海洋生物腐蚀课件.ppt

1、 海洋生物腐蚀及防护技术目录一、什么是海洋生物腐蚀二、海洋生物腐蚀防护技术 一、什么是海洋生物腐蚀 海洋生物腐蚀是因生物附着、生长、繁殖、代谢和死亡直接或间接造成的腐蚀被称为海洋生物腐蚀。 简而言之就是生物附着在材料上而引起的生物污损和腐蚀。 1、微观生物腐蚀 2、宏观生物腐蚀 1、微观生物腐蚀 微生物腐蚀可以看作是生物和非生物间电转移过程,如被生物激活的金属氧化还原反应等。生物膜中除微生物细胞外,还包括微生物的胞外聚合物,如蛋白、多糖、脂类和核酸等,成分复杂,且随着生物种群、细胞生理状态和环境因素的不同而各异，造成微生物腐蚀过程研究的困难，至今没有统一的微生物腐蚀机理。 通常如果将生物膜模型

2、化,其可分为材料表面、微生物和基质、营养方式以及气相等4部分进行研究。 微生物代谢过程主要在以下4个方面影响到腐蚀反应： 1)生物膜造成金属表面氧分布不均; 2)生物膜增大金属表面质子转移阻力; 3)微生物新陈代谢产生腐蚀物质,如酸; 4)新陈代谢产生能够引发阴极反应的物质。 微生物根据对氧的需求分为多种类型,如厌氧菌、好氧菌等。腐蚀性的厌氧菌有硫酸盐还原菌(SRB),腐蚀性的好氧菌有铁氧化菌、假单胞菌等。不同类型的微生物对金属的腐蚀方式不同。 厌氧菌 SRB是常见的厌氧腐蚀性微生物,已成为微生物腐蚀研究中常用的模型生物。研究表明SRB对碳钢、不锈钢、低碳钢、铜镍合金等多种金属都造成局部腐蚀。

3、 对碳钢的腐蚀行为：SRB形成生物膜后,由碳钢阳极溶解的电荷转移变成受限的离子扩散过程.腐蚀产物不但含磷,而且有硫化物产生,构成不同的腐蚀产物结构,腐蚀速率升高。SRB氢化酶活性和质子转移过程促进了局部腐蚀加速.生物膜的不均匀性造成局部梯度,放大了腐蚀的活性位。 v好氧菌 假单胞菌是海水中最普遍的好氧微生物,对铜镍合金、不锈钢等金属材料在海水中的腐蚀进程有显著影响。v 海洋假单胞菌对铜镍合金腐蚀的影响,发现在假单胞菌存在时,铜镍合金的腐蚀速率增加。细菌细胞首先附着在合金表面,形成不规则生物膜,生物膜下形成微小蚀坑,细胞及EPS（胞外聚合物）所具有的功能基团减缓了合金钝化膜的形成过程,削弱了其自

4、然保护作用。铁氧化菌(IOB) 因其对铁的氧化作用,直接造成钢铁腐蚀。在IOB对不锈钢的腐蚀中,发现其主要造成局部腐蚀,当有IOB存在时,代谢过程会影响生物膜构成的变化,导致腐蚀过程阴极或阳极反应动力学的改变,同时造成不锈钢保护膜的化学变化,不锈钢表面出现大量蚀坑,且生物代谢产生的氧化铁沉积在不锈钢表面产生缝隙效果,造成缝隙腐蚀。v微生物复合体系对腐蚀的影响 厌氧菌和好氧菌混合,会产生协同效应,使金属腐蚀更加严重。好氧菌在有氧状态下,造成钢铁腐蚀,产生局部腐蚀产物,其下形成缺氧环境,从而促进了厌氧菌迅速生长,两种菌的相互作用会加速金属腐蚀。（拮抗效应）2、宏观生物腐蚀 生物污损是不延续和不均一

5、的附着过程,经初期阶段生物膜形成后,紧接着大型污损生物的抱子或幼虫开始附着和生长,最终形成宏观生物污损群落,包括植物绿藻、红藻和褐藻等,动物藤壶、贻贝、石灰虫、海鞘和苔鲜虫等。在宏观污损生物群落的演替过程中,特别是最初阶段,不但表面覆盖量变化,而且不同种类的生物出现,优势物种随着时间演变.其复杂程度,比微观生物污损更甚。1、大型污损生物降低钢腐蚀速率,增加局部腐蚀的机理:(l)大型污损生物屏蔽氧,降低腐蚀速率,但形成氧浓差电池,产生局部腐蚀。(2)大型污损生物阻隔了SRB生长所需的营养,抑制了SRB的繁殖和活性。 在碳钢腐蚀与大型污损生物及SRB的关系研究发现，硬壳污损生物有石灰质的外壳,且生

