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幾種常見的微生物腐蝕及其腐蝕機(jī)理

2017-04-19 16:51:35 作者：本網(wǎng)整理來源：網(wǎng)絡(luò) 分享至：

    微生物腐蝕（Microbiologicallyinfluenced Corrosion）并非是它本身對(duì)金屬的侵蝕作用，而是微生物生命活動(dòng)的結(jié)果間接地對(duì)金屬腐蝕的電化學(xué)過程產(chǎn)生影響。其中的細(xì)菌腐蝕廣泛存在于鋼鐵、銅、鋁及其合金中，如好氧型鐵細(xì)菌、錳細(xì)菌和厭氧型的硫酸鹽還原菌，它給工業(yè)設(shè)備、民用設(shè)施以及航空航天和航運(yùn)機(jī)器等都造成了不同程度損失，尤其在石油化工和動(dòng)力設(shè)備方面的經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)慘重。因此，對(duì)金屬細(xì)菌腐蝕和微生物腐蝕的研究具有非常重要的意義。

    鐵細(xì) 菌

    鐵細(xì)菌是能從氧化二價(jià)鐵過程中得到能量的一群細(xì)菌，它生成的氫氧化鐵可在細(xì)菌膜鞘的內(nèi)部或外部儲(chǔ)存；鐵細(xì)菌是好氣異養(yǎng)，也有兼性異養(yǎng)和嚴(yán)格自養(yǎng)型，在含氧量小于0.5mg/L的水泵中也能生長。氧化鐵細(xì)菌或所謂金屬沉積微生物普遍被看作是由微生物腐蝕造成的。因其與鐵有著不解之緣而常常存在于碳鋼和合金鋼中。

    腐蝕機(jī)理

    鐵細(xì)菌腐蝕機(jī)理因鐵細(xì)菌的好氧性，所以鐵細(xì)菌離不開氧的作用。鐵細(xì)菌具有產(chǎn)生鐵氫氧化物沉積物的能力，其大多數(shù)由亞鐵離子氧化到Fe3+離子產(chǎn)生能量，而后成為Fe（OH）3沉淀，多種造型鐵細(xì)菌促使已氧化亞鐵離子的沉淀。研究認(rèn)為，鐵細(xì)菌主要以銹蝕垢形式參與，在很短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量鐵氧化物沉積。Fe的生物性氧化率大大高于非生物性的。鐵細(xì)菌的腐蝕通過縫隙腐蝕機(jī)理而發(fā)生，氧化鐵細(xì)菌的作用在于高濃度氧區(qū)和金屬表面分成的小陽極點(diǎn)（在致密的鐵氫氧化物和生成物下面）以及大范圍陰極區(qū)。如鐵細(xì)菌在水管內(nèi)壁形成氧濃差電池，發(fā)生的反應(yīng)為：

    2Fe→2Fe2++4e（陽極過程）

    O2+2H2O+4e→4OH-（陰極過程）

    2Fe2++4OH-→2Fe（OH）2（腐蝕產(chǎn)物）

    4Fe（OH）2+O2+2H2O→2Fe（OH）3（腐蝕產(chǎn)物）

    總反應(yīng)式：4Fe+6H2O+3O2→2Fe（OH）3

    由此可以想到，與活性溶解碳鋼相比，在易于產(chǎn)生縫隙腐蝕的不銹鋼和其它鈍化金屬上鐵細(xì)菌腐蝕的速度快慢。而水中碳鋼腐蝕的速度快慢還與其它微生物活性相關(guān)聯(lián)。

    硫桿菌

    硫桿菌可分為氧化硫硫桿菌（T.thiooxidans）、脫氮硫桿菌（T.dentrificans）和氧化亞鐵硫桿菌（T.ferroxidans）。其中氧化硫硫桿菌存在于清水中，脫氮硫桿菌則存在于礦物水、海洋和污泥油田、油水中。脫氮硫桿菌是嚴(yán)格自養(yǎng)兼厭氧菌，菌細(xì)胞為球桿狀，具單根極生鞭毛，運(yùn)動(dòng)活潑，無牙孢，革蘭氏染色陰性。它們不同于常見的利用有機(jī)物作為能源生長的異養(yǎng)菌，而是能利用還原新型無機(jī)硫化物作為能源，包括許多硫酸鹽和硫化物，將它們氧化成SO42-，或?qū)⒘蚧瘹溲趸筛邇r(jià)態(tài)硫化物；在厭氧條件下需要硝酸鹽和溶解氣態(tài)氮，NO3-作為電子受體被還原成N2，

    反應(yīng)式為：5HS-+8NO3-+3H+→5SO42-+4N2+4H2O

    硫酸鹽還原菌

    硫酸鹽還原菌（SRB）有兩種類型：無芽孢的去磺弧菌屬和有芽孢的斑去磺弧菌屬。去磺弧菌是油田中最常見的具有嚴(yán)重腐蝕性的細(xì)菌，它嚴(yán)格厭氧。在厭氧微生物腐蝕中，SRB是最具破壞性的微生物，它把硫酸鹽還原為硫化物，促使硫化膜的形成。

    腐蝕機(jī)理

    作為厭氧性的細(xì)菌，若沒有陰極去極化作用則腐蝕就會(huì)停止，這是生物酶的催化則是腐蝕繼續(xù)進(jìn)行的推動(dòng)力。其陰極去極化過程為：

    4Fe→4Fe2++8e（陰極過程）

    8H2O→8H++8OH-（水電離）

    8H++8e→8H（陰極過程）

    SO42-+8H→S2-+4H2O（細(xì)菌的陰極去極化）

    Fe2++S2-→FeS（腐蝕產(chǎn)物）

    3Fe2++6OH-→3Fe（OH）2（腐蝕產(chǎn)物）

    總反應(yīng)式：4Fe+SO42-+4H2O→3Fe（OH）2+FeS+2OH-

    研究結(jié)果表明，厭氧生物腐蝕已被證實(shí)由微生物去極化產(chǎn)生。有關(guān)H2S和H+對(duì)陽極金屬溶解影響方面和電化學(xué)腐蝕機(jī)理也已建立。

    過氧化氫酶

    過氧化氫生物菌（生物酶）是細(xì)菌細(xì)胞氧化作用的一個(gè)完整組合，主要由穩(wěn)定態(tài)細(xì)胞產(chǎn)生。它同過氧化非變位酶和烷基過氧化氫一起被認(rèn)為限制了活性氧類的堆積。生物霉菌通過促使它分解為水和氧而減少細(xì)胞內(nèi)過氧化氫的濃度，如：2H2O2→2H2O+O2

    由Cu和Cu合金的時(shí)效試驗(yàn)可以得知，界面H2O2濃度和過氧化氫生物酶的影響由在電極表面Cu2O/CuO兩種氧化物相關(guān)區(qū)域分配而決定；在浮游生物培養(yǎng)中，提出因生物酶作用的氧化還原反應(yīng)去極化的生物酶腐蝕機(jī)理。并且認(rèn)為這種去極化影響是可逆的，通過迭氮化鈉可逆變；其化合物和產(chǎn)生緩蝕酶的過氧化氫酶進(jìn)行可逆反應(yīng)。