Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com. De browserversie die u gebruikt, biedt beperkte ondersteuning voor CSS. Voor de beste ervaring raden we u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus uit te schakelen in Internet Explorer). In de tussentijd zullen we de site zonder stijlen en JavaScript weergeven om voortdurende ondersteuning te garanderen.
Microbiële corrosie (MIC) is een serieus probleem in veel industrieën omdat het enorme economische verliezen kan veroorzaken. 2707 super duplex roestvast staal (2707 HDSS) is gebruikt in mariene omgevingen vanwege zijn uitstekende chemische weerstand. De weerstand tegen MIC is echter niet experimenteel aangetoond. eruginosa-biofilm in 2216E-medium was er een positieve verandering in corrosiepotentieel en een toename in corrosiestroomdichtheid. Röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS)-analyse toonde een afname van het Cr-gehalte op het oppervlak van het monster onder de biofilm aan. Beeldanalyse van de pits toonde aan dat de P. aeruginosa-biofilm een ​​maximale putdiepte van 0,69 μm produceerde gedurende 14 dagen incubatie. Hoewel dit klein is, geeft dit aan dat 2707 HDSS is niet volledig immuun voor de MIC van P. aeruginosa biofilms.
Duplex roestvast staal (DSS) wordt veel gebruikt in verschillende industrieën vanwege hun ideale combinatie van uitstekende mechanische eigenschappen en corrosieweerstand1,2. Lokale putcorrosie treedt echter nog steeds op en tast de integriteit van dit staal aan3,4. DSS is niet bestand tegen microbiële corrosie (MIC)5,6. Ondanks het brede scala aan toepassingen van DSS, zijn er nog steeds omgevingen waar de corrosieweerstand van DSS niet voldoende is voor langdurig gebruik. s (SDSS) hebben enkele beperkingen op het gebied van corrosieweerstand. Daarom zijn in sommige toepassingen superduplex roestvaste staalsoorten (HDSS) met een hogere corrosieweerstand vereist. Dit leidde tot de ontwikkeling van hooggelegeerde HDSS.
De corrosieweerstand van DSS hangt af van de verhouding van alfa- en gammafasen en de Cr-, Mo- en W-arme gebieden 8, 9, 10 grenzend aan de tweede fase. HDSS bevat een hoog gehalte aan Cr, Mo en N11, dus het heeft een uitstekende corrosieweerstand en een hoge waarde (45-50) Pitting Resistance Equivalent Number (PREN), bepaald door gew.% Cr + 3,3 (gew.% Mo + 0,5 gew.% W) + 16 gew.% N 12. Zijn uitstekende corrosieweerstand berust op een uitgebalanceerde samenstelling die ongeveer 50% ferriet (α) en 50% austeniet (γ) fasen bevat. HDSS heeft betere mechanische eigenschappen en hogere weerstand dan conventionele DSS13.Chloride-corrosie-eigenschappen. De verbeterde corrosieweerstand breidt het gebruik van HDSS uit in meer corrosieve chloride-omgevingen, zoals mariene omgevingen.
MIC's zijn een groot probleem in veel industrieën, zoals olie- en gas- en waterbedrijven14.MIC is verantwoordelijk voor 20% van alle corrosieschade15.MIC is bio-elektrochemische corrosie die in veel omgevingen kan worden waargenomen.Biofilms die zich vormen op metalen oppervlakken veranderen de elektrochemische omstandigheden, waardoor het corrosieproces wordt beïnvloed.Er wordt algemeen aangenomen dat MIC-corrosie wordt veroorzaakt door biofilms.Electrogene micro-organismen corroderen metalen om duurzame energie te verkrijgen om te overleven17.Recente MIC-onderzoeken hebben aangetoond dat EET (extracellulaire elektronenoverdracht) is de snelheidsbeperkende factor in MIC geïnduceerd door electrogene micro-organismen. Zhang et al.18 aangetoond dat elektronenbemiddelaars de elektronenoverdracht tussen Desulfovibrio sessificans-cellen en 304 roestvrij staal versnellen, wat leidt tot een ernstiger MIC-aanval.Enning et al.19 en Venzlaff et al.20 toonde aan dat corrosieve sulfaatreducerende bacteriën (SRB) biofilms direct elektronen van metalen substraten kunnen absorberen, wat resulteert in ernstige putcorrosie.
