авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Ингибирование микробиологической коррозии и наводороживания мартенситной хромоникелевой стали в натуральной и искусственной морской и океанической воде n-содерж

-- [ Страница 2 ] --

В качестве исследуемых органических соединений, вводимых в коррозионную среду на вторые сутки экспозиции в концентрациях 1, 2, 5, 10 и 15 мМоль л–1, были взяты шесть веществ сульфаниламидного ряда и десять производных пиримидина, синтезированных Л.П. Салицкайте в Вильнюсском государственном университете. Химическое строение биоцидов и структурное родство исследуемых ОС (внутри ряда) предполагает корреляцию между их химической структурой и патогенностью на данный вид микроорганизмов, ингибирующими коррозию свойствами данных ОС и их способностью уменьшать наводороживание металла при его коррозии в СРБ-инокулированной среде.

Общее время микробиологических исследований составило 7 сут. За это время происходило полное завершение жизненного цикла СРБ. Начиная со вторых суток экспозиции, и далее каждые 24 часа производили следующие измерения: 1) учет численности бактериальных клеток производили микроскопированием в проходящем свете на микроскопе ПОЛАМ С-111 с фазово-контрастным устройством КФ-4 в камере Горяева; 2) измерение рН и окислительно-восстановительного потенциала коррозионной среды производилось на универсальном иономере рН-150 с электродом измерения (для определения рН – стеклянный электрод, Еh – Pt электрод) и электродом сравнения (хлорсеребряный электрод); 3) определение концентрации биогенного сероводорода методом осадительного йодометрического титрования; 4) измерение электродного потенциала образцов из нержавеющей стали производилось на мультиметре типа ВР-11 относительно хлорсеребряного электрода.

По убыли массы образцов хромоникелевой стали, определенной гравиметрически, рассчитывали скорость коррозии, по величине которой судили об интенсивности коррозионных процессов при экспозиции стали в коррозионной среде с СРБ.

Объем водорода, абсорбированного сталью 25Х13Н2 при ее микробиологической коррозии в водно-солевой среде Postgate B, определяли методом анодного растворения, который позволяет не только оценить общий объем абсорбированного металлом водорода, но и характер его рас­пределения по сечению металла. Исследования наводороживания Cr–Ni стали проводили по окончании коррозионных испытаний. Определяли также количество водорода, абсорбированного образцами хромонике­левой стали 25Х13Н2 и углеродистой стали Ст3 при различных длительно­стях экспозиции: 4, 8, 12, 16 и 20 сут в водно-солевой среде Postgate B, инокулированной бактериальной культурой Desulfovibrio desulfuricans.

Электрохимическое поведение стали 25Х13Н2 в водно-солевой среде Postgate B с СРБ и исследуемыми ОС изучали путем снятия потенциостатических поляризационных кривых после предварительной экспозиции образцов в течение 48 ч в условиях, благоприятных для развития бактериальной культуры Desulfovibrio desulfuricans.

В третьей главе приведены результаты исследования коррозии стали 25Х13Н2 в водно-солевой среде Postgate B и в натуральной и искусственной морской воде различного происхождения с СРБ.

Выявлено влияние состава морской воды на интенсивность разви­тия бактериальной культуры СРБ (рис.1). Установлен значительный рост микроор­ганизмов на 2-е сут экспозиции в стерилизованной, а также натуральной воде Атлантического океана относительно остальных коррозионных сред, объясняемый достаточно высоким содержанием раствори­мых сульфатов в океанической воде, SO42–-ионы которых СРБ используют в качестве акцеп­тора электронов для окисления органических веществ. Отмечено преиму­щественное развитие СРБ в стерилизованной океаниче­ской воде. Это можно объяснить тем, что в нестерильной океанической воде помимо инокулированной культуры СРБ находится небольшое количество бактерий других физиологических групп, которые для своего метаболизма также используют растворенные в воде органические вещества, обедняя тем са­мым питательную среду для СРБ.

