Effekt av Pseudomonas aeruginosa marin biofilm på mikrobiell korrosion av 2707 Super Duplex Rostfritt stål

Tack för att du besöker Nature.com.Du använder en webbläsarversion med begränsat CSS-stöd.För bästa upplevelse rekommenderar vi att du använder en uppdaterad webbläsare (eller inaktiverar kompatibilitetsläge i Internet Explorer).Dessutom, för att säkerställa löpande support, visar vi webbplatsen utan stilar och JavaScript.
Visar en karusell med tre bilder samtidigt.Använd knapparna Föregående och Nästa för att gå igenom tre bilder åt gången, eller använd skjutknapparna i slutet för att gå igenom tre bilder åt gången.
Mikrobiell korrosion (MIC) är ett stort problem i många industrier eftersom det kan leda till enorma ekonomiska förluster.Super duplex rostfritt stål 2707 (2707 HDSS) används i marina miljöer på grund av dess utmärkta kemikaliebeständighet.Emellertid har dess resistens mot MIC inte påvisats experimentellt.Denna studie undersökte beteendet hos MIC 2707 HDSS orsakat av den marina aeroba bakterien Pseudomonas aeruginosa.Elektrokemisk analys visade att i närvaro av Pseudomonas aeruginosa-biofilmen i 2216E-mediet förändrades korrosionspotentialen positivt och korrosionsströmtätheten ökade.Resultaten av röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) analys visade en minskning av Cr-innehållet på provytan under biofilmen.Analys av gropbilderna visade att Pseudomonas aeruginosa biofilmer producerade ett maximalt gropdjup på 0,69 µm efter 14 dagars odling.Även om detta är litet, tyder det på att 2707 HDSS inte är helt immuna mot effekterna av P. aeruginosa biofilmer på MIC.
Duplext rostfritt stål (DSS) används ofta i olika industrier på grund av den perfekta kombinationen av utmärkta mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet1,2.Lokala gropfrätningar kan dock fortfarande förekomma, vilket kan påverka integriteten hos detta stål 3, 4 .DSS är inte skyddat mot mikrobiell korrosion (MIC)5,6.Även om användningsområdet för DSS är mycket brett, finns det fortfarande miljöer där korrosionsbeständigheten hos DSS inte är tillräcklig för långvarig användning.Detta innebär att det krävs dyrare material med högre korrosionsbeständighet.Jeon et al.7 fann att även superduplex rostfritt stål (SDSS) har vissa begränsningar när det gäller korrosionsbeständighet.Därför finns det ett behov av superduplexa rostfria stål (HDSS) med högre korrosionsbeständighet i vissa applikationer.Detta ledde till utvecklingen av höglegerade HDSS.
Korrosionsbeständigheten hos DSS bestäms av förhållandet mellan α-fas och γ-fas och områden utarmade i Cr, Mo och W intill sekundärfaserna8,9,10.HDSS innehåller en hög halt av Cr, Mo och N11, vilket ger den utmärkt korrosionsbeständighet och ett högt värde (45-50) ekvivalent gropfrätningsmotståndsvärde (PREN), vilket definieras av vikt-% Cr + 3,3 (vikt-% Mo) + 0, 5 viktprocent W) + 16 viktprocent.N12.Dess utmärkta korrosionsbeständighet beror på en balanserad sammansättning som innehåller cirka 50 % ferritiska (α) och 50 % austenitiska (γ) faser.HDSS har förbättrade mekaniska egenskaper och högre klorbeständighet jämfört med konventionell DSS13.Egenskaper för kemisk korrosion.Förbättrad korrosionsbeständighet utökar användningen av HDSS i mer aggressiva kloridmiljöer såsom marina miljöer.
MIC är ett betydande problem i många industrier, inklusive olja och gas och vattenförsörjning14.MIC står för 20 % av alla korrosionsskador15.MIC är en bioelektrokemisk korrosion som kan observeras i många miljöer16.Bildandet av biofilmer på metallytor förändrar de elektrokemiska förhållandena och påverkar därmed korrosionsprocessen.Det är allmänt accepterat att MIC-korrosion orsakas av biofilmer14.Elektrogena mikroorganismer äter bort metaller för att få energi för överlevnad17.Nyligen genomförda MIC-studier har visat att EET (extracellulär elektronöverföring) är den begränsande faktorn för MIC inducerad av elektrogena mikroorganismer.Zhang et al.18 visade att elektronmediatorer accelererar elektronöverföring mellan Desulfovibrio vulgaris sessila celler och 304 rostfritt stål, vilket resulterar i allvarligare MIC-attack.Anning et al.19 och Wenzlaff et al.20 har visat att biofilmer av frätande sulfatreducerande bakterier (SRB) kan absorbera elektroner direkt från metallsubstrat, vilket resulterar i allvarliga gropfrätningar.
