状态的改变对微生物附着的影响进行了研究。旨在为找到控制微生物腐蚀和生物污损的方法提供实验和理论依据。主要工作和结论如下：（1）对天然海水中六种金属的电化学性质进行了研究。结果如下：低碳钢和铝为以金属腐蚀过程为主的活化类型。在具有微生物活性海水中，金属腐蚀速度很大，表面更新速度快。相比之下，微生物在金属表面的寄生附着活动的影响要小得多，金属的电化学特征以腐蚀过程为主。铜和钛的腐蚀过程因致密氧化膜的存在而变得极弱。微生物的活动对这两种金属腐蚀过程的影响也很小，它们的主要特征是在微生物活性海水中和非微生物活性海水中的电化学行为不变。原因是在这种金属表面，腐蚀过程和微生物活动都非常微弱。铜离子是一 WP=6 种重金属离子，对微生物有毒害作用，所以微生物不易在铜表面附着。不锈钢和钼钢为钝化型金属电极，，微生物膜对这类金属电化学行为有很大的影响。其主要原因是这类金属表面自身腐蚀速度极低。与腐蚀过程相比，微生物在金属表面的寄生附着活动对它的电化学状态影响很大。因此，测定它的电化学状态则可以推断金属表面微生物膜的寄生附着情况，即使用钝态金属可以研究微生物膜的形成规律以及电化学状态的改变对其附着的影响（2）使用表面荧光显微镜和电化学技术对两种钝态金属腐蚀电位正移和微生物在其表面的附着规律进行了研究。结果表明：在天然海水中，钝态金属的腐蚀电位可以发生正移，正移值可达二百多毫伏。通过荧光显微镜观察发现，微生物的附着是按负指数增长。这一规律和腐蚀电位正移的规律很相似。与无菌实验对照说明微生物附着是钝态金属腐蚀电位正移的原因。（3）以钝性金属为研究电极，结合表面荧光显微镜技术研究了电化学极化对微生物在金属表面附着的影响。结果表明：阴极极化（－200～－1000mV）和阳极 (200~400mV) 极化都不能阻止微生物向电极表面的附着。这可能是因为微生物附着是一个吸附和脱附共存的过程，电化学极化对电极表面状态的改变不足以影响微生物的附着。（4）以钝性金属为研究电极，结合表面荧光显微镜技术研究了电化学极化对已经形成的微生物膜的影响。结果表明：在200～－1000mV范围内，微生物膜内的微生物物数量没有发生变化。所以阴极和阳极的极化不会对已经形成的微生物膜造成影响。在－1200mV时，电极表面的微生物数量大量减少，这是氢气析出的物理作用导致的微生物数量的减少。（5）建立了微生物在钝性金属表面附着的物理模型，并对微生物附着的过程进行了讨论。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（海洋研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：P734

【引证文献】