 Развитие бактериальной культуры-0

Рис.1. Развитие бактериальной культуры Desulfovibrio desulfuricans в морской воде различного происхождения при экспозиции в ней образцов стали 25Х13Н2

Наименее интенсивно развитие бактериальной культуры СРБ в следующих исследуемых средах: ВТМ, ВБМ, ВБМ(ст.), NaCl. Коррозион­ные среды расположены по степени интенсивности развития в них СРБ ко 2-м сут экспозиции. На 3-и сут наблюдений во всех коррозионных средах кроме среды Postgate B наблюдается уменьшение численности микробных клеток. На 4-е сут экспозиции тенденция к уменьшению бактериального титра характерна уже для всех коррозионных сред. При дальнейшей экспо­зиции (5 – 7-е сут) уменьшение численности живых клеток обусловлено замедлением их роста и деления вследствие исчерпания бактериями питательных веществ среды, а также накоплением в ней токсичных для мик­робных клеток продуктов их метаболизма. Наименее интенсивен спад чис­ленности бактерий в среде Postgate B, т.к. ее компонентный состав наибо­лее сбалансирован по питательным веществам для преимуществен­ного раз­вития СРБ. Химический состав среды приближен к встречающимся в при­роде типовым рабочим средам, в которых эксплуати­руется оборудова­ние, подвергающееся микробиологической коррозии под действием СРБ. Поэтому целесообразно проводить коррозионные исследования, а также оценку биоцидности на СРБ и ингибирующих микробиоло­гическую корро­зию и наводороживание стали 25Х13Н2 под действием СРБ свойств выбранных для исследования органических веществ в среде Postgate B.

Все исследуемые ОС в разной степени проявили биоцидность в отношении бактериальной культуры СРБ, развивающейся в водно-солевой среде Postgate B. Установлено, что биоцидность в отношении данной культуры микроорганизмов у замещенных сульфаниламидов выше, чем у про­изводных пиримидина. С увеличением концентрации вводимых в среду ОС их биоцидные свойства усиливаются.

Добавка 4 (этазол растворимый) проявила самые высокие бакте­ри­цидные свойства из рассматриваемых ОС относительно микроорганиз­мов вида Desulfovibrio desulfuricans. Об этом свидетельствует резкое паде­ние численности микробных клеток на 3-и сут проведения опыта и после­дую­щее ее уменьшение при дальнейшей экспозиции при введении в корро­зи­онную среду даже малых количеств ОС. Введение в коррозионную среду 1 мМоль·л–1 данного ОС способствует резкому снижению бактериального титра СРБ. На 3-и сут экспозиции численность микроорганизмов уменьшается до 8,34 106 мл–1 относительно 17,06 106 мл–1 контроль­ной серии. К моменту окончания эксперимента численность СРБ устанавлива­ется в размере 3,75 106 мл–1. Это в 2,3 раза меньше конеч­ного значения бак­териального титра контрольной серии. Увеличение концентрации вводи­мого в коррозионную среду ОС до 15 мМоль · л–1 приво­дит к снижению численности бактериальной культуры СРБ на 3-и сут экспозиции до 6,57 106 мл–1. К окончанию эксперимента число жи­вых микробных клеток в присутствии данного ОС в 3,1 раза меньше конеч­ных значе­ний кон­трольной серии.

Добавка 4, взятая в концентрации 15 мМоль · л–1, способствует снижению бактериального титра в морской воде различного происхожде­ния также, как и в водно-солевой среде (рис.2). Данное ОС способствует уменьше­нию численности СРБ к 3-м сут экспозиции в 1,7 раза в простейшем имитате морской воды, 3 % растворе NaCl, и в 2,1 раза в ВАО относи­тельно начальных значений бактериального титра, устанавливаю­щихся в соответ­ствующих коррозионных средах. В остальных испытательных средах биоцидное действие д. 4 на культуру сульфатреду­цирующих микроорга­низмов было аналогичным. К 7-м сут экспозиции численность СРБ уменьшалась в ингибированных средах минимально – в 3,8 раза в ВТМ; и максимально - в 8 раз в растворе NaCl относительно значений, устанавли­вающихся в соответствующих условиях на 2-е сут эксперимента.

