【摘 要】
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微生物腐蚀(MIC)是导致石油天然气工业中材料失效的最主要原因之一,全球每年因微生物腐蚀导致了巨大的经济损失。微生物生命活动的复杂性、微生物间的协同作用以及生物膜等因素,给微生物腐蚀防护带来了巨大困难。本文采用D-氨基酸、四羟甲基硫酸磷(THPS)、二甲基亚砜组成的复配杀菌剂,利用MPN(Most Probable Number)计数法、失重实验、表面分析、电化学技术等方法,探究了20#钢、45#
【基金项目】
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国家自然科学基金; 陕西省重点研发计划项目;
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微生物腐蚀(MIC)是导致石油天然气工业中材料失效的最主要原因之一,全球每年因微生物腐蚀导致了巨大的经济损失。微生物生命活动的复杂性、微生物间的协同作用以及生物膜等因素,给微生物腐蚀防护带来了巨大困难。本文采用D-氨基酸、四羟甲基硫酸磷(THPS)、二甲基亚砜组成的复配杀菌剂,利用MPN(Most Probable Number)计数法、失重实验、表面分析、电化学技术等方法,探究了20#钢、45#钢、N80钢、P110钢四种钢材在SRB(Sulfate Reducing Bacteria)与IOB(Iron Oxidizing Bacteria)组成的混合菌环境下的腐蚀行为及机理,通过腐蚀不同时间后加入杀菌剂,探究了微生物发育不同时期D-氨基酸对生物膜的驱散效果及机理。主要研究结果如下:(1)20#钢、45#钢、N80钢、P110钢四种钢材在SRB+IOB混合菌环境下腐蚀14天,发生了较为严重的MIC。P110钢腐蚀最严重,腐蚀速率达到了0.278 mm/a,腐蚀程度为极严重腐蚀,45#钢腐蚀最轻,腐蚀速率为0.104 mm/a。杀菌剂起到了良好的缓蚀和杀菌效果,直接添加杀菌剂时对20#钢、45#钢、N80钢、P110钢在SRB+IOB混合菌环境下腐蚀14天的缓蚀率分别为35.15%、54.84%、60.32%、38.08%,对混合菌中SRB与IOB的杀菌率分别在99%与84%以上。研究发现,腐蚀3天后加入杀菌剂,复配杀菌剂的缓蚀效果良好,对20#钢、45#钢、N80钢、P110钢的缓蚀率分别为52.23%、68.68%、59.04%、64.10%。(2)表面形貌观察发现:微生物在腐蚀不同阶段的发育状况不同,材料表面形成不同程度的微生物膜/腐蚀产物膜。腐蚀初期,生物膜较为致密能起到一定保护作用,腐蚀中后期,材料表面为完整厚实的生物膜,腐蚀产物以Fe2O3和Fe(OH)3等物质为主,腐蚀产物在材料表面形成结瘤,加速基体溶解,从而导致严重的点蚀。不添加杀菌剂时,大量团絮状胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)聚集,使得阳极溶解加剧,EPS内部仍能观察到大量微生物存在。添加杀菌剂后,D-氨基酸有效的起到了分散生物膜的作用,材料表面生物膜变为疏松状且大面积脱落,腐蚀产物不易聚集,微生物膜明显变薄。(3)复配杀菌剂起到了良好的杀菌和缓蚀效果,其作用机理为杀菌剂中的THPS能有效溶解Fe S形成的水溶性络合物,避免SRB代谢产生可加剧金属腐蚀的Fe S沉积,并且THPS带正电荷,可被带负电荷的细菌吸附,从而进入到细菌内部,使细胞酶钝化,致使细菌变性失活,而且THPS的亲油基团能溶解并损伤细胞表面的脂肪壁,改变细胞原生质膜的物化性质,导致其死亡;杀菌剂中的D-氨基酸能够取代生物膜上的D-丙氨酸终端,而D-丙氨酸终端的缺失会对微生物释放出一种生物膜分散信号,促进成熟生物膜解体,使微生物由附着态转变为游离态,从而极大地提高杀菌缓蚀效果。
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