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미생물 부식(MIC)은 막대한 경제적 손실을 초래할 수 있기 때문에 많은 산업에서 심각한 문제입니다.2707 슈퍼 듀플렉스 스테인리스 스틸(2707 HDSS)은 뛰어난 내화학성으로 인해 해양 환경에서 사용되었습니다.그러나 MIC에 대한 내성은 실험적으로 입증되지 않았습니다.이 연구에서는 해양 호기성 박테리아인 Pseudomonas aeruginosa에 의해 발생한 2707 HDSS의 MIC 동작을 조사했습니다.전기화학 분석 결과 2216E 배지에서 Pseudomonas aeruginosa 바이오필름이 존재할 때 부식 전위에 긍정적인 변화가 있었고 부식 전류 밀도가 증가했습니다.X선 광전자 분광법(XPS) 분석 결과 바이오필름 아래 시편 표면의 Cr 함량이 감소한 것으로 나타났습니다.피트의 이미징 분석 결과 P. aeruginosa 바이오필름이 배양 14일 동안 최대 피트 깊이 0.69μm를 생성한 것으로 나타났습니다.이것은 작지만 다음을 나타냅니다. 2707 HDSS는 P. aeruginosa 바이오필름의 MIC에 완전히 면역이 되지 않습니다.
이중 스테인리스강(DSS)은 우수한 기계적 특성과 내식성의 이상적인 조합으로 다양한 산업에서 널리 사용되고 있습니다.1,2 그러나 국부적인 피팅이 여전히 발생하며 이 강의 무결성에 영향을 미칩니다.3,4 DSS는 미생물 부식(MIC)에 저항성이 없습니다.5,6 DSS의 광범위한 적용 분야에도 불구하고 DSS의 내식성이 장기간 사용하기에 충분하지 않은 환경이 여전히 있습니다. 이는 더 높은 내식성을 가진 더 비싼 재료가 필요하다는 것을 의미합니다.Jeon et al.7은 슈퍼 이중 스테인리스강(SDSS)조차도 내식성 측면에서 어느 정도 한계가 있음을 발견했습니다. 따라서 일부 적용 분야에서는 더 높은 내식성을 가진 슈퍼 이중 스테인리스강(HDSS)이 필요합니다. 이로 인해 고합금 HDSS가 개발되었습니다.
DSS의 내식성은 알파상과 감마상의 비율과 두 번째 상에 인접한 Cr, Mo 및 W 고갈 영역 8, 9, 10에 따라 달라집니다.HDSS는 Cr, Mo 및 N11 함량이 높아 내식성이 우수하고, Cr 중량% + 3.3(Mo 중량% + W 중량% 0.5) + N12 중량%로 결정되는 높은 값(45-50)의 내식성 등가수(PREN)를 갖습니다.HDSS의 우수한 내식성은 약 50%의 페라이트(α)와 50%의 오스테나이트(γ) 상을 포함하는 균형 잡힌 조성에 기인합니다.HDSS는 기존 DSS13보다 기계적 특성이 우수하고 내식성이 더 높습니다.염화물 부식 특성.향상된 내식성은 해양 환경과 같이 부식성이 더 강한 염화물 환경에서 HDSS의 사용을 확대합니다.
MIC는 석유, 가스 및 수도 시설과 같은 많은 산업에서 주요 문제입니다.14. MIC는 모든 부식 손상의 20%를 차지합니다.15. MIC는 다양한 환경에서 관찰할 수 있는 생물 전기화학적 부식입니다. 금속 표면에 형성되는 바이오필름은 전기화학적 조건을 변경하여 부식 과정에 영향을 미칩니다. MIC 부식은 바이오필름으로 인해 발생한다고 널리 알려져 있습니다. 전기 생성 미생물은 생존에 필요한 에너지를 얻기 위해 금속을 부식시킵니다.17. 최근 MIC 연구에서는 EET(세포외 전자 전달)가 전기 생성 미생물에 의해 유도된 MIC의 속도 제한 요인임이 밝혀졌습니다.Zhang et al.18은 전자 매개체가 Desulfovibrio sessificans 세포와 304 스테인리스 스틸 사이의 전자 전달을 가속화하여 더 심각한 MIC 공격을 유발한다는 것을 입증했습니다.Enning et al.19 및 Venzlaff et al. 20은 부식성 황산염 환원 박테리아(SRB) 바이오필름이 금속 기질에서 전자를 직접 흡수하여 심각한 침식 부식을 일으킬 수 있음을 보여주었습니다.