DSS är känt för att vara känsligt för MIC i media som innehåller SRB, järnreducerande bakterier (IRB), etc. 21 .Dessa bakterier orsakar lokal gropbildning på ytan av DSS under biofilmen22,23.Till skillnad från DSS är lite känt om MIC HDSS24.
Pseudomonas aeruginosa är en gramnegativ, rörlig, stavformad bakterie som är allmänt spridd i naturen25.Pseudomonas aeruginosa är också den huvudsakliga mikrobiotan som är ansvarig för MIC för stål i den marina miljön26.Pseudomonas-arter är direkt involverade i korrosionsprocesser och är erkända som de första kolonisatorerna under biofilmbildning27.Mahat et al.28 och Yuan et al.29 visade att Pseudomonas aeruginosa tenderar att öka korrosionshastigheten för mjukt stål och legeringar i vattenmiljöer.
Huvudmålet med detta arbete är att studera MIC-egenskaperna hos 2707 HDSS orsakad av den marina aeroba bakterien Pseudomonas aeruginosa med hjälp av elektrokemiska metoder, ytanalysmetoder och korrosionsproduktanalys.Elektrokemiska studier inklusive öppen kretspotential (OCP), linjär polarisationsresistans (LPR), elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) och dynamisk potentialpolarisering utfördes för att studera beteendet hos MIC 2707 HDSS.Energidispersiv spektroskopi (EDS) analys utförs för att detektera kemiska element på korroderade ytor.Dessutom bestämdes stabiliteten för passivering av oxidfilm under påverkan av en marin miljö innehållande Pseudomonas aeruginosa med röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS).Groparnas djup mättes under ett konfokalt laserskanningsmikroskop (CLSM).
Tabell 1 visar den kemiska sammansättningen av 2707 HDSS.Tabell 2 visar att 2707 HDSS har utmärkta mekaniska egenskaper med en sträckgräns på 650 MPa.På fig.1 visar den optiska mikrostrukturen av lösningsvärmebehandlad 2707 HDSS.Förlängda band av austenitiska och ferritiska faser utan sekundära faser kan ses i en mikrostruktur innehållande cirka 50 % austenitiska och 50 % ferritiska faser.
På fig.2a visar potentialen för öppen krets (Eocp) kontra exponeringstid för 2707 HDSS i 2216E abiotiskt medium och Pseudomonas aeruginosa-buljong under 14 dagar vid 37°C.Det visade sig att de mest uttalade förändringarna i Eocp inträffade under de första 24 timmarna.Eocp-värden nådde i båda fallen en topp på cirka -145 mV (mot SCE) vid cirka 16 timmar och sjönk sedan kraftigt till -477 mV (mot SCE) och -236 mV (mot SCE) för icke-biologiska prover och P för relativa SCE) patinablad, respektive.Efter 24 timmar förblev Eocp-värdet för Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS relativt stabilt vid -228 mV (jämfört med SCE), medan motsvarande värde för det icke-biologiska provet var ungefär -442 mV (jämfört med SCE).Eocp i närvaro av Pseudomonas aeruginosa var ganska lågt.
Elektrokemisk testning av 2707 HDSS-prover i abiotiska medier och Pseudomonas aeruginosa-buljong vid 37°C:
(a) Förändring av Eocp med exponeringstid, (b) polarisationskurva vid dag 14, (c) förändring i Rp med exponeringstid, (d) förändring i korr med exponeringstid.
Tabell 3 visar de elektrokemiska korrosionsparametrarna för 2707 HDSS-prover exponerade för abiotiska och P. aeruginosa-ympade media under en period av 14 dagar.Tangentiell extrapolering av de anodiska och katodiska kurvorna till skärningspunkten möjliggjorde bestämning av korrosionsströmtäthet (icorr), korrosionspotential (Ecorr) och Tafel-lutning (βα och βc) enligt standardmetoder30,31.
