海水中微生物膜下金属材料初期腐蚀行为

论文摘要

硫酸盐还原菌（SRB）是微生物腐蚀中最主要的微生物之一，SRB在金属表面附着、生长、新陈代谢及死亡等生命活动导致了金属表面状态、金属／海水界面结构及附近化学成分的改变，由此引起的材料的局部腐蚀，己有众多学者作过较深入的研究。但对微生物膜下金属材料腐蚀初期的微观行为研究还较少，对生物膜／金属界面腐蚀机制的研究还不透彻。随着海洋开发事业的蓬勃发展，微生物腐蚀日益受到关注，研究国产船用材料在海洋环境中的生物腐蚀具有十分重要的理论和现实意义。 本工作使用从青岛海域的海泥中富集培养出的SRB，研究了SRB的生长环境和生长曲线。利用原子力显微镜观察了微生物膜在固体表面的形成过程，同时通过原子力显微镜的力-距离曲线在微观尺度上测量了探针针尖与生物膜表面的粘附力，证明了微生物容易在固体表面通过相互之间的作用力形成微生物膜。 对SRB在Q235A钢、304SS和高锰铝青铜表面所形成的微生物膜和腐蚀产物膜进行了离线（SEM）的和原位（AFM）的监测。结果表明在最初的金属表面的生物膜形成过程中，金属本身的表面特征对生物膜的形成和发展起着关键的作用，形成的微生物膜的不同导致了不同的腐蚀过程。以不锈钢为研究电极，首次结合电化学原子力显微镜技术研究了阴极极化对微生物膜的影响。 利用X射线衍射仪及X衍射光电子能谱等方法，对金属材料在生物环境和非生物环境中腐蚀产物组成，以及生物膜中离子的迁移规律等进行了深入研究，探讨了不同的腐蚀产物对材料的腐蚀作用。 采用自腐蚀电位、极化曲线、电化学交流阻抗等方法，对Q235A钢、304SS和高锰铝青铜材料的腐蚀电化学行为进行了研究。结果表明：不同生长时期的SRB在材料表面形成的微生物膜、腐蚀产物膜和代谢产物所导致的腐蚀电

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 SRB微生物腐蚀研究进展
• 1.2.1 SRB及其生长规律
• 1.2.2 生物膜与生物膜/金属界面
• 1.2.3 模拟微生物膜的研究
• 1.2.4 生物膜生长动力学的研究
• 1.2.5 SRB对不同金属材料的腐蚀
• 1.2.6 环境因素对SRB微生物腐蚀的影响
• 1.2.7 微生物腐蚀机理研究
• 1.2.8 微生物腐蚀的研究技术
• 1.2.9 微生物腐蚀的防护技术
• 1.3 课题的来源及本文研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 问题的提出
• 1.3.3 本论文的主要研究内容
• 第2章 硫酸盐还原菌的生理特性研究
• 2.1 实验菌株
• 2.1.1 菌种的来源
• 2.1.2 菌种的分离与提纯
• 2.1.3 SRB的计数方法
• 2.2 培养基
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 灭菌
• 2.3.2 细菌的活化培养
• 2.3.3 SRB与生长环境关系的实验
• 2S浓度的测定'>2.3.4 培养基溶液H₂S浓度的测定
• 2.3.5 SRB的生长曲线的测定
• 2.3.6 AFM观察SRB形貌的方法
• 2.3.7 AFM测量SRB粘附力的方法
• 2.4 实验结果与讨论
• 2.4.1 AFM观察SRB的形貌
• 2.4.2 SRB对环境的适应性
• 2S浓度'>2.4.3 培养基溶液中H₂S浓度
• 2.4.4 SRB生长曲线
• 2.4.5 AFM对SRB表面粘附力的研究
• 2.5 本章小结
• 第3章 Q235A钢微生物膜及初期腐蚀行为研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 实验材料的准备
• 3.2.2 菌种来源、培养基及培养条件
• 3.2.3 电化学实验
• 3.2.4 表面分析测试实验
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 微生物膜的SEM观察和EDS分析
• 3.3.2 AFM原位观察微生物膜的形成
• 3.3.3 代谢产物膜的SEM观察
• 3.3.4 AFM观察Q235A钢的腐蚀形貌
• 3.3.5 碳钢微生物腐蚀行为的电化学研究
• 3.3.6 Q235A钢表面的X射线衍射谱（XRD）的分析
• 3.3.7 Q235A钢腐蚀产物膜的X光电子能谱（XPS）分析
• 3.4 在SRB介质中Q235A钢的腐蚀过程和腐蚀机理
• 3.4.1 贫氧/厌氧的非生物条件下铁氧化物的生成
• 3.4.2 微生物影响下硫化物的形成
• 3.5 本章小结
• 第4章 304SS微生物膜及初期腐蚀行为研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 实验材料的准备
• 4.2.2 菌种来源、培养基及培养条件
• 4.2.3 电化学实验
• 4.2.4 微生物膜的原位观察和腐蚀形貌的观察
• 4.2.5 SRB生物膜对304不锈钢钝化膜影响的XPS分析
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 AFM原位观察微生物膜的形成
• 4.3.2 AFM观察304SS的微生物腐蚀形貌
• 4.3.3 304SS的电化学研究
• 4.3.4 SRB生物膜对304SS钝化膜影响的XPS分析
• 4.3.5 不锈钢表面钝化膜被SRB破坏的模型
• 4.3.6 阴极极化对微生物膜的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 高锰铝青铜微生物膜及初期腐蚀行为研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验过程
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 菌种来源、培养基及培养条件
• 5.2.3 电化学实验
• 5.2.4 表面分析测试实验
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 高锰铝青铜相图分析
• 5.3.2 高锰铝青铜微观组织
• 5.3.3 高锰铝青铜的X射线分析
• 5.3.4 AFM观察SRB在高锰铝青铜上的吸附
• 5.3.5 高锰铝青铜的电化学研究
• 5.3.6 AFM原位观察腐蚀产物膜的形成
• 5.3.7 腐蚀产物膜的XRD研究
• 5.3.8 腐蚀产物膜的XPS分析
• 5.3.9 高锰铝青铜腐蚀形貌
• 5.4 腐蚀行为机制分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