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《北京建筑大学》 2019年
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大肠埃希氏菌和荧光假单胞菌对碳钢的协同腐蚀机制研究

任恒阳  
【摘要】:微生物腐蚀往往是多种微生物相互作用的结果。微生物之间的相互作用会导致微生物种类的优势更替和生物膜特性的改变,进而对金属腐蚀的影响与单种微生物不同。本研究以再生水为补充水的工业循环冷却水系统的微生物腐蚀为研究背景,选择研究环境中常见的两种微生物—大肠埃希氏菌(Escherichia coli,E.coli)和荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens,P.fluorescens)作为研究对象。采用试验测试和理论研究的方法,分析了两种微生物共同存在时碳钢表面生物膜的形成和组成成分变化,腐蚀电化学差异和铁释放后的转化影响,提出了两种微生物共同存在对碳钢腐蚀的影响机制。7d时E.coli-P.fluorescens生物膜在碳钢表面初步形成,厚度在35μm左右。14d时增厚达到55μm。E.coli-P.fluorescens生物膜中P.fluorescens的数量3d后占据优势,5d后两种细菌附着的数量稳定,14d时E.coli-P.fluorescens生物膜中多糖含量多达165.09μg/cm~2,使细菌利于附着。E.coli-P.fluorescens生物膜具备P.fluorescens生物膜较厚且粘性较大和E.coli生物膜致密性较差且物质易传递的双重特性,使得两种细菌协同生成的生物膜在一定深度下微生物数量和胞外聚合物含量相对均衡并保持均匀稳定。E.coli和P.fluorescens在最初(24h)接触时,开路电位变化小且未形成稳定的腐蚀层。在腐蚀初期(14d)时,开路电位正移并稳定,3d后形成稳定的生物膜层,碳钢阴极反应明显被抑制,11d后E.coli-P.fluorescens工况的阴极斜率最大,更有效地抑制了碳钢阴极反应发生。E.coli-P.fluorescens工况的膜电阻明显高于单种细菌工况,两种细菌协同形成的生物膜抑制腐蚀效果更好,其中P.fluorescens有助于膜电阻增加,E.coli相反。细菌先后投加与同时投加相比平均膜电阻分别降低了181.1Ω·cm~2,161.66Ω·cm~2,先后投加细菌使其协同作用明显被削弱。3d时E.coli-P.fluorescens工况的平均腐蚀速率高于空白工况,促进腐蚀,3d后抑制碳钢腐蚀。P.fluorescens工况出现的Fe_2O_3、Fe_3O_4峰个数多且14d时拟合占比分别为44.67%、32.90%,E.coli工况的Fe_2O_3、Fe_3O_4峰较少且14d时FeOOH的拟合占比为36.79%。与空白工况相比,E.coli可促进α-FeOOH、γ-FeOOH等初期腐蚀产物生成,P.fluorescens促进初期腐蚀产物向Fe_2O_3、Fe_3O_4等稳定腐蚀产物转化。E.coli和P.fluorescens对碳钢的协同腐蚀机制:1-3d中两种细菌开始附着,微生物数量增加并促进腐蚀发生;3-7d中两种细菌的生物膜初步形成且多糖的含量也基本稳定,E.coli生物膜存在较薄在局部阻隔营养物质较差,使较厚和粘性较大的P.fluorescens生物膜更稳定的附着在碳钢表面,碳钢腐蚀被抑制;7-14d中E.coli-P.fluorescens生物膜稳定增厚达到55μm。E.coli促进多孔的α-FeOOH、γ-FeOOH等初期腐蚀产物生成,P.fluorescens促进致密的Fe_2O_3、Fe_3O_4生成,两种细菌协同使其腐蚀产物层更稳定并与生物膜黏连使碳钢腐蚀被抑制。
【学位授予单位】:北京建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:X703;X172

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