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陰極極化對(duì)硫酸鹽還原菌腐蝕影響的研究進(jìn)展

發(fā)布時(shí)間：2020.07.23    點(diǎn)擊數(shù)： 63201

微生物腐蝕是微生物通過(guò)自身的生命活動(dòng)直接或者通過(guò)其代謝產(chǎn)物間接的影響金屬材料腐蝕過(guò)程的現(xiàn)象。全世界每年因腐蝕造成的損失約占國(guó)民生產(chǎn)總值的3%~5%以上。硫酸鹽還原菌 （SRB）、鐵細(xì)菌、鐵氧化細(xì)菌、硫氧化細(xì)菌等微生物為重要元兇，一半以上 （50%~80%） 的地下管線腐蝕由微生物引起[，許多國(guó)家將15%~20%的工程費(fèi)用用于防腐。2016年，全國(guó)腐蝕調(diào)查顯示，我國(guó)腐蝕成本占全部GDP的3.34%，總額超過(guò)21000億元人民幣。

 
微生物附著在工程材料表面形成生物膜，在材料和微生物膜界面處pH值、溶解氧、有機(jī)物和無(wú)機(jī)物等因素都與海洋本體環(huán)境完全不同。微生物活性可通過(guò)以下方式控制材料表面電化學(xué)腐蝕過(guò)程：（1） 微生物代謝過(guò)程影響材料的陰、陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)程；（2） 微生物的代謝產(chǎn)物影響材料的陰陽(yáng)極反應(yīng)；（3）微生物通過(guò)在材料表面生成生物膜改變材料表面腐蝕環(huán)境；（4） 微生物直接參與金屬的腐蝕過(guò)程。陰極保護(hù)技術(shù)作為最有效的腐蝕防護(hù)方法已經(jīng)得到世界范圍的承認(rèn)，它被廣泛地作為油氣管道、船舶、海洋鉆井平臺(tái)等鋼鐵構(gòu)筑物的腐蝕防護(hù)技術(shù)。陰極極化電位的施加改變了已有金屬與微生物之間的平衡，引起金屬-溶液界面性質(zhì)變化，同時(shí)也影響著微生物的活動(dòng)和金屬的腐蝕行為。本文結(jié)合SRB的生理特征和金屬材料陰極保護(hù)的可靠性，從陰極極化電位和 SRB 相互作用關(guān)系方面系統(tǒng)闡述和總結(jié)了施加陰極極化電位對(duì)SRB腐蝕的影響。
 
1 SRB的生態(tài)和生理特征
        SRB是指一類(lèi)能夠把硫酸鹽、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽等硫化物以及 S 還原成 H2S 的細(xì)菌的統(tǒng)稱(chēng)。SRB廣泛存在于土壤、海水、河水、地下管道、油氣井等處。由于各地土壤類(lèi)型、氣候狀況、地理位置等因素的差異，土壤中的SRB含量差別較大。我國(guó)庫(kù)爾勒、格爾木、拉薩、成都、大慶、沈陽(yáng)、大港、鷹潭8個(gè)土壤試驗(yàn)站的表層土壤的SRB含量小于或等于10~1800 cell·g-1不等。浙江省象山港海域表層海水和上覆水的 SRB 含量的年度均值分別為 173 和1000 cell·mL-1，沉積物中為 1440 cell·g-1；膠州灣潮間帶和沿岸區(qū)、克萊德海表層沉積物中的SRB含量則分別高達(dá)4.1×107和2.7×107 cell·g-1。大部分陸生SRB是中溫菌，其最適宜生長(zhǎng)溫度為30~40 ℃；海洋中SRB的最適宜生長(zhǎng)溫度稍低一些。SRB并不是嚴(yán)格的厭氧菌，分離自長(zhǎng)慶油田采油回收污水水樣的 SRB 可耐受 4.5 mg·L- 1濃度的溶解氧。適合SRB生長(zhǎng)的pH值范圍較廣，在5.5~9.0的酸堿度范圍內(nèi)均能生長(zhǎng)繁殖，其中7.5是比較合適的酸堿度條件。
 
