静磁场作用下的微生物腐蚀行为研究

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随着电磁处理技术在杀菌抑菌等领域的逐渐应用,其无污染、成本低的优点,特别是其对生物膜中微生物的杀灭作用,使其在食品、医疗卫生等领域也逐渐受到关注。油气工业中,由硫酸盐还原菌(SRB)引起的材料腐蚀,是目前迫切需要解决的腐蚀难题之一。为了节约成本及减轻投加化学药剂类造成的环境污染,有必要开展对磁处理技术的研究。同时,电磁场的存在可影响金属材料腐蚀的电化学过程,因此本文研究了静磁场下SRB对Q235钢和304不锈钢的微生物腐蚀行为机理的变化,揭示磁场条件下微生物腐蚀机制,为磁处理技术在微生物腐蚀领域的应用提供了理论依据。本文主要采用表面分析及电化学分析手段,系统研究了Q235钢和304不锈钢的微生物腐蚀机制,并取得了如下创新性结果:在实验使用的磁场强度范围内(小于10mT),磁场的存在可使SRB的活性变小,生长速率变缓,细菌发生变异,变异菌无鞭毛,以杆状形式存在,磁场只能起抑制细菌生长的作用而不是直接杀死细菌;对易磁化的金属Q235钢,发现在含SRB菌的介质中浸泡14d后,与对照实验相比,腐蚀产物的组成和结构存在明显的差异,磁化后的Q235钢表面腐蚀产物以铁氧化物为主,硫铁化合物含量较少,磁化后的腐蚀产物膜层致密而且覆盖均匀,具有磁性的腐蚀产物与基体表面结合紧密,在基体表面形成保护层,从而抑制了微生物腐蚀。对于不易被磁化的304SS,实验时间14d后,将其从介质中取出肉眼观察试样表面仍很光亮,不同于Q235钢的表面已完全被黑色产物覆盖,说明SRB在不锈钢表面相对于碳钢不易附着。304SS在SRB大量繁殖的环境中,易发生点蚀,主要是SRB代谢产生的S2-会与铁结合形成铁硫化物促进了腐蚀,而有磁场存在时,由于SRB的生长受到抑制,不锈钢表面氧化膜向硫铁化合物的转变减慢,且新形成的硫铁化合物被磁化后结构变得致密,阻碍了腐蚀性氯离子对不锈钢表面钝化膜的破坏,抑制了基体表面点蚀孔的形成,从而减轻其腐蚀。对两种金属材料的腐蚀失重实验则表明,腐蚀速率明显变小;交流阻抗和极化曲线结果显示,Q235钢表面的生物膜形成滞后,腐蚀主要发生在浸泡初期,后因形成致密均匀的生物膜使得腐蚀受到抑制,阴阳极过程均受到一定的影响,304不锈钢则主要是腐蚀反应阴极过程得到抑制。
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