Děkujeme za návštěvu webu Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu pro CSS. Pro dosažení nejlepšího zážitku doporučujeme používat aktualizovaný prohlížeč (nebo vypnout režim kompatibility v prohlížeči Internet Explorer). Mezitím budeme web zobrazovat bez stylů a JavaScriptu, abychom zajistili jeho nepřetržitou podporu.
Mikrobiální koroze (MIC) je vážným problémem v mnoha průmyslových odvětvích, protože může způsobit obrovské ekonomické ztráty. Superduplexní nerezová ocel 2707 (2707 HDSS) se používá v mořském prostředí díky své vynikající chemické odolnosti. Její odolnost vůči MIC však nebyla experimentálně prokázána. V této studii bylo zkoumáno chování MIC oceli 2707 HDSS způsobené mořskou aerobní bakterií Pseudomonas aeruginosa. Elektrochemická analýza ukázala, že v přítomnosti biofilmu Pseudomonas aeruginosa v médiu 2216E došlo k pozitivní změně korozního potenciálu a ke zvýšení hustoty korozního proudu. Analýza rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS) ukázala pokles obsahu Cr na povrchu vzorku pod biofilmem. Zobrazovací analýza jamek ukázala, že biofilm P. aeruginosa vytvořil během 14 dnů inkubace maximální hloubku jamek 0,69 μm. I když je to malá hodnota, naznačuje to, že 2707 HDSS není plně imunní vůči MIC P. aeruginosa. biofilmy.
Duplexní nerezové oceli (DSS) se široce používají v různých průmyslových odvětvích pro svou ideální kombinaci vynikajících mechanických vlastností a odolnosti proti korozi1,2. Přesto však dochází k lokálnímu důlkování, které ovlivňuje integritu této oceli3,4. DSS není odolná vůči mikrobiální korozi (MIC)5,6. Navzdory široké škále použití DSS stále existují prostředí, kde korozní odolnost DSS není dostatečná pro dlouhodobé používání. To znamená, že jsou vyžadovány dražší materiály s vyšší korozní odolností. Jeon a kol.7 zjistili, že i superduplexní nerezové oceli (SDSS) mají určitá omezení, pokud jde o korozní odolnost. Proto jsou v některých aplikacích vyžadovány superduplexní nerezové oceli (HDSS) s vyšší korozní odolností. To vedlo k vývoji vysoce legovaných HDSS.
Korozní odolnost DSS závisí na poměru alfa a gama fází a na oblastech 8, 9, 10 ochuzených o Cr, Mo a W, které sousedí s druhou fází. HDSS obsahuje vysoký obsah Cr, Mo a N11, takže má vynikající korozní odolnost a vysokou hodnotu (45-50) ekvivalentního čísla odolnosti proti bodové korozi (PREN), určeného jako hmotnostní % Cr + 3,3 (hmotn. % Mo + 0,5 hmotn. % W) + 16 hmotn. % N12. Jeho vynikající korozní odolnost se opírá o vyvážené složení obsahující přibližně 50 % feritových (α) a 50 % austenitových (γ) fází. HDSS má lepší mechanické vlastnosti a vyšší odolnost než konvenční DSS13. Vlastnosti proti korozi chloridů. Zlepšená korozní odolnost rozšiřuje použití HDSS v korozivnějším prostředí s chloridy, jako je mořské prostředí.
MIC (minimální indukční koroze) představuje závažný problém v mnoha odvětvích, jako je ropa, plyn a vodárenství14. MIC představuje 20 % veškerého poškození korozí15. MIC je bioelektrochemická koroze, kterou lze pozorovat v mnoha prostředích. Biofilmy, které se tvoří na kovových površích, mění elektrochemické podmínky, a tím ovlivňují proces koroze. Všeobecně se věří, že koroze MIC je způsobena biofilmy. Elektrogenní mikroorganismy korodují kovy, aby získaly energii pro přežití17. Nedávné studie MIC ukázaly, že EET (extracelulární přenos elektronů) je faktorem limitujícím rychlost MIC indukované elektrogenními mikroorganismy. Zhang a kol.18 prokázali, že elektronové mediátory urychlují přenos elektronů mezi buňkami Desulfovibrio sessificans a nerezovou ocelí 304, což vede k závažnějšímu napadení MIC. Enning a kol.19 a Venzlaff a kol.20 ukázali, že korozivní biofilmy sulfátredukujících bakterií (SRB) mohou přímo absorbovat elektrony z kovových substrátů, což vede k silné důlkové korozi.
