[发明专利]一种模拟水环境中铁细菌腐蚀的试验方法

说明书

一种模拟水环境中铁细菌腐蚀的试验方法，包括如下方法：1)以天然高分子材料为成膜物制备模拟微生物膜，模拟微生物膜分为两层，一层为复合高分子膜，含有腐蚀产物模拟物，涂覆在钢铁基体表面处；另一层为不含复合物的纯高分子膜，涂覆在复合高分子膜表面；上述模拟微生物膜阻碍了腐蚀产物模拟物向水环境中的逸散，同时其多孔性保证了氧在膜内的传输。2)涂有模拟微生物膜的试样置于含有可溶性三价铁盐和H₂O₂的试验溶液中，Fe³⁺和H₂O₂透过纯高分子膜和复合高分子膜扩散至钢铁基体处，形成氧化性环境，促进钢铁基体腐蚀过程。本发明能够准确控制铁细菌(IOB)腐蚀过程中的各种腐蚀因素、无需进行繁琐、耗时的微生物培养过程。

技术领域

本发明涉及腐蚀学领域，尤其涉及一种用于对水环境中铁细菌腐蚀过程进行实验室模拟的试验方法。

背景技术

微生物腐蚀(microbiologically induced corrosion,MIC)是在微生物生命活动参与下所发生的腐蚀过程，这一过程广泛存在于石油工业、海洋装备、流体输送及水处理等领域，其引起的腐蚀失效问题日益受到工程和研究领域的重视。由于实际环境中影响微生物腐蚀过程的因素复杂而多变,同时也难以控制和定量描述,采用模拟生物环境的实验方法对评价材料海水腐蚀中生物因素的作用,揭示生物腐蚀的规律具有重要意义。

在与腐蚀有关的各种微生物中，铁细菌(IOB)是重要的一种。已有的研究表明，IOB通过把亚铁氧化为三价铁而获得能量，氧化得到的三价铁通常以不溶性化合物存在。IOB腐蚀过程的作用范围为高浓度氧区和金属表面的小阳极点以及大范围阴极区。目前，惯用的微生物腐蚀过程模拟方法是对选定的微生物进行培养，进而形成特定的微生物腐蚀环境，再将试样置于该环境中进行腐蚀模拟。在含菌的液态培养基中对试样进行浸泡的方法可用于测算腐蚀速率及电化学研究(姚蓉，张秋利，秦芳玲等，腐蚀与防护，2016，37(3)：206-209)。但是，当需要对腐蚀过程进行原位观察时，上述方法是不适用的。专利CN 2844899Y报道了一种模拟微生物/大分子膜生成的实验装置，该装置设有带循环液出入口的模拟微生物腐蚀环境的可密封流动池，通过控制模拟液流速可使微生物在试样表面形成“条件膜”、“单层膜”、“成熟膜”等不同形态的微生物膜；流动池密封仓盖装有用于实时摄像、在线显微观察的探头以及扫描测量系统。专利CN 101226136 B公开了一种基于固体培养基的镁合金微生物腐蚀方法，该方法涉及对细菌腐蚀过程的模拟。具体步骤包括试样加工及灭菌、固体培养基的配置及灭菌、细菌的培养及活化、使用带菌培养基在试样表面进行恒温腐蚀。该方法克服了液态腐蚀介质浸泡法中微生物腐蚀过程难于原位观察的缺点，该方法实施过程相对简单、对试样表面处理要求低，便于对腐蚀过程进行原位观察。但是，无论是采用液态培养基还是采用固体培养基的方法均不能实现对微生物腐蚀过程的加速模拟，因而无法用来对材料的耐微生物腐蚀性能进行快速评价，其原因在于，培养基或培养液中供微生物生长的营养物质的量是固定的，因此培养基或培养液中所能容纳的微生物数量是一定的，随着营养物质的消耗，微生物数量必然经历由增加到衰减的过程，其代谢过程也必然经历由旺盛到停滞的过程，这也就意味着试样表面处的代谢产物、腐蚀产物浓度不可控并且不能一直维持在较高的水平，因此不能从代谢产物腐蚀机理和腐蚀产物腐蚀机理角度对腐蚀过程进行加速模拟。此外，在试验室内对微生物进行培养需配备灭菌、生化培养设备及多种辅助器材，过程繁琐、耗时长。由于真实海洋环境中影响微生物腐蚀过程的因素复杂多变，而实验室微生物培养过程繁琐耗时，一些微生物腐蚀研究中采用了模拟微生物膜的方法。例如将海藻酸钠凝胶沉积在金属材料表面，形成模拟微生物膜，在模拟海水中研究金属材料的电化学行为(王庆飞，隋静，万小山等，化工学报，2001，52(9)：814-817)。但是，这种方法不能对腐蚀产物及代谢产物的影响进行模拟，同时也未考虑微生物膜外海洋环境因素的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟水环境中铁细菌腐蚀的试验方法，能够准确控制铁细菌(IOB)腐蚀过程中的各种腐蚀因素、无需进行繁琐、耗时的微生物培养过程。