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国家自然科学基金委员会建委二十周年
   
海洋环境下的微生物腐蚀过程与控制技术研究
作者:中国科学院海洋研究所 侯保荣 段继周  发表时间:2006-5-24

  中国科学院海洋研究所的侯保荣院士、段继周博士在国家自然科学基金资助下,针对海水和海泥环境下厌氧细菌对钢铁腐蚀的作用过程和机理及其控制技术等热点问题,开展较系统的实海挂片、室内埋片和室内模拟研究,主要获得如下成果。

  1.以不锈钢为研究模型,研究了硫酸盐还原细菌(SRB)的厌氧腐蚀机理。在硫酸盐还原细菌介质中,发现细菌在不锈钢表面形成生物膜并导致局部腐蚀破坏。不锈钢钝化膜发生金属氧化物到金属硫化物的转变。在钝化膜破裂过程中发生元素铬、钼在钝化膜中的富集。提出生物源硫化氢和胞外聚合物在钝化膜的破裂过程中起主要作用。

  2.在含有活性SRB的海泥环境中,观察到低合金钢的腐蚀速度先降低,后增加的现象。根据电化学交流阻抗谱变化特征(图3),提出了低合金钢在海泥中的腐蚀过程。初期是厌氧条件下的氢去极化,生成氧化物产物层;然后在SRB代谢产生的H2S作用下,发生氧化物到硫化物的转变。根据其后期腐蚀速度变化和阻抗谱特征,有可能生物有机硫化物的存在加快了其腐蚀速度。

  研究发现,在海泥环境中存在活性硫酸盐还原细菌条件下,最佳阴极保护电位移向更负的值,-1030 mV(相对铜/硫酸铜电极,CSE)甚至更低的电位是需要的。在-1030 mVCSE保护电位下,保护电流密度约为11mA/m2。生成的硫化铁产物的不稳定保护作用,导致保护电位的降低。

  3.在实海全浸环境下,研究了微生物影响的钢铁锈层转化过程。首次从锈层中培养出了一种新的硫酸盐还原细菌(Desulfovibrio dechloracetivorans)。发现钢铁锈层分为多层结构,具有多种氧化物成分和晶体结构。锈层结构存在着矿物转变现象,绿锈成分大量存在于锈层中。提出钢铁锈层的生成与转变过程是一种微生物影响下的生物矿化过程。

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