DSS는 SRB, 철 환원 박테리아(IRB) 등이 포함된 환경에서 MIC에 취약한 것으로 알려져 있습니다.21 이러한 박테리아는 바이오필름 아래 DSS 표면에 국소적인 구멍을 발생시킵니다.22,23 DSS와 달리 HDSS의 MIC24는 잘 알려져 있지 않습니다.
녹농균(Pseudomonas aeruginosa)은 그람 음성의 운동성 막대 모양의 세균으로 자연에 널리 분포합니다. 녹농균은 해양 환경에서도 주요 미생물 군집으로, 강철에 MIC를 유발합니다. 녹농균은 부식 과정에 밀접하게 관여하며 바이오필름 형성 중 선구적 식민지 개척자로 알려져 있습니다. Mahat et al. 28과 Yuan et al. 29은 녹농균이 수중 환경에서 연강과 합금의 부식 속도를 증가시키는 경향이 있음을 입증했습니다.
이 연구의 주요 목적은 전기화학적 방법, 표면 분석 기술 및 부식 생성물 분석을 사용하여 해양 호기성 박테리아인 Pseudomonas aeruginosa에 의해 발생한 2707 HDSS의 MIC 특성을 조사하는 것이었습니다.개방 회로 전위(OCP), 선형 분극 저항(LPR), 전기화학 임피던스 분광법(EIS) 및 전위 동적 분극을 포함한 전기화학적 연구를 수행하여 2707 HDSS의 MIC 동작을 연구했습니다.부식된 표면의 화학 원소를 찾기 위해 에너지 분산 분광기(EDS) 분석을 수행했습니다.또한 X선 광전자 분광법(XPS) 분석을 사용하여 Pseudomonas aeruginosa가 포함된 해양 환경의 영향 하에서 산화막 수동화의 안정성을 결정했습니다.피트 깊이는 공초점 레이저 주사 현미경(CLSM)으로 측정했습니다.
표 1은 2707 HDSS의 화학적 조성을 나열합니다. 표 2는 2707 HDSS가 650 MPa의 항복 강도로 우수한 기계적 특성을 가지고 있음을 보여줍니다. 그림 1은 용액 열처리된 2707 HDSS의 광학적 미세 구조를 보여줍니다. 약 50%의 오스테나이트와 50%의 페라이트 상을 함유하는 미세 구조에서 2차 상이 없는 오스테나이트와 페라이트 상의 길쭉한 띠를 볼 수 있습니다.
그림 2a는 비생물적 2216E 배지와 P. aeruginosa 배지에서 37°C에서 14일 동안 2707 HDSS의 개방 회로 전위(Eocp) 대 노출 시간 데이터를 보여줍니다. 이는 Eocp에서 가장 크고 의미 있는 변화가 처음 24시간 내에 발생한다는 것을 보여줍니다. 두 경우 모두 Eocp 값은 약 16시간 후에 -145mV(SCE 대비)에서 최고치를 기록한 후 급격히 떨어져 비생물적 샘플과 P의 경우 각각 -477mV(SCE 대비)와 -236mV(SCE 대비)에 도달했습니다. 각각 Pseudomonas aeruginosa 쿠폰입니다. 24시간 후, P. aeruginosa에 대한 2707 HDSS의 Eocp 값은 -228 mV(SCE 대비)로 비교적 안정적이었지만, 비생물학적 샘플의 해당 값은 약 -442 mV(SCE 대비)였습니다. P. aeruginosa가 존재할 때의 Eocp는 다소 낮았습니다.