Van DSS is bekend dat het vatbaar is voor MIC in omgevingen die SRB, ijzerreducerende bacteriën (IRB), enz. bevatten. 21. Deze bacteriën veroorzaken gelokaliseerde putjes op DSS-oppervlakken onder biofilms22,23. In tegenstelling tot DSS is de MIC van HDSS24 slecht bekend.
Pseudomonas aeruginosa is een gram-negatieve beweeglijke staafvormige bacterie die wijd verspreid is in de natuur25. Pseudomonas aeruginosa is ook een belangrijke microbiële groep in het mariene milieu, waardoor MIC in staal terechtkomt. Pseudomonas is nauw betrokken bij corrosieprocessen en wordt erkend als pionierkolonisator tijdens biofilmvorming.28 en Yuan et al.29 aangetoond dat Pseudomonas aeruginosa de neiging heeft om de corrosiesnelheid van zacht staal en legeringen in waterige omgevingen te verhogen.
Het hoofddoel van dit werk was het onderzoeken van de MIC-eigenschappen van 2707 HDSS veroorzaakt door de mariene aerobe bacterie Pseudomonas aeruginosa met behulp van elektrochemische methoden, oppervlakteanalysetechnieken en corrosieproductanalyse. Elektrochemische studies, waaronder Open Circuit Potential (OCP), Linear Polarization Resistance (LPR), Electrochemical Impedance Spectroscopie (EIS) en Potential Dynamic Polarization werden uitgevoerd om het MIC-gedrag van 2707 HDSS te bestuderen. trometer (EDS) analyse werd uitgevoerd om chemische elementen op het gecorrodeerde oppervlak te vinden. Daarnaast werd röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS) analyse gebruikt om de stabiliteit van oxidefilmpassivering te bepalen onder invloed van een mariene omgeving die Pseudomonas aeruginosa bevat. De putdiepte werd gemeten onder een confocale laser scanning microscoop (CLSM).
Tabel 1 geeft een overzicht van de chemische samenstelling van 2707 HDSS. Tabel 2 laat zien dat 2707 HDSS uitstekende mechanische eigenschappen heeft met een vloeigrens van 650 MPa. Figuur 1 toont de optische microstructuur van met warmte behandeld 2707 HDSS. Verlengde banden van austeniet- en ferrietfasen zonder secundaire fasen zijn te zien in de microstructuur die ongeveer 50% austeniet- en 50% ferrietfasen bevat.
Figuur 2a toont open circuit potentiaal (Eocp) versus blootstellingstijdgegevens voor 2707 HDSS in abiotisch 2216E-medium en P. aeruginosa-bouillon gedurende 14 dagen bij 37 °C. Het laat zien dat de grootste en significante verandering in Eocp binnen de eerste 24 uur plaatsvindt. De Eocp-waarden bereikten in beide gevallen een piek van -145 mV (vs. SCE) rond 16 uur en daalden vervolgens scherp tot -477 mV (v s. SCE) en -236 mV (vs. SCE) voor respectievelijk het abiotische monster en P).Pseudomonas aeruginosa-coupons, respectievelijk. Na 24 uur was de Eocp-waarde van 2707 HDSS voor P. aeruginosa relatief stabiel op -228 mV (vs. SCE), terwijl de corresponderende waarde voor niet-biologische monsters ongeveer -442 mV was (vs. SCE). Eocp in aanwezigheid van P. aeruginosa was vrij laag.
Elektrochemisch testen van 2707 HDSS-monsters in abiotisch medium en Pseudomonas aeruginosa-bouillon bij 37 °C:
(a) Eocp als functie van belichtingstijd, (b) polarisatiecurven op dag 14, (c) Rp als functie van belichtingstijd en (d) icorr als functie van belichtingstijd.