       SRB是最早的通過(guò)電子傳遞耦合磷化作用而非光合作用來(lái)產(chǎn)生三磷酸腺苷 （ATP） 的厭氧細(xì)菌，在此過(guò)程中SRB利用SO42-作為最終電子受體，從H或者有機(jī)酸的活化來(lái)獲得電子，同時(shí)產(chǎn)生腐蝕性S2-和有機(jī)酸等代謝產(chǎn)物。SRB 還原 SO42-的過(guò)程由一系列酶促反應(yīng)組成。在這些酶促反應(yīng)中，S得到8個(gè)電子，產(chǎn)生多個(gè)中間產(chǎn)物。硫酸鹽在硫酸腺苷轉(zhuǎn)移酶的作用下，以消耗ATP為代價(jià)激活硫酸鹽，使之生成腺嘌呤磷酰硫酸鹽 （APS）。反應(yīng)生成的焦磷酸可被繼續(xù)水解，并由此促進(jìn)整個(gè)反應(yīng)的進(jìn)行。相應(yīng)的反應(yīng)式如下：
2 含SRB環(huán)境中金屬材料陰極保護(hù)的可靠性
 
        要達(dá)到基本的保護(hù)需要-0.85 VCSE的保護(hù)電位（英國(guó)陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)）。Horvarth 和Novak于1964年提出，若水溶液中存在 SRB，則其陰極保護(hù)電位需要降低到-0.95 VCSE （即-1.022 VSCE） 的陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。1981年，F(xiàn)isher進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)證實(shí)。通常隨著陰極極化電位的增加，腐蝕速率降低。要達(dá)到零腐蝕，理想的狀態(tài)是極化陽(yáng)極達(dá)到它的可逆電位。在可逆電位狀態(tài)下，陽(yáng)極溶解速率等于陽(yáng)極沉積速率，沒(méi)有金屬的損失。但從實(shí)踐和經(jīng)濟(jì)的角度看，腐蝕速率降低到10 mA/m2 （即11.6 μm/a） 時(shí)就可以被認(rèn)為是得到了充分保護(hù)。保護(hù)不足和過(guò)保護(hù)都是不希望得到的狀態(tài)。過(guò)保護(hù)狀態(tài)下，可能引起快速的氫析出，從而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的氫脆。
 
       陰極極化對(duì)金屬的SRB腐蝕行為的影響一直是研究的重點(diǎn)。在SRB存在條件下，最佳陰極保護(hù)電位負(fù)移。在鐵細(xì)菌中，負(fù)于-0.85 VCSE的陰極極化電位能明顯減少鐵細(xì)菌的數(shù)目，并達(dá)到較好的陰極保護(hù)效果。但是，在含SRB的介質(zhì)中，陰極極化電位需達(dá)到-1.35 VCSE才能獲得相同的陰極保護(hù)效果。在含SRB的海泥中，對(duì)應(yīng)-0.95，-1.03和-1.16 VCSE的陰極極化電流密度分別是5，11和82 mA/m2，相應(yīng)的剩余腐蝕速率分別為12.4，8.9和5.5 mA/m2。在含SRB介質(zhì)中，硫化鐵產(chǎn)物的不穩(wěn)定保護(hù)作用是導(dǎo)致最佳陰極保護(hù)電位降低的重要原因。在Starosvetsky等研究中，在-0.1 VSCE的電位下，陰極表面的鐵硫化物沉積即可被還原。作者認(rèn)為，若Fe的腐蝕發(fā)生在低于該電位的條件下，那么鐵硫化物的還原可能提供了一種新型的陰極去極化機(jī)理。陰極極化條件下，金屬表面的電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于該電位，經(jīng)由鐵硫化物還原導(dǎo)致的陰極去極化作用可能在金屬的腐蝕中發(fā)揮了重要作用。
 
