几种常见的微生物腐蚀及其腐蚀机理

2017-04-19 16:51:35 作者：本网整理来源：网络分享至：

    微生物腐蚀（Microbiologicallyinfluenced Corrosion）并非是它本身对金属的侵蚀作用，而是微生物生命活动的结果间接地对金属腐蚀的电化学过程产生影响。其中的细菌腐蚀广泛存在于钢铁、铜、铝及其合金中，如好氧型铁细菌、锰细菌和厌氧型的硫酸盐还原菌，它给工业设备、民用设施以及航空航天和航运机器等都造成了不同程度损失，尤其在石油化工和动力设备方面的经济损失相当惨重。因此，对金属细菌腐蚀和微生物腐蚀的研究具有非常重要的意义。

    铁细菌

    铁细菌是能从氧化二价铁过程中得到能量的一群细菌，它生成的氢氧化铁可在细菌膜鞘的内部或外部储存；铁细菌是好气异养，也有兼性异养和严格自养型，在含氧量小于0.5mg/L的水泵中也能生长。氧化铁细菌或所谓金属沉积微生物普遍被看作是由微生物腐蚀造成的。因其与铁有着不解之缘而常常存在于碳钢和合金钢中。

    腐蚀机理

    铁细菌腐蚀机理因铁细菌的好氧性，所以铁细菌离不开氧的作用。铁细菌具有产生铁氢氧化物沉积物的能力，其大多数由亚铁离子氧化到Fe3+离子产生能量，而后成为Fe（OH）3沉淀，多种造型铁细菌促使已氧化亚铁离子的沉淀。研究认为，铁细菌主要以锈蚀垢形式参与，在很短时间内产生大量铁氧化物沉积。Fe的生物性氧化率大大高于非生物性的。铁细菌的腐蚀通过缝隙腐蚀机理而发生，氧化铁细菌的作用在于高浓度氧区和金属表面分成的小阳极点（在致密的铁氢氧化物和生成物下面）以及大范围阴极区。如铁细菌在水管内壁形成氧浓差电池，发生的反应为：

    2Fe→2Fe2++4e（阳极过程）

    O2+2H2O+4e→4OH-（阴极过程）

    2Fe2++4OH-→2Fe（OH）2（腐蚀产物）

    4Fe（OH）2+O2+2H2O→2Fe（OH）3（腐蚀产物）

    总反应式：4Fe+6H2O+3O2→2Fe（OH）3

    由此可以想到，与活性溶解碳钢相比，在易于产生缝隙腐蚀的不锈钢和其它钝化金属上铁细菌腐蚀的速度快慢。而水中碳钢腐蚀的速度快慢还与其它微生物活性相关联。

    硫杆菌

    硫杆菌可分为氧化硫硫杆菌（T.thiooxidans）、脱氮硫杆菌（T.dentrificans）和氧化亚铁硫杆菌（T.ferroxidans）。其中氧化硫硫杆菌存在于清水中，脱氮硫杆菌则存在于矿物水、海洋和污泥油田、油水中。脱氮硫杆菌是严格自养兼厌氧菌，菌细胞为球杆状，具单根极生鞭毛，运动活泼，无牙孢，革兰氏染色阴性。它们不同于常见的利用有机物作为能源生长的异养菌，而是能利用还原新型无机硫化物作为能源，包括许多硫酸盐和硫化物，将它们氧化成SO42-，或将硫化氢氧化成高价态硫化物；在厌氧条件下需要硝酸盐和溶解气态氮，NO3-作为电子受体被还原成N2，

    反应式为：5HS-+8NO3-+3H+→5SO42-+4N2+4H2O

    硫酸盐还原菌

    硫酸盐还原菌（SRB）有两种类型：无芽孢的去磺弧菌属和有芽孢的斑去磺弧菌属。去磺弧菌是油田中最常见的具有严重腐蚀性的细菌，它严格厌氧。在厌氧微生物腐蚀中，SRB是最具破坏性的微生物，它把硫酸盐还原为硫化物，促使硫化膜的形成。

    腐蚀机理

    作为厌氧性的细菌，若没有阴极去极化作用则腐蚀就会停止，这是生物酶的催化则是腐蚀继续进行的推动力。其阴极去极化过程为：

    4Fe→4Fe2++8e（阴极过程）

    8H2O→8H++8OH-（水电离）

    8H++8e→8H（阴极过程）

    SO42-+8H→S2-+4H2O（细菌的阴极去极化）

    Fe2++S2-→FeS（腐蚀产物）

    3Fe2++6OH-→3Fe（OH）2（腐蚀产物）

    总反应式：4Fe+SO42-+4H2O→3Fe（OH）2+FeS+2OH-

    研究结果表明，厌氧生物腐蚀已被证实由微生物去极化产生。有关H2S和H+对阳极金属溶解影响方面和电化学腐蚀机理也已建立。

    过氧化氢酶

    过氧化氢生物菌（生物酶）是细菌细胞氧化作用的一个完整组合，主要由稳定态细胞产生。它同过氧化非变位酶和烷基过氧化氢一起被认为限制了活性氧类的堆积。生物霉菌通过促使它分解为水和氧而减少细胞内过氧化氢的浓度，如：2H2O2→2H2O+O2

    由Cu和Cu合金的时效试验可以得知，界面H2O2浓度和过氧化氢生物酶的影响由在电极表面Cu2O/CuO两种氧化物相关区域分配而决定；在浮游生物培养中，提出因生物酶作用的氧化还原反应去极化的生物酶腐蚀机理。并且认为这种去极化影响是可逆的，通过迭氮化钠可逆变；其化合物和产生缓蚀酶的过氧化氢酶进行可逆反应。