Je známo, že DSS je citlivý na MIC v prostředích obsahujících SRB, bakterie redukující železo (IRB) atd.21. Tyto bakterie způsobují lokalizovanou důlkovou rýhu na povrchu DSS pod biofilmy22,23. Na rozdíl od DSS je MIC HDSS24 málo známá.
Pseudomonas aeruginosa je gramnegativní pohyblivá tyčinkovitá bakterie, která je v přírodě široce rozšířená25. Pseudomonas aeruginosa je také významnou mikrobiální skupinou v mořském prostředí, kde způsobuje MIC oceli. Pseudomonas se úzce podílí na korozních procesech a je považován za průkopnického kolonizátora během tvorby biofilmu. Mahat a kol.28 a Yuan a kol.29 prokázali, že Pseudomonas aeruginosa má tendenci zvyšovat rychlost koroze nízkouhlíkové oceli a slitin ve vodném prostředí.
Hlavním cílem této práce bylo zkoumat vlastnosti MIC (inhibiční inhibiční hodnoty) materiálu 2707 HDSS způsobeného mořskou aerobní bakterií Pseudomonas aeruginosa za použití elektrochemických metod, technik povrchové analýzy a analýzy korozních produktů. Pro studium chování MIC materiálu 2707 HDSS byly provedeny elektrochemické studie zahrnující měření potenciálu otevřeného obvodu (OCP), lineárního polarizačního odporu (LPR), elektrochemické impedanční spektroskopie (EIS) a potenciální dynamické polarizace. Pro nalezení chemických prvků na korodovaném povrchu byla provedena analýza energeticky disperzním spektrometrem (EDS). Dále byla použita analýza rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS) pro stanovení stability pasivace oxidového filmu pod vlivem mořského prostředí obsahujícího Pseudomonas aeruginosa. Hloubka jamky byla měřena pod konfokálním laserovým skenovacím mikroskopem (CLSM).
Tabulka 1 uvádí chemické složení oceli 2707 HDSS. Tabulka 2 ukazuje, že ocel 2707 HDSS má vynikající mechanické vlastnosti s mezí kluzu 650 MPa. Obrázek 1 ukazuje optickou mikrostrukturu rozpouštěcí tepelně zpracované oceli 2707 HDSS. V mikrostruktuře obsahující přibližně 50 % austenitu a 50 % feritových fází jsou patrné protáhlé pásy austenitických a feritových fází bez sekundárních fází.
Obrázek 2a ukazuje data o potenciálu otevřeného obvodu (Eocp) v závislosti na době expozice pro 2707 HDSS v abiotickém médiu 2216E a bujónu P. aeruginosa po dobu 14 dnů při 37 °C. Ukazuje, že k největší a významné změně Eocp dochází během prvních 24 hodin. Hodnoty Eocp v obou případech dosáhly vrcholu -145 mV (oproti SCE) kolem 16 hodin a poté prudce klesly a dosáhly -477 mV (oproti SCE) a -236 mV (oproti SCE) pro abiotický vzorek a P. Kupóny s Pseudomonas aeruginosa. Po 24 hodinách byla hodnota Eocp 2707 HDSS pro P. aeruginosa relativně stabilní na -228 mV (oproti SCE), zatímco odpovídající hodnota pro nebiologické vzorky byla přibližně -442 mV (oproti SCE). Hodnota Eocp v přítomnosti P. aeruginosa byla poměrně nízká.