Som visas i figur 2b resulterade den uppåtgående förskjutningen av P. aeruginosa-kurvan i en ökning av Ecorr jämfört med den abiotiska kurvan.Icorr-värdet för provet innehållande Pseudomonas aeruginosa, proportionellt mot korrosionshastigheten, ökade till 0,328 µA cm-2, vilket är fyra gånger större än det för det icke-biologiska provet (0,087 µA cm-2).
LPR är en klassisk elektrokemisk metod för oförstörande expressanalys av korrosion.Den har också använts för att studera MIC32.På fig.2c visar förändringen i polarisationsresistansen (Rp) beroende på exponeringstiden.Ett högre Rp-värde betyder mindre korrosion.Inom de första 24 timmarna nådde Rp 2707 HDSS en topp på 1955 kΩ cm2 för icke-biologiska prover och 1429 kΩ cm2 för Pseudomonas aeruginosa-prover.Figur 2c visar också att Rp-värdet minskade snabbt efter en dag och sedan förblev relativt oförändrat under de följande 13 dagarna.Rp-värdet för Pseudomonas aeruginosa-testexemplaret är cirka 40 kΩ cm2, vilket är mycket lägre än 450 kΩ cm2-värdet för det icke-biologiska testexemplaret.
Värdet på icorr är proportionellt mot den enhetliga korrosionshastigheten.Dess värde kan beräknas från följande Stern-Giri-ekvation:
Enligt Zoe et al.33 Tafel-lutningen B togs som ett typiskt värde på 26 mV/dec i detta arbete.På fig.2d visar att icorr för den abiotiska stammen 2707 förblev relativt stabil, medan icorr för Pseudomonas aeruginosa-bandet fluktuerade kraftigt med ett stort hopp efter de första 24 timmarna.Icorr-värdet för Pseudomonas aeruginosa-testprovet var en storleksordning högre än för den icke-biologiska kontrollen.Denna trend överensstämmer med resultaten av polarisationsmotstånd.
EIS är en annan oförstörande metod som används för att karakterisera elektrokemiska reaktioner vid ett korrosionsgränssnitt34.Impedansspektra och kapacitansberäkningar av remsor exponerade för abiotiska medier och lösningar av Pseudomonas aeruginosa, Rb är motståndet för den passiva/biofilm som bildas på ytan av remsan, Rct är laddningsöverföringsresistansen, Cdl är det elektriska dubbelskiktet.) och QCPE konstantfaselement (CPE) parametrar.Dessa parametrar analyserades ytterligare genom att jämföra data med en ekvivalent elektrisk krets (EEC) modell.
På fig.3 visar typiska Nyquist-diagram (a och b) och Bode-diagram (a' och b') av 2707 HDSS-prover i abiotiska medier och Pseudomonas aeruginosa-buljong vid olika inkubationstider.I närvaro av Pseudomonas aeruginosa minskar diametern på Nyquist-slingan.Bode-diagrammet (fig. 3b') visar ökningen i total impedans.Information om relaxationstidskonstanten kan erhållas från fasmaxima.På fig.Figur 4 visar de fysiska strukturerna och motsvarande EEC baserat på ett enkelskikt (a) och tvåskikt (b).CPE införs i EEC-modellen.Dess admittans och impedans uttrycks enligt följande:
Två fysiska modeller och motsvarande ekvivalenta kretsar för montering av 2707 HDSS kupongimpedansspektrum:
Där Y0 är storleken på CPE, j är det imaginära talet eller (−1)1/2, ω är vinkelfrekvensen och n är CPE-effektfaktorn mindre än ett35.Laddningsöverföringsresistansinversionen (dvs. 1/Rct) motsvarar korrosionshastigheten.Ett lägre Rct-värde innebär en högre korrosionshastighet27.Efter 14 dagars inkubation nådde Rct för testprovet av Pseudomonas aeruginosa 32 kΩ cm2, vilket är mycket mindre än 489 kΩ cm2 för det icke-biologiska testprovet (tabell 4).
CLSM-bilder och SEM-bilder i fig.5 visar tydligt att biofilmtäckningen på ytan av HDSS-prov 2707 var mycket tät efter 7 dagar.Men efter 14 dagar blev biofilmbeläggningen gles och några döda celler dök upp.Tabell 5 visar biofilmtjockleken för 2707 HDSS-prover efter 7 och 14 dagars exponering för Pseudomonas aeruginosa.Den maximala biofilmtjockleken ändrades från 23,4 µm efter 7 dagar till 18,9 µm efter 14 dagar.Den genomsnittliga biofilmtjockleken bekräftade också denna trend.Den minskade från 22,2 ± 0,7 μm efter 7 dagar till 17,8 ± 1,0 μm efter 14 dagar.
