刘宏伟副教授课题组在微生物腐蚀机理研究领域取得新进展

硫酸盐还原菌(SRB)在环境中分布广泛，是腐蚀性最强的一种微生物，SRB导致的微生物腐蚀是造成巨大经济损失和安全事故的主要原因之一。目前SRB在复杂环境下的腐蚀机理尚未明确，有机碳源在SRB腐蚀过程中发挥着重要作用，前期工作发现，在缺少碳源条件下SRB可以加速局部腐蚀。在无碳源条件下，SRB如何生存以及其对金属的腐蚀行为和机制仍然不明确。自然环境中，微生物有机碳源长期饥饿是普遍存在的。

本文以Desulfovibrio desulfuricans硫酸盐还原菌作为腐蚀性微生物，首先通过培养富集SRB细胞，并将SRB细胞用微孔滤膜进行过滤，获得高浓细菌富集液，将其转移至无菌测试介质中，从而构筑了无有机碳源的SRB腐蚀环境，设计了梯度SRB初始浓度，考虑了部分溶解氧存在对SRB腐蚀的影响，实验方案和流程如图1所示。

图1 SRB细胞分离和富集示意图（a）和电化学测量的实验装置（b）

结果表明，SRB在无有机碳源的测试介质中培养14天后依然有大量细菌存活，存活的SRB数量与其初始浓度成正比。存活下来的SRB依然可以还原硫酸盐，导致硫化物浓度的增加，而且SRB依然可以在金属表面形成生物膜，在生物膜表面可以观察到一些SRB细胞（图2）。SEM图像显示，与空白组相比，SRB存在条件下生物膜更致密。失重与超景深3D显微镜测试结果表明，在含有有限溶解氧和无有机碳源的介质中，SRB的存在抑制了均匀腐蚀，而加速了局部腐蚀。当SRB初始浓度最高，达到10⁷cells/mL时，X80钢局部腐蚀速率最大，为（0.306 ± 0.006）mm/y（图3）。溶解氧的存在会影响钢的腐蚀过程，在初始SRB初始菌量较小条件下，氧腐蚀中占主导地位，而初始SRB初始菌量较高时，SRB腐蚀占主导地位。SRB在无有机碳环境中对金属均匀腐蚀具有抑制作用，但是可以加速金属局部腐蚀。

图2 腐蚀测试14天后不同试样表面SEM形貌图：（a）非生物样品空白对照；(b) 10⁷cells/mL；(c)10⁵cells/mL；(d) 10³cells/mL

图3 不同初始菌量条件下腐蚀测试14天后由腐蚀形貌图得到的局部腐蚀速率（a）和点蚀坑密度统计（b）

该研究成果近期以“Early corrosion behavior of X80 pipeline steel in a simulated soil solution containing Desulfovibrio desulfuricans”为题发表于腐蚀领域优秀期刊Bioelectrochemistry 141 (2021) 107880。第一作者为18级本科生范玉荇，刘宏伟副教授作为通讯作者，论文第一单位为中山大学化学工程与技术学院。本研究得到国家自然科学基金(51901253)、中央高校基本科研业务费重点项目(19lgzd18)、广东省面上基金(2019A1515011135)、深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室开放课题（BIPT201904）及湖北省材料化学与服役失效重点实验室开放课题（2020MCF02）发支持。