三株典型真菌对碳钢腐蚀的影响及机理

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海洋环境中大量基础设施被腐蚀不仅给人们带来了巨大的经济损失,还造成了多起严重的安全事故。因此了解金属材料在海洋中的腐蚀机制,减少金属材料的损失和加强对金属腐蚀的控制有着重要的意义。金属材料在海洋中主要受到来自微生物与非微生物的腐蚀,其中微生物腐蚀带来的损失约占总腐蚀损失的20%左右。目前在微生物腐蚀中对细菌的研究非常广泛和系统,对典型真菌的研究却较少,这严重制约了人们对微生物腐蚀的深入了解及治理。本文选取了三株典型的红树林真菌作为试验菌种,在人工海水环境中来探究这三种典型的海洋真菌对X70碳钢腐蚀的影响。实验具体内容和结果为:(1)探究了长枝木霉在人工海水中对X70碳钢腐蚀的影响。通过荧光显微镜(FM)可以观察到长枝木霉在碳钢表面能够很好的附着,并生成稳定的生物膜。通过扫描显微镜(SEM)可以观察到长枝木霉在碳钢表面形成的生物膜非常疏松,不能有效的抑制海水中腐蚀性离子及氧气的进入,p H测试结果表明长枝木霉在代谢过程中会产生酸性物质从而加速碳钢的腐蚀。水接触角(CA)结果表明长枝木霉在碳钢表面形成的生物膜亲水性很好,这有利于海水的润湿和腐蚀性离子的进入,在碳钢表面形成一层腐蚀性的液膜,从而加速碳钢的腐蚀。同时,电化学阻抗谱和Tafel极化结果表明长枝木霉会促进碳钢的腐蚀。此外,研究还发现长枝木霉胞外聚合物在人工海水溶液中对碳钢具有一定的抗腐蚀作用。(2)探究了绿色木霉在人工海水中对X70碳钢的腐蚀影响。通过FM可以观察到绿色木霉在碳钢表面能够很好的附着,生成稳定的生物膜。通过SEM可以观察到第15 d时,绿色木霉在碳钢表面形成了菌丝交错的网状结构,在菌丝与菌丝间以及菌丝上能观察到大量的纳米颗粒,这些纳米颗粒减小了这些网状结构间的缝隙,在一定程度上抑制了海水中腐蚀性离子及氧气的进入。FTIR、Mapping、XPS和XRD的表征结果表明绿色木霉与碳钢相互作用生成了一种复合材料,这种复合材料能够有效的抑制碳钢的腐蚀。CA结果表明绿色木霉在碳钢表面形成的生物膜是稳定存在的,并且该生物膜的接触角较大,疏水性较好,对碳钢有很好的保护作用。电化学阻抗谱和Tafel极化结果表明绿色木霉对碳钢有一定的抗腐蚀效果。此外,研究还发现绿色木霉胞外聚合物在人工海水溶液中对碳钢具有一定的抗腐蚀作用。在10℃至40℃的温度范围内,温度为20℃时绿色木霉胞外聚合物对碳钢的保护作用最好;在0.0520 mg/L至0.2080 mg/L的浓度范围内,绿色木霉浓度为0.1040 mg/L时对碳钢的抗腐蚀作用最好。(3)探究了淡紫拟青霉在人工海水中对X70碳钢的腐蚀影响。通过FM可以观察到淡紫拟青霉在碳钢表面能够很好的附着,生成稳定的生物膜。通过SEM可以观察到第15 d时,淡紫拟青霉在碳钢表面形成了一层致密的生物矿化膜。这种致密的生物矿化膜在一定程度上抑制了海水中腐蚀性离子及氧气的进入。FTIR、XPS和EDS表征结果表明淡紫拟青霉与碳钢相互作用形成了生物矿化膜,这种矿化膜能够在海水中稳定存在,且能有效的抑制碳钢的腐蚀。CA结果表明淡紫拟青霉在碳钢表面接触角较大,疏水性较好,对碳钢有很好的保护作用。电化学阻抗谱和Tafel极化结果表明淡紫拟青霉抑制了碳钢的腐蚀,此外,研究还发现淡紫拟青霉胞外聚合物在人工海水溶液中对X70碳钢具有一定的抗腐蚀作用。综上所述,三株真菌对X70碳钢的影响结果不同。长枝木霉加速了碳钢的腐蚀。绿色木霉和碳钢会发生相互作用生成大量的纳米颗粒,这些纳米颗粒会填充绿色木霉形成的生物膜间隙而抑制碳钢腐蚀。淡紫拟青霉会在碳钢表面会形成一层致密的生物矿化膜而抑制碳钢的腐蚀。但是三种真菌的胞外聚合物对碳钢都有一定的抗腐蚀作用,其中,绿色木霉胞外聚合物的抗腐蚀效果最好。
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