Tabel 3 geeft een overzicht van de elektrochemische corrosieparameterwaarden van 2707 HDSS-monsters die gedurende 14 dagen zijn blootgesteld aan abiotisch medium en met Pseudomonas aeruginosa geïnoculeerd medium. De raaklijnen van de anodische en kathodische krommen werden geëxtrapoleerd om te komen tot de snijpunten die corrosiestroomdichtheid (icorr), corrosiepotentieel (Ecorr) en Tafelhellingen (βα en βc) opleverden volgens standaardmethoden30,31.
Zoals weergegeven in figuur 2b, resulteerde de opwaartse verschuiving van de P. aeruginosa-curve in een toename van Ecorr in vergelijking met de abiotische curve. De icorr-waarde, die evenredig is met de corrosiesnelheid, nam toe tot 0,328 μA cm-2 in het Pseudomonas aeruginosa-monster, vier keer die van het niet-biologische monster (0,087 μA cm-2).
LPR is een klassieke niet-destructieve elektrochemische methode voor snelle corrosieanalyse. Het werd ook gebruikt om MIC32 te bestuderen. Figuur 2c toont de polarisatieweerstand (Rp) als functie van de blootstellingstijd. Een hogere Rp-waarde betekent minder corrosie. Binnen de eerste 24 uur bereikte de Rp van 2707 HDSS een maximale waarde van 1955 kΩ cm2 voor abiotische monsters en 1429 kΩ cm2 voor Pseudomonas aeruginosa-monsters. Figuur 2c laat ook zien dat de Rp-waarde na één dag snel afnam en vervolgens de volgende 13 dagen relatief onveranderd bleef. De Rp-waarde van het Pseudomonas aeruginosa-monster is ongeveer 40 kΩ cm2, wat veel lager is dan de 450 kΩ cm2-waarde van het niet-biologische monster.
De icorr-waarde is evenredig met de uniforme corrosiesnelheid. De waarde kan worden berekend uit de volgende Stern-Geary-vergelijking,
In navolging van Zou et al.33, een typische waarde van de Tafel-helling B in dit werk werd verondersteld 26 mV/dec te zijn. Figuur 2d laat zien dat de icorr van het niet-biologische 2707-monster relatief stabiel bleef, terwijl het P. aeruginosa-monster sterk fluctueerde na de eerste 24 uur. De icorr-waarden van de P. aeruginosa-monsters waren een orde van grootte hoger dan de niet-biologische controles. Deze trend komt overeen met de polarisatieweerstandsresultaten.
EIS is een andere niet-destructieve techniek die wordt gebruikt om elektrochemische reacties op gecorrodeerde interfaces te karakteriseren. Impedantiespectra en berekende capaciteitswaarden van monsters die zijn blootgesteld aan abiotische media en Pseudomonas aeruginosa-oplossing, Rb-weerstand van passieve film / biofilm gevormd op het oppervlak van het monster, Rct-ladingsoverdrachtsweerstand, Cdl elektrische dubbellaagse capaciteit (EDL) en QCPE Constant Phase Element (CPE) parameters. Deze parameters werden verder geanalyseerd door de gegevens te passen met behulp van een equivalent circuit (EEG) model.
Figuur 3 toont typische Nyquist-plots (a en b) en Bode-plots (a' en b') van 2707 HDSS-monsters in abiotisch medium en P. aeruginosa-bouillon voor verschillende incubatietijden. De diameter van de Nyquist-ring neemt af in aanwezigheid van Pseudomonas aeruginosa. De Bode-plot (Fig. 3b') toont een toename van de grootte van de totale impedantie. Informatie over de relaxatietijdconstante kan worden verschaft door de fasemaxima. 4 toont de monolaag (a) en dubbellaag (b) gebaseerde fysieke structuren en hun corresponderende EECs. CPE wordt geïntroduceerd in het EEC-model. De toelating en impedantie worden als volgt uitgedrukt:
Twee fysieke modellen en overeenkomstige equivalente circuits voor aanpassing aan het impedantiespectrum van het 2707 HDSS-exemplaar:
waarbij Y0 de grootte van de CPE is, j het imaginaire getal of (-1)1/2 is, ω de hoekfrequentie is, en n de CPE-vermogensindex kleiner dan één is35. Het omgekeerde van de weerstand tegen ladingsoverdracht (dwz 1/Rct) komt overeen met de corrosiesnelheid. 2, veel kleiner dan de 489 kΩ cm2 van de niet-biologische monsters (Tabel 4).
