海洋好氧生物膜在不锈钢电极表面的附着与腐蚀行为研究

发布时间：2020-06-16 12:12

【摘要】：伴随着人类对海洋的不断开发和利用,海洋钢结构大量应用,人们对于海洋中微生物引起的腐蚀也越来越关注。本文研究了天然海水中生物膜对316L不锈钢腐蚀影响;同时,从天然海水中分离出来了一株新的菌种,泛菌属菌:Pantoea sp. NIIST-186,对其进行了生物学分析,并且研究了其对不锈钢腐蚀的影响;也针对一种电活性的海洋微生物铁还原菌(MR-1)与不锈钢之间的腐蚀行为进行了初步研究。针对青岛第二海水浴场海域引入海水中的不锈钢表面附着的天然微生物膜,使用荧光显微镜和扫描电子显微镜进行了观察,并使用能谱分析仪对生物膜进行了元素分析,并从中富集培养出Peatoea sp.,进行分子生物学分析确定其属于肠杆菌,通过扫描电镜观察了其在不锈钢表面的附着情况和形貌特征。使用开路电位、交流阻抗、极化曲线、表面分析等手段研究了316L不锈钢在天然海水中的腐蚀行为进行了研究。为了进一步弄清楚天然生物膜中不同微生物的作用,采用相同的方法对两种海洋微生物Peatoea sp.和MR-1对不锈钢的影响进行了研究。实验证实了在天然海水中,不锈钢的开路电位正移了近450mV,而在灭菌海水中,不锈钢的开路电位基本保持不变。扫描电镜观察到海洋微生物及其代谢产物在不锈钢表面的附着。电化学阻抗和极化实验结果表明,天然海水中海洋生物膜的附着使不锈钢的耐蚀性能得到提高,这一耐蚀性能的提高与阳极抑制作用有关,海洋微生物膜的存在对不锈钢的腐蚀抑制经历了一个先变大后减小的过程。通过不锈钢表面的元素分析发现,浸泡于海水中的不锈钢表面除了自身基体元素外,还有组成生物膜所需的碳、氧、硅等元素的聚集,此外,还发现了元素锰的增加。 Pantoea sp.在LB培养基中可以快速繁殖,24小时后可达到6.0×10~8 CFU/mL,在其生长的LB培养基环境中,可使体系的pH值变大,在后期随着细菌的衰亡,又有变小的趋势。细菌可使不锈钢的开路电位负移,相比于无菌介质中,电位负移了近500mV,通过电化学实验可以发现:浸泡相同时间的不锈钢,有菌介质中材料的极化电阻明显小于无菌介质中的情况,有菌介质中,随着浸泡时间的增加,不锈钢的极化电阻也会变小,极化曲线也表现出在有菌条件下不锈钢的点蚀发生较易,且点蚀发展程度较高,推断细菌的存在对不锈钢的腐蚀起到了加速的作用。证实了MR-1是一种电活性的细菌,MR-1可使不锈钢的开路电位迅速负移,这主要是由于细菌在材料表面的附着和生物膜的形成有关。电化学实验表明MR-1对不锈钢的腐蚀起到了抑制的作用,这种腐蚀抑制的机理可能在于细菌在材料表面附着后,通过其与导电材料表面的电子传递作用,将氧化有机物产生的电子传递给不锈钢,导致材料开路电位的负移,同时,不锈钢改变了作为一般电子供体的角色,而作为电子受体而受到了保护。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（海洋研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P734
【图文】：

好氧微生物,海水,富集培养,纯化培养

图 2.1 输力强 1287/1260 电化学工作站Fig 2.1 Picture of Salortron 1287/1260验方法生物实验洋好氧微生物的富集和纯化培养好氧微生物菌种来源于实验用海水，分别采用修正的 LB 和 P氧微生物进行富集培养。LB 培养基成分如下：10g 蛋白胨，5mL 陈海水，pH 值为 7.0 -7.5。PGC 培养基的成份如下：0.5g l，0.06g CaCl2·6H2O，0.06g MgSO4·7H2O，6mL70%（质量分数，0.3g 柠檬酸钠，1000mL 陈海水。pH 值为 6.5 ± 0.05。物富集培养过程如下：

照片,荧光显微镜,不锈钢,照片

图 3.8 海水中不锈钢浸泡不同天数的荧光显微镜照片（×400）pifluorescence microscopy of 316L SS exposed in natural seawater for dif（×400）描电镜分析实验显示了不锈钢浸泡在天然海水中不同时间的扫描电镜照片，浸泡于海水中的不锈钢表面没有任何物质的附着，处理过可见；b 图为不锈钢在海水中浸泡两周的扫描电镜照片，可表面的附着，微生物周围大量絮状物质的存在，这些可能生物体联同其周围的物质一起构成了生物膜，此时可以看钢表面完全覆盖，结合上文中电化学实验的结果，说明了蚀行为的变化与微生物的附着和生物膜的存在密不可分。37

【引证文献】