Elektrochemické testování 2707 vzorků HDSS v abiotickém médiu a bujónu Pseudomonas aeruginosa při 37 °C:
(a) Eocp jako funkce doby expozice, (b) polarizační křivky 14. den, (c) Rp jako funkce doby expozice a (d) icorr jako funkce doby expozice.
Tabulka 3 uvádí hodnoty parametrů elektrochemické koroze 2707 vzorků HDSS vystavených abiotickému médiu a médiu inokulovanému Pseudomonas aeruginosa po dobu 14 dnů. Tečny anodické a katodické křivky byly extrapolovány za účelem získání průsečíků, které poskytují hustotu korozního proudu (icorr), korozní potenciál (Ecorr) a Tafelovy sklony (βα a βc) podle standardních metod30,31.
Jak je znázorněno na obrázku 2b, posun křivky P. aeruginosa směrem nahoru vedl ke zvýšení Ecorr ve srovnání s abiotickou křivkou. Hodnota icorr, která je úměrná rychlosti koroze, se ve vzorku Pseudomonas aeruginosa zvýšila na 0,328 μA cm-2, což je čtyřnásobek oproti nebiologickému vzorku (0,087 μA cm-2).
LPR je klasická nedestruktivní elektrochemická metoda pro rychlou analýzu koroze. Byla také použita ke studiu MIC32. Obrázek 2c ukazuje polarizační odpor (Rp) jako funkci doby expozice. Vyšší hodnota Rp znamená menší korozi. Během prvních 24 hodin dosáhl Rp 2707 HDSS maximální hodnoty 1955 kΩ cm2 u abiotických vzorků a 1429 kΩ cm2 u vzorků Pseudomonas aeruginosa. Obrázek 2c také ukazuje, že hodnota Rp po jednom dni rychle klesla a poté zůstala relativně nezměněna po dobu dalších 13 dnů. Hodnota Rp vzorku Pseudomonas aeruginosa je přibližně 40 kΩ cm2, což je mnohem méně než hodnota 450 kΩ cm2 u nebiologického vzorku.
Hodnota icorr je úměrná rovnoměrné rychlosti koroze. Její hodnotu lze vypočítat z následující Stern-Gearyho rovnice,
V souladu se Zou et al.33 byla v této práci předpokládána typická hodnota Tafelovy směrnice B na úrovni 26 mV/dec. Obrázek 2d ukazuje, že icorr nebiologického vzorku 2707 zůstal relativně stabilní, zatímco vzorek P. aeruginosa po prvních 24 hodinách značně kolísal. Hodnoty icorr vzorků P. aeruginosa byly o řád vyšší než u nebiologických kontrol. Tento trend je v souladu s výsledky polarizačního odporu.
EIS je další nedestruktivní technika používaná k charakterizaci elektrochemických reakcí na korodovaných rozhraních. Impedanční spektra a vypočítané hodnoty kapacity vzorků vystavených abiotickému prostředí a roztoku Pseudomonas aeruginosa, odpor Rb pasivního filmu/biofilmu vytvořeného na povrchu vzorku, odpor přenosu náboje Rct, kapacita elektrické dvojité vrstvy (EDL) Cdl a parametry konstantního fázového prvku QCPE (CPE). Tyto parametry byly dále analyzovány fitováním dat pomocí modelu ekvivalentního obvodu (EEC).