37°C에서 비생물 배지와 녹농균 배지에서 2707개 HDSS 표본의 전기화학적 테스트:
(a) 노출 시간의 함수로서의 Eocp, (b) 14일차의 편광 곡선, (c) 노출 시간의 함수로서의 Rp, (d) 노출 시간의 함수로서의 icorr.
표 3은 비생물적 매체와 녹농균 접종 매체에 14일 동안 노출된 2707개 HDSS 샘플의 전기화학적 부식 매개변수 값을 나열합니다. 양극 및 음극 곡선의 접선을 외삽하여 교차점에 도달했으며, 표준 방법30,31에 따라 부식 전류 밀도(icorr), 부식 전위(Ecorr) 및 타펠 기울기(βα 및 βc)를 산출했습니다.
그림 2b에서 보듯이, P. aeruginosa 곡선이 위쪽으로 이동하면서 비생물적 곡선에 비해 Ecorr이 증가했습니다. 부식 속도에 비례하는 icorr 값은 Pseudomonas aeruginosa 샘플에서 0.328 μA cm-2로 증가했으며, 이는 비생물적 샘플(0.087 μA cm-2)의 4배였습니다.
LPR은 신속한 부식 분석을 위한 고전적인 비파괴 전기화학적 방법입니다.또한 MIC32를 연구하는 데 사용되었습니다.그림 2c는 노출 시간에 따른 분극 저항(Rp)을 보여줍니다.Rp 값이 높을수록 부식이 적습니다.처음 24시간 이내에 2707 HDSS의 Rp는 비생물학적 샘플의 경우 1955kΩ cm2, 녹농균 샘플의 경우 1429kΩ cm2의 최대값에 도달했습니다.그림 2c는 또한 Rp 값이 하루 후 급격히 감소한 후 다음 13일 동안 비교적 변화가 없었음을 보여줍니다.녹농균 샘플의 Rp 값은 약 40kΩ cm2로 비생물학적 샘플의 450kΩ cm2 값보다 훨씬 낮습니다.
icorr 값은 균일 부식 속도에 비례합니다. 그 값은 다음 Stern-Geary 방정식에서 계산할 수 있습니다.
Zou et al. 33에 따라, 이 작업에서 Tafel 기울기 B의 일반적인 값은 26 mV/dec로 가정되었습니다. 그림 2d는 비생물학적 2707 샘플의 icorr이 비교적 안정적으로 유지된 반면, P. aeruginosa 샘플은 처음 24시간 후에 크게 변동되었음을 보여줍니다. P. aeruginosa 샘플의 icorr 값은 비생물학적 대조군보다 훨씬 높았습니다. 이러한 경향은 편극 저항 결과와 일치합니다.
EIS는 부식된 계면에서의 전기화학적 반응을 특성화하는 데 사용되는 또 다른 비파괴 기술입니다. 비생물적 매체와 녹농균 용액에 노출된 시편의 임피던스 스펙트럼과 계산된 정전용량 값, 시편 표면에 형성된 수동 필름/바이오필름의 Rb 저항, Rct 전하 이동 저항, Cdl 전기 이중층 정전용량(EDL) 및 QCPE 일정 위상 소자(CPE) 매개변수. 이러한 매개변수는 등가 회로(EEC) 모델을 사용하여 데이터를 피팅하여 추가로 분석했습니다.
그림 3은 비생물 배지와 P. aeruginosa 배지에서 배양 시간에 따른 2707개 HDSS 샘플의 일반적인 나이퀴스트 플롯(a 및 b)과 보드 플롯(a' 및 b')을 보여줍니다. 나이퀴스트 링의 직경은 Pseudomonas aeruginosa가 존재하면 감소합니다. 보드 플롯(그림 3b')은 전체 임피던스의 크기가 증가함을 보여줍니다. 이완 시간 상수에 대한 정보는 위상 최대값에서 제공할 수 있습니다. 그림 4는 단층(a)과 이중층(b) 기반 물리적 구조와 해당 EEC를 보여줍니다. CPE는 EEC 모델에 도입되었습니다. 어드미턴스와 임피던스는 다음과 같이 표현됩니다.