3 陰極極化技術(shù)對(duì)SRB腐蝕的影響
 
3.1 陰極極化對(duì)金屬材料氫脆和力學(xué)性能的影響
 
       在苛刻的海洋腐蝕環(huán)境中，對(duì)金屬構(gòu)筑物進(jìn)行陰極保護(hù)的腐蝕控制時(shí)，在金屬和海水界面會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，陰極反應(yīng)為吸氧反應(yīng)還是析氫反應(yīng)取決于溶液中溶解氧含量、電位、pH值等。目前，設(shè)計(jì)時(shí)采用不正于-0.85 VCSE的陰極保護(hù)判據(jù)；當(dāng)金屬所處環(huán)境中含有SRB時(shí)，則需要-0.95 VCSE甚至更負(fù)的電位。在更負(fù)的陰極極化過(guò)程中，金屬表面會(huì)逐漸形成鈣鎂沉積層，從而使材料的氫擴(kuò)散系數(shù)降低，然而較高的陰極保護(hù)電位可能會(huì)對(duì)金屬產(chǎn)生過(guò)保護(hù)：
式中，Had和 Hab分別代表吸附在金屬表面和擴(kuò)散到金屬內(nèi)部中的H。
       陰極反應(yīng)所產(chǎn)生的H部分以H2的形式逸出，部分則吸附在材料表面，逐漸滲透到金屬的內(nèi)部，從而引起氫脆，導(dǎo)致材料性能驟減而失效。常娥等對(duì)921A鋼的氫脆敏感性研究表明，在-0.96 VSCE極化電位下，陰極反應(yīng)產(chǎn)生的Had進(jìn)入材料內(nèi)部，材料強(qiáng)度增加，韌性降低，耐氫脆應(yīng)力腐蝕性能降低。當(dāng)負(fù)于-1.01 VSCE以后，析氫反應(yīng)加劇，出現(xiàn)了脆性斷裂。Yu 等研究認(rèn)為，當(dāng)金屬表面有 SRB 出現(xiàn)時(shí)，SRB 生物膜可以從極化電極中獲得電子傳遞給 H+催化產(chǎn)氫。此種情況下，吸附的H含量通常顯著增加，SRB存在時(shí)氫滲透電流密度是無(wú)SRB存在時(shí)氫滲透電流密度的3~4倍。
 
       同時(shí)，一系列研究表明，SRB代謝產(chǎn)生的硫化物能增加金屬對(duì)H的吸附和滲透作用，進(jìn)而導(dǎo)致氫脆的產(chǎn)生，但該促進(jìn)作用因金屬的不同而存在一定的差異。相較于無(wú)菌和無(wú)H2S 的條件，SRB存在時(shí)低合金鋼的氫滲透略微增加；但對(duì)高強(qiáng)鋼和低合金鋼，SRB能顯著增加金屬表面生物膜中的硫化物濃度，從而促進(jìn)金屬對(duì)H的吸收。Lunarska等的研究進(jìn)一步證實(shí)，在含 SRB 的環(huán)境中，陰極保護(hù)條件下金屬表面弱保護(hù)性沉積物的形成、S2-的產(chǎn)生可能促進(jìn)了鋼鐵材料的氫吸收。陰極極化條件下，SRB 對(duì)不同鋼材腐蝕行為的影響不同，其促進(jìn)作用與 S2-的形成和硫化物沉積的形成有關(guān)。相同極化電位下，相較于波來(lái)鐵，糙斑鐵能吸收更多的H，且劣化也更為嚴(yán)重。總體來(lái)說(shuō)，當(dāng)海水中存在SRB 時(shí)，陰極保護(hù)應(yīng)避免鋼材構(gòu)筑物的某些部分處于-1.1~-1.2 VNCE的極化電位下。
 
       國(guó)內(nèi)一些學(xué)者研究了不同陰極極化電位對(duì)咸水環(huán)境 （3.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） NaCl溶液） 中Q235鋼氫脆敏感性的影響，并對(duì)斷口形貌進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，隨著陰極保護(hù)電位的負(fù)移，Q235鋼的力學(xué)性能 （最大抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度） 并沒(méi)有呈現(xiàn)規(guī)律性變化，但斷面收縮率減小，材料發(fā)生氫脆的可能性加大。在-1.1 VSCE的陰極保護(hù)電位下，斷口出現(xiàn)了準(zhǔn)解理斷裂特征形貌。
 
