[發明專利]一種模擬水環境中鋼鐵材料表面細菌生物膜的方法

在審

• 申請號: 201810294005.8
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108535173A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 高鵬;陳義慶;李巖;艾芳芳;李琳;鐘彬;肖宇
• 申請（專利權）人: 鞍鋼股份有限公司
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種模擬水環境中鋼鐵材料表面細菌生物膜的方法，其特征在于，以高分子材料為成膜物制備模擬細菌生物膜，模擬細菌生物膜分為兩層，第一層為高分子和無機物復合高分子膜，含有腐蝕產物模擬物和代謝產物模擬物，涂覆在鋼鐵基體表面處；另一層為純高分子膜，涂覆在復合高分子膜表面；涂有模擬細菌生物膜的試樣置于模擬水環境中，水中的腐蝕介質以及腐蝕產物模擬物和代謝產物模擬物中釋放出的腐蝕介質可透過模擬細菌生物膜擴散至鋼鐵基體處共同參與鋼鐵基體的腐蝕過程。

2.根據權利要求1所述的一種模擬水環境中鋼鐵材料表面細菌生物膜的方法，其特征在于，所述用于制備模擬細菌生物膜的高分子材料為海藻酸鈉，采用海藻酸鈉制備純高分子膜時，先將海藻酸鈉制備成一定濃度的水溶液，將海藻酸鈉溶液延展成膜后，使用氯化鈣水溶液作為凝膠劑，將其噴涂在海藻酸鈉液膜表面或者將涂覆有海藻酸鈉液膜的試樣浸入其中，使海藻酸鈉液膜凝膠化而制得海藻酸鈉凝膠膜；海藻酸鈉溶液的濃度為3wt％～5wt％；凝膠劑中氯化鈣濃度為5wt％～7wt％；制備復合高分子膜時，向海藻酸鈉水溶液中加入腐蝕產物模擬物和代謝產物模擬物并使其均勻分散，制得復合海藻酸鈉水溶液，將復合海藻酸鈉水溶液延展成膜后，采用與制備海藻酸鈉凝膠膜相同的凝膠化方法制備復合海藻酸鈉凝膠膜；其中腐蝕產物模擬物和代謝產物模擬物依據所要模擬的水環境中的主要致腐蝕菌種確定。

3.根據權利要求1所述的一種模擬水環境中鋼鐵材料表面細菌生物膜的方法，其特征在于，所述用于制備模擬細菌生物膜的高分子材料為瓊脂，采用瓊脂制備純高分子膜時，先在加熱條件下制備一定濃度的瓊脂水溶液，將瓊脂水溶液延展、冷卻后成膜；制備瓊脂水溶液時的加熱溫度為45～60℃，瓊脂濃度為1.5wt％～3wt％；制備復合高分子膜時，向瓊脂水溶液中加入腐蝕產物模擬物和代謝產物模擬物并使其均勻分散，制得復合瓊脂水溶液，將復合瓊脂水溶液延展成膜后，采用與制備純瓊脂高分子膜相同的成膜方法制備復合瓊脂膜；其中腐蝕產物模擬物和代謝產物模擬物依據所要模擬的水環境中的主要致腐蝕菌種確定。

4.根據權利要求2或3所述的一種模擬水環境中鋼鐵材料表面細菌生物膜的方法，其特征在于，所述水環境中主要的致腐蝕細菌為硫酸鹽還原菌，腐蝕產物模擬物選用FeS；代謝產物模擬物選用硫代乙酰胺；將FeS和硫代乙酰胺加入海藻酸鈉溶液中或瓊脂溶液中制成混合液，將混合液涂覆于鋼鐵基體表面，從而制得含有FeS及硫代乙酰胺的復合高分子膜；混合液中FeS濃度為0.01mol/L～0.2mol/L，硫代乙酰胺與FeS的物質的量之比為1:2～1:3；硫代乙酰胺水解所需的氫離子可由乙酸、丙酸、乳酸中的一種來提供，其在水溶液中的濃度為0.1mol/L～0.5mol/L；有機酸電離出的氫離子透過高分子膜擴散至代謝產物模擬物和腐蝕產物模擬物FeS處并與之反應生成H₂S，同時擴散至鋼鐵基體表面的有機酸作為除H₂S之外的另一類代謝產物參與腐蝕過程。

5.根據權利要求2或3所述的一種模擬水環境中鋼鐵材料表面細菌生物膜的方法，其特征在于，所述水環境中主要的致腐蝕細菌為鐵氧化菌，腐蝕產物模擬物選用Fe₂O₃；代謝產物模擬物選用硫酸，腐蝕產物模擬物Fe₂O₃可在代謝產物模擬物硫酸電離產生的氫離子作用下轉化為Fe³⁺，Fe³⁺也是鐵氧化菌代謝過程產生的主要腐蝕產物；將Fe₂O₃與海藻酸鈉溶液或瓊脂溶液制成混合液，將混合液涂覆于鋼鐵基體表面，從而制得含有Fe₂O₃的復合高分子膜；混合液中Fe₂O₃濃度為0.01mol/L～0.09mol/L；硫酸在水溶液中的濃度為0.05mol/L～0.1mol/L，其電離出的氫離子通過海藻酸鈉凝膠膜擴散至腐蝕產物Fe₂O₃處并與之反應生成Fe³⁺。

6.根據權利要求1～3任一項所述的一種模擬水環境中鋼鐵材料表面細菌生物膜的方法，其特征在于，純高分子膜制備2～6層，每層的厚度為100～300μm；復合高分子膜制備1～5層，每層的厚度為100～300μm。