 Влияние добавки 4 (с = 15 мМоль л–1) на-2


Рис.2. Влияние добавки 4 (с = 15 мМоль л–1) на развитие СРБ при микробиологиче­ской коррозии стали 25Х13Н2 в морской воде различного происхождения с СРБ

Введение ОС в среду приводит к снижению численности микроор­ганизмов и, соответственно, концентрации биогенного сероводорода – основного продукта жизнедеятельности СРБ, растворенного в водно-солевой среде Postgate B. На 3-и сут экспозиции в присутствии д. 4 (этазол раство­римый), происходит максимальное снижение концентрации H2S. При вве­дении д. 4 в концентрации 1 мМоль·л–1 содержание сероводо­рода в среде составило 47,6 мг·л–1 относительно 99,6 мг·л–1 контрольной серии. Увеличение концентрации исследуемого ОС до 15 мМоль · л–1 приводит к более активному снижению биогенного H2S до 38,3 мг · л–1, что в 2,6 раза меньше контрольной серии. При дальнейшей экспозиции образ­цов концен­трация биогенного сероводорода на 6 - 7 сут проведения опыта в кон­трольной серии устанавливалась в области значений 63,1 мг·л–1. Введение д. 4 в концентрациях 1 и 15 мМоль·л–1 снижает содержание H2S в завершающий день исследований до 17,3 и 9,7 мг · л–1.

Выявлено действие исследуемых ОС на важнейшие физико-химические параметры коррозионной среды с СРБ: редокс-потенциал и рН. Редокс-потенциал среды с ОС сдвигается в сто­рону более электроположи­тельных значений, рН – в область щелочных значений по сравнению с контрольной серией. Этот сдвиг тем сильнее, чем выше биоцидные или био­статные свойства вводимых ОС.

СРБ сильно влияют на электродный потенциал хромоникелевой стали, резко сдвигая его в отрицательную сторону. Введение исследуемых органических веществ в коррозионную среду приводит к сдвигу электрод­ного потенциала в сторону более положительных значений относительно контрольной серии (рис.3). Прослеживается связь между степенью биоцидности вводимых ОС и их способностью к облагораживанию электродных потен­циалов стальных образцов, а также между способностью ОС удерживать стали в области более электроположи­тельных значений и эффективностью сформированных на поверхности металла защитных сульфидных пленок.

 Влияние сульфаниламидов (с = 15 мМоль-3

Рис.3. Влияние сульфаниламидов (с = 15 мМоль л–1) на электродный потенциал образца стали 25Х13Н2 при его коррозии

в водно-солевой среде с СРБ

Наиболее эффективный биоцид д. 4, введенный в коррозионную среду в концентрации 1 мМоль л–1, вызывает повышение потенциала пластины к 4-м сут экспозиции на |0,325| В относительно контрольной серии. Данное ОС в соответствующей концентрации проявило хорошую способность удерживать электродный потенциал в области положитель­ных значений. К 7-м суткам экспозиции , соответствующее незначи­тельному разблагораживанию потенциала вследствие неблагоприятного воздействия продуктов жизнедеятельности СРБ на защитные свойства сульфидных пленок, составило 0,111 В. Увеличение концентрации ОС способствует лучшей пассивации поверхности металла и вызывает более значительный сдвиг потенциала пластины в сторону положительных значений и его удержание в этой области. При введении в среду д. 4 в количестве 15 мМоль л–1 (рис.3) на 4-е сут экспозиции электродный потенциал облагоражи­вается на |0,362| В относительно контрольной серии. К 7-м сут экспозиции значения потенциала стального образца устанавли­ваются в области поло­жительных значений, для д. 4 = 0,166 В, т.е. на 0,36 В положительнее контрольной серии (– 0,193 В).