3.2 陰極極化對(duì)金屬構(gòu)筑物周?chē)h(huán)境的影響
 
       海洋環(huán)境中的金屬設(shè)施通常處于陰極保護(hù)狀態(tài)下。所施加陰極電流的大小與金屬表面所形成膜的厚度、結(jié)構(gòu)、組成等有關(guān)。在陰極極化狀態(tài)下形成的腐蝕產(chǎn)物組成、鈣質(zhì)沉積層和生物膜等性質(zhì)與陰極電位大小有關(guān)。陰極極化使被保護(hù)金屬的電位整體負(fù)移，避免不同相間發(fā)生原電池腐蝕，從而導(dǎo)致在金屬表面形成鈣鎂沉積層和微生物膜。沉積層出現(xiàn)后可以抑制海水中的氧擴(kuò)散到鋼表面，并提高陰極保護(hù)效率。然而，生物膜的附著和鈣質(zhì)層的形成也使得極化電阻增大，要達(dá)到相同的電位所需極化電流增大。
 
當(dāng)對(duì)被保護(hù)金屬施加陰極電位時(shí)，在陰極極化的初始階段，O2被還原，生成OH-：
在更負(fù)的陰極極化電位下，H2O 被還原生成OH-和H2。
以上反應(yīng)表明，隨著陰極極化電位的負(fù)移，金屬材料周?chē)h(huán)境中的pH值升高，環(huán)境逐漸變?yōu)閴A性，并導(dǎo)致鈣質(zhì)層的沉積。
       陰極極化條件下生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和腐蝕產(chǎn)物 （無(wú)機(jī)沉積） 發(fā)生了變化。Sun等研究了陰極極化條件下，土壤中 SRB 對(duì) Q235 鋼腐蝕行為的影響，認(rèn)為當(dāng)陰極極化電位從開(kāi)路電位 （約-0.82 VCSE）負(fù)移至-0.85 VCSE時(shí)，其 pH 值約升高 1；但隨著陰極極化電位繼續(xù)負(fù)移時(shí)，SRB 數(shù)量減少，但由于 CO32-和Ca2+的緩沖作用，pH值變化不大。同時(shí)，Ca2+濃度減小和pH值升高可以顯著抑制細(xì)菌的附著。使用X射線能譜 （EDX） 對(duì)陰極保護(hù)條件下Q235鋼表面的腐蝕產(chǎn)物組成進(jìn)行分析表明，在不含SRB的土壤中，Q235 鋼表面的腐蝕產(chǎn)物中沒(méi)有 FeS；而在含SRB 的土壤中，Q235 鋼表面則覆蓋有一層黑色的FeS。在自腐蝕電位下，腐蝕產(chǎn)物中不含C；而在極化電位下，由于陰極極化電流降低了HCO3-與Ca2+反應(yīng)生成CaCO3的活化能，無(wú)論有無(wú)SRB存在，腐蝕產(chǎn)物中都含C。
 
        當(dāng)鋼鐵材料浸泡在細(xì)菌介質(zhì)中時(shí)，表面可能形成各種類(lèi)型的鐵硫化物。研究表明，腐蝕產(chǎn)物Fe1+xS開(kāi)始時(shí)能為金屬提供保護(hù)，但是當(dāng)該種產(chǎn)物層變厚時(shí)，有可能發(fā)生開(kāi)裂，導(dǎo)致腐蝕速率增加。同時(shí)亦有研究表明，F(xiàn)eS 在細(xì)菌的胞外電子傳遞中起著重要的作用，HS-和可溶性聚硫化物在將電子從希瓦氏菌 （Shewanella oneidensis） MR-1胞外傳遞到與細(xì)菌接觸的FeS中起著重要作用。在含有SRB介質(zhì)中，陰極極化電位的增加，使鐵的腐蝕產(chǎn)物由硫酸鹽向碳酸鹽發(fā)生轉(zhuǎn)變，并且隨著陰極極化電位的負(fù)移，轉(zhuǎn)化的碳酸鹽含量增加。
 