Obrázek 3 ukazuje typické Nyquistovy grafy (a a b) a Bodeho grafy (a' a b') 2707 vzorků HDSS v abiotickém médiu a bujónu P. aeruginosa pro různé inkubační doby. Průměr Nyquistova kruhu se v přítomnosti Pseudomonas aeruginosa zmenšuje. Bodeho graf (obr. 3b') ukazuje nárůst velikosti celkové impedance. Informace o relaxační časové konstantě mohou být poskytnuty fázovými maximy. Obrázek 4 ukazuje fyzikální struktury založené na monovrstvě (a) a dvojvrstvě (b) a jejich odpovídajících EEC. CPE je zaveden do modelu EEC. Jeho admitance a impedance jsou vyjádřeny následovně:
Dva fyzikální modely a odpovídající ekvivalentní obvody pro fitování impedančního spektra vzorku 2707 HDSS:
kde Y0 je velikost CPE, j je imaginární číslo neboli (-1)1/2, ω je úhlová frekvence a n je index výkonu CPE menší než jedna35. Inverze odporu přenosu náboje (tj. 1/Rct) odpovídá rychlosti koroze. Menší Rct znamená rychlejší rychlost koroze27. Po 14 dnech inkubace dosáhl Rct vzorků Pseudomonas aeruginosa 32 kΩ cm2, což je mnohem méně než 489 kΩ cm2 nebiologických vzorků (tabulka 4).
Snímky CLSM a SEM na obrázku 5 jasně ukazují, že pokrytí biofilmu na povrchu vzorku 2707 HDSS je po 7 dnech husté. Po 14 dnech však bylo pokrytí biofilmu řídké a objevily se některé mrtvé buňky. Tabulka 5 ukazuje tloušťku biofilmu na vzorcích 2707 HDSS po expozici P. aeruginosa po dobu 7 a 14 dnů. Maximální tloušťka biofilmu se změnila z 23,4 μm po 7 dnech na 18,9 μm po 14 dnech. Průměrná tloušťka biofilmu tento trend také potvrdila. Snížila se z 22,2 ± 0,7 μm po 7 dnech na 17,8 ± 1,0 μm po 14 dnech.
(a) 3D CLSM snímek po 7 dnech, (b) 3D CLSM snímek po 14 dnech, (c) SEM snímek po 7 dnech a (d) SEM snímek po 14 dnech.
EDS odhalila chemické prvky v biofilmech a korozních produktech vzorků vystavených P. aeruginosa po dobu 14 dnů. Obrázek 6 ukazuje, že obsah C, N, O a P v biofilmech a korozních produktech je mnohem vyšší než v holých kovech, protože tyto prvky jsou asociovány s biofilmy a jejich metabolity. Mikroby potřebují pouze stopové množství chromu a železa. Vysoké hladiny Cr a Fe v biofilmu a korozních produktech na povrchu vzorků naznačují, že kovová matrice ztratila prvky v důsledku koroze.
Po 14 dnech byla v médiu 2216E pozorována důlková koroze s přítomností i bez přítomnosti P. aeruginosa. Před inkubací byl povrch vzorku hladký a bez vad (obr. 7a). Po inkubaci a odstranění biofilmu a korozních produktů byly nejhlubší důlky na povrchu vzorků zkoumány pomocí CLSM, jak je znázorněno na obrázku 7b a c. Na povrchu nebiologických kontrolních vzorků nebyly nalezeny žádné zjevné důlky (maximální hloubka důlků 0,02 μm). Maximální hloubka důlků způsobená Pseudomonas aeruginosa byla 0,52 μm po 7 dnech a 0,69 μm po 14 dnech, na základě průměrné maximální hloubky důlků 3 vzorků (pro každý vzorek bylo vybráno 10 maximálních hodnot hloubky důlků) dosáhla 0,42 ± 0,12 μm a 0,52 ± 0,15 μm (tabulka 5). Tyto hodnoty hloubky důlků jsou malé, ale důležité.
(a) Před expozicí, (b) 14 dní v abiotickém médiu a (c) 14 dní v bujónu Pseudomonas aeruginosa.