(a) 3D CLSM-bild efter 7 dagar, (b) 3D CLSM-bild efter 14 dagar, (c) SEM-bild efter 7 dagar och (d) SEM-bild efter 14 dagar.
EMF avslöjade kemiska element i biofilm och korrosionsprodukter på prover exponerade för Pseudomonas aeruginosa i 14 dagar.På fig.Figur 6 visar att innehållet av C, N, O, P i biofilmen och korrosionsprodukterna är mycket högre än i ren metall, eftersom dessa grundämnen är associerade med biofilmen och dess metaboliter.Mikroorganismer kräver endast spårmängder av Cr och Fe.Den höga halten av Cr och Fe i biofilmen och korrosionsprodukterna på provets yta indikerar förlust av element i metallmatrisen till följd av korrosion.
Efter 14 dagar observerades gropar med och utan P. aeruginosa i medium 2216E.Före inkubation var ytan på proverna slät och utan defekter (fig. 7a).Efter inkubation och avlägsnande av biofilm och korrosionsprodukter undersöktes de djupaste groparna på ytan av provet med CLSM, som visas i Fig. 7b och c.Ingen tydlig gropbildning hittades på ytan av den icke-biologiska kontrollen (maximalt gropdjup 0,02 µm).Det maximala gropdjupet orsakat av Pseudomonas aeruginosa var 0,52 µm efter 7 dagar och 0,69 µm efter 14 dagar, baserat på det genomsnittliga maximala gropdjupet från 3 prover (10 maximala gropdjup valdes för varje prov) och nådde 0,42 ± 0,12 µm .respektive 0,52 ± 0,15 µm (tabell 5).Dessa fördjupningsdjupvärden är små men viktiga.
a) före exponering.(b) 14 dagar i en abiotisk miljö.(c) 14 dagar i P. aeruginosa-buljong.
På fig.Tabell 8 visar XPS-spektra för olika provytor, och kemin som analyserats för varje yta sammanfattas i Tabell 6. I Tabell 6 var atomprocenthalterna Fe och Cr mycket lägre i närvaro av P. aeruginosa (prov A och B) ) än i de icke-biologiska kontrollremsorna.(prov C och D).För ett prov av Pseudomonas aeruginosa anpassades Cr 2p-kärnnivåspektralkurvan till fyra toppkomponenter med bindningsenergier (BE) på 574,4, 576,6, 578,3 och 586,8 eV, som tilldelades Cr, Cr2O3, CrO3 och Cr(OH) 3 (fig. 9a respektive b).För icke-biologiska prover, spektra för kärnnivån Cr2p i Fig.9c och d innehåller de två huvudtopparna av Cr (BE 573,80 eV) respektive Cr2O3 (BE 575,90 eV).Den mest slående skillnaden mellan den abiotiska kupongen och P. aeruginosa-kupongen var närvaron av Cr6+ och en relativt hög fraktion av Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) under biofilmen.
Bred yta XPS-spektra av 2707 HDSS-prover i två media under 7 respektive 14 dagar.
(a) 7 dagars P. aeruginosa exponering, (b) 14 dagars P. aeruginosa exponering, (c) 7 dagars abiotisk exponering, (d) 14 dagars abiotisk exponering.
HDSS uppvisar en hög nivå av korrosionsbeständighet i de flesta miljöer.Kim et al.2 rapporterade att HDSS UNS S32707 identifierades som en högdopad DSS med PREN högre än 45. PREN-värdet för HDSS-prov 2707 i detta arbete var 49. Detta beror på det höga Cr-innehållet och höga nivåer av Mo och Ni, som är användbara i sura miljöer och miljöer med hög halt av klorider.Dessutom ger den välbalanserade sammansättningen och defektfria mikrostrukturen strukturell stabilitet och korrosionsbeständighet.Trots utmärkt kemisk resistens visar experimentella data i detta arbete att 2707 HDSS inte är helt immun mot Pseudomonas aeruginosa biofilm MIC.