De CLSM-afbeeldingen en SEM-afbeeldingen in figuur 5 laten duidelijk zien dat de biofilmdekking op het oppervlak van het 2707 HDSS-monster na 7 dagen dicht is. Na 14 dagen was de biofilmdekking echter schaars en verschenen enkele dode cellen. Tabel 5 toont de biofilmdikte op 2707 HDSS-monsters na blootstelling aan P. aeruginosa gedurende 7 en 14 dagen. De maximale biofilmdikte veranderde van 23,4 μm na 7 dagen tot 18,9 μm na 14 dagen. Ook de gemiddelde biofilmdikte bevestigde deze trend. Deze daalde van 22,2 ± 0,7 μm na 7 dagen naar 17,8 ± 1,0 μm na 14 dagen.
(a) 3D CLSM-beeld na 7 dagen, (b) 3D CLSM-beeld na 14 dagen, (c) SEM-beeld na 7 dagen en (d) SEM-beeld na 14 dagen.
EDS onthulde chemische elementen in biofilms en corrosieproducten op monsters die gedurende 14 dagen waren blootgesteld aan P. aeruginosa. Figuur 6 laat zien dat het gehalte aan C, N, O en P in biofilms en corrosieproducten veel hoger is dan dat in kale metalen, omdat deze elementen worden geassocieerd met biofilms en hun metabolieten. Microben hebben slechts sporen van chroom en ijzer nodig. Hoge niveaus van Cr en Fe in de biofilm en corrosieproducten op het oppervlak van de monsters geven aan dat de metaalmatrix elementen heeft verloren door corrosie.
Na 14 dagen werd pitting met en zonder P. aeruginosa waargenomen in 2216E-medium. Vóór incubatie was het oppervlak van het monster glad en vrij van defecten (Fig. 7a). Na incubatie en verwijdering van biofilm en corrosieproducten werden de diepste putjes op het oppervlak van de monsters onderzocht onder CLSM, zoals getoond in Figuur 7b en c. Er werden geen duidelijke putjes gevonden op het oppervlak van de niet-biologische controlemonsters (maximale putdiepte 0,02 μ m).De maximale putdiepte veroorzaakt door Pseudomonas aeruginosa was 0,52 μm na 7 dagen en 0,69 μm na 14 dagen, gebaseerd op de gemiddelde maximale putdiepte van 3 monsters (10 maximale putdieptewaarden werden geselecteerd voor elk monster) bereikte respectievelijk 0,42 ± 0,12 μm en 0,52 ± 0,15 μm (Tabel 5). Deze putdieptewaarden zijn klein maar belangrijk.
(a) Voor blootstelling, (b) 14 dagen in abiotisch medium en (c) 14 dagen in bouillon van Pseudomonas aeruginosa.
Figuur 8 toont de XPS-spectra van verschillende monsteroppervlakken, en de chemische samenstellingen die voor elk oppervlak zijn geanalyseerd, zijn samengevat in tabel 6. In tabel 6 waren de atoompercentages van Fe en Cr in aanwezigheid van P. aeruginosa (monsters A en B) veel lager dan die van de niet-biologische controlemonsters (monsters C en D). Voor het P. aeruginosa-monster werd de Cr 2p spectrale curve op kernniveau aangepast aan vier piekcomponenten met bindingsenergie (BE) waarden van 574,4, 576,6, 578,3 en 586,8 eV, die kunnen worden toegeschreven aan respectievelijk Cr, Cr2O3, CrO3 en Cr(OH)3 (figuur 9a en b). BE) in respectievelijk Fig. 9c en d. Het meest opvallende verschil tussen de abiotische en P. aeruginosa-monsters was de aanwezigheid van Cr6+ en een hogere relatieve fractie van Cr(OH)3 (BE van 586,8 eV) onder de biofilm.
