硫酸盐还原菌对海洋腐蚀行为的影响

论文摘要

本文通过使用多参数水质分析仪、循环伏安法、电化学阻抗法等测试手段研究了硫酸盐还原菌生长过程中硫酸盐还原菌数量、环境参数和碳钢腐蚀行为三者之间的关系;建立了一种有效的快速检测硫酸盐还原菌数量的方法并研究了其检测的机制;研究了硫酸盐还原菌对阴极氧还原反应的影响。研究发现,硫酸盐还原菌生长过程对介质化学状态影响主要为在硫酸盐还原菌的新陈代谢过程作用下,硫离子浓度在增殖期快速增加,并在衰亡期和残余期保持不变,体系的还原性也与硫离子浓度同步变化。该介质中碳钢腐蚀行为与活性硫酸盐还原菌并无直接关系,主要取决于体系氧化还原性能。即在硫酸盐还原菌增殖期增强了阳极过程与腐蚀速度,并在硫酸盐还原菌衰亡期和残余期保持不变。采用测定银电极的电极电位的方法可以检测体系中硫酸盐还原菌的数量,检测范围为5010000ml-1,检测时间为23分钟。硫酸盐还原菌的吸附及其代谢生成硫离子的过程是导致银电极电位负移的原因。在氧气饱和的3.5% NaCl溶液中,玻碳电极的阴极氧还原反应包括氧气一电子还原为超氧离子、氧气二电子还原为过氧化氢以及过氧化氢二电子还原为水分子三个步骤。硫酸盐还原菌催化了第一步和第二步反应中间产物超氧离子和过氧化氢的分解,从而使得阴极氧还原反应电流加大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章：绪论
• 1.1 研究背景及选题意义
• 1.2 硫酸盐还原菌及其代谢机理
• 1.2.1 硫酸盐还原菌的分类
• 1.2.2 氢代谢
• 1.2.3 碳代谢
• 1.2.4 硫代谢
• 1.3 环境因子与硫酸盐还原菌的协同效应
• 2 的影响'>1.3.1 O₂的影响
• 2+的影响'>1.3.2 Fe²⁺的影响
• -的影响'>1.3.3 Cl^-的影响
• 1.3.4 合金元素的影响
• 1.3.5 其他因素的影响
• 1.4 硫酸盐还原菌的腐蚀机理
• 1.4.1 阴极去极化理论
• 1.4.2 局部电池作用
• 1.4.3 沉积物下的酸腐蚀理论
• 1.4.4 代谢产物腐蚀理论
• 1.4.5 阳极区固定理论
• 1.5 硫酸盐还原菌的检测方法
• 1.5.1 培养法
• 1.5.1.1 测试瓶法
• 1.5.1.2 琼脂深层培养法
• 1.5.1.3 溶化琼脂管法
• 1.5.2 直接测定法
• 1.5.2.1 ATP 法
• 1.5.2.2 ECSA 法
• 1.5.2.3 ARA 法
• 1.5.3 通过代谢产物定量测定
• 1.5.4 其他的测定方法
• 1.5.5 硫酸盐还原菌检测方法评价
• 1.6 微生物对阴极氧还原反应的影响
• 1.6.1 海水中钢铁材料上氧气还原反应机理
• 1.6.2 生物膜对氧还原反应的影响
• 1.7 研究内容
• 第二章：硫酸盐还原菌生长过程对环境因素及碳钢腐蚀行为影响相关性研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 硫酸盐还原菌的培养
• 2.2.2 硫酸盐还原菌的计数方法和环境参数的测量
• 2.2.3 电化学测量系统
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 硫酸盐还原菌的生长过程
• 2.3.2 硫酸盐还原菌的生长过程对海水体系中的环境参数的影响
• 2.3.3 硫酸盐还原菌生长过程对碳钢腐蚀过程的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章：硫酸盐还原菌快速检测方法的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 硫酸盐还原菌的培养及计数
• 3.2.2 硫酸盐还原菌指数生长期中体系的硫离子浓度的测量
• 2S 标准溶液的配制和标定'>3.2.2.1 Na₂S 标准溶液的配制和标定
• 3.2.2.2 硫离子选择电极的预处理
• 3.2.2.3 标准曲线的制作
• 3.2.2.4 样品的测定
• 3.2.3 硫酸盐还原菌检测过程中电极的处理及测试
• 3.2.4 背景干扰的去除
• 3.2.4.1 微量锌的检测
• 3.2.4.2 背景影响的研究
• 3.2.5 电化学及 X 射线能谱（EDS）测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 工作电极的选择
• 3.3.2 指数生长期内使用银电极检测硫酸盐还原菌数量的工作曲线的确定
• 3.3.3 使用银电极方法检测硫酸盐还原菌数量的可靠性
• 3.3.4 硫酸盐还原菌对银电极电位的影响
• 3.3.5 培养基中其他物质对银电极的电极电位的影响
• 3.3.6 硫离子对使用银电极的方法检测体系中硫酸盐还原菌数量的影响
• 3.3.7 含硫离子体系中使用银电极检测硫酸盐还原菌数量的方法的完善
• 3.3.8 电化学测试
• 3.3.9 硫酸盐还原菌与银电极作用的反应产物分析
• 3.4 本章小结
• 第四章：硫酸盐还原菌对阴极氧还原反应的影响
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 电解质溶液
• 4.2.2 电极和电解池
• 4.2.3 电化学测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 阴极氧还原反应机制
• 4.3.1.1 循环伏安法
• 4.3.1.2 电化学阻抗谱法
• 4.3.1.2.1 等效电路
• 4.3.1.2.2 扩散过程所表现的电化学阻抗谱的特征
• 4.3.1.2.3 阴极氧还原反应的电化学阻抗谱特征
• 4.3.1.3 不同氧还原反应步骤的介电常数
• 4.3.1.4 扩散物质浓度
• 4.3.2 硫酸盐还原菌对阴极氧还原反应的影响
• 4.3.2.1 电化学循环伏安法
• 4.3.2.2 电化学阻抗法
• 4.4 本章小结
• 第五章：结论与展望
• 5.1 本论文的主要结论
• 5.1.1 硫酸盐还原菌的生长过程对环境参数的影响
• 5.1.2 硫酸盐还原菌的生长过程对碳钢的腐蚀行为的影响
• 5.1.3 硫酸盐还原菌的快速检测
• 5.1.4 银电极检测硫酸盐还原菌数量的方法的校正及机制分析
• 5.1.5 硫酸盐还原菌对阴极氧还原反应的影响
• 5.2 本论文的创新点
• 5.3 今后研究的展望
• 参考文献
• 附录
• 博士期间发表文章、申请专利及所获奖励目录
• 致谢