Elektrokemiska resultat visade att korrosionshastigheten för 2707 HDSS i Pseudomonas aeruginosa-buljong ökade signifikant efter 14 dagar jämfört med den icke-biologiska miljön.I figur 2a observerades en minskning av Eocp både i det abiotiska mediet och i P. aeruginosa-buljong under de första 24 timmarna.Därefter täcker biofilmen ytan av provet och Eocp blir relativt stabilt.Den biotiska Eocp-nivån var dock mycket högre än den abiotiska Eocp-nivån.Det finns skäl att tro att denna skillnad är förknippad med bildandet av P. aeruginosa-biofilmer.På fig.2g nådde icorr-värdet för 2707 HDSS 0,627 µA cm-2 i närvaro av Pseudomonas aeruginosa, vilket är en storleksordning högre än den för den icke-biologiska kontrollen (0,063 µA cm-2), vilket är förenligt med Rct. värde mätt med MKB.Under de första dagarna ökade impedansvärdena i P. aeruginosa-buljongen på grund av fästningen av P. aeruginosa-celler och biofilmbildning.Emellertid minskar impedansen när biofilmen helt täcker provytan.Skyddsskiktet angrips främst på grund av bildandet av biofilm och biofilmmetaboliter.Därför minskar korrosionsbeständigheten med tiden, och avlagringar av Pseudomonas aeruginosa orsakar lokal korrosion.Trenderna i abiotiska miljöer är olika.Korrosionsbeständigheten för den icke-biologiska kontrollen var mycket högre än motsvarande värde för proverna exponerade för Pseudomonas aeruginosa-buljong.Dessutom, för abiotiska prover, nådde Rct 2707 HDSS-värdet 489 kΩ cm2 på dag 14, vilket är 15 gånger högre än i närvaro av Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Således har 2707 HDSS utmärkt korrosionsbeständighet i en steril miljö, men är inte skyddad från MIC-angrepp av Pseudomonas aeruginosa biofilm.
Dessa resultat kan också observeras från polarisationskurvorna i Fig.2b.Anodförgrening är associerad med Pseudomonas aeruginosa biofilmbildning och metalloxidationsreaktioner.Samtidigt är den katodiska reaktionen reduktionen av syre.Närvaron av P. aeruginosa ökade signifikant korrosionsströmtätheten, som var ungefär en storleksordning högre än i den abiotiska kontrollen.Detta indikerade att Pseudomonas aeruginosa-biofilmen förstärkte den lokaliserade korrosionen av 2707 HDSS.Yuan et al.29 fann att korrosionsströmtätheten för en 70/30 Cu-Ni-legering ökades av Pseudomonas aeruginosa biofilm.Detta kan bero på biokatalys av syrereduktion av Pseudomonas aeruginosa biofilm.Denna observation kan också förklara MIC 2707 HDSS i detta arbete.Aeroba biofilmer kan också minska syrehalten under dem.Således kan vägran att återpassivera metallytan med syre vara en faktor som bidrar till MIC i detta arbete.
Dickinson et al.38 föreslog att hastigheten för kemiska och elektrokemiska reaktioner direkt beror på den metaboliska aktiviteten hos bakterier fästa vid provytan och på arten av korrosionsprodukterna.Som visas i figur 5 och tabell 5 minskade antalet celler och biofilmtjockleken efter 14 dagar.Detta kan rimligen förklaras av det faktum att efter 14 dagar dog de flesta av de förankrade cellerna på 2707 HDSS-ytan på grund av näringsutarmning i 2216E-mediet eller frisättning av giftiga metalljoner från 2707 HDSS-matrisen.Detta är en begränsning av batch-experiment.
I detta arbete främjade en Pseudomonas aeruginosa biofilm lokal utarmning av Cr och Fe under biofilmen på ytan av 2707 HDSS (Fig. 6).I tabell 6 minskade Fe och Cr i prov D jämfört med prov C, vilket indikerar att Fe och Cr-upplösning orsakad av P. aeruginosa-biofilmen bibehölls efter de första 7 dagarna.2216E-miljön används för att simulera den marina miljön.Den innehåller 17700 ppm Cl-, vilket är jämförbart med innehållet i naturligt havsvatten.Närvaron av 17700 ppm Cl- var huvudorsaken till minskningen av Cr i 7-dagars och 14-dagars icke-biologiska prover analyserade med XPS.Jämfört med testprovet av Pseudomonas aeruginosa är upplösningen av Cr i det abiotiska testprovet mycket mindre på grund av den starka resistensen hos 2707 HDSS mot klor i den abiotiska miljön.På fig.9 visar närvaron av Cr6+ i den passiverande filmen.Detta kan vara relaterat till avlägsnandet av Cr från stålytor med P. aeruginosa biofilmer, som föreslagits av Chen och Clayton39.