2707 HDSS 시편의 임피던스 스펙트럼을 맞추기 위한 두 가지 물리적 모델과 해당 등가 회로:
여기서 Y0는 CPE의 크기이고, j는 허수 또는 (-1)1/2이며, ω는 각 주파수이고, n은 1보다 작은 CPE 전력 지수입니다35. 전하 전달 저항의 역수(즉, 1/Rct)는 부식 속도에 해당합니다. Rct가 작을수록 부식 속도가 빠릅니다27. 14일간 배양한 후, 녹농균 샘플의 Rct는 32kΩ cm2에 도달하여 비생물학적 샘플의 489kΩ cm2보다 훨씬 작았습니다(표 4).
그림 5의 CLSM 이미지와 SEM 이미지는 7일 후 2707 HDSS 표본 표면의 바이오필름 피복이 조밀하다는 것을 명확히 보여줍니다. 그러나 14일 후에는 바이오필름 피복이 희박해지고 일부 죽은 세포가 나타났습니다. 표 5는 7일과 14일 동안 P. aeruginosa에 노출된 후 2707 HDSS 표본의 바이오필름 두께를 보여줍니다. 최대 바이오필름 두께는 7일 후 23.4μm에서 14일 후 18.9μm로 변했습니다. 평균 바이오필름 두께도 이러한 경향을 확인했습니다. 평균 바이오필름 두께는 7일 후 22.2±0.7μm에서 14일 후 17.8±1.0μm로 감소했습니다.
(a) 7일 후의 3차원 CLSM 이미지, (b) 14일 후의 3차원 CLSM 이미지, (c) 7일 후의 SEM 이미지, (d) 14일 후의 SEM 이미지.
EDS는 14일 동안 P. aeruginosa에 노출된 샘플의 바이오필름과 부식 생성물에서 화학 원소를 밝혀냈습니다.그림 6은 바이오필름과 부식 생성물의 C, N, O, P 함량이 맨 금속보다 훨씬 높은 것을 보여줍니다.이러한 원소는 바이오필름과 대사산물과 관련이 있기 때문입니다.미생물은 미량의 크롬과 철만 필요합니다.시편 표면의 바이오필름과 부식 생성물에서 높은 수준의 Cr과 Fe가 발견된 것은 부식으로 인해 금속 기질이 원소를 잃었음을 나타냅니다.
영어: 14일 후, 2216E 배지에서 P. aeruginosa가 있는 경우와 없는 경우의 구멍이 관찰되었습니다. 배양 전에는 표본 표면이 매끄럽고 결함이 없었습니다(그림 7a). 배양과 바이오필름 및 부식 생성물 제거 후, 그림 7b 및 c에 표시된 대로 표본 표면의 가장 깊은 구멍을 CLSM으로 검사했습니다. 비생물학적 대조 샘플의 표면에서는 눈에 띄는 구멍이 발견되지 않았습니다(최대 구멍 깊이 0.02μm). Pseudomonas aeruginosa에 의한 최대 구멍 깊이는 7일 후 0.52μm, 14일 후 0.69μm였으며, 3개 샘플의 평균 최대 구멍 깊이를 기준으로 했습니다(각 샘플에 대해 10개의 최대 구멍 깊이 값을 선택함). 각각 0.42±0.12μm 및 0.52±0.15μm에 도달했습니다(표 5). 이러한 구멍 깊이 값은 작지만 중요합니다.
(a) 노출 전, (b) 비생물 배지에서 14일, (c) Pseudomonas aeruginosa 배지에서 14일.