Введение этазола растворимого в коррозионную среду способст­вует созданию наиболее благоприятных условий для формирования эффек­тивных защитных пленок на поверхности стали, которые экранируют ее от оседания клеток СРБ и от агрессивного воздействия на металл про­дуктов их жизнедеятельности. В присутствии данного ОС в течение всего жизненного цикла СРБ поддерживаются более щелочные значения рН коррозионной среды, чем при введении остальных исследуемых ОС в коррози­онную среду. В таких условиях ионы S2– находятся в избытке в непосред­ственной близости от поверхности металла и образуют на ней плотную защитную пленку за счет встречной миграции Fe2+ и S2– в фазе сульфидов железа. Кроме того, ионы OH–, преобладающие в водных щелочных растворах, вытесняют с поверхности стали ионы HS–, адсорбция которых на металлической поверхности катализирует коррозионные процессы.

Установлено, что скорость микробиологической коррозии под действием СРБ и продуктов их метаболизма и, соответственно, значения защитного эффекта вводимых в среду ОС варьируются в широком интер­вале значений и зависят от концентрации данных органических добавок, их природы и механизма ингибирующего действия рассматриваемых ОС. Сульфаниламиды проявили себя как более эффективные замедлители коррозионных процессов, чем производные пиримидина. Для наихудшего ингибитора (д. 2) скорость коррозии уменьшается от 67,81 10–3 гм–2·ч–1 (Z = 38%) до 10,11 10–3 гм–2 ·ч–1 (Z = 91%).

Определяли количество водорода, абсорбированного образцами хромоникелевой стали 25Х13Н2 и углеродистой стали Ст3 при различных длительностях экспозиции: 4, 8, 12, 16 и 20 сут в водно-солевой среде Postgate B, инокулированной СРБ (рис.4). Согласно экспериментальным данным, толщина слоя металла, снятого за один прием анодного растворе­ния (1), незначительно возрастает с увеличением времени экспозиции образцов в коррозионной среде с СРБ. После экспонирования металла в течение 4 сут 1 в среднем составляет 3,9 мкм – для хромоникелевой стали, 8,6 мкм – для углеродистой стали. С увеличением времени экспозиции до 20 сут 1 (25Х13Н2) = 4,5 мкм, 1 (Ст3) = 10 мкм. Соответственно, суммарная толщина снятых слоев стали (общ) также меняется с увеличе­нием продолжительности опыта. В случае экспозиции образцов в течение 4 сут общ составляет в среднем 15,5 мкм – для хромоникелевой и 34,4 мкм – для углеродистой стали. Если = 20 сут, то общ возрастает до 17,9 и 39,9 мкм для сталей марок 25Х13Н2 и Ст3 соответственно.

а) б)

 Распределение водорода по-4

 Распределение водорода по глубине-5




Рис. 4. Распределение водорода по глубине образцов сталей а) 25Х13Н2, б) Ст3, корродировавших различное время в водно-солевой среде с СРБ

Основной объем водорода, абсорбированного сталями при СРБ-инициированной коррозии, оказался сосредоточен в тонких приповерхностных слоях металла, лежащих у хромоникелевой стали в среднем на глу­бине 7…13 мкм, у углеродистой стали – 15…30 мкм от входной поверхно­сти, контактировавшей с коррозионной средой.

Общее водородосодержание углеродистой стали при всех сроках экспозиции оказывается выше, чем хромоникелевой. Это можно объяснить тем, что при более интенсивной коррозии стали Ст3 в водно-солевой среде, чем стали 25Х13Н2, концентрация катионов железа у поверхности образ­цов из углеродистой стали значительнее, чем в случае нержавеющей стали. Это приводит к снижению электрокинетического потенциала бактерий и, как следствие, к ослаблению сил электростатического отталкивания отрицательно заряженных бактериальных клеток СРБ от поверхности стали Ст3, более электроотрицательной, чем поверхность Cr–Ni стали.