Obrázek 8 ukazuje XPS spektra různých povrchů vzorků a chemické složení analyzované pro každý povrch je shrnuto v tabulce 6. V tabulce 6 byla atomová procenta Fe a Cr v přítomnosti P. aeruginosa (vzorky A a B) mnohem nižší než u nebiologických kontrolních vzorků (vzorky C a D). U vzorku P. aeruginosa byla spektrální křivka na úrovni jádra Cr2p fitována na čtyři vrcholové složky s hodnotami vazebné energie (BE) 574,4, 576,6, 578,3 a 586,8 eV, které lze připsat Cr, Cr2O3, CrO3 a Cr(OH)3 (obr. 9a a b). U nebiologických vzorků obsahuje spektrum na úrovni jádra Cr2p dva hlavní vrcholy pro Cr (573,80 eV pro BE) a Cr2O3 (575,90 eV pro BE) na obr. 9c a d. Nejvýraznější rozdíl mezi... U abiotických vzorků a vzorků P. aeruginosa byla pod biofilmem přítomnost Cr6+ a vyšší relativní frakce Cr(OH)3 (BE 586,8 eV).
Široká XPS spektra povrchu vzorku 2707 HDSS v obou médiích jsou 7 dní, respektive 14 dní.
(a) 7 dní expozice P. aeruginosa, (b) 14 dní expozice P. aeruginosa, (c) 7 dní v abiotickém médiu a (d) 14 dní v abiotickém médiu.
HDSS vykazuje vysokou úroveň odolnosti proti korozi ve většině prostředí. Kim a kol.2 uvádějí, že UNS S32707 HDSS byl definován jako vysoce legovaný DSS s PREN vyšším než 45. Hodnota PREN vzorku 2707 HDSS v této práci byla 49. To je způsobeno jeho vysokým obsahem chromu a vysokým obsahem molybdenu a niklu, které jsou prospěšné v kyselém prostředí a prostředí s vysokým obsahem chloridů. Kromě toho je vyvážené složení a mikrostruktura bez defektů užitečná pro strukturální stabilitu a odolnost proti korozi. Navzdory své vynikající chemické odolnosti však experimentální data v této práci naznačují, že 2707 HDSS není zcela imunní vůči MIC biofilmů P. aeruginosa.
Elektrochemické výsledky ukázaly, že rychlost koroze 2707 HDSS v bujónu P. aeruginosa se po 14 dnech významně zvýšila ve srovnání s nebiologickým médiem. Na obrázku 2a byl pozorován pokles Eocp jak v abiotickém médiu, tak v bujónu P. aeruginosa během prvních 24 hodin. Poté biofilm dokončil pokrytí povrchu vzorku a Eocp se relativně stabilizoval36. Hladina biologického Eocp však byla mnohem vyšší než u nebiologického Eocp. Existuje důvod se domnívat, že tento rozdíl je způsoben tvorbou biofilmu P. aeruginosa. Na obrázku 2d dosáhla v přítomnosti P. aeruginosa hodnota icorr 2707 HDSS 0,627 μA cm-2, což bylo o řád více než u abiotické kontroly (0,063 μA cm-2), což bylo v souladu s hodnotou Rct měřenou pomocí EIS. Během prvních několika dnů se hodnoty impedance v P. Vývar P. aeruginosa se zvýšil v důsledku přichycení buněk P. aeruginosa a tvorby biofilmů. Pokud však biofilm zcela pokryje povrch vzorku, impedance se sníží. Ochranná vrstva je napadena jako první v důsledku tvorby biofilmů a metabolitů biofilmu. Proto se odolnost proti korozi v průběhu času snižovala a přichycení P. aeruginosa způsobilo lokalizovanou korozi. Trendy v abiotických médiích byly odlišné. Odolnost proti korozi nebiologické kontroly byla mnohem vyšší než odpovídající hodnota vzorků vystavených vývaru P. aeruginosa. Dále u abiotických vzorků dosáhla hodnota Rct pro 2707 HDSS 14. den 489 kΩ cm2, což bylo 15násobek hodnoty Rct (32 kΩ cm2) v přítomnosti P. aeruginosa. Proto má 2707 HDSS vynikající odolnost proti korozi ve sterilním prostředí, ale není odolný vůči napadení biofilmy P. aeruginosa metodou MIC.
