第一作者：劉丹

共同一作：戶子帥

通訊作者：李建輝，王波，徐大可（東北大學(xué)）

通訊單位：河北科技大學(xué)

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近日，河北科技大學(xué)李建輝團(tuán)隊在工程技術(shù)領(lǐng)域國際知名期刊《Separation and Purification Technology》期刊上發(fā)表題為“Synergistic effect on corrosion behavior of X80 steel influenced by Pseudomonas aeruginosa and Acetobacter aceti”的文章。當(dāng)前，關(guān)于金屬材料的微生物腐蝕大多集中在單一菌種環(huán)境，這與實際腐蝕環(huán)境相去甚遠(yuǎn)。Pseudomonas aeruginosa和Acetobacter aceti分別是電活性細(xì)菌和產(chǎn)酸菌的代表菌種，極易對金屬材料造成腐蝕。目前針對金屬材料在這兩種細(xì)菌單獨存在環(huán)境下的腐蝕行為時有研究，但這不能代表實際環(huán)境下的腐蝕過程，兩類細(xì)菌共同存在時對服役金屬材料腐蝕過程的影響尚未可知。基于此，該團(tuán)隊研究了X80管線鋼在這兩類代表性腐蝕細(xì)菌共同存在條件下的腐蝕行為，以分析兩種細(xì)菌在不同條件下的生長情況、代謝產(chǎn)物和腐蝕產(chǎn)物為基礎(chǔ)，全面評估X80管線鋼在混菌條件下的電化學(xué)腐蝕行為。通過分析細(xì)菌代謝產(chǎn)物在腐蝕過程中的作用，研究了兩種細(xì)菌對的X80管線鋼的微生物腐蝕促進(jìn)機(jī)制。結(jié)果顯示，在混合細(xì)菌條件下，X80 管線鋼表面的點蝕程度明顯加重。腐蝕機(jī)理研究表明，Pseudomonas aeruginosa分泌產(chǎn)生的電子載體 PCN 促進(jìn)了Acetobacter aceti腐蝕過程中的電子轉(zhuǎn)移的同時，也促進(jìn)了其生長。Acetobacter aceti腐蝕金屬過程中產(chǎn)生的乙酸鹽促進(jìn)了Pseudomonas aeruginosa的生長。兩種細(xì)菌之間的共生和相輔相成的作用導(dǎo)致 X80管線鋼的腐蝕加劇。    

要點分析

1）Pseudomonas aeruginosa和Acetobacter aceti對 X80 管線鋼具有協(xié)同腐蝕作用。

2）PCN促進(jìn)Acetobacter aceti導(dǎo)致的腐蝕過程中的電子轉(zhuǎn)移。

3）PCN通過促進(jìn)Acetobacter aceti的生長同時加速腐蝕。

4）醋酸鹽促進(jìn)了Pseudomonas aeruginosa的生長，導(dǎo)致腐蝕加速。

圖文導(dǎo)讀

Pseudomonas aeruginosa與Acetobacter aceti協(xié)同作用腐蝕機(jī)理圖    

圖1. X80 鋼在非生物培養(yǎng)基、Pseudomonas aeruginosa、Acetobacter aceti和混合細(xì)菌條件下于 30 °C 孵育 14 天后的電化學(xué)測試。(a) E_ocp隨時間的變化。(b) 通過LPR獲得的1/Rp數(shù)據(jù)。(c) 孵育14天后測量的極化曲線。(d)通過極化曲線得到的E_corr和i_corr。    

圖2 X80鋼在(a, b)非生物培養(yǎng)基，(c, d) Pseudomonas aeruginosa，(e, f) Acetobacter aceti和（g，h）混合細(xì)菌條件下的1、4、7、10和14天培養(yǎng)后的Bode和Nyquest曲線。    

圖 3 (a) 非生物和 (b) 生物介質(zhì)中 EIS 的等效電路圖。

圖 4 X80 鋼暴露在非生物培養(yǎng)基、Pseudomonas aeruginosa、Acetobacter aceti和混合細(xì)菌培養(yǎng)基中的 1/ (Rct + Rf) 的變化。

