协同效应的尿素和硫酸盐还原菌对碳钢腐蚀行为的土壤

文摘

协同效应的尿素和硫酸盐还原菌(SRB)对碳钢腐蚀行为的研究在土壤水分为20%和30%,土壤特性测量,体重减轻、极化曲线和电化学阻抗谱。结果表明,尿素土壤氧化还原电位降低,增加土壤中博士没有SRB,硬质合金的腐蚀电位Q235钢更积极,然后抑制腐蚀。与此同时,在土壤与SRB, 0.5 wt %脲抑制SRB生长和抑制生物腐蚀的Q235钢。碳钢的腐蚀速率降低土壤水分为30%与20%的水分。

1。介绍

土壤腐蚀是一种最常见的地下金属的腐蚀行为。有许多因素影响土壤攻击性如土壤湿度、酸度、土壤盐度、和微生物的组成(1- - - - - -4]。这些因素交换随着时间的推移,使土壤腐蚀研究更加复杂。认为土壤腐蚀取决于土壤电阻率等因素(2],pH值[5),氧化还原电位(6),水含量(7,8],硫酸盐还原菌(SRB) [9,10被广泛接受和研究。pH值、土壤酸度、土壤化学性质的综合反映,特别是盐含量。它影响阳极和阴极极化过程,这与腐蚀动力学(5]。众所周知,金属在强酸性环境中遭受严重腐蚀。因为在强酸性土壤,pH值降低,氢去极化的潜在的增加,因此腐蚀速率增加。与此同时在土壤高有机物含量和有机酸,即使pH值中性,仍然可以遭受严重腐蚀(金属11]。

土壤氧化还原电位反映各种氧化还原平衡,通常从+ 700 mV -300 mV。它主要受到土壤盐组成和含量的影响,曝气条件下,有机物,等等。土壤具有强烈减少属性通常被认为是作为参考指数生物腐蚀的12]。微生物与土壤腐蚀的主要类型包括有氧细菌腐蚀,如sulfur-oxidizing细菌和铁细菌、厌氧细菌如SRB腐蚀,称为微生物腐蚀(MIC)的影响(13,14]。各类微生物厌氧SRB是最常见的导致麦克风的地下管线钢(15]。许多研究调查了SRB腐蚀碳钢在土壤模拟溶液(3,16]。

土壤腐蚀性增加土壤水分(12,17]。但当饱和氧气的扩散会抑制。此外,土壤水分取决于当地的气候。在沈阳,北中国的一部分,平均土壤水分是20%。很少有研究对碳钢的腐蚀行为在饱和土壤18,19]。此外,大多数研究土壤中腐蚀进行了模拟解决方案(20.),忽略一些土壤因素。例如,大量的氮肥在农田用于农业发展,其中脲是最常见的类型。这将是重要的研究地下脲对金属的影响。然而,小的工作已经完成。尿素能够吸附在钢表面抑制其腐蚀(21]。也有报道称尿素可以用作抗腐蚀岩石道路除冰盐的替代品。此外,它被应用在金属酸洗缓蚀剂。

此外,氮是构成蛋白质的基本要素之一,对土壤中细菌核酸。因此脲可以作为氮源对SRB的生长。脲的协同效应和硫酸盐还原菌(SRB)对碳钢腐蚀行为的土壤将会很有趣。在我们以前的工作(19),硬质合金的低含量提升SRB的生长和阻止了Q235钢的微生物腐蚀。在这个工作中,进一步研究不同土壤水分的20%和30%完成的效果过量尿素对SRB生长和生物腐蚀碳钢的行为。