Tyto výsledky lze také pozorovat z polarizačních křivek na obr. 2b. Anodické větvení bylo připsáno tvorbě biofilmu Pseudomonas aeruginosa a reakcím oxidace kovů. Současně katodická reakce probíhá jako redukce kyslíku. Přítomnost P. aeruginosa výrazně zvýšila hustotu korozního proudu, přibližně o řád více než u abiotické kontroly. To naznačuje, že biofilm P. aeruginosa zvyšuje lokalizovanou korozi 2707 HDSS. Yuan a kol.29 zjistili, že hustota korozního proudu slitiny 70/30 Cu-Ni se zvýšila pod vlivem biofilmu P. aeruginosa. To může být způsobeno biokatalýzou redukce kyslíku biofilmy Pseudomonas aeruginosa. Toto pozorování může také vysvětlovat minimální inhibiční hodnotu (MIC) 2707 HDSS v této práci. Aerobní biofilmy mohou mít pod sebou také méně kyslíku. Proto může být neschopnost repasivace kovového povrchu kyslíkem faktorem přispívajícím k MIC v této práci.
Dickinson a kol.38 naznačili, že rychlost chemických a elektrochemických reakcí může být přímo ovlivněna metabolickou aktivitou přisedlých bakterií na povrchu vzorku a povahou korozních produktů. Jak je znázorněno na obrázku 5 a v tabulce 5, počet buněk i tloušťka biofilmu se po 14 dnech snížily. To lze rozumně vysvětlit tím, že po 14 dnech většina přisedlých buněk na povrchu 2707 HDSS uhynula v důsledku vyčerpání živin v médiu 2216E nebo uvolnění toxických kovových iontů z matrice 2707 HDSS. Toto je omezení dávkových experimentů.
V této práci biofilm P. aeruginosa podporoval lokální úbytek Cr a Fe pod biofilmem na povrchu 2707 HDSS (obr. 6). V tabulce 6 je znázorněna redukce Fe a Cr ve vzorku D ve srovnání se vzorkem C, což naznačuje, že rozpuštěné Fe a Cr způsobené biofilmem P. aeruginosa přetrvávalo déle než prvních 7 dní. Médium 2216E se používá k simulaci mořského prostředí. Obsahuje 17700 ppm Cl-, což je srovnatelné s obsahem v přírodní mořské vodě. Přítomnost 17700 ppm Cl- byla hlavním důvodem redukce Cr v 7- a 14denních abiotických vzorcích analyzovaných pomocí XPS. Ve srovnání se vzorky P. aeruginosa bylo rozpouštění Cr v abiotických vzorcích mnohem menší kvůli silné rezistenci 2707 HDSS vůči Cl- v abiotickém prostředí. Obrázek 9 ukazuje přítomnost Cr6+ v pasivačním filmu. Může se podílet na odstraňování Cr z ocelových povrchů pomocí P. biofilmy aeruginosa, jak navrhli Chen a Clayton.
Vzhledem k růstu bakterií byly hodnoty pH média před kultivací a po ní 7,4 a 8,2. Proto je nepravděpodobné, že by koroze organickými kyselinami pod biofilmem P. aeruginosa přispívala k této práci, a to vzhledem k relativně vysokému pH v objemovém médiu. Hodnota pH nebiologického kontrolního média se během 14denního testovacího období významně nezměnila (z počátečních 7,4 na konečných 7,5). Zvýšení pH v inokulačním médiu po inkubaci bylo způsobeno metabolickou aktivitou P. aeruginosa a bylo zjištěno, že má stejný vliv na pH i bez testovacích proužků.
Jak je znázorněno na obrázku 7, maximální hloubka důlků způsobená biofilmem P. aeruginosa byla 0,69 μm, což bylo mnohem větší než v abiotickém médiu (0,02 μm). To je v souladu s výše popsanými elektrochemickými údaji. Hloubka důlků 0,69 μm je více než desetkrát menší než hodnota 9,5 μm uváděná pro 2205 DSS za stejných podmínek. Tato data ukazují, že 2707 HDSS vykazuje lepší odolnost vůči MIC ve srovnání s 2205 DSS. To by nemělo být překvapením, protože 2707 HDSS má vyšší obsah chromu, což zajišťuje déle trvající pasivaci díky vyvážené fázové struktuře bez škodlivých sekundárních sraženin, což ztěžuje P. aeruginosa depasivaci a zahájení zatmění bodů.