De brede XPS-spectra van het oppervlak van het 2707 HDSS-monster in de twee media zijn respectievelijk 7 dagen en 14 dagen.
(a) 7 dagen blootstelling aan P. aeruginosa, (b) 14 dagen blootstelling aan P. aeruginosa, (c) 7 dagen in abiotisch medium en (d) 14 dagen in abiotisch medium.
HDSS vertoont in de meeste omgevingen een hoge mate van corrosieweerstand.Kim et al.2 rapporteerde dat UNS S32707 HDSS werd gedefinieerd als een sterk gelegeerde DSS met een PREN van meer dan 45. De PREN-waarde van het 2707 HDSS-exemplaar in dit werk was 49. Dit komt door het hoge chroomgehalte en de hoge molybdeen- en Ni-niveaus, die gunstig zijn in zure en chloriderijke omgevingen. Bovendien zijn een goed uitgebalanceerde samenstelling en defectvrije microstructuur nuttig voor structurele stabiliteit en corrosieweerstand. Ondanks de uitstekende chemische weerstand, de experimentele gegevens in dit werk suggereren dat 2707 HDSS niet volledig immuun is voor de MIC van P. aeruginosa biofilms.
Elektrochemische resultaten toonden aan dat de corrosiesnelheid van 2707 HDSS in P. aeruginosa-bouillon na 14 dagen significant was toegenomen in vergelijking met niet-biologisch medium. In figuur 2a werd een vermindering van Eocp waargenomen in zowel abiotisch medium als P. aeruginosa-bouillon gedurende de eerste 24 uur. Daarna is de biofilm volledig bedekt met het oppervlak van het monster en wordt de Eocp relatief stabiel. Het niveau van biologische Eocp was echter veel hoger dan dat van niet-biologische Eocp. Er is reden om aan te nemen dat dit verschil te wijten is aan biofilmvorming van P. aeruginosa. In Fig. 2d, in aanwezigheid van P. aeruginosa, bereikte de icorr-waarde van 2707 HDSS 0,627 μA cm-2, wat een orde van grootte hoger was dan die van de abiotische controle (0,063 μA cm-2), die consistent was met de Rct-waarde gemeten door EIS. Gedurende de eerste paar dagen belemmerd De ansiewaarden in P. aeruginosa-bouillon namen toe door de aanhechting van P. aeruginosa-cellen en de vorming van biofilms. Wanneer de biofilm het oppervlak van het monster echter volledig bedekt, neemt de impedantie af. De beschermende laag wordt als eerste aangetast door de vorming van biofilms en biofilmmetabolieten. Daarom nam de corrosieweerstand in de loop van de tijd af en veroorzaakte de aanhechting van P. aeruginosa plaatselijke corrosie. De trends in abiotische media waren anders. De corrosieweerstand van de niet-biologische controle was veel hoger dan de overeenkomstige waarde van de monsters die werden blootgesteld aan P. aeruginosa-bouillon. Bovendien bereikte de Rct-waarde van 2707 HDSS voor abiotische monsters 489 kΩ cm2 op dag 14, wat 15 keer de Rct-waarde (32 kΩ cm2) was in aanwezigheid van P. aeruginosa. Daarom heeft 2707 HDSS een uitstekende corrosieweerstand in een steriele omgeving, maar is het niet bestand tegen MIC-aanval door P. aerugin osa biofilms.