3.3 陰極保護(hù)對(duì)SRB的影響
 
       在天然海水中，陰極極化電位的施加可有效抑制生物膜的附著，陰極氧還原是陰極極化抑菌的主要機(jī)制。然而對(duì)于無(wú)氧環(huán)境中，陰極極化作用未能有效抑制厭氧微生物的附著。陰極極化條件下，不銹鋼表面附著的SRB的數(shù)量未減少，該特點(diǎn)與好氧細(xì)菌生物膜不同。-0.95 VCSE的陰極極化電位下，微生物的活動(dòng)未受影響，種群生長(zhǎng) （電解液環(huán)境中，非試片表面） 反而略微增強(qiáng)。雖然已有很多研究表明陰極保護(hù)下的生物膜和鈣質(zhì)層之間有密切聯(lián)系，但是由于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和實(shí)際海洋環(huán)境存在差異，海水中有機(jī)物的差異造成了電流密度、形成的鈣質(zhì)層和生物膜的不同，要探究生物膜和陰極極化的關(guān)系并不容易。
 
陰極極化對(duì)SRB代謝影響可以分為以下幾種：
 
3.3.1 陰極極化抑制 SRB 代謝 陰極保護(hù)條件下，在極化電極表面產(chǎn)生自由H的速率高于SRB去極化過(guò)程中的速率。有活性SRB存在時(shí)，外加保護(hù)電位會(huì)降低0.1 V，即降到-0.95 VCSE，才可以產(chǎn)生保護(hù)作用。甚至有研究結(jié)果表明，由于陰極極化導(dǎo)致金屬腐蝕電位改變，從而在無(wú)菌環(huán)境中的陰極極化電位在SRB環(huán)境中變?yōu)殛?yáng)極極化，即在SRB介質(zhì)中金屬的開(kāi)路電位比無(wú)菌環(huán)境中最佳陰極保護(hù)電位更負(fù)。
 
        當(dāng)金屬構(gòu)筑物浸泡在海水中，微生物附著在金屬表面，吸附作用在微生物附著的初期 （約當(dāng)浸泡在海水中之后的前 100 min 之內(nèi)） 起主導(dǎo)作用。陰極電位施加之后，附著的細(xì)菌數(shù)目明顯減少，特別是細(xì)菌附著初期，這說(shuō)明陰極極化電位的施加通過(guò)靜電作用影響了微生物的吸附過(guò)程，同時(shí)施加極化后在界面上產(chǎn)生H2O2以及多余的OH-等，抑制了微生物的附著。
 
      陰極極化下 SRB 的代謝活性一直是研究者探討的熱點(diǎn)。Lunarska等研究在人工海水中陰極極化下SRB對(duì)金屬力學(xué)性能的影響時(shí)認(rèn)為，在低弱陰極極化時(shí)，SRB 在電極表面產(chǎn)生 H2S，使得界面 pH值降低，抑制鈣質(zhì)層的出現(xiàn)。但是在強(qiáng)陰極極化時(shí)，由于界面產(chǎn)生的強(qiáng)堿性區(qū) （反應(yīng)式 （6） 和 （7）） 使得界面pH值升高，抑制了SRB的生長(zhǎng)。李國(guó)華等研究含SRB土壤中陰極極化對(duì)Q235鋼腐蝕的影響時(shí)認(rèn)為，隨著陰極極化電位不斷負(fù)移，Q235鋼件周?chē)耐寥乐蠸RB數(shù)量逐漸減少，但在-1.05 VCSE的陰極極化電位下，Q235鋼試件周?chē)寥乐蠸RB仍能夠存活；在相同的外加電位下，Q235鋼在有菌土壤中所需要的陰極極化電流密度較大。Dhar 等認(rèn)為負(fù)于-1024 mV的陰極極化電位可以使微生物濃度降低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)。施加脈沖陰極極化可同樣抑制微生物的活性，5~20µA·cm-2的陰極電流密度可以使微生物濃度降低2~3個(gè)數(shù)量級(jí)。將施加陰極極化的不銹鋼浸泡在 Vibrio alginolyticu 溶液中，陰極極化3 h能明顯減少微生物的附著，但是在浸泡時(shí)間超過(guò)9 h以后，在極化和未極化體系中微生物的差異消失。
 