På grund av bakterietillväxt var pH-värdena för mediet före och efter inkubation 7,4 respektive 8,2.Korrosion av organiska syror är således osannolikt att bidra till detta arbete under P. aeruginosa biofilmer på grund av det relativt höga pH-värdet i bulkmediet.Det icke-biologiska kontrollmediets pH förändrades inte signifikant (från initialt 7,4 till slutligt 7,5) under testperioden på 14 dagar.Ökningen av pH i ympmediet efter inkubation var associerad med den metaboliska aktiviteten av Pseudomonas aeruginosa, och samma effekt på pH hittades i frånvaro av testremsan.
Såsom visas i fig.7 var det maximala gropdjupet orsakat av Pseudomonas aeruginosa-biofilmen 0,69 µm, vilket är betydligt större än i det abiotiska mediet (0,02 µm).Detta överensstämmer med ovanstående elektrokemiska data.Under samma förhållanden är gropdjupet på 0,69 µm mer än tio gånger mindre än värdet på 9,5 µm som specificerats för 2205 DSS40.Dessa data visar att 2707 HDSS uppvisar bättre motstånd mot MIC än 2205 DSS.Detta är inte förvånande eftersom 2707 HDSS har en högre Cr-nivå, vilket tillåter längre passivering, gör Pseudomonas aeruginosa svårare att depassivera och startar processen utan skadlig sekundär utfällning Pitting41.
Sammanfattningsvis hittades MIC-gropar på 2707 HDSS-ytor i Pseudomonas aeruginosa-buljong, medan gropfrätning var försumbar i abiotiska medier.Detta arbete visar att 2707 HDSS har bättre resistens mot MIC än 2205 DSS, men den är inte helt immun mot MIC på grund av Pseudomonas aeruginosa biofilm.Dessa resultat hjälper till vid valet av lämpliga rostfria stål och förväntad livslängd för den marina miljön.
De 2707 HDSS-proverna tillhandahölls av School of Metallurgy, Northeastern University (NEU), Shenyang, Kina.Elementarsammansättningen av 2707 HDSS visas i tabell 1, som analyserades av materialanalys- och testavdelningen vid Northeastern University.Alla prover behandlades för fast lösning vid 1180°C under 1 timme.Före korrosionstestning polerades 2707 HDSS myntstål med en exponerad yta på 1 cm2 till 2000 grit med kiselkarbidsandpapper och polerades sedan ytterligare med en 0,05 µm Al2O3 pulverslurry.Sidorna och botten är skyddade med inert färg.Efter torkning tvättades proverna med sterilt avjoniserat vatten och steriliserades med 75% (v/v) etanol under 0,5 timmar.De lufttorkades sedan under ultraviolett (UV) ljus i 0,5 timmar före användning.
Marin stam Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 köptes från Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), Kina.Marine 2216E flytande medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kina) användes för att odla Pseudomonas aeruginosa i 250 ml kolvar och 500 ml elektrokemiska glasceller under aeroba förhållanden vid 37°C.Medium innehåller (g/l): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2S04, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2C03, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr02, 0300402, 0303002, 0,08 SrBr02, 0303002, 03004002 08, 0,008 Na4F0H20PO.1,0 jästextrakt och 0,1 järncitrat.Autoklavera vid 121 °C i 20 minuter före ympning.Sessila och planktoniska celler räknades under ett ljusmikroskop med användning av en hemocytometer vid 400x förstoring.Den initiala koncentrationen av planktoniska P. aeruginosa-celler omedelbart efter inokulering var cirka 106 celler/ml.