2。实验设计

2.1。材料和准备

2.1.1。优惠券的准备

碳钢Q235,组成(wt. %) 0.30摄氏度,0.019便士,0.029,0.01 Si, 0.42 Mn和平衡铁、切成两个不同的尺寸,10×10和20×3毫米×20×3毫米,这将被用作工作和反电极和减肥测试样品。优惠券是擦伤和一系列的毅力论文(200、400、600、800和1000)紧随其后在丙酮和酒精清洗,然后晒干。工作和反电极嵌入在环氧树脂给工作领域的10毫米×10毫米三电极电化学测量的细胞。工作表面与丙酮和蒸馏水清洗。所有的准备优惠券每个实验之前在紫外线消毒。

2.1.2。整地

这项工作中使用的土壤化学成分表1。土壤被加热消毒为121.8°C在高压力。然后消毒土壤和蒸馏水混合比例在实验容器,使不同土壤水分含量为20%和30%。

2.1.3。尿素和SRB

尿素是购自国药控股,含氮量为46.4 wt。%根据国家标准gb2440 - 2001。之前的实验设置,不同数量的脲是由电子分析天平测量0.0001 g,紫外线消毒,混合成不同的土壤准备。

硫酸盐还原菌(SRB)在这项研究中的应用是脱磷孤菌属desulfuricans, SRB应变与以前的论文中描述(20.,22]。SRB文化在厌氧环境中孵化的API RP-38中等(g / l),包含MgSO₄h·7₂0.2 O, KH₂阿宝₄1.0 10.0 0.5,氯化钠,抗坏血酸,乳酸钠4.0,1.0酵母提取物,Fe (NH)₄)₂(所以₄)₂0.02。培养液的pH值在7.0和7.1之间。SRB物种被激活在一个孵化器24小时然后被添加到混合精心准备的土壤下冒泡N₂在实验容器中。然后,实验容器加权,密封在实验期间保持水的水分常数。实验矩阵表中列出2。

2.2。测试环境和方法

所有的实验在室温下进行了65天。

2.2.1。土壤氧化还原电位和pH值

土壤氧化还原电位是衡量一个万用表,5 Pt电极,饱和甘汞电极(SCE)。氧化还原电势的计算 在哪里嗯是氧化还原电位在pH = 7 (mV,标准氢制);新兴市场的意思是潜在测量5铂电极(mV) [23]。土壤pH值也不时测量,使用相同的方法在发表文章22]。

2.2.2。浸没式测试

20×20×3毫米的标本用于减肥的测试中,它被埋在下面10厘米深度土壤的表面在同一实验容器。准备标本之前重达0.1毫克的精度测试。实验后,提取的标本被腌制的混合物中含有氯化氢(HCl) 500毫升,urotropine 20 g,水(H₂O)在室温下500毫升10分钟,然后用水洗净,晒干,享年105岁。为30分钟8°C炉、冷却,并且称重。相同的过程重复直到最后两个结果之间的差异小于0.0001克。重量损失计算和转换成均匀腐蚀速率(μm / y)。每次实验一式三份标本用于保证结果的可靠性。测试后,测试样品的表面用扫描电子显微镜(SEM)观察。

2.2.3。EIS和极化测试

电化学三电极系统中进行了测试,使用石墨电极对电极,饱和铜/硫酸铜(铜/ CuSO₄)电极作为参比电极,碳钢作为工作电极。进行了测试使用PARSTAT 2273电化学测量系统。在EIS,交流电的信号频率范围从10千赫至1 mHz的振幅10 mV被应用到工作电极在腐蚀电位。Potentiodynamic极化测试潜在的扫描速度0.5 mV / s和±0.25 V的范围。

3所示。结果与讨论

3.1。土壤特性

土壤氧化还原电位随时间的变化如图所示1。显然在土壤和没有SRB,尿素的加入使土壤氧化还原电位急剧减少。这是因为脲增加了土壤有机质含量。土壤的氧化还原电位更负SRB,同意发表文献[22]。人们通常认为土壤氧化还原电位越负,越攻击性碳钢遭受[12]。然而,这可能不是在中性或碱性土壤:土壤氧化还原电位越正,更严重的钢铁将受到影响。因此土壤pH值需要测量。土壤水分对土壤氧化还原电位的影响也比较图1。30%的氧化还原电位在土壤水分在土壤水分低于20%。这是因为含水量,土壤中氧气水平越低。