Deze resultaten kunnen ook worden waargenomen uit de polarisatiecurves in Fig. 2B. De anodische vertakking werd toegeschreven aan Pseudomonas aeruginosa biofilmvorming en metaaloxidatiereacties. Tegen dezelfde tijd is de kathodische reactie de reductie van zuurstof. ILM verhoogt de gelokaliseerde corrosie van 2707 HDS. Yuan et al29 vonden dat de corrosiestroomdichtheid van 70/30 Cu-Ni-legering verhoogde onder uitdaging van P. aeruginosa Biofilm. Dit kan ook te wijten zijn aan de biofils van de Biocatsatie van de Biocatalyse van Oxygen Reductie door Pseudomonas Aeruginosa Biofilms. hebben minder zuurstof eronder. Daarom kan het falen om het metaaloppervlak door zuurstof opnieuw te passiveren een bijdragende factor zijn aan de MIC in dit werk.
Dickinson et al.suggereerde dat de snelheden van chemische en elektrochemische reacties direct kunnen worden beïnvloed door de metabolische activiteit van sessiele bacteriën op het oppervlak van het monster en de aard van de corrosieproducten. Zoals weergegeven in figuur 5 en tabel 5, namen zowel het aantal cellen als de dikte van de biofilm na 14 dagen af. Dit kan redelijkerwijs worden verklaard dat na 14 dagen de meeste sessiele cellen op het oppervlak van 2707 HDSS stierven als gevolg van uitputting van voedingsstoffen in het 2216E-medium of het vrijkomen van giftig metaal ionen uit de 2707 HDSS-matrix. Dit is een beperking van batchexperimenten.
In dit werk bevorderde de biofilm van P. aeruginosa de lokale uitputting van Cr en Fe onder de biofilm op het 2707 HDSS-oppervlak (Fig. 6). In Tabel 6, de reductie van Fe en Cr in monster D in vergelijking met monster C, wat aangeeft dat opgelost Fe en Cr veroorzaakt door P. aeruginosa biofilm aanhield na de eerste 7 dagen. Het 2216E-medium wordt gebruikt om mariene omgevingen te simuleren. Het bevat 17700 ppm Cl-, wat vergelijkbaar is vergeleken met die gevonden in natuurlijk zeewater. De aanwezigheid van 17700 ppm Cl- was de belangrijkste reden voor de vermindering van Cr in de 7- en 14-daagse abiotische monsters geanalyseerd door XPS. Vergeleken met P. aeruginosa-monsters was de oplossing van Cr in abiotische monsters veel minder vanwege de sterke Cl-resistentie van 2707 HDSS in abiotische omgevingen. Figuur 9 toont de aanwezigheid van Cr6+ in de passiveringsfilm. Het kan betrokken zijn bij de verwijdering van C r van stalen oppervlakken door P. aeruginosa biofilms, zoals gesuggereerd door Chen en Clayton.
Vanwege bacteriegroei waren de pH-waarden van het medium voor en na de kweek respectievelijk 7,4 en 8,2. Daarom is het onwaarschijnlijk dat organische zuurcorrosie onder de biofilm van P. aeruginosa een bijdragende factor is voor dit werk vanwege de relatief hoge pH in het bulkmedium. De pH van het niet-biologische controlemedium veranderde niet significant (van een aanvankelijke 7,4 naar een uiteindelijke 7,5) tijdens de testperiode van 14 dagen. De toename van de pH in het inoculatiemedium na incubatie was te wijten aan de metabolische activiteit van P. aeruginosa en bleek hetzelfde effect op de pH te hebben bij afwezigheid van teststrips.
Zoals weergegeven in figuur 7, was de maximale putdiepte veroorzaakt door biofilm van P. aeruginosa 0,69 μm, wat veel groter was dan die van het abiotische medium (0,02 μm). Dit komt overeen met de hierboven beschreven elektrochemische gegevens. De putdiepte van 0,69 μm is meer dan tien keer kleiner dan de waarde van 9,5 μm gerapporteerd voor de 2205 DSS onder dezelfde omstandigheden. Deze gegevens tonen aan dat 2707 HDSS vertonen Het is een betere MIC-resistentie in vergelijking met 2205 DSS. Dit zou geen verrassing moeten zijn, aangezien 2707 HDSS een hoger chroomgehalte heeft, wat zorgt voor een langer durende passivering, vanwege de gebalanceerde fasestructuur zonder schadelijke secundaire neerslagen, waardoor het moeilijker wordt voor P. aeruginosa om te depassiveren en startpunten te verduisteren.