Elektrokemiska tester utfördes i en klassisk glascell med tre elektroder med en medelvolym på 500 ml.Ett platinaark och en mättad kalomelelektrod (SCE) kopplades till reaktorn genom en Luggin-kapillär fylld med en saltbrygga och fungerade som mot- respektive referenselektroder.För att skapa arbetselektroden fästes gummibelagd koppartråd till varje prov och belades med epoxi, vilket lämnade cirka 1 cm2 ytarea på ena sidan för arbetselektroden.Under elektrokemiska mätningar placerades proverna i 2216E-mediet och hölls vid en konstant inkubationstemperatur (37°C) i ett vattenbad.OCP, LPR, EIS och potentiell dynamisk polarisationsdata mättes med en Autolab-potentiostat (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).LPR-tester registrerades med en skanningshastighet på 0,125 mV s-1 i -5 och 5 mV-intervallet och Eocp med en samplingshastighet på 1 Hz.EIS utfördes vid steady state Eocp med användning av en applicerad spänning på 5 mV med en sinusform över ett frekvensområde på 0,01 till 10 000 Hz.Innan potentialsvepet var elektroderna i öppen krets tills en stabil fri korrosionspotential på 42 nåddes.Med.Varje test upprepades tre gånger med och utan Pseudomonas aeruginosa.
Prover för metallografisk analys polerades mekaniskt med 2000 grit vått SiC-papper och polerades sedan med en 0,05 µm Al2O3-pulveruppslamning för optisk observation.Metallografisk analys utfördes med användning av ett optiskt mikroskop.Provet etsades med 10 viktprocent kaliumhydroxidlösning43.
Efter inkubation, tvätta 3 gånger med fosfatbuffrad saltlösning (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) och fixera sedan med 2,5 % (v/v) glutaraldehyd i 10 timmar för att fixera biofilmen.Efterföljande dehydrering med etanol i en stegvis serie (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% och 100% i volym) före lufttorkning.Slutligen sputterades en guldfilm på ytan av provet för att ge ledningsförmåga för SEM44-observation.SEM-bilderna är fokuserade på platsen med de mest etablerade P. aeruginosa-cellerna på ytan av varje prov.EMF-analys utfördes för att detektera kemiska grundämnen.För att mäta djupet av gropen användes ett Zeiss konfokalt laserskanningsmikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Tyskland).För att observera korrosionsgropar under biofilmen, rengjordes testprovet först enligt den kinesiska nationella standarden (CNS) GB/T4334.4-2000 för att avlägsna korrosionsprodukter och biofilm från testprovets yta.
Röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, USA) analys med användning av en monokromatisk röntgenkälla (Al Kα-linje med en energi på 1500 eV och en effekt på 150 W) i ett brett spektrum av bindningsenergier 0 under standardvillkoren på –1350 eV.Spela in högupplösta spektra med 50 eV passenergi och 0,2 eV stegstorlek.
Ta bort det inkuberade provet och tvätta det försiktigt med PBS (pH 7,4 ± 0,2) i 15 s45.För att observera den bakteriella livsdugligheten för biofilmen på provet färgades biofilmen med LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Satsen innehåller två fluorescerande färgämnen: SYTO-9 grönt fluorescerande färgämne och propidiumjodid (PI) rött fluorescerande färgämne.I CLSM representerar fluorescerande gröna och röda prickar levande respektive döda celler.För färgning, inkubera 1 ml av en blandning innehållande 3 µl SYTO-9 och 3 µl PI-lösning vid rumstemperatur (23°C) i mörker i 20 minuter.Därefter observerades de färgade proverna vid två våglängder (488 nm för levande celler och 559 nm för döda celler) med användning av en Nikon CLSM-apparat (C2 Plus, Nikon, Japan).Mät biofilmtjockleken i 3D-skanningsläge.
Hur man citerar den här artikeln: Li, H. et al.Effekt av Pseudomonas aeruginosa marin biofilm på mikrobiell korrosion av 2707 super duplex rostfritt stål.vetenskap.Hus 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Sprickbildning av spänningskorrosion av LDX 2101 duplext rostfritt stål i kloridlösningar i närvaro av tiosulfat.korrosion.vetenskapen.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS och Park, YS Effekt av lösningsvärmebehandling och kväve i skyddsgas på gropkorrosionsbeständigheten hos svetsar i superduplex rostfritt stål.korrosion.vetenskapen.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. och Lewandowski, Z. En kemisk jämförande studie av mikrobiell och elektrokemisk gropbildning i 316L rostfritt stål.korrosion.vetenskapen.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG och Xiao K. Elektrokemiskt beteende av 2205 duplext rostfritt stål i alkaliska lösningar vid olika pH-värden i närvaro av klorid.elektrokemi.Tidning.64, 211–220 (2012).