그림 8은 다양한 샘플 표면의 XPS 스펙트럼을 보여주며, 각 표면에 대해 분석된 화학적 조성은 표 6에 요약되어 있습니다.표 6에서 P. aeruginosa(샘플 A 및 B)가 존재할 때 Fe와 Cr의 원자 백분율은 비생물학적 대조 샘플(샘플 C 및 D)의 원자 백분율보다 훨씬 낮았습니다.P. aeruginosa 샘플의 경우, Cr 2p 코어 수준 스펙트럼 곡선은 결합 에너지(BE) 값이 각각 574.4, 576.6, 578.3 및 586.8 eV인 4개의 피크 구성 요소에 맞춰졌으며, 이는 각각 Cr, Cr2O3, CrO3 및 Cr(OH)3에 기인할 수 있습니다(그림 9a 및 b).비생물학적 표본의 경우, Cr 2p 코어 수준 스펙트럼에는 그림에서 Cr(BE의 경우 573.80 eV)과 Cr2O3(BE의 경우 575.90 eV)에 대한 두 개의 주요 피크가 포함됩니다. 각각 9c 및 d입니다. 비생물적 샘플과 P. aeruginosa 샘플 간의 가장 두드러진 차이점은 바이오필름 아래에 Cr6+가 존재하고 Cr(OH)3(BE 586.8 eV)의 상대적 분율이 더 높다는 것입니다.
두 가지 배지에서 2707 HDSS 표본 표면의 광범위한 XPS 스펙트럼은 각각 7일과 14일입니다.
(a) P. aeruginosa에 7일간 노출, (b) P. aeruginosa에 14일간 노출, (c) 비생물적 배지에서 7일간, (d) 비생물적 배지에서 14일간.
HDSS는 대부분의 환경에서 높은 수준의 내식성을 나타냅니다.Kim et al. 2는 UNS S32707 HDSS가 PREN이 45 이상인 고합금 DSS로 정의되었다고 보고했습니다.이 연구에서 2707 HDSS 시편의 PREN 값은 49였습니다.이는 산성 및 고염화물 환경에서 유익한 높은 크롬 함량과 높은 몰리브덴 및 Ni 수준 때문입니다.또한 균형 잡힌 구성과 결함 없는 미세 구조는 구조적 안정성과 내식성에 유용합니다.그러나 우수한 내화학성에도 불구하고 이 연구의 실험 데이터는 2707 HDSS가 P. aeruginosa 바이오필름의 MIC에 완전히 면역이 되지 않는다는 것을 시사합니다.
전기화학적 결과는 P. aeruginosa 배지에서 2707 HDSS의 부식 속도가 비생물학적 배지와 비교하여 14일 후에 상당히 증가했음을 보여주었습니다.그림 2a에서, Eocp의 감소는 처음 24시간 동안 비생물학적 배지와 P. aeruginosa 배지 모두에서 관찰되었습니다.그 후, 바이오필름이 시편 표면을 완전히 덮고 Eocp는 비교적 안정됩니다36.그러나 생물학적 Eocp의 수준은 비생물학적 Eocp의 수준보다 훨씬 높았습니다.이 차이는 P. aeruginosa 바이오필름 형성 때문이라고 믿을 만한 이유가 있습니다.그림 2d에서 P. aeruginosa가 존재하는 경우 2707 HDSS의 icorr 값은 0.627 μA cm-2에 도달했는데, 이는 비생물학적 대조군(0.063 μA cm-2)보다 훨씬 높았으며, 이는 EIS로 측정한 Rct 값과 일치했습니다.처음 며칠 동안 임피던스 값은 P. aeruginosa 배지는 P. aeruginosa 세포의 부착과 바이오필름 형성으로 인해 증가했습니다.그러나 바이오필름이 시료 표면을 완전히 덮으면 임피던스가 감소합니다.보호층이 바이오필름과 바이오필름 대사산물의 형성으로 인해 먼저 공격을 받습니다.따라서 시간이 지남에 따라 부식 저항성이 감소하고 P. aeruginosa의 부착으로 국소 부식이 발생했습니다.비생물학적 배지에서의 경향은 달랐습니다.비생물학적 대조군의 부식 저항성은 P. aeruginosa 배지에 노출된 샘플의 해당 값보다 훨씬 높았습니다.또한 비생물학적 샘플의 경우 2707 HDSS의 Rct 값은 14일째에 489 kΩ cm2에 도달했는데, 이는 P. aeruginosa가 존재할 때의 Rct 값(32 kΩ cm2)의 15배였습니다.따라서 2707 HDSS는 멸균 환경에서 우수한 부식 저항성을 가지지만 P. aeruginosa 바이오필름의 MIC 공격에는 저항성이 없습니다.
