[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

本發明公開了一種模擬水環境中鋼鐵材料表面細菌生物膜的方法，以高分子材料為主制備的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。本發明能夠定量控制微生物腐蝕初期過程中的各種腐蝕因素、無需進行繁瑣、耗時的微生物培養過程，可簡便的實現對水環境中多因素作用下細菌腐蝕過程的模擬。

技術領域

本發明屬腐蝕學領域，涉及一種腐蝕試驗方法，具體是指一種用于對水環境中鋼鐵材料表面微生物腐蝕過程進行實驗室模擬的試驗方法。

背景技術

微生物腐蝕是在微生物生命活動參與下所發生的腐蝕過程，這一過程廣泛存在于石油工業、海洋裝備、流體輸送及水處理等領域，其引起的腐蝕失效問題日益受到工程和研究領域的重視。在含有微生物的水環境中，金屬材料表面會形成細菌生物膜，微生物腐蝕即發生在這層細菌生物膜與金屬材料的界面處。由于實際環境中影響微生物腐蝕過程的因素復雜而多變,同時也難以控制和定量描述,采用模擬生物環境的實驗方法對評價材料海水腐蝕中生物因素的作用,揭示生物腐蝕的規律具有重要意義。

目前，慣用的微生物腐蝕過程模擬方法是對選定的微生物進行培養，進而形成特定的微生物腐蝕環境，再將試樣置于該環境中進行腐蝕模擬。在含菌的液態培養基中對試樣進行浸泡的方法可用于研究腐蝕速率及腐蝕產物組成(趙曉棟,段繼周,武素茹等,中國腐蝕與防護學報,2008,28(5):299-302)。但是，當需要對腐蝕過程進行原位觀察時，上述方法是不適用的。專利CN 2844899 Y報道了一種模擬微生物/大分子膜生成的實驗裝置，該裝置設有帶循環液出入口的模擬微生物腐蝕環境的可密封流動池，通過控制模擬液流速可使微生物在試樣表面形成“條件膜”、“單層膜”、“成熟膜”等不同形態的微生物膜；流動池密封倉蓋裝有用于實時攝像、在線顯微觀察的探頭以及掃描測量系統。專利CN 101226136 B公開了一種基于固體培養基的鎂合金微生物腐蝕方法，該方法涉及對硫酸鹽還原菌腐蝕過程的模擬。具體步驟包括試樣加工及滅菌、固體培養基的配置及滅菌、細菌的培養及活化、使用帶菌培養基在試樣表面進行恒溫腐蝕。該方法克服了液態腐蝕介質浸泡法中微生物腐蝕過程難于原位觀察的缺點，該方法實施過程相對簡單、對試樣表面處理要求低，便于對腐蝕過程進行原位觀察。但是，無論是采用液態培養基還是采用固體培養基的方法均不能實現對微生物腐蝕過程的加速模擬，因而無法用來對材料的耐微生物腐蝕性能進行快速評價，其原因在于，培養基或培養液中供微生物生長的營養物質的量是固定的，因此培養基或培養液中所能容納的微生物數量是一定的，隨著營養物質的消耗，微生物數量必然經歷由增加到衰減的過程，其代謝過程也必然經歷由旺盛到停滯的過程，這也就意味著試樣表面處的代謝產物、腐蝕產物濃度不可控并且不能一直維持在較高的水平，因此不能從代謝產物腐蝕機理和腐蝕產物腐蝕機理角度對腐蝕過程進行加速模擬。此外，在試驗室內對微生物進行培養需配備滅菌、生化培養設備及多種輔助器材，過程繁瑣、耗時長。由于真實海洋環境中影響微生物腐蝕過程的因素復雜多變，而實驗室微生物培養過程繁瑣耗時，一些微生物腐蝕研究中采用了模擬微生物膜的方法。例如將海藻酸鈉凝膠沉積在金屬材料表面，形成模擬微生物膜，在模擬海水中研究金屬材料的電化學行為(王慶飛,隋靜,萬小山等,化工學報,2001,52(9):814-817)。但是，這種方法不能對腐蝕產物及代謝產物的影響進行模擬，同時也未考慮微生物膜外海洋環境因素的影響。

傳統的微生物腐蝕研究方法需進行過程繁瑣的微生物培養，無法準確控制微生物代謝產物、腐蝕產物濃度，因而不能對微生物腐蝕過程進行加速模擬，也不能有效的用于微生物腐蝕機理的深入研究。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術所存在的缺陷，提供一種模擬水環境中鋼鐵材料表面細菌生物膜的方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：