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腐蚀科学与防护技术  2014, Vol. 26 Issue (6): 499-504    DOI: 10.11903/1002.6495.2013.327
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静磁场对硫酸盐还原菌生物膜形成过程的影响
陈碧,秦双,陈蕾,郑碧娟,刘宏芳()
华中科技大学化学与化工学院 武汉 430074
Influence of Static Magnetic Field on Formation of SRB Biofilm
Bi CHEN,Shuang QIN,Lei CHEN,Bijuan ZHENG,Hongfang LIU()
School of Chemistry and Chemical Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
全文: PDF(2455 KB)   HTML
摘要: 

采用铂片微排电极研究了硫酸盐还原菌 (SRB)生物膜在有无磁场环境下的电化学行为。结果表明:无磁场下铂片电极表面覆盖一层很厚的生物膜,通过显微镜观察厚度为141.4 μm,生物膜电阻较大,生物膜脱吸附过程进行时间较长,生成的腐蚀性产物较多。磁场存在下SRB细菌不容易在铂片电极表面吸附,进而形成的生物膜较薄 (厚度为67.06 μm),生物膜在很短时间内达到了脱吸附平衡状态,从而生物膜内腐蚀性物质较少,对基体的腐蚀作用较弱。电荷传质电阻Rct表明,磁场的引入极大地阻碍了电极表面电荷的运动,从而影响了电化学过程的顺利进行。

关键词 硫酸盐还原菌 (SRB)生物膜静磁场吸附    
Abstract

The electrochemical behavior of sulfate-reducing bacteria (SRB) biofilm was investigated by means of micro electrode of platinum in the absence and presence of a static magnetic field (SMF) respectively. The results showed that a 141.4 μm thick biofilm with high resistance (Rf) was form on the surface of Pt metal in the absence of SMF, and the process of adsorption and desorption of the biofilm took a long time resulting in corrosion products on the Pt foil surface. In the presence of SMF, it was hard to adsorb on the surface Pt foil for SRB and the biofilm was thinner (the thickness was 67.06 μm). The adsorption and desorption of the later biofilm proceeded rapidly and reached an equilibrium state after short time indicating that little amount of corrosion products was generated in the biofilm, which means that the corrosion rate of the metal beneath the biofilm is lower. The value of charge transfer resistance (Rct) suggested that the applied SMF might greatly suppress the movement of surface charge, thus affect electrochemical process.

Key wordsSRB    biofilm    static magnetic field    adsorption
    
基金资助:国家自然科学基金项目 (51171067) 和深圳市基础研发基金项目 (JC201005310696A) 资助
作者简介: 陈碧,男,1987年生,硕士生,研究方向为腐蚀与防护,环境化学和应用电化学

引用本文:

陈碧,秦双,陈蕾,郑碧娟,刘宏芳. 静磁场对硫酸盐还原菌生物膜形成过程的影响[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2014, 26(6): 499-504.
Bi CHEN, Shuang QIN, Lei CHEN, Bijuan ZHENG, Hongfang LIU. Influence of Static Magnetic Field on Formation of SRB Biofilm. Corrosion Science and Protetion Technology, 2014, 26(6): 499-504.

链接本文:

https://www.cspt.org.cn/CN/10.11903/1002.6495.2013.327      或      https://www.cspt.org.cn/CN/Y2014/V26/I6/499