3.3.2 陰極極化促進(jìn) SRB 代謝 SRB 代謝活性與陰極極化電位密切相關(guān)，隨著陰極極化電位的負(fù)移，SRB的數(shù)目呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，F(xiàn)eS的含量變化趨勢(shì)與 SRB 細(xì)菌數(shù)目一致。強(qiáng)陰極極化電位下SRB數(shù)目的減少與其界面pH值的升高密切相關(guān)，而弱陰極極化下SRB數(shù)目增加說(shuō)明弱陰極極化電位促進(jìn)了SRB的代謝活性。趙曉棟等研究了含有 SRB 的海泥中陰極極化電位對(duì)碳鋼腐蝕的影響，通過(guò)最大概率計(jì)數(shù)法結(jié)合不同陰極極化電位下的 Bode 圖得出，在低電位（-0.85 VCSE） 下細(xì)菌的生長(zhǎng)活性與穩(wěn)定性高于在較高陰極極化電位 （-0.95 和-1.05 VCSE） 下的，且高于無(wú)施加陰極極化電位下的細(xì)菌數(shù)目。對(duì)硫還原地桿菌 （Geobactersulfurreducens） 的研究表明，生物膜形態(tài)和結(jié)構(gòu)對(duì)金屬表面的電流密度具有重要影響，離散的、稀疏的菌膜產(chǎn)生的電流密度高于致密的菌膜。因此不同陰極極化電位下，細(xì)菌生物膜形態(tài)和結(jié)構(gòu)的改變及活性的變化都會(huì)對(duì)金屬的腐蝕產(chǎn)生一定的影響。SRB 作為一種電活性微生物，其與極化金屬間電子傳遞方式可分為直接電子傳遞 （DET） 和間接電子傳遞 （MET）。圖3顯示了SRB在與極化電極之間的DET和MET方式。
（1） 間接電子傳遞Fe 失去的電子須借助電子傳遞介質(zhì)才能傳遞到SRB中。在微生物燃料電池中，電子傳遞介質(zhì)的使用可以增加細(xì)菌的產(chǎn)電能力。電子傳遞介質(zhì)從陰極極化的電極中獲得電子，通過(guò)電子傳遞通道，將電子傳遞到SRB中。H可以作為SRB與極化電極之間間接電子傳遞的介質(zhì)。施加陰極極化后，H+向電極表面移動(dòng)并在電極表面上還原成[H]；而[H]在SRB中氫化酶的催化下還原SO42-并為SRB的代謝提供能量，從而促進(jìn)SRB的生長(zhǎng)代謝。同時(shí)，在此過(guò)程溶液的pH值升高。研究表明，Desulfitobacterium 可以通過(guò)在極化-0.7 VSHE電極上進(jìn)行H的活化。產(chǎn)電微生物Geobacter sulfurreducens可以利用極化電極上H的氧化還原進(jìn)行產(chǎn)電，其反應(yīng)如下：
核黃素、奎寧胡敏酸、吩嗪和黃素腺嘌呤二核苷酸 （FAD） 等是常見(jiàn)的內(nèi)生電子傳遞介質(zhì)。SRB 可以利用維生素B12等與極化的電極進(jìn)行間接的電子傳遞。在SRB介質(zhì)中，鐵硫化物也可以作為SRB的電子傳遞通道。在這個(gè)過(guò)程中，硫酸鐵 （Fe2（SO4）3）可以作為 SRB 的電子傳遞受體，從而將鐵的腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為碳酸鐵 （Fe2（CO3）3）、藍(lán)鐵礦 （Fe3（PO4）2·（H2O）8）、硫化鐵 （Fe2S3） 等，同時(shí)促進(jìn) SRB 的代謝活性，如圖4所示。
 
（2） 直接電子傳遞直接電子傳遞為SRB利用細(xì)胞色素c等電子傳遞蛋白或者自身形成的納米線與電極直接進(jìn)行電子傳遞。Sherar 等和Xu等的研究表明，在碳源不足的條件下，SRB會(huì)形成納米線從金屬基體中直接獲得電子。
 