如前所述,pH值是一个重要的参数来衡量土壤腐蚀性。因此,土壤pH值的变化都被记录下来,然后在图绘制2。在土壤pH值远高于土壤脲脲,其中一些尿素分解成二氧化碳(有限公司₂)和氨(NH₃)是有意义的。当北半球₃挥发性,pH值略有下降35天后,如图2。考虑SRB的影响,pH值与SRB有点低的土壤中。这是因为SRB的最终代谢产物是低碳链脂肪酸,形成相对酸环境(24,25]。一些研究表明,细菌的代谢产物可以促进碳钢土壤腐蚀。在土壤水分为30%,与20%相比,土壤pH值降低脲和增加土壤中脲。

因此,尿素的加入降低了土壤氧化还原电位,使土壤pH值高于7,然后理论上减少了土壤腐蚀性和抑制碳钢的腐蚀行为。同时,增加土壤中SRB减少土壤氧化还原电位、土壤pH值低于7 20%,中性的土壤水分30%水分,普遍增加了土壤腐蚀性和加速碳钢的腐蚀。脲的协同效应和SRB对腐蚀行为的碳钢在土壤将会非常有趣,考虑到脲可以SRB的生长资源。

3.2。SRB增长分析

检查脲对SRB生长的影响,不同的土壤中添加水平的硬质合金进行了研究,如图3。如何检测的方法生活SRB的数量已经发表在我们的以前的工作20.,22),它遵循国家标准(26]。在早期的实验中,SRB的数量较低的土壤中尿素含量更多的与更高的硬质合金。随着时间的推移,由于尿素的分解,更高层次的土壤尿素有更多生活SRB,但明显低于最初的数量。这表明,脲促进了SRB的生长但在某些有限的水平。过剩的尿素,SRB增长压缩。土壤水分为30%,SRB的数量降低,然后增加,和SRB的变化是不同的与不同浓度的尿素在土壤。一般来说,低含量脲促进SRB生长,而高浓度的尿素(0.5 wt %)抑制SRB的生长,20%水分的结果一样。

3.3。碳钢的腐蚀电位

碳钢的腐蚀电位波动在最初一段时间,由于不稳定的土壤环境(图4)。10天后,它保持不变。土壤中没有SRB,碳钢的腐蚀电位比这更积极在土壤中含有尿素在土壤脲。硬质合金很容易吸附在钢表面形成一个保护膜6]。然而,当土壤环境不稳定,吸附膜不完整,腐蚀电位更负。土壤环境稳定时,腐蚀电位显著增加土壤中尿素,这表明脲抑制钢铁腐蚀。与此同时,在土壤与SRB腐蚀电位往往是消极与尿素在土壤中,这是之前讨论的原因。适量的脲为SRB的生长提供能量,促进了土壤腐蚀碳钢。因此,尿素对土壤腐蚀的影响转向对SRB生长的影响。但过度脲SRB的数量减少,从而抑制土壤Q235钢的腐蚀。比较在不同的土壤水分腐蚀电位,有微小的变化,除了没有尿素在土壤中。实验小组,腐蚀电位的Q235钢在土壤水分为30%,比这更消极的土壤水分为20%。可能增加水分子减少了腐蚀电位,与尿素在土壤没有发挥作用。

3.4。碳钢的极化曲线

碳钢Q235的极化曲线在不同土壤后1天、40天,65天的数据所示5和6分别和拟合结果列在表中3。在第一天,在土壤没有脲组相比,腐蚀电流我_相关系数大,腐蚀电位E_相关系数土壤中更多的是负面为0.5 wt %脲。这可能是由于不完整的保护膜会导致局部腐蚀钢表面。与SRB土壤,我_相关系数Q235钢是小于土壤中没有SRB,从最初的生物膜SRB在样品表面形成保护它免受腐蚀(20.]。在土壤水分为30%,我_相关系数增加。

