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新喀里多尼亚弧菌及其胞外聚合物的Q235缓蚀行为的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 微生物对金属腐蚀研究概况及进展

1.2 微生物对金属缓蚀研究进展

1.3 细菌对金属材料的缓蚀机理

1.3.1 通过去除腐蚀物质抑制腐蚀

1.3.2 形成生物保护层抑制腐蚀

1.3.3 产生抗菌生物膜抑制腐蚀

1.3.4 分泌缓蚀剂抑制腐蚀

1.3.5 分泌生物表面活性剂抑制腐蚀

1.4 细菌胞外聚合物(EPS)研究概况

1.5 课题来源,研究内容和研究意义

第二章 弧菌对碳钢Q235的缓蚀作用

2.1 实验

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验设备

2.1.3 实验试剂

2.1.4 实验介质

2.1.5 细菌的培养及接种

2.1.6 电化学测试

2.1.7 腐蚀形貌观察(SEM)

2.1.8 激光共聚焦图片

2.1.9 傅立叶红外光谱与X-射线光电子能谱

2.2 结果与讨论

2.2.1 碳钢Q235在无菌和有菌海水中电化学分析

2.2.2 碳钢在无菌或有菌海水溶液中24小时的开路电位分析

2.2.3 X-射线光电子能谱(XPS)-与傅立叶变换红外光谱(FT-IR)

2.2.4 Q235浸泡在空白海水溶液或加入细菌海水溶液的扫描图片

2.2.5 Q235浸泡在空白海水溶液或加入细菌海水溶液的激光共聚焦图片

2.2.6 碳钢Q235在无菌或有菌海水溶液中30天的直观形貌

2.2.7 缓蚀机理

2.3 小结

第三章 弧菌胞外聚合物对硫酸中碳钢Q235的缓蚀作用

3.1 实验材料及方法

3.1.1 实验材料

3.1.2 实验方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 电化学阻抗

3.2.2 极化曲线

3.2.3 表面形貌

3.2.4 EPS成分测定

3.2.5 吸附模型

3.2.6 缓蚀机理

3.3 结论

第四章 弧菌胞外聚合物(EPS)与KBr,KI的协同作用

4.1 实验材料及方法

4.2 EPS与KBr的协同作用

4.2.1 电化学阻抗

4.2.2 极化曲线

4.3 EPS与KI的协同作用

4.3.1 电化学阻抗

4.3.2 极化曲线

4.4 吸附模型

4.5 腐蚀形貌

4.6 小结

第五章 弧菌EPS在海水中对碳钢Q235的缓蚀

5.1 实验

5.1.1 实验材料

5.1.2 实验设备与实验试剂

5.1.3 实验方法

5.2 结果与讨论

5.2.1 极化曲线

5.2.2 5.0g·L-1 EPS海水溶液在碳钢表面的拍摄图片

5.2.3 腐蚀形貌观察

5.3 小结

第六章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的文章

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摘要

在海洋环境中,金属材料除了受到具有腐蚀性离子的侵蚀外,还受到海洋各种微生物的腐蚀。人们对微生物的腐蚀机制进行了多年的研究,细菌的胞外产物以及细菌代谢过程会引起金属电极电位的负移,从而加速材料腐蚀,然而自然界中还存在少量微生物会对金属具有缓蚀作用。本文研究了新喀里多尼亚弧菌及其胞外聚合物(EPS)对碳钢Q235的缓蚀作用。
  采用电化学技术、表面分析技术对比研究了碳钢Q235在无微生物培养基中和含新喀里多尼亚弧菌培养介质中不同周期的腐蚀行为。利用光谱技术包括傅立叶红外变换光谱和X-射线光电子能谱,研究碳钢表面生物膜的成分,探索生物膜在碳钢表面的形成过程,提出新喀里多尼亚弧菌对碳钢的缓蚀机理。
  研究结果表明,新喀里多尼亚弧菌在人工海水中能很好地抑制溶液对碳钢Q235的腐蚀。从电化学阻抗结果知,相对于空白溶液,在有菌溶液碳钢Q235的电荷转移电阻在24小时增大40倍,在10天后增大60倍。这是在已有报道的文献中缓蚀效率最高的一种细菌。傅立叶红外光谱结果也表明了碳钢表面含多糖或蛋白质等物质的胞外聚合物(EPS)的存在。扫描电镜在碳钢浸入有菌溶液6小时观察到了EPS,并且随时间延长,形成了生物膜。激光共聚焦在碳钢浸入有菌溶液第5天,观察到了较为致密的生物膜,10天后膜层增厚。用相机观察到在有菌溶液中碳钢表面无腐蚀产物,30天后轻微打磨碳钢表面,未发现点蚀,而在空白溶液中碳钢表面存在大量的腐蚀产物,并随时间延长而增加。EPS在碳钢表面的吸附及EPS的大量增加形成生物膜,使碳钢的腐蚀受到抑制。
  本文还采用电化学阻抗测试、极化曲线测试、扫描电镜观察等方法研究了在298K条件下新喀里多尼亚弧菌胞外聚合物(EPS)及与KBr,KI协同作用对碳钢Q235在0.5M H2S04溶液中的缓蚀作用。结果表明:该弧菌EPS能够在碳钢表面形成一层较为致密的Fe-EPS保护层,可有效地抑制H2SO4溶液对Q235的腐蚀,随着EPS浓度的增加,缓蚀效率增大,当EPS浓度为1000ppm时,缓蚀效率最高。当在1000ppm EPS中添加KBr,KI时,其缓蚀率提高。并且EPS及添加KBr,KI后在Q235表面的吸附为自主的化学吸附且符合Langmuir吸附模型。
  为了进一步研究新喀里多尼亚弧菌胞外聚合物(EPS)在不同的环境中对碳钢Q235是否具有缓蚀作用,本文采用电化学,扫描电镜等方法研究了EPS在298K时对人工海水中碳钢Q235的缓蚀作用。结果表明,当EPS浓度为5g·L-1时,缓蚀率达到最大。说明EPS不仅在酸性条件下对碳钢具有一定的缓蚀作用,同时在海水中对碳钢也具有缓蚀作用。

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