1.目的及意义

1.1背景

地球上广阔的海洋为我们提供了大量的生物、化学和能源资源。随着经济的迅速发展，与海洋紧密相关的各种设施，如船舶、海洋平台、跨海大桥等都在日益增多，而由于海洋特殊的环境因素，对这些设施造成极为严重的腐蚀。据有关统计，各国一年的腐蚀损失约占当年GDP的3%～5%，远远大于自然灾害及各类事故损失之和。据中国工程院重大咨询项目“国内腐蚀状况及控制战略研究”发布的信息，2014年全国腐蚀总成本超过2.1万亿元，约占当年GDP的3.34%，相当于每个中国人一年承担1555元的腐蚀成本^[1]。而这其中微生物腐蚀又是不可忽视的重要组成部分，其对海洋平台、海底管道和船舶等的破坏，造成重大的安全隐患和经济损失。

微生物腐蚀是指因微生物的自身生命活动直接加速金属材料腐蚀或者通过其代谢产物间接地加速金属材料腐蚀的现象^[2]。一般来说，这个过程大体可分为以下几个方面：（1）改变化学物质传送到金属表面的运输方式，影响金属溶液界面的腐蚀反应过程；（2）微生物的新陈代谢产物附着在材料表面促进或者抑制腐蚀；（3）改变了材料周围的环境因素如溶解氧浓度、pH、盐度等从而在材料表面形成浓差腐蚀电池，从而加速腐蚀的发生^[3][4]。

微生物作为一种肉眼不可见的物种，是无处不在的。由于海洋环境中丰富的营养成分，海洋微生物种类繁多，数量庞大，它们能在短时间内在材料表面形成生物膜，从而影响腐蚀过程。微生物腐蚀涉及多个工业部门，几乎能作用于所有的现有材料，严重影响它们的结构及性能，导致金属发生局部腐蚀，如点蚀、缝隙腐蚀、镀层下腐蚀、沉积物腐蚀和脱合金腐蚀等，造成巨大的经济损失^[5]。因此，为减少腐蚀造成的损失，对微生物腐蚀的研究刻不容缓。本文通过配制培养基培养硫酸盐还原菌、铁细菌，研究生长特性，可以了解硫酸盐还原菌、铁细菌最适的生长条件，研究其对船用碳钢的腐蚀性影响，探讨影响规律和腐蚀机理，为更好的控制微生物引起的碳钢腐蚀提供依据。

1.2国内外研究现状

1.2.1微生物腐蚀概述

从20世纪初开始，就有学者对海洋微生物腐蚀进行研究。荷兰学者Von Wlzoge Kühr自1922年开始做了大量关于硫酸盐还原菌（SRB）的研究工作，并于1934年提出了著名的阴极去极化理论^[6]，自此，科技界才开始关注微生物作用下的腐蚀，但直到20世纪60年代才有更为详细的研究。最初，人们用阴极去极化理论解释SRB引起的铁的厌氧腐蚀，Booth 等人通过对硫酸盐还原菌存在下低碳钢的阴极腐蚀特征研究证明硫化氢和氢化酶都可以作为阴极去极化剂，使金属腐蚀加速，将其理论进一步完善^[7]。在此期间，电化学技术和微生物实验方法也被用来研究微生物腐蚀，虽然实验结果证实了SRB的阴极活动，但是由于腐蚀速率是在实验室测得，比实际环境中的要低得很多^[8]。随着工业发展，微生物腐蚀得到越来越多的关注，微生物技术、电化学和材料科学的发展也使得微生物腐蚀这个跨学科的研究领域变得不再高深莫测^[9]。由英国和美国等石油机构、金属协会等发起的关于微生物腐蚀的专门会议也相继召开。此外，为了更好地了解材料和微生物界面复杂过程，几个专门研究微生物腐蚀机理的课题组也在应运而生。

21世纪初，几项表面分析技术开始用来分析生物或非生物硫化物膜影响的腐蚀行为。分析技术、生物技术、电化学技术以及表面分析技术和工具都有了很大的提高，这也使得在实验室和工业领域上微生物腐蚀研究有了新的手段，大大加深了人们对于微生物腐蚀的认识。众多研究者对微生物腐蚀机理开展了详细研究，取得了丰硕的成果。

Postgate深入研究了SRB的机理、生态和生化特征及营养需求, 为微生物腐蚀的研究奠定了基础^[10]。Starosvetsky对铁还原细菌研究发现，铁还原细菌可通过还原Fesup3;#8314;来获取能量，从而利用这种性质可以有效清除碳钢表面的腐蚀产物。铁氧化细菌能够将二价铁盐氧化成三价铁化合物，并能利用此反应产生的能量同化二氧化碳进行生长^[11]。Wang X等经过长期的实验室实验，将半管钢标本在365天内暴露于不同的模拟测试环境，以区分沉积物、MIC和硝酸盐添加对通道腐蚀形成的相关影响。对该点蚀形态和点蚀深度分析表明，MIC和沉积物的协同效应腐蚀导致严重的局部腐蚀，硝酸盐添加引起更严重的局部腐蚀^[12]。Lanneluc I等将碳钢试样在大西洋海岸的法国港口浸泡，所得腐蚀产物层通过μ-拉曼光谱来表征，通过试验鉴定出与Fe的氧化还原循环相关的各种细菌，包括SRB，SOB，IOB和IRB的细菌聚生体，总结可能在增加腐蚀速率中起作用的各种物质^[13]。Mollica等人发现，微生物膜的形成，可以引起几种不同不锈钢的腐蚀电位正移，并认为微生物膜具有去极化作用，能使活化控制部分的极化电流密度增大，从而增加了不锈钢的点蚀发生趋势^[14]。Scotto等人研究表明，不锈钢的腐蚀电位与膜内碳水化合物和蛋白质的量有关，在这两种物质增加的初期腐蚀电位的增加速度较快，而当达到一定量后不锈钢腐蚀电位增长逐渐缓慢^[15]。