6、命周期长,石灰质底座难以分解,隔绝了氧和营养物质的传输,硬壳附着部位碳钢腐蚀较轻;而藻类、软壳生物对氧和营养物质为部分阻挡,且生命周期短,死亡后易腐烂、分解,补充丰富了SRB等腐蚀菌的营养,因此藻类附着部位蚀坑较深。 宏观生物污损可引起铝合金缝隙腐蚀。对铝的长期海水腐蚀研究发现,铝合金经长期全浸暴露,表面有牡蛎、苔鲜虫、石灰虫及海藻等污损生物。发现海生物污损对铝合金腐蚀有明显影响,.较深的蚀点都在牡蛎或石灰虫下面及边缘,主要引起缝隙腐蚀。ab 二、海洋生物腐蚀防护技术 海洋工程设施,包括各种滨海和海上钢结构和钢筋混凝土设施,诸如海洋跨海大桥、港口码头、滨海电厂、海底管线、海上平台、海上船舶等固

7、定和移动设施设备,是事关国计民生和国防安全和建设的重要基础性设施。这些工程设施不仅量大面广,而且投资巨大,通常要求30、50甚至上百年的安全服役运行周期,保护这些设施的长期安全运行具有重大的经济意义和社会意义。海洋生物腐蚀防护技术很多，主要从物理和化学方法介绍。 物理法： 1、气泡屏障法 早期采用气泡屏障法阻止海洋生物附着，这是一种最简单的物理方法，由于该法可靠性不够，因此很少采用。如果将这种方法与化学法相结合，如将含可溶性丁基氧化锡的煤油化学品释放到气泡，形成气泡屏障，防附着效果会大大提高。 2、 涂层法 在基体材料表面涂覆可剥性涂层，当海洋生物附着时，涂层一层一层剥落，阻止生物附着，有机锡

8、自抛光共聚涂层能有效阻碍海洋生物附着，这种涂层低毒环保、高效节能，有效使用寿命长达5年。 另一种不含生物杀灭剂的耐冲蚀有机硅涂层，其有效使用寿命也能长达5年，含生物杀灭剂的SPCs更有竞争力。 3、 超声波和射线法 采用20-200 kHZ频率的超声波可驱赶海洋生物，防止生物附着，但这种方法效果差，而且费用昂贵，成本高。利用锝-99同位素产生射线防止海洋生物附着相当有效，有应用前景，持续有效期超过2年，但这种方法对健康和环保有潜在威胁。4、 其他物理方法 此外，利用温度、磁场、电场、电流、水力、液膜层、强力水波等物理方法防止海洋生物附着，尚处于试验阶段。 化学法： 与物理法相比，化学法有效可靠

9、，但容易破坏环境，杀灭生物，且有害物的富集会危害人类的健康。船体油漆层的使用寿命是与其厚度相关的，杀灭剂的储量一般不会超过5一10年。对于尺寸较大的海洋生物附着来说，涂层保护相当有效，但当涂层剥落或受损则效果下降。1、 毒品渗出法 化学法工业防护所利用的化学品包括:有毒金属氧化物如铜、锌、铅等金属氧化物;有机毒物如有机锡,有机铅、有机砷等;氯气;臭氧。这类化学品能将附着海洋生物杀灭，但影响生态环境。2、 生物法 化学法自然防护所利用的是无毒化学品，其防附着机理是排斥附着生物、脱附附着生物、防附着生物迁移。如从纯天然物中提取的生物排斥剂,四甲基乙基二胺有效期可超过一个半月。 防生物粘附用低粘有机

10、硅高分子涂层，不含生物杀灭剂，严格说来不会阻碍生物附着，但很容易将附着在该涂层上的生物清除。关于化学法自然防护的研究很少，才刚刚起步。3、 电化学法 采用电化学法，船体作阴极，可在镀铂阳极得到氯气，氯气水分解生成次氯酸，能高效地防止海洋生物附着，有效性可长达10-15年。对于电厂冷却水系统防污电解装置来说，不利因素是安装复杂，耗电、成本高，氯气腐蚀，还要定期清除阴极管路上沉积的Mg(OH)2。铜件作为阳极生成的铜离子也可有效防止生物附着。船舶重工集团公司七二五所开发的铜铁和铜铝复合阳极，减小了安装空间和阻水体积，有效、环保、节能、稳定，解决了电厂生物污染问题。 由于环境复杂性和生物多样性，海洋

11、生物腐蚀一直是人们关注但尚未完全解决的问题，虽然某些防护方法取得了一些进步，但存在一些未解决的问题，如有效期短、毒物破坏海洋环境、成本高等。随着海洋开发利用的步伐加快，海洋生物腐蚀问题的解决具有紧迫性。海洋生物附着机理模型还只能定性描述，有待进一步深入研究。多种方法结合往往比单一方法更为有效，环保型低毒长效防腐蚀方法具有广泛的应用前景。参考文献：1郑纪勇海洋生物污损与材料腐蚀J中国腐蚀与防护学 报，201030(2).2刘继华，钱士强.海洋生物附着及其防护技术J.腐蚀与防 护,201031(1).3段继周，侯保荣.海洋工程设施腐蚀污损与防护技术进展J.公路交通科技.2010.27(9).4马士信.海洋细菌对钢铁的腐蚀与保护J.材料保护.2005.