图1  实验装置示意图
图2  无磁场下铂片电极在不同SRB生长时期的电化学阻抗谱
图3  铂片电极的等效电路图
Time d Rs Ωcm2 Cf μFcm2 n1 Rf Ωcm2 Cdl μFcm2 n2 Rct Ωcm2
1 1.186 783.51 0.77 36.6 683230 0.73 117.3
4 1.342 343.24 0.80 413.0 21612 0.65 760.3
10 1.445 297.79 0.80 1050.0 301.7 0.75 2961.0
14 1.510 277.97 0.80 1157.0 247.7 0.71 4185.0
表1  无磁场下铂片电极在不同SRB生长时期的电化学阻抗谱拟合参数
图4  磁场下铂片电极在不同SRB生长时期的电化学阻抗谱
Time d Rs Ωcm2 Cf μFcm2 n1 Rf Ωcm2 Cdl μFcm2 n2 Rct Ωcm2
1 1.795 355.56 0.69 3.951 42.834 0.91 6991
4 2.156 60.862 0.70 5.985 257.81 0.70 14333
10 1.599 50.683 0.67 6.559 245.85 0.66 30973
14 1.749 51.658 0.67 7.539 233.33 0.66 33025
表2  磁场下铂片电极在不同SRB生长时期的电化学阻抗谱拟合参数
图5  SRB生物膜在电极表面的形成过程示意图
图6  不同SRB生长时期的开路电位和电荷传质电阻
图7  不同SRB生长时期的电荷传质电阻与时间的变化关系
图8  铂片电极在接种了SRB的培养基中10 d后的生物膜形貌和厚度
[1] Beech I B, Sunner J A, Hiraoka K. Microbe-surface interactions?in?biofouling and biocorrosion processes[J]. Int. Microbiol., 2005, 8: 157
[2] Muthukumar N, Maruthamuthu S, Palaniswamy N. Water-soluble inhibitor on microbiologically influenced corrosion in diesel pipeline[J]. Colloids Surf., 2006, 53(2): 260
[3] Videla H A. Prevention and control of biocorrosion[J]. Int. Biodeter. Biodegrada., 2002, 49: 259
[4] Videla H A, Herrera L K. Microbiologically influence corrosion: Looking to the future[J]. Int. Microbiol., 2005, 8: 169
[5] 刘慧娜, 孙吉慧, 沈加艳. 给水管网中管壁生物膜对水质二次污染的影响[J]. 环保科技, 2009, 15(4): 9
[6] 叶琴, 李克娟, 郭佩佩等. 油田污水中碳钢表面生物膜生长规律及腐蚀电化学行为[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2013, 25(3): 195
[7] 李进, 许兆义, 李久义等. 再生水环境中304不锈钢生物膜腐蚀电化学特征[J]. 物理化学学报, 2010, 26(10): 2638
[8] 刘宏芳, 黄玲, 刘涛等. 新型季鳞盐抗菌剂的合成及抗菌性能研究[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2009, 21(3): 316
[9] Xu D, Li Y, Gu T. A synergistic d-tyrosine and tetrakis hydroxymethyl phosphonium sulfate biocide combination for the mitigation of an SRB biofilm[J]. World J. Microbiolo. Biotechnol., 2012, 28(10): 3067
[10] 刘宏芳, 黄玲, 刘涛等. 硫酸盐还原菌杀菌剂应用现状及研究进展[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2009, 29(2): 154
[11] Sorensen P A, Kill S, Dam-Johansen K. Anticorrosive coatings: a review[J]. Technol. Res., 2009, 6(2): 135
[12] Chico B, Simancas J, Vega J M, et al. Anticorrosive behaviour of alkyd paints formulated with ion-exchange pigments[J]. Prog.Org. Coat., 2008, 61(2-4): 283
[13] Ji W, Huang H, Deng A, et al. Effects of static magnetic fields on Escherichia coli[J]. Micron, 2009, 40(8): 894
[14] 智丽媛, 杜丽. 静磁场的细胞生物学效应的研究[J]. 广东牙病防治, 2008, 7(16): 650
[15] Liu H F, Huang L, Zheng J S. Specification of sulfate reducing bacteria biofilms accumulation effects on corrosion initiation[J]. Mater. Corros., 2007, 58(1): 45
[16] Liu T, Liu H, Hu Y, et al. Growth characteristics of thermophile Sulfate-reducing bacteria and its effect on carbon steel[J]. Mater. Corros., 2009, 60(3): 218
[1] 徐昕,邓书端,李向红. 十八烷基二甲基甜菜碱对冷轧钢在H2SO4溶液中的缓蚀性能[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2019, 31(3): 251-256.
[2] 刘红. 一种双席夫碱对N80钢在盐酸介质中的吸附缓蚀性能[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2018, 30(6): 613-619.
[3] 刘建祥, 邓书端, 徐昕, 李向红. H3PO4溶液中吐温-80在冷轧钢表面上的吸附及缓蚀性能[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2018, 30(2): 119-126.
[4] 张海亚, 田一梅, 陈灏琳, 张茹芳. 再生水生物膜作用下Q235B钢的电化学腐蚀特性研究[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2018, 30(1): 27-34.
[5] 邓书端, 李向红, 杜官本. 2-巯基嘧啶对冷轧钢在柠檬酸中的缓蚀性能[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2017, 29(6): 597-602.
[6] 李霞, 杜敏. 阴极极化对微生物腐蚀的影响研究进展[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2017, 29(5): 561-566.
[7] 吕亚林, 刘宏伟, 熊福平, 刘宏芳. 铁氧化菌对X80管线钢腐蚀行为的影响[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2017, 29(4): 343-348.
[8] 杨帆,吴娜娜,刘海学,吴楠,石宝友. 生物膜微环境分析技术在供水管网腐蚀研究中的应用[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2017, 29(3): 291-300.
[9] 周欣,陈韧,吴国玺,王福会. 硫酸乙酯-1-甲基-3-乙基咪唑离子液体对海洋工程钢筋腐蚀的缓蚀机理研究[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2017, 29(2): 173-177.
[10] 李向红,付惠,李云仙,李楠. 木薯淀粉接枝共聚物在HCl溶液中对Al的缓蚀性能研究[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2016, 28(6): 525-530.
[11] 吴锋景,夏靖,刘小娟,翟文奎,袁祥,姚俊合,肖鑫. 加替沙星在3%HCl介质中对碳钢的缓蚀作用[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2016, 28(6): 560-564.
[12] 许萍,翟羽佳,王婧,张雅君,司帅,魏智刚. 从新的视角理解生物膜——微生物防腐蚀研究进展[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2016, 28(4): 356-360.
[13] 刘海霞,杜向前,段继周,翟晓凡,侯保荣. 天然海水微生物对5083铝合金初期腐蚀行为的影响[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2016, 28(1): 51-57.
[14] 刘宏伟,徐大可,吴亚楠,杨柯,刘宏芳. 微生物生物膜下的钢铁材料腐蚀研究进展[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2015, 27(5): 409-418.
[15] 刘宏伟,刘宏芳,秦双,韩霞,王田丽. 集输管线硫酸盐还原菌诱导生物矿化作用调查[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2015, 27(1): 7-12.