Concluderend werd MIC-pitting gevonden op het oppervlak van 2707 HDSS in P. aeruginosa-bouillon in vergelijking met verwaarloosbare putjes in abiotische media. Dit werk toont aan dat 2707 HDSS een betere MIC-resistentie heeft dan 2205 DSS, maar het is niet volledig immuun voor MIC vanwege P. aeruginosa biofilm. Deze bevindingen helpen bij de selectie van geschikt roestvrij staal en geschatte levensduur voor het mariene milieu.
De coupon voor 2707 HDSS wordt geleverd door de School of Metallurgy van Northeastern University (NEU) in Shenyang, China. De elementaire samenstelling van 2707 HDSS wordt weergegeven in Tabel 1, die werd geanalyseerd door de NEU Materials Analysis and Testing Department. Alle monsters werden in oplossing behandeld bij 1180 °C gedurende 1 uur. grit met siliciumcarbidepapier en verder gepolijst met een 0,05 μm Al2O3-poedersuspensie. De zijkanten en onderkant worden beschermd door inerte verf. Na drogen werden de monsters gespoeld met steriel gedeïoniseerd water en gesteriliseerd met 75% (v/v) ethanol gedurende 0,5 uur. Ze werden vervolgens gedurende 0,5 uur onder ultraviolet (UV) licht aan de lucht gedroogd voor gebruik.
Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099-stam werd gekocht bij Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), China. Pseudomonas aeruginosa werd aëroob gekweekt bij 37 ° C in kolven van 250 ml en elektrochemische glazen cellen van 500 ml met behulp van Marine 2216E vloeibaar medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China). Medium (g/L): 1 9,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2SO4, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0016 NH3, 0016 NH3, 0 016 NaH2PO4, 5,0 pepton, 1,0 gistextract en 0,1 ijzer(III)citraat. Autoclaaf bij 121°C gedurende 20 minuten voor inoculatie. Tel sessiele en planktonische cellen met behulp van een hemocytometer onder een lichtmicroscoop bij 400x vergroting. De initiële celconcentratie van planktonische Pseudomonas aeruginosa onmiddellijk na inoculatie was ongeveer 106 cellen/ml.
Elektrochemische tests werden uitgevoerd in een klassieke glazen cel met drie elektroden en een gemiddeld volume van 500 ml. Een platinavel en een verzadigde calomel-elektrode (SCE) werden met de reactor verbonden via Luggin-capillairen gevuld met zoutbruggen, die respectievelijk dienst deden als tegen- en referentie-elektroden. Om de werkelektroden te maken, werd een met rubber beklede koperdraad aan elk monster bevestigd en bedekt met epoxy, waardoor er ongeveer 1 cm2 blootliggend enkelzijdig oppervlak overbleef voor de werkelektrode. Tijdens elektrochemische metingen werden er monsters in geplaatst 2216E-medium en op een constante incubatietemperatuur (37 °C) gehouden in een waterbad. OCP-, LPR-, EIS- en potentiële dynamische polarisatiegegevens werden gemeten met behulp van een Autolab-potentiostaat (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., VS). LPR-tests werden opgenomen met een scansnelheid van 0,125 mV s-1 over het bereik van -5 en 5 mV met Eocp en een bemonsteringsfrequentie van 1 Hz.EIS werd uitgevoerd met een sin De golf in het frequentiebereik van 0,01 tot 10.000 Hz met een aangelegde spanning van 5 mV bij stationaire Eocp. Vóór de potentiaalzwaai bevonden de elektroden zich in open-circuitmodus totdat een stabiele vrije corrosiepotentiaalwaarde was bereikt. Vervolgens werden polarisatiecurven uitgevoerd van -0,2 tot 1,5 V vs. Eocp met een scansnelheid van 0,166 mV/s. Elke test werd 3 keer herhaald met en zonder P. aeruginosa.
