生物膜的形成和生物腐蚀aisi - 1020的碳钢接触到含有不同浓度的水系统的柴油/生物柴油混合物

文摘

环境和经济问题加速生物燃料研究和工业生产。许多国家都使用柴油和生物柴油混合燃料为研究生物膜形成和金属腐蚀。气缸的aisi - 1020碳钢的暴露面积1587毫米²、水和水相关的B3燃料(柴油/生物柴油混合97:3 v / v)。生物膜的形成是检测,生物腐蚀在aisi - 1020的检测。结果表明在实验固着微生物区系的变化。在生物膜中,一个重要的浓度的有氧,厌氧,入会,铜绿假单胞菌观察,硫酸盐还原细菌。腐蚀速率之间的不同和毫米/年,这取决于实验条件。确定的主要腐蚀产物是各种形式的FeOOH,磁铁矿,所有形式的FexSy。系统中有高浓度的硫酸盐还原菌腐蚀坑被观察到。此外,脂肪族碳氢化合物液体中含有10% B3完全退化。

1。介绍

金属腐蚀与生物燃料的使用是一个新领域的研究,这项研究旨在阐明在这一过程中微生物的参与。

几个因素,如环境问题、精力充沛的可持续性,和石油产品,过度消费导致了近年来快速寻找替代燃料。需要减少对不可再生燃料的依赖来自石油和减少污染引起的燃烧这些燃料加速了寻找替代能源,比如生物燃料。

生物柴油可以化学定义为从长链脂肪酸的单烷基酯的混合物。因为生物柴油与柴油混合比例,二元混合物的柴油/生物柴油可以用作燃料。柴油燃料来自石油,由石蜡的基本上,烯和芳香族化合物。

有几项研究正在进行中,以测试不同类型的燃料由纯transesterified油和那些与石油柴油混合不同比例。此类燃料有好的结果显示当测试柴油发动机的汽车,卡车,拖拉机,和电动发电机1]。在文献中有报道称穿来自金属接触在任何机械系统是减少柴油循环发动机当生物柴油补充道。一些研究的腐蚀性影响柴油/生物柴油混合物最近被发表,但人们普遍认为,生物柴油作为润滑添加剂在柴油发动机,增加发动机的生活。然而,还需要进一步的研究,尤其是开发技术的快速评估腐蚀过程电导率较低的媒体。

水的存在和微生物在燃料可以诱导其属性的变化随着时间的推移,由于水解,微生物,氧化反应。腐蚀和降解过程可以加速了这些因素。所以腐蚀的研究是重要的防止损失和崩溃的金属材料用于构建管道和储罐。

碳钢是由铁碳合金,其中包含少于2%碳和一些残余元素浓度很小,如硅、磷、硫。这种材料主要用于管道的建设已有的运输燃料。金属腐蚀发生由于化学或电化学金属和水介质之间的相互作用,导致形成的腐蚀产物和能量的解放2,3]。腐蚀过程与使用的柴油/生物柴油混合物尤其相关,特别是当它与可能的腐蚀所造成的破坏和退化的生物燃料生产存储和分布。

鉴于上述情况,本研究的目的是评估生物膜的形成及其对aisi - 1020的碳钢的影响在一个动态系统,其中包含淡水作为工作流体为10%,30%和60% B3燃料(柴油/生物柴油97:3 v / v)。

2。材料和方法

2.1。金属圆筒和设备

气缸的aisi - 1020碳钢的暴露面积1587毫米²(内部直径:50毫米,长度:10毫米)。抨击了圆柱体玻璃珠,化学处理在托雷斯和德语言描述的方式4),系统中,体重在被放置。

实验进行了在循环系统中,示意图如图所示1。淡水补充与不同数量的B3燃料作为循环流体。B3燃料,用于巴西从2008年7月到2009年7月,由柴油和生物柴油的混合物的比例97:3 (v / v)。实际上,B5在巴西使用燃料,柴油和生物柴油的混合物的比例95:5 (v / v)。

实验的循环淡水和水组成的液体含有B3的浓度为10%,30%,60%。各自的混合物被转移到水库的循环系统(图1),它是由316 L不锈钢的流量1 L / s。它是用威利模拟压力计耦合WTP 4010系列压力变送器来记录压力的措施。在测试期间,测量压力约1 psi,对应于0.07公斤/厘米²。流体温度没有控制为了繁殖通过工业现场条件在生物燃料运输管道,和35和45°C之间的变化被观察到。