이러한 결과는 그림 2b의 분극 곡선에서도 관찰할 수 있습니다.양극 분지는 Pseudomonas aeruginosa 바이오필름 형성 및 금속 산화 반응에 기인합니다.동시에 음극 반응은 산소의 환원입니다.P. aeruginosa의 존재는 부식 전류 밀도를 크게 증가시켜 비생물적 제어보다 약 10배 더 높습니다.이것은 P. aeruginosa 바이오필름이 2707 HDSS의 국부 부식을 증가시킨다는 것을 나타냅니다.Yuan et al29는 P. aeruginosa 바이오필름의 도전 하에서 70/30 Cu-Ni 합금의 부식 전류 밀도가 증가한다는 것을 발견했습니다.이것은 Pseudomonas aeruginosa 바이오필름에 의한 산소 환원의 생물 촉매 작용 때문일 수 있습니다.이 관찰은 또한 이 작업에서 2707 HDSS의 MIC를 설명할 수 있습니다.호기성 바이오필름은 그 아래에 산소가 적을 수도 있습니다.따라서 산소에 의한 금속 표면의 재패시베이션 실패는 이 MIC에 기여하는 요인일 수 있습니다. 일하다.
Dickinson et al. 38은 화학 및 전기화학적 반응의 속도가 시편 표면에 있는 부착세균의 대사 활동과 부식 생성물의 특성에 의해 직접적으로 영향을 받을 수 있다고 제안했습니다.그림 5와 표 5에서 볼 수 있듯이, 세포 수와 바이오필름 두께는 모두 14일 후에 감소했습니다.이것은 14일 후에 2707 HDSS 표면에 있는 부착세포의 대부분이 2216E 배지의 영양분 고갈이나 2707 HDSS 매트릭스에서 독성 금속 이온의 방출로 인해 죽었다는 것을 합리적으로 설명할 수 있습니다.이것은 배치 실험의 한계입니다.
이 작업에서 P. aeruginosa 바이오필름은 2707 HDSS 표면의 바이오필름 아래에서 Cr과 ​​Fe의 국소적 고갈을 촉진했습니다(그림 6).표 6에서 샘플 C와 비교하여 샘플 D에서 Fe와 Cr의 감소는 P. aeruginosa 바이오필름으로 인한 용해된 Fe와 Cr이 처음 7일 이상 지속되었음을 나타냅니다.2216E 배지는 해양 환경을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다.이것은 17700ppm Cl-을 함유하고 있으며 이는 자연 해수에서 발견되는 것과 비슷합니다.17700ppm Cl-의 존재는 XPS로 분석한 7일 및 14일 비생물적 샘플에서 Cr이 감소한 주된 이유였습니다.P. aeruginosa 샘플과 비교하여 비생물적 샘플에서 Cr의 용해는 비생물적 환경에서 2707 HDSS의 강력한 Cl- 저항성으로 인해 훨씬 ​​적었습니다.그림 9는 패시베이션 필름에서 Cr6+의 존재를 보여줍니다.이것은 Cr 제거에 관여할 수 있습니다. Chen과 Clayton이 제안한 것처럼 P. aeruginosa 바이오필름에 의한 강철 표면.
박테리아 성장으로 인해 배양 전후 배지의 pH 값은 각각 7.4와 8.2였습니다. 따라서 P. aeruginosa 바이오필름 아래에서는 대량 배지의 pH가 비교적 높기 때문에 유기산 부식이 이 작업에 기여하는 요인일 가능성이 낮습니다. 비생물학적 대조 배지의 pH는 14일 시험 기간 동안 크게 변하지 않았습니다(초기 7.4에서 최종 7.5). 배양 후 접종 배지의 pH가 증가한 것은 P. aeruginosa의 대사 활동에 의한 것이었으며 시험 스트립이 없는 경우에도 pH에 동일한 영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다.