随着时间的推移,E_相关系数Q235钢在土壤没有SRB转向积极,和我_相关系数降低了。因为最初氧去极化是领先的阴极反应,随着时间的推移,氧气被消耗,阴极反应是预防。除了阳极极化的斜率变得更大,这表明有钢表面的腐蚀产物,和阳离子的扩散过程变得更加困难。与没有尿素在土壤中,E_相关系数碳钢在土壤脲更为积极我_相关系数要低得多,这表明脲抑制碳钢腐蚀反应。在土壤水分为30%,阴极极化曲线的斜率是更小的,显示了阴极反应被抑制,我_相关系数是降低了。除此之外,E_相关系数转移到更消极,同意发表文献[8]。与SRB土壤,E_相关系数更没有SRB -比土壤。我_相关系数增加后40天除了在土壤水分为30%,包含0.5 wt %脲。我_相关系数增加的死亡SRB和SRB的降解代谢产物。据报道,提高了Q235钢的腐蚀速率在SRB的死亡阶段27]。土壤中含有0.5 wt %脲,出现钝化但很快激活阳极极化的阴谋,这是由于在钢表面形成和断裂的混合产品。阴极曲线变得平坦,表明腐蚀产物的减少是预防。

经过长期的试验(见65天),在没有SRB的土壤,阳极塔费尔斜率显著大于阴极塔费尔斜坡,这表明腐蚀速率是由阳极控制过程(28]。这可能是由于铁的腐蚀产物防止解散。在当前20%的土壤水分率下降,在当前土壤湿度30%的利率而不是略微增加可能是因为腐蚀破裂的产品。目前的速度在土壤中含有0.5 wt %尿素显著小于没有尿素在土壤中。在土壤与SRB,阳极过程钝化由于其表面腐蚀产物。但仍然土壤腐蚀速率大于在没有SRB,表明,SRB及其代谢物提升Q235钢的腐蚀。

3.5。电化学阻抗谱(EIS)分析

EIS的有效途径探讨电化学腐蚀碳钢在土壤表面的属性。然而,土壤环境非常复杂,碳钢的腐蚀产物通常与土壤颗粒紧密地结合起来,使EIS情节难以分析和提出了各种分析方法(29日,30.]。样本,在波德图,高/中频率的阻抗模量反映了所有产品在钢表面的阻力,而在低频率反映了电荷转移电阻与铁溶解反应。数据7和8显示EIS碳钢Q235的伯德图在土壤水分20%和30%后3天,30天,65天,分别。

3天之后,有几个钢表面的腐蚀产物,所以电阻在高/中频在所有实验群体普遍偏低。在土壤水分为20%,阻力位在低频土壤中含有0.5 wt %脲小于没有尿素在土壤中,这是由于同样的原因。尿素是吸附在钢表面形成一个不完整的电影,这促进了电荷转移。与SRB的土壤,在初期脲和SRB都吸附在钢表面形成保护膜,所以电阻在土壤添加尿素低频率大于土壤中脲,依照极化曲线的结果。在土壤水分为30%,土壤中是否有和没有SRB,电荷转移电阻在土壤中含有尿素在土壤不低于脲,表明脲抑制腐蚀反应。此外,阻抗在低频小于土壤水分为20%。

30天后,钢表面有腐蚀产物;因此,阻力位在高/中频率增加。发现一个或两个时间常数的阴谋,这是依赖于样品表面的腐蚀产物的结合,可经SEM和EDS数据,如图11。但是,腐蚀产物结合土壤颗粒很容易折断,这表明在高频电阻不能反映真正的抵抗腐蚀过程。低频率的阻力而不是更准确地显示了腐蚀情况。在土壤水分为20%,低频率的阻力增加土壤中没有SRB和减少土壤中与SRB是依照极化曲线的结果。在土壤水分为30%,低频率的阻力增加由于钢表面的腐蚀产物。土壤中添加尿素的电荷转移电阻大于土壤没有尿素,这表明尿素能显著抑制土壤进一步腐蚀。随着时间的推移,有越来越多的表面腐蚀产物碳钢然后腐蚀产物的扩散变得更加困难。因此,65天后,华宝阻抗在EIS的阴谋,这意味着这个过程是控制浓差极化(31日]。