2.2。微生物量化

浮游微生物测定只在实验的开始,,每次实验结束时,只有固着微生物测定。测量微生物,圆柱体放在瓶包含减少解决方案,以及生物膜与无菌抹刀被抓取。降低解决方案的构成(g / L):巯乙酸钠0.124,2.5酵母提取物,抗坏血酸、氯化钠8.5。4毫升的m / m刃天青解决方案增加了0.025%,完成1000毫升蒸馏水。减少解决方案与N清除₂为了获得一个厌氧条件和储存在密封的瓶。pH值了在121°C,瓶灭菌15分钟。在这条件下,溶液的氧化还原电势大约是−100 mV。量化有氧微生物的数量,0.85%的盐溶液氯化钠被用来稀释微生物。量化有氧微生物的数量,0.85%的盐溶液氯化钠被用来稀释微生物(4]。

好氧细菌的总量(AB)和真菌(TF)量化通过计数集落形成单位(cfu)倾注平皿技术。平皿计数琼脂和马铃薯葡萄糖琼脂(默克公司,达姆施塔特,德国)被用于细菌和真菌计数,分别。菌落的数量确定孵化后48小时和120小时的细菌和真菌,分别。厌氧细菌的总量(美)量化最可能的数字技术(或然数)的液体培养基中thioglycolate(默克公司,达姆施塔特,德国)清除N₂经过21天的孵化。硫酸盐还原菌(SRB)是量化与或然数技术修改Postgate E介质(5)和清除N₂经过21天的孵化。铜绿假单胞菌量化了计数菌落的数量在一个溴棕三甲铵琼脂培养基(默克公司,达姆施塔特,德国)倾注平皿技术的孵化后48小时°C。铁氧化细菌(伯)也被量化的倾注平皿技术与介质含有枸橼酸铁铵(6经过15天的孵化。酸生产的数量需氧细菌(APAB)是由或然数技术使用红色苯酚中(美国密歇根州Acumedia制造),补充与1%蔗糖,48 h的孵化°C。酸生产厌氧细菌的数量(APANB)是由同样的方法量化APAB;但液体媒体与N清除₂为21天,烧瓶孵化。是在孵化过程°C不论研究微生物组。

2.3。重量损失和腐蚀速率

圆柱体的质量损失量化后15天。使用的方法包括与盐酸酸洗26% (v / v),其次是用氢氧化钠中和10% (w / v),然后用蒸馏水洗涤,用异丙醇及丙酮脱脂。在真空干燥箱干燥后模型ma - 030(150毫米汞柱)30分钟在70°C,气缸被转移到一个干燥器,随后分析天平称重。

从腐蚀速率 在哪里最初的重量;最终的重量;气缸的区域;碳钢的密度(0.00786 g /毫米³);曝光时间。

2.4。x射线衍射、扫描电子显微镜和色谱分析

形成的腐蚀产物表面的圆柱体在45°C和干和x射线衍射分析Rigaku设备耦合到40的铜来源kV和20 mA电流。

扫描电子显微镜(SEM)测量,气缸是沉浸在解决5%的戊二醛固定液钠甲次砷酸盐缓冲0.1和维持在30°C 24小时。后固定步骤,进行了连续三洗甲次砷酸盐缓冲钠0.1 M。气缸被脱水使用乙醇浓度增加(30 - 100%)和涂有黄金。环境的可视化进行了SEM、模型范广达2007]。

色谱分析之前,流体样本被分析纯二氯甲烷液-液萃取,根据程序被米兰达et al。8]。色谱法分析来验证可能的生物降解柴油混合物中。这是使用气相色谱仪耦合质谱仪(日本岛津公司欧洲GC / MS,模型QP5050A),配有Valcobond VB-5列(),在下列情况下:喷油器温度:290°C;界面温度:280°C;注入模式:分裂;载气:氦;列内部压力:52.8 kPa;列流:1毫升/分钟;线速度:36.3厘米/秒;分流比:48;总流:50毫升/分钟;初始温度编程:50°C 2分钟; variation: 6°C per minute until reaching 280°C and stabilized for 20 minutes; mass spectrometer scan time: 3 minutes to 60.37 minutes; sweep: 40 m/z to 350 m/z.

