海水冷却系统中管线用铜合金的微生物腐蚀与防护研究

发布时间：2017-10-02 20:40

  本文关键词：海水冷却系统中管线用铜合金的微生物腐蚀与防护研究

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【摘要】：海水冷却系统中的循环海水处于不断流动的状态,但在某些特殊情况下冷却水流速降低,甚至可能发生临时停滞,造成海水中悬浮物的沉降,并逐步聚集、成团、形成颗粒沉淀,再加上好养微生物生殖、代谢和死亡分解后的尸体,很容易在管线的底部形成污泥,继而为厌氧微生物的生殖提供庇护场所,大大增加了管线腐蚀的风险。铜及其合金由于具有优良的导热性能、机械加工性能和耐海水腐蚀性能,被广泛用作滨海工厂海水冷却系统的管线材料。相关证据表明,铜合金的防污效果主要表现在对一些大型污损生物如藤壶、贻贝等具有毒害作用,它们对SRB却具有腐蚀敏感性。目前关于铜合金特别是黄铜材料的微生物腐蚀(MIC)研究还比较少,其腐蚀过程的作用机理还有待进一步发掘。本论文以海水中常见的腐蚀性微生物SRB为实验菌种,采用离线分析的方法在实验室模拟海水冷却系统中SRB的生境,调查了其生长行为及成膜规律。并以管路系统中常用的硅黄铜(HSi80-3)和白铜(BFelO-1-1)为研究对象,结合微生物技术、显微分析技术和电化学研究方法等进一步对比分析了两种铜合金在SRB作用下的腐蚀行为、SRB生物膜在合金表面的生成过程及其对腐蚀产生的影响。研究发现,铜合金在成分上的差异未能改变SRB的附着特性,与HSi80-3相比,SRB更倾向于附着在BFe10-1-1表面,在浸泡初期HSi80-3表面的生物膜更为均匀致密,一定程度上能够抑制腐蚀的进行,但随着时间的延长,两种膜层的差异性越来越小：浸泡28天后,BFe10-1-1表面的蚀坑错落有致,呈离散分布,其直径约为1.0μm,而HS180-3样品表面的蚀坑分布则较为均匀,排列紧密,蚀孔直径在0.2μm左右,说明BFe10-1-1的点蚀敏感性比HSi80-3较强。相关的电化学测试表明,无菌条件下,两种铜合金均具有一定的自钝化能力,腐蚀过程主要受溶解氧的扩散控制,而生物硫的存在明显降低了合金粒子之间的键合能力,改变腐蚀反应的阴阳极机理,使腐蚀加剧,其作用过程并不是由单一机制控制的,主要由硫化物诱导阳极溶解、SRB阴极去极化作用及EPS键合铜离子等协同进行的。为进一步增强铜合金管线抗SRB腐蚀的能力,本文利用原子转移自由基聚合(ATRP)反应,在BFe10-1-1铜合金表面制备了经11-溴十一烷基三甲氧基硅烷(BUTS)协助的磺基甜菜碱(SBMA)有机复合膜,并通过多种方法对其防腐防污性能进行探究。相关测试表明,由于SBMA的表面改性,BFe10-1-1的亲水性增强,SRB在表面的附着量下降了约两个数量级,防除抑制率达到96.8%,显示出良好的防污效果；经过修饰改性后,BUTS/SBMA复合膜的极化电阻也提升了将近10倍,缓蚀效率达到92.6%,极大地增强了基体的耐蚀能力。微生物腐蚀是一个复杂的过程,涉及到的影响因素也是方方面面。本实验课题对比研究了两种管线用铜合金材料在SRB作用下的厌氧腐蚀机制,并以此为指导探索了相关的防护方法,尽管SBMA展示了优良的防污效果,但将其应用于实海防污还需要许多技术的综合调研。
【关键词】：海水冷却系统 铜合金 微生物腐蚀 硫酸盐还原菌 磺基甜菜碱
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.11;TG172.7
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 引言11
• 1.2 生物膜与微生物腐蚀11-14
• 1.2.1 生物膜的成长过程11-13
• 1.2.2 腐蚀过程中生物膜的双重角色13-14
• 1.3 微生物腐蚀的机理研究14-18
• 1.3.1 好氧菌腐蚀机理15
• 1.3.2 厌氧菌腐蚀机理15-18
• 1.4 海水冷却系统中铜及其合金的微生物腐蚀18-21
• 1.4.1 海水冷却系统存在的问题18-19
• 1.4.2 循环冷却海水中铜合金的微生物腐蚀19-21
• 1.5 微生物腐蚀的防护21-23
• 1.5.1 物理方法22
• 1.5.2 化学方法22-23
• 1.5.3 防护性涂层23
• 1.6 课题来源及主要研究内容23-25
• 1.6.1 课题来源23-24
• 1.6.2 研究目的24
• 1.6.3 研究内容24-25
• 第二章 铜合金SRB腐蚀的表面分析研究25-38
• 2.1 引言25
• 2.2 实验部分25-29
• 2.2.1 实验试剂与实验仪器25-26
• 2.2.2 实验菌株26-27
• 2.2.3 铜合金样片的制备27
• 2.2.4 测定SRB的生长曲线27-28
• 2.2.5 生物膜样片的制备28
• 2.2.6 铜合金试样表面生物膜的固定28
• 2.2.7 表面形貌的观察28-29
• 2.3 结果与讨论29-36
• 2.3.1 硫酸盐还原菌生长曲线29-30
• 2.3.2 利用CLSM观察铜合金表面SRB生物膜30-32
• 2.3.3 铜合金表面SRB生物膜的SEM分析32-34
• 2.3.4 两种铜合金表面腐蚀形貌的比较34-35
• 2.3.5 腐蚀产物能谱分析35-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第三章 铜合金SRB腐蚀的电化学研究38-50
• 3.1 引言38
• 3.2 实验部分38-40
• 3.2.1 实验试剂与实验仪器38-39
• 3.2.2 电极的制备39
• 3.2.3 腐蚀微生物的培养39
• 3.2.4 电化学测试39-40
• 3.3 结果与讨论40-49
• 3.3.1 极化曲线分析40-45
• 3.3.2 BFe10-1-1和HSi80-3电极的EIS研究45-48
• 3.3.3 铜合金的腐蚀行为机制48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 BUTS/SBMA复合膜对铜合金的防SRB腐蚀作用研究50-65
• 4.1 引言50-51
• 4.2 实验部分51-54
• 4.2.1 实验试剂与实验仪器51-52
• 4.2.2 BUTS/SBMA系列膜层的制备52-53
• 4.2.3 B10铜合金表面BUTS/SBMA复合膜层的表征53-54
• 4.3 结果与讨论54-63
• 4.3.1 红外光谱分析54-55
• 4.3.2 表面形貌观察55-56
• 4.3.3 表面元素分析56-58
• 4.3.4 复合膜电化学性能分析58-62
• 4.3.5 接触角测试62
• 4.3.6 膜层防污性能分析62-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第五章 结论与展望65-67
• 5.1 主要的实验结论65
• 5.2 创新点65-66
• 5.3 实验展望66-67
• 参考文献67-74
• 致谢74-75
• 个人简历75
• 攻读学位期间的研究成果75

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