Závěrem lze říci, že na povrchu 2707 HDSS v bujónu P. aeruginosa byla zjištěna důlková koroze způsobená mikrobiální oxidací (MIC) ve srovnání se zanedbatelným výskytem důlkové koroze v abiotickém médiu. Tato práce ukazuje, že 2707 HDSS má lepší odolnost vůči MIC než 2205 DSS, ale není vůči MIC plně imunní kvůli biofilmu P. aeruginosa. Tato zjištění pomáhají při výběru vhodných nerezových ocelí a odhadované životnosti pro mořské prostředí.
Kupón na 2707 HDSS poskytuje Metalurgická fakulta Severovýchodní univerzity (NEU) v Šen-jangu v Číně. Elementární složení 2707 HDSS je uvedeno v tabulce 1, kterou analyzovalo oddělení materiálové analýzy a testování NEU. Všechny vzorky byly ošetřeny roztokem při 1180 °C po dobu 1 hodiny. Před korozními zkouškami byl 2707 HDSS ve tvaru mince s horní exponovanou plochou 1 cm2 vyleštěn na zrnitost 2000 papírem z karbidu křemíku a dále vyleštěn suspenzí prášku Al2O3 o zrnitosti 0,05 μm. Boky a spodní strana jsou chráněny inertní barvou. Po vysušení byly vzorky opláchnuty sterilní deionizovanou vodou a sterilizovány 75% (v/v) ethanolem po dobu 0,5 hodiny. Poté byly před použitím sušeny na vzduchu pod ultrafialovým (UV) světlem po dobu 0,5 hodiny.
Kmen mořské bakterie Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 byl zakoupen od Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC) v Číně. Pseudomonas aeruginosa byla pěstována aerobně při 37 °C v 250ml baňkách a 500ml elektrochemických skleněných celách za použití kapalného média Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Čína). Médium (g/l): 19,45 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, 0,016 NH3, 0,016 NH3, 0,016 NaH2PO4, 5,0 pepton, 1,0 kvasničný extrakt a 0,1 citrátu železitého. Před inokulací autoklávujte 20 minut při 121 °C. Spočítejte přisedlé a planktonické buňky pomocí hemocytometru pod světelným mikroskopem při 400násobném zvětšení. Počáteční koncentrace buněk planktonické Pseudomonas aeruginosa bezprostředně po inokulaci byla přibližně 106 buněk/ml.
Elektrochemické testy byly provedeny v klasické tříelektrodové skleněné cele s objemem média 500 ml. Platinový plech a nasycená kalomelová elektroda (SCE) byly k reaktoru připojeny Lugginovými kapilárami naplněnými solnými můstky, které sloužily jako protielektroda a referenční elektroda. Pro výrobu pracovních elektrod byl ke každému vzorku připojen měděný drát s pryžovým povlakem a pokryt epoxidem, přičemž pro pracovní elektrodu zůstal přibližně 1 cm2 exponovaného jednostranného povrchu. Během elektrochemických měření byly vzorky umístěny do média 2216E a udržovány při konstantní inkubační teplotě (37 °C) ve vodní lázni. Data OCP, LPR, EIS a potenciální dynamická polarizace byla měřena pomocí potenciostatu Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). Testy LPR byly zaznamenávány při rychlosti skenování 0,125 mV s-1 v rozsahu -5 a 5 mV s Eocp a vzorkovací frekvencí 1 Hz. EIS byla provedena se sinusovou vlnou ve frekvenčním rozsahu 0,01 až 10 000 Hz s použitím napětí 5 mV při ustáleném stavu Eocp. Před měřením potenciálu byly elektrody v režimu otevřeného obvodu, dokud nebylo dosaženo stabilní hodnoty volného korozního potenciálu. Polarizační křivky byly poté sestrojeny od -0,2 do 1,5 V vs. Eocp při rychlosti skenování 0,166 mV/s. Každý test byl opakován 3krát s P. aeruginosa a bez ní.