그림 7에서 보듯이, P. aeruginosa 바이오필름에 의해 발생한 최대 피트 깊이는 0.69μm로, 비생물적 매체(0.02μm)보다 훨씬 컸습니다. 이는 위에서 설명한 전기화학적 데이터와 일치합니다. 0.69μm 피트 깊이는 동일한 조건에서 2205 DSS에 대해 보고된 9.5μm 값보다 10배 이상 작습니다. 이 데이터는 2707 HDSS가 2205 DSS에 비해 더 나은 MIC 저항성을 나타냄을 보여줍니다. 이는 2707 HDSS가 유해한 2차 침전물 없이 균형 잡힌 상 구조로 인해 더 오래 지속되는 수동화를 제공하는 크롬 함량이 더 높기 때문에 놀라운 일이 아니며, P. aeruginosa가 탈수동화를 어렵게 하고 시작점을 가리게 합니다.
결론적으로, MIC 피팅은 P. aeruginosa 배지에서 2707 HDSS 표면에 발견되었지만, 비생물적 배지에서는 무시할 수 있는 피팅이 발견되었습니다. 이 연구는 2707 HDSS가 2205 DSS보다 MIC 저항성이 우수하지만 P. aeruginosa 바이오필름으로 인해 MIC에 완전히 면역이 있는 것은 아니라는 것을 보여줍니다. 이러한 결과는 해양 환경에 적합한 스테인리스강을 선택하고 사용 수명을 추정하는 데 도움이 됩니다.
2707 HDSS 쿠폰은 중국 선양에 있는 동북대학교(NEU) 야금학부에서 제공합니다.2707 HDSS의 원소 조성은 표 1에 나와 있으며, NEU 재료 분석 및 시험 부서에서 분석했습니다.모든 샘플은 1180°C에서 1시간 동안 용액 처리했습니다.부식 테스트 전에 상단 노출 표면적이 1cm2인 동전 모양의 2707 HDSS를 실리콘 카바이드 종이로 2000그릿으로 연마한 다음 0.05μm Al2O3 분말 현탁액으로 추가로 연마했습니다.측면과 바닥은 불활성 페인트로 보호했습니다.건조 후 시편을 멸균된 탈이온수로 헹구고 75%(v/v) 에탄올로 0.5시간 동안 살균했습니다.그런 다음 사용하기 전에 자외선(UV)에서 0.5시간 동안 공기 건조했습니다.
해양성 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) MCCC 1A00099 균주는 중국 샤먼 해양 배양 수집 센터(MCCC)에서 구입했습니다. 녹농균은 250ml 플라스크와 500ml 전기화학 유리 셀에서 Marine 2216E 액체 배지(칭다오 희망 바이오테크놀로지(Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd.), 칭다오, 중국)를 사용하여 37°C에서 호기성으로 배양했습니다. 배지(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, 0.0016 NH3, 0.0016 NH3, 0016 NaH2PO4, 5.0 펩톤, 1.0 효모 추출물 및 0.1 철 시트르산. 접종 전 121°C에서 20분 동안 고압멸균합니다. 400배 확대 광학 현미경으로 혈구계를 사용하여 무착성 세포와 플랑크톤 세포를 계산합니다. 접종 직후 플랑크톤성 Pseudomonas aeruginosa의 초기 세포 농도는 약 106 cells/ml였습니다.
전기화학적 테스트는 매체 용량이 500ml인 고전적인 3전극 유리 셀에서 수행되었습니다. 백금 시트와 포화 칼로멜 전극(SCE)은 염다리로 채워진 Luggin 모세관을 통해 반응기에 연결되었으며, 각각 상대 전극과 기준 전극 역할을 했습니다. 작동 전극을 만들기 위해 고무로 코팅된 구리선을 각 시편에 부착하고 에폭시로 덮어 약 1cm2의 작동 전극용 노출된 단면 표면을 남겼습니다. 전기화학적 측정 동안 샘플을 2216E 매체에 넣고 수조에서 일정한 배양 온도(37°C)를 유지했습니다. OCP, LPR, EIS 및 전위 동적 분극 데이터는 Autolab 전위차계(Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA)를 사용하여 측정했습니다. LPR 테스트는 Eocp 및 샘플링 주파수 1에서 -5~5mV 범위에서 0.125mV s-1의 주사 속도로 기록되었습니다. Hz.EIS는 정상 상태 Eocp에서 5 mV의 인가 전압을 사용하여 0.01~10,000 Hz의 주파수 범위에서 사인파로 수행되었습니다. 전위 스윕 전에 전극은 안정적인 자유 부식 전위 값에 도달할 때까지 개방 회로 모드에 있었습니다. 그런 다음 분극 곡선은 0.166 mV/s의 스캔 속도에서 Eocp에 대해 -0.2~1.5V까지 실행되었습니다. 각 테스트는 P. aeruginosa가 있는 경우와 없는 경우 3번 반복했습니다.