Количество водорода, абсорбированного металлом, отличается также в зависимости от времени экспозиции образцов в водно-солевой среде с СРБ. Для обеих марок сталей водородосодержание приповерхност­ных слоёв металла максимально на 8-е сут экспозиции, причем максимум водородосодержания для нержавеющей стали составляет 169,1, а для углеродистой – 184,7 мл при расчете на 100 г металла. Поэтому даль­ней­шие исследования наводороживания стали, экспонированной в корро­зион­ной среде с ОС, а также оценку их ингибирующей процессы наводорожи­вания способности, проводили с образцами, экспонированными в течение 8 сут в водно-солевой среде Postgate B с СРБ, что соответствует полному циклу жизнедеятельности СРБ в рассматриваемой замкнутой системе.

Влияние исследуемых ОС на распределение водорода, абсорбиро­ванного в процессе СРБ-инициированной коррозии, в приповерхностном слое образцов Cr–Ni стали представлено в диссертационной работе в виде концентрационных профилей VH – . Полученные по методу анодного растворения результаты подтверждают характер крайне неравно­мерного распределения абсорбированного сталью водорода по сечению металла.

При введении в коррозионную среду любого из исследуемых органических веществ наблюдается уменьшение количества водорода, абсорбируемого приповерхностными слоями стали, особенно заметное в области водородного максимума и близ нее. По результатам исследований можно сделать вывод о наличии хорошей корреляции между биоцидными свойствами рассматриваемых ОС и их способностью уменьшать водородосодержание приповерхностных слоев стали. При введении в коррозионную среду 1 мМольл–1 д. 4, показавшей лучшие биоцидные качества, водородосодержание в максимуме кривой VH – снижается до 66,2 мл при с = 1 мМоль · л–1; до 32,1 мл в 100 г Ме при с = 15 мМоль · л–1.

Результаты электрохимических исследований стали 25Х13Н2 в среде Postgate B с СРБ и исследуемыми ОС представлены в виде поляризационных кривых в полулогарифмических координатах Е – lg i. Как следует из хода поляризационных кривых, введение ОС в водно-солевую среду с СРБ способствует смещению стационарного потенциала стали 25Х13Н2 в сторону положительных значений относительно потенциала свободной коррозии в среде без ОС. В отсутствие поляризации сдвиг Е свидетельствует о торможении использованными соединениями-ингибиторами преимущественно анодного процесса. При наложении тока катодной поляризации рассматриваемые ОС, адсорбируясь на исследуемом образце, способствуют замедлению процесса разряда ионов водорода на хромоникелевой стали. Реакция ионизации металла при съемке анодных поляризационных кривых, также затрудняется, о чем свидетельствует увеличение наклона анодных поляризационных кривых. С увеличением концентрации исследуемых ОС в коррозионной среде от 1 мМоль · л–1 до 10 мМоль · л–1 тормозится как катодное восстановление водорода, так и анодное растворение металла. Таким образом, из полученных данных следует, что рассматриваемые ОС в условиях эксперимента проявляют свойства ингибиторов смешанного типа.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Найдены закономерности коррозионно-электрохимического поведения стали 25Х13Н2 в водно-солевой среде Postgate B и в морской воде различного происхождения с СРБ. Установлено непосредственное влияние численности и активности микроорганизмов на интенсивность коррозионных процессов на поверхности хромоникелевой стали.

2. При исследовании образцов натуральной и искусственной воды морей выявлено влияние состава морской воды на интенсивность развития бактериальной культуры сульфатредукторов.

3. Установлено биоцидное действие 16 органических соединений, принадлежащих к классам производных пиримидина (десять веществ) и замещённых сульфаниламидов (шесть соединений) на жизнедеятельность микроорганизмов вида Desulfovibrio desulfuricans, развивающихся в водно-солевой среде Postgate B. Показано, что биоцидность в отношении данной культуры микроорганизмов у замещенных сульфаниламидов выше, чем у производных пиримидина. Установлена связь между структурой исследуемых ОС и их способностью тормозить как развитие бактериальной куль­туры СРБ, так и процессы электрохимической коррозии и наводорожива­ния металла в системе сталь 25Х13Н2 – водно-солевая среда Postgate B.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.