3所示。结果与讨论

表1显示结果的初始测量浮游微生物在水和水的混合物+ B3燃料每个实验的开始。研究促进营养物质运输到下的液体金属探测器表面有利于微生物附着。在水里,SRB的生长并没有观察到。然而,当水混合燃料,大量SRB被观察到。应该注意的是,有一个增加所有微生物组的混合物,这表明燃料污染。

通过异化的出生性别比有能力减少硫酸盐为生物合成反应生成能源与经济增长和维护,生产硫化氢(H₂。这些都是异养和严格厌氧细菌,但是,尽管这种情况,他们能够容忍氧气的存在在极端环境条件(9,10]。srb脱颖而出因为biocorrosive过程他们调解不仅是与生物膜的形成有关,但也与代谢物的生产,如生物H₂年代,导致严重的环境和腐蚀问题在石油和衍生品的处理和存储。

图2显示了圆柱体的微生物群坚持经过15天的操作。可以指出,微生物的数量变化的四个系统,这可能是由于不同营养的可用性。此外,坚持系统包含大量的SRB的燃料最集中的是值得注意的。无生命的物体表面的细菌被认为是早期殖民者在自然和合成环境。大多数微生物腐蚀影响的调查是针对生物膜的行为,由纯或混合文化(11]。

表2显示了腐蚀速率计算后15天。重视的腐蚀速率是一个参数,因为它提供了信息的强度和严重性的恶化过程一个特定的系统。

表中的数据2表明,水特别腐蚀性,可能由于大量的粘入会(的10⁶细胞/厘米²)。铁氧化细菌革兰氏阴性和microaerobic允许开动在腐蚀过程中通过氧化亚铁离子,金属材料的攻击形式铁离子产生结构称为结节增加金属腐蚀(12]。

Ambrozin et al。13]相信柴油/生物柴油混合物的腐蚀性不如柴油。柴油含硫化合物可以促进更强烈的腐蚀,尤其是像SRB微生物的存在。这是观察到腐蚀速率降低了系统中作为生物燃料的数量增加,这表明材料的保护作用尽管SRB和入会,微生物,加速腐蚀过程。对于这一现象的一种解释可能的存在有关铜绿假单胞菌在生物膜。研究正在进行中,以评估这些细菌产生的胞外的能力抑制腐蚀过程(14,15]。量化的铜绿假单胞菌执行,大量遇到的生物膜表面的金属暴露在燃料(图3)。

在分析形成的腐蚀产物表面的圆柱体,曝光后15天用x射线衍射(XRD),可以确定氧化铁水合物(Akaganeita、Goethita Lepidocrocita),磁铁矿,所有形式的FexSy (Mackinwita, Jarosita、Pirotita Greigita)的实验。图4介绍了x射线衍射测量与实验对应的B3燃料的10%。

针铁矿和纤铁矿是铁锈的主要晶相组成,这是一个复杂的混合物的不同晶相的铁氧化物和氢氧化物,大约相当于全球FeOOH公式。这些阶段主要负责红褐色的颜色(16]。

在图5,可以观察到微生物附着在金属表面,确认结果发现在其他水系统12,17]。点状腐蚀图中可以看到6。

在生物降解过程中,线性C9甜碳氢化合物定量验证(图7)。这些化合物存在于B3的柴油馏分燃料。几乎所有这些化合物的降解后15天10%的燃料,可以看到通过比较数据7(一)和7 (b)。

研究报告,纯生物柴油在水生和陆生环境是高度可降解,90 - 98%的生物柴油是矿化21至28天在无氧和有氧条件下室温下(18]。粉碎机等。19)已经证实的假设生物柴油在柴油机燃料的加入可以提高其生物降解性实验各种柴油/生物柴油混合物通过研究真菌隔离受污染的系统。

4所示。结论

结果表明,B3燃料港口微生物。与动态系统,在实验中发现的生物膜成分和腐蚀aisi - 1020碳钢的影响在工作流体浓度的生物柴油。点状腐蚀观察当biodesel补充水和腐蚀产物的主要发现是各种形式的FeOOH,磁铁矿,所有形式的FexSy。完整的脂肪族碳氢化合物的生物降解柴油B3中燃料也观察到。

确认

作者要感谢慰问Nacional de Desenvolvimento Cientifico e学府(CNPq) Coordenacao de Aperfeicoamento em尽管e教学优越,Fundacao de Auxilio里约热内卢一个邻近的尽管如此做(FAPERJ), petrobras的学院Tecnologia德伯南布哥(ITEP-OS)和Departamento de Engenharia Mecanica (UFPE)财政支持。

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