Monsters voor metallografische analyse werden mechanisch gepolijst met 2000 grit nat SiC-papier en vervolgens verder gepolijst met 0,05 μm Al2O3-poedersuspensie voor optische observatie. Metallografische analyse werd uitgevoerd met behulp van een optische microscoop. De monsters werden geëtst met 10 gew.% kaliumhydroxide-oplossing 43.
Na incubatie werden monsters 3 keer gewassen met fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) en vervolgens gedurende 10 uur gefixeerd met 2,5% (v/v) glutaaraldehyde om biofilms te fixeren. Het werd vervolgens gedehydrateerd met een graduele reeks (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% en 100% v/v) ethanol voordat ze aan de lucht werden gedroogd Ten slotte wordt het oppervlak van het monster gesputterd met een goudfilm om geleidbaarheid te bieden voor SEM-observatie. De SEM-beelden werden gefocust op de plekken met de meest sessiele P. aeruginosa-cellen op het oppervlak van elk monster. Voer EDS-analyse uit om chemische elementen te vinden. Een Zeiss Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Duitsland) werd gebruikt om de putdiepte te meten. Om de corrosieputten onder de biofilm te observeren, werd het teststuk eerst gereinigd volgens de Chinese Nationale Standaard (CNS) GB/T4334.4-2000 om de corrosieproducten en biofilm op het oppervlak van het proefstuk te verwijderen.
Röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS, ESCALAB250 oppervlakteanalysesysteem, Thermo VG, VS) analyse werd uitgevoerd met behulp van een monochromatische röntgenbron (aluminium Kα-lijn bij 1500 eV energie en 150 W vermogen) over een breed bindingsenergiebereik 0 onder standaardomstandigheden -1350 eV. Spectra met hoge resolutie werden opgenomen met behulp van 50 eV doorlaatenergie en een stapgrootte van 0, 2 eV.
De geïncubeerde monsters werden verwijderd en voorzichtig gespoeld met PBS (pH 7,4 ± 0,2) gedurende 15 s45. Om de bacteriële levensvatbaarheid van de biofilms op de monsters te observeren, werden de biofilms gekleurd met behulp van de LIVE/DEAD BacLight BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, VS). De kit heeft twee fluorescerende kleurstoffen, een groen fluorescerende SYTO-9-kleurstof en een rood fluorescerende propidiumjodide (PI)-kleurstof. Onder CLSM , stippen met fluorescerend groen en rood vertegenwoordigen respectievelijk levende en dode cellen. Voor kleuring werd een mengsel van 1 ml met 3 μl SYTO-9 en 3 μl PI-oplossing gedurende 20 minuten bij kamertemperatuur (23 ° C) in het donker geïncubeerd. Daarna werden de gekleurde monsters waargenomen bij twee golflengten (488 nm voor levende cellen en 559 nm voor dode cellen) met behulp van een Nikon CLSM-machine (C2 Plus, Nikon, Japan). Biofilmdikte werd gemeten in 3- D scanmodus.
Citatie voor dit artikel: Li, H. et al. Microbiële corrosie van 2707 super duplex roestvast staal door mariene Pseudomonas aeruginosa biofilm.science.Rep.6, 20190;doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningscorrosiescheuren van LDX 2101 duplex roestvast staal in chlorideoplossing in aanwezigheid van thiosulfaat.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effect van oplossingswarmtebehandeling en stikstof in beschermgas op de weerstand tegen putcorrosie van superduplex roestvaststalen welds.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Een vergelijkende chemische studie van microbiële en elektrochemisch geïnduceerde putcorrosie in 316L roestvrij staal.coros.science.45, 2577-2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Elektrochemisch gedrag van 2205 duplex roestvrij staal in alkalische oplossingen met verschillende pH in aanwezigheid van chloride.Electrochim.Journal.64, 211-220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Het effect van mariene biofilms op corrosie: een beknopt overzicht.Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).