除此之外，在共生的細(xì)菌中，非產(chǎn)電細(xì)菌亦可為產(chǎn)電細(xì)菌提供電子通道。Wegener等證明甲烷氧化細(xì)菌 （ANME-1） 與 SRB （HotSeep-1） 之間可以通過(guò)形成納米線進(jìn)行電子傳遞，圖5中箭頭明確指出了電子傳遞的納米線。
       陰極極化電位影響SRB的電子傳遞方式，并影響著 SRB 的代謝活性。在合適的陰極極化電位下（如-0.4 VSCE或-0.7 VHSE等），SRB 可以從極化的電極中直接或間接獲得電子用于自身的代謝，即較低的陰極極化可以促進(jìn)SRB的代謝，而強(qiáng)陰極極化電位則會(huì)抑制SRB的代謝和生長(zhǎng)。極化作用所在電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)堿性環(huán)境，并不利于細(xì)菌附著，這反而抑制了SRB的活性；此外，已有研究證明，金屬表面形成的FeS等腐蝕產(chǎn)物也為SRB從溶液鐵金屬中直接獲得電子提供了通   道 （圖6）。
       Nekoksa等研究認(rèn)為，-1 VSCE的陰極極化使金屬表面pH值降低，金屬表面SRB數(shù)目增多。當(dāng)電位低于-1 VSCE時(shí)，pH值逐漸呈現(xiàn)堿性，SRB數(shù)目降低。利用電化學(xué)測(cè)試和生物分析方法探究陰極極化下的微生物活動(dòng)結(jié)果表明，-0.9 VAg/AgCl的陰極極化可以在短期內(nèi)為海洋金屬設(shè)施提供保護(hù)；但是當(dāng)極化終止后，厭氧SRB將通過(guò)消耗陰極極化過(guò)程中產(chǎn)生的H來(lái)促進(jìn)自身的生長(zhǎng)代謝，從而加速金屬的腐蝕。
 
4 問(wèn)題與展望
 
       近幾十年來(lái)，微生物腐蝕已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外腐蝕與防護(hù)研究的重點(diǎn)，人們?cè)谘芯筷帢O極化與微生物間的相互作用方面也取得了很大的進(jìn)步。但要全面深入地認(rèn)識(shí)微生物腐蝕與腐蝕防護(hù)技術(shù) （如陰極保護(hù)） 的相互作用，仍有諸多問(wèn)題需要解決。如近些年的研究表明，生物膜內(nèi)細(xì)菌群落組成的差異和細(xì)菌代謝活動(dòng)產(chǎn)生的差異對(duì)微生物腐蝕具有重要影響，然而在評(píng)估生物膜對(duì)金屬腐蝕的影響時(shí)很少考慮到SRB的代謝特異性。2004年，Dinh等在只有Fe為電子受體的培養(yǎng)基中分離出脫硫弧菌屬 （Desulfobacterium） 的一個(gè)新種，相較于傳統(tǒng)的耗氫型菌株，該菌株還原硫酸鹽的速度更快，作者推測(cè)此類(lèi)菌株能夠從金屬中直接獲得電子。Venzlaff等從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了以上推測(cè)。Yu等從鐵銹中分離純化了Desulfovibrio caledoniensis，并證實(shí)其能夠從-0.74 VSHE的極化電極中獲得電子，即利用陰極作為電子供體，這種直接電子傳遞的通路在生物代謝和加速金屬腐蝕中有重要作用。其他的一些研究也表明，同一個(gè)屬的不同菌株對(duì)金屬腐蝕行為存在很大的不同。因此，在將來(lái)有關(guān)微生物腐蝕的研究中，加強(qiáng)物種多樣性的調(diào)查是非常必要的。對(duì)于那些能夠直接從金屬中獲得電子的SRB菌株，有關(guān)其腐蝕過(guò)程中電子傳遞機(jī)理方面的研究甚少。利用分子生物學(xué)、光譜電化學(xué)及微區(qū)腐蝕觀察等技術(shù)手段研究 SRB 菌株的直接電子傳遞途徑及其呼吸代謝機(jī)制，對(duì)未來(lái)微生物腐蝕研究探索有重要意義。

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