Vzorky pro metalografickou analýzu byly mechanicky leštěny mokrým SiC papírem o zrnitosti 2000 a poté dále leštěny suspenzí prášku Al2O3 o zrnitosti 0,05 μm pro optické pozorování. Metalografická analýza byla provedena pomocí optického mikroskopu. Vzorky byly leptány 10% roztokem hydroxidu draselného 43.
Po inkubaci byly vzorky třikrát promyty roztokem fosfátem pufrovaného fyziologického roztoku (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) a poté fixovány 2,5% (v/v) glutaraldehydem po dobu 10 hodin pro fixaci biofilmů. Následně byly vzorky dehydratovány stupňovitou řadou (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % a 100 % v/v) ethanolu před sušením na vzduchu. Nakonec byl povrch vzorku naprašován zlatým filmem pro zajištění vodivosti pro pozorování SEM. Snímky SEM byly zaostřeny na místa s nejvíce přisedlými buňkami P. aeruginosa na povrchu každého vzorku. Provede se EDS analýza pro nalezení chemických prvků. K měření hloubky jamek byl použit Zeiss konfokální laserový skenovací mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Německo). Aby bylo možné pozorovat korozní jamky pod biofilmem, byl testovaný vzorek nejprve vyčištěn podle čínské národní normy (CNS). GB/T4334.4-2000 k odstranění korozních produktů a biofilmu na povrchu testovaného vzorku.
Analýza rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS, systém pro povrchovou analýzu ESCALAB250, Thermo VG, USA) byla provedena za použití monochromatického rentgenového zdroje (hliníková čára Kα s energií 1500 eV a výkonem 150 W) v širokém rozsahu vazebné energie 0 za standardních podmínek –1350 eV. Spektra s vysokým rozlišením byla zaznamenána s energií průchodu 50 eV a krokem 0,2 eV.
Inkubované vzorky byly vyjmuty a jemně opláchnuty PBS (pH 7,4 ± 0,2) po dobu 15 sekund a 45 sekund. Pro pozorování bakteriální životaschopnosti biofilmů na vzorcích byly biofilmy obarveny pomocí sady LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Sada obsahuje dvě fluorescenční barviva, zelené fluorescenční barvivo SYTO-9 a červené fluorescenční barvivo propidium jodid (PI). Při CLSM představují tečky s fluorescenčně zelenou a červenou barvou živé a mrtvé buňky. Pro barvení byla 1 ml směsi obsahující 3 μl roztoku SYTO-9 a 3 μl roztoku PI inkubována po dobu 20 minut při pokojové teplotě (23 °C) ve tmě. Poté byly obarvené vzorky pozorovány při dvou vlnových délkách (488 nm pro živé buňky a 559 nm pro mrtvé buňky) za použití přístroje Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonsko). Tloušťka biofilmu byla měřena v 3D skenovacím režimu.
Jak citovat tento článek: Li, H. et al. Mikrobiální koroze superduplexní nerezové oceli 2707 mořským biofilmem Pseudomonas aeruginosa. science. Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. a Zucchi, F. Korozní praskání v důsledku stresové koroze duplexní nerezové oceli LDX 2101 v roztoku chloridu za přítomnosti thiosíranu. coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS. Vliv rozpouštěcího tepelného zpracování a dusíku v ochranném plynu na odolnost svarů superduplexní nerezové oceli proti bodové korozi. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. a Lewandowski, Z. Srovnávací chemická studie mikrobiální a elektrochemicky indukované bodové koroze v nerezové oceli 316L. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG a Xiao, K. Elektrochemické chování duplexní nerezové oceli 2205 v alkalických roztocích s různým pH za přítomnosti chloridu. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS a Ray, RI. Vliv mořských biofilmů na korozi: stručný přehled. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).