圖 5 X80 鋼在非生物培養(yǎng)基、Pseudomonas aeruginosa、Acetobacter aceti和混合細(xì)菌培養(yǎng)基中培養(yǎng) 7 和 14 天后的重量損失。   

圖 6 培養(yǎng)7天和14天后X80鋼表面粘附細(xì)菌的SEM圖像。（a）和（d）Pseudomonas aeruginosa，（b）和（e）Acetobacter aceti，（c）和（f）混合細(xì)菌條件。

圖7 CLSM觀察培養(yǎng)7天和14天后X80鋼試樣表面粘附細(xì)菌的情況。（a） 和（d）Pseudomonas aeruginosa，（b）和（e）Acetobacter aceti，（c）和（f）混合細(xì)菌條件。    

圖8 X80鋼在浸泡7天和14天后的點蝕分析。（a）無菌培養(yǎng)基引起的最大凹坑（b）Pseudomonas aeruginosa引起的最大坑（c）計算出的平均和最大坑深（d）Acetobacter aceti造成的最大坑。（e）混合細(xì)菌培養(yǎng)基引起的最大凹坑。（f） X80鋼試樣表面觀察到的點蝕坑深度和寬度。

圖9（a）非生物培養(yǎng)基、Pseudomonas aeruginosa、Acetobacter aceti和混合細(xì)菌培養(yǎng)基中pH X80樣本14天的變化；（b） Pseudomonas aeruginosa、醋酸桿菌和混合細(xì)菌培養(yǎng)基的生長曲線。    

圖10 X80鋼在非生物介質(zhì)、Pseudomonas aeruginosa、Acetobacter aceti和混合細(xì)菌中培養(yǎng)14天后的XPS測量光譜。

圖11：在（a）非生物培養(yǎng)基、（b）Pseudomonas aeruginosa、（c）Acetobacter aceti和（d）混合細(xì)菌條件下培養(yǎng)14天后，F(xiàn)e 2p的XPS光譜。    

圖12外源性PCN對Acetobacter aceti引起的X80鋼腐蝕的影響。（a）通過LPR獲得的1/Rp數(shù)據(jù)，（b）極化曲線，（c）通過極化曲線獲得的E_corr和i_corr，（d）有和沒有外源PCN的Acetobacter aceti生長曲線。

圖13 Pseudomonas aeruginosa在0%（對照組）、100%去除有機(jī)碳源和100%去除有機(jī)碳源并添加外源醋酸鹽的更新培養(yǎng)基中的生長曲線。              

結(jié)論

本文研究了電化學(xué)活性細(xì)菌Pseudomonas aeruginosa與產(chǎn)酸菌Acetobacter aceti之間的共生作用和機(jī)制。Pseudomonas aeruginosa產(chǎn)生的電子載體PCN促進(jìn)了產(chǎn)酸菌Acetobacter aceti腐蝕過程中的電子轉(zhuǎn)移過程，進(jìn)而促進(jìn)了Acetobacter aceti的生長。同時，腐蝕過程中產(chǎn)生的醋酸鹽也促進(jìn)了Pseudomonas aeruginosa的生長。這兩種細(xì)菌之間的共生和相互強(qiáng)化的協(xié)同作用導(dǎo)致X80鋼的腐蝕加速。本文旨在闡明這兩種細(xì)菌對X80管線鋼腐蝕的根本原因。這種機(jī)制不同于由單一微生物引起的微生物腐蝕，為理解微生物腐蝕機(jī)制提供了新的見解。該研究為電活性細(xì)菌和產(chǎn)酸菌之間共生關(guān)系提供了有力證據(jù)，強(qiáng)調(diào)了它們在金屬材料腐蝕中的共同作用，研究結(jié)果對于在多種細(xì)菌共生關(guān)系的環(huán)境中建立防止微生物腐蝕的保護(hù)策略具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：Dan Liu, Zishuai Hua, Mankun Li, Baochen Han, Yongmei Liang, Muhammad Dilawer Hayat, Yupeng Sun, Daiqiang Jin，Jianhui Li , Bo Wanga，Dake Xue. Synergistic effect on corrosion behavior of X80 steel influenced by Pseudomonas aeruginosa and Acetobacter aceti

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.128135