此外,电等效电路(EEC)模型选择适合的EIS数据碳钢在土壤水分20 wt %,如图9。代表土壤耐电解质,代表所有产品样品表面的阻力。和代表了电荷转移电阻、双电层电容和W代表华宝阻抗。的耐腐蚀性能计算的总和 , ,和扩散阻力 ,检查碳钢在不同土壤的进化。SEM和EDS被吸引到数据显示碳钢在土壤水分的表面形态20 wt %(图11)。从图可以看出10最初类似于所有土壤除了土壤没有但SRB脲。在土壤脲但SRB,与极化高,在协议测试。随着时间的推移,与SRB碳钢在土壤的价值减少,和局部腐蚀overserved在表面(图(11日))。在土壤与SRB, 15天,局部腐蚀发生,而元素年代发现SRB的位置被发现(图11 (b))。65天后,局部腐蚀也检测到样品表面和SRB代谢产品结合观察腐蚀产物和土壤颗粒(数字11 (c)和11 (d))。碳钢在土壤的脲高于没有尿素,表明脲抑制腐蚀反应的铁。65天之后,一层厚厚的腐蚀产物结合钢氧化物观察(图11 (e))。

3.6。平均腐蚀速率

平均腐蚀速率(图12)计算出样品的重量损失。土壤中没有SRB, 0.5 wt %尿素显著抑制土壤腐蚀,在土壤与SRB,尿素的加入也减少了Q235钢的平均腐蚀速率,但原因是不同于以前的情况。除此之外,在土壤与SRB腐蚀速率远远大于没有SRB的土壤,这进一步证明了SRB加速土壤腐蚀。在土壤含水量的影响腐蚀速率也显示。土壤中没有SRB腐蚀速率低的水分含量为30%,随着饱和含水量允许更少溶解氧然后阻止了阴极极化,与腐蚀速率下降。在土壤与SRB腐蚀速率也较小的水分30%因为SRB能够生存,甚至利用分子氧的存在(32]。表面形态的数字所示13和14。检查这种效果,添加不同浓度的尿素在土壤和SRB进行减肥测试中测量腐蚀速率。结果(图15)表明,土壤中没有SRB脲抑制腐蚀和抑制效应随尿素浓度增加而增大。在土壤与SRB, 10%湿度促进腐蚀;尿素浓度的增加而增加的影响(23]。与此同时,在土壤水分为20%,脲促进腐蚀但效果降低脲浓度增加。0.5 wt %的尿素,抑制生物腐蚀碳钢。在土壤水分为30%,抑制腐蚀尿素浓度的增加而增加。因此,尿素可以作为抑制剂影响土壤中常见的腐蚀和生物腐蚀。

4所示。结论

脲降低土壤氧化还原电位,SRB也是如此。一些尿素分解成有限公司₂和NH₃,这增加了pH值。SRB土壤pH值减少由于其代谢产物。但是尿素的影响更大的一部分。在没有SRB的土壤,脲诱导Q235钢的腐蚀电位更积极和抑制其腐蚀。在接种土壤,过多的硬质合金重新训练SRB的生长和抑制生物腐蚀的Q235钢。在不同的含水量,土壤中有更少的氧气与水分为30%,所以在两种土壤腐蚀速率下降,没有SRB。硬质合金可以是一个潜在的土壤腐蚀和生物腐蚀抑制剂。

数据可用性

作者声称,所有可用的基础数据在这个手稿完全没有限制和发表。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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