금속조직 분석을 위한 시편은 2000 그릿 습식 SiC 연마지를 사용하여 기계적으로 연마한 후 광학적 관찰을 위해 0.05 μm Al2O3 분말 현탁액으로 추가로 연마했습니다. 금속조직 분석은 광학 현미경을 사용하여 수행했습니다. 시편은 10 중량% 수산화칼륨 용액 43으로 에칭했습니다.
배양 후, 샘플을 인산 완충 식염수(PBS) 용액(pH 7.4 ± 0.2)으로 3회 세척한 다음 2.5%(v/v) 글루타르알데히드로 10시간 동안 고정하여 바이오필름을 고정했습니다. 그런 다음 공기 건조하기 전에 에탄올의 등급 시리즈(50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% 및 100% v/v)로 탈수했습니다. 마지막으로, 샘플 표면에 금 필름을 스퍼터링하여 SEM 관찰을 위한 전도성을 제공했습니다. SEM 이미지는 각 시편의 표면에서 가장 정착성이 낮은 P. aeruginosa 세포가 있는 지점에 초점을 맞췄습니다. 화학 원소를 찾기 위해 EDS 분석을 수행했습니다. Zeiss 공초점 레이저 주사 현미경(CLSM)(LSM 710, Zeiss, Germany)을 사용하여 피트 깊이를 측정했습니다. 바이오필름 아래의 부식 피트를 관찰하기 위해 시험편을 먼저 시험편 표면의 부식 생성물과 바이오필름을 제거하기 위해 중국 국가 표준(CNS) GB/T4334.4-2000에 따라 세척했습니다.
X선 광전자 분광법(XPS, ESCALAB250 표면 분석 시스템, Thermo VG, USA) 분석은 단색 X선원(알루미늄 Kα선, 에너지 1500 eV, 전력 150 W)을 사용하여 표준 조건에서 넓은 결합 에너지 범위 0~1350 eV에서 수행되었습니다. 고해상도 스펙트럼은 50 eV 통과 에너지와 0.2 eV 단계 크기를 사용하여 기록되었습니다.
배양된 표본을 꺼내어 PBS(pH 7.4±0.2)로 15초 동안 가볍게 헹구었습니다.45. 샘플의 바이오필름의 박테리아 생존력을 관찰하기 위해 LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit(Invitrogen, Eugene, OR, USA)를 사용하여 바이오필름을 염색했습니다. 이 키트에는 녹색 형광 SYTO-9 염료와 빨간색 형광 프로피듐 요오드(PI) 염료의 두 가지 형광 염료가 있습니다. CLSM에서 형광 녹색과 빨간색 점은 각각 살아 있는 세포와 죽은 세포를 나타냅니다. 염색을 위해 3 μl SYTO-9와 3 μl PI 용액이 들어 있는 1 ml 혼합물을 실온(23 oC)에서 어둠 속에서 20분 동안 배양했습니다. 그런 다음 염색된 샘플을 Nikon CLSM 기계(C2 Plus, Nikon, Japan)를 사용하여 두 가지 파장(살아 있는 세포의 경우 488 nm, 죽은 세포의 경우 559 nm)에서 관찰했습니다. 바이오필름 두께는 3D 스캐닝 모드.
이 논문을 인용하는 방법: Li, H. et al. 해양성 녹농균 바이오필름에 의한 2707 슈퍼 듀플렉스 스테인리스 강의 미생물 부식.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
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