类型a
研究作者与发表信息
这篇研究由谢飞（F. Xie）等人完成，主要作者来自辽宁石油化工大学石油工程学院储运系，合作单位包括中国石油辽宁抚顺营销公司和中国石油东北营销公司。该研究发表于《International Journal of Electrochemical Science》期刊，2019年第14卷，页码2693-2704，DOI为10.20964⁄2019.03.54。
学术背景
本研究属于材料科学与腐蚀电化学领域，具体聚焦于X100管线钢在海洋环境中的微生物腐蚀行为。随着全球能源需求的持续增长，长距离油气输送管道的需求也日益增加。X100管线钢因其高强度、高压耐受性和低成本被广泛应用于油气管道建设中。然而，海洋环境中存在大量的氯离子（Cl⁻）和硫酸盐还原菌（Sulfate Reducing Bacteria, SRB），这些因素对海底管线钢的腐蚀具有显著影响。尽管已有大量研究分别探讨了氯离子或SRB对金属腐蚀的影响，但关于两者协同作用的研究较少，尤其是在不同氯化物浓度下的微生物腐蚀机制尚未明确。因此，本研究旨在揭示氯离子浓度对X100管线钢在含SRB海水中的腐蚀行为的影响，并探索其潜在的协同作用机制。
研究方法与实验流程
本研究通过一系列实验系统地分析了氯离子浓度对X100管线钢腐蚀行为的影响，主要包括以下步骤：
样品制备
实验选用X100管线钢作为研究对象，其化学成分包括碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、钼（Mo）等元素。样品分为两种尺寸：一种用于电化学测试（10 mm × 10 mm × 2 mm），另一种用于浸泡实验（20 mm × 10 mm × 2 mm）。所有样品均经过丙酮清洗、逐级打磨（80目至2000目砂纸）、乙醇和去离子水冲洗后保存备用。
实验溶液配制
实验模拟了南海环境，使用去离子水配制了四种不同氯化钠（NaCl）质量分数的溶液（5 g L⁻¹、20 g L⁻¹、35 g L⁻¹ 和 50 g L⁻¹）。实验溶液中还加入了从南海分离纯化的SRB菌株。培养基分为两部分：基础培养基I和补充培养基II，混合后用作液体培养基。为确保厌氧环境，实验前向溶液中通入高纯氮气（99.9%）约30分钟。
SRB生长曲线测定
使用紫外分光光度计（UV-2550）测量实验溶液在14天内的吸光度（OD值），绘制SRB生长曲线。同时设置无菌海水对照组以验证实验结果。
电化学测试
采用三电极体系进行电化学阻抗谱（EIS）和动电位极化测试。工作电极为X100钢样品，辅助电极为石墨，参比电极为饱和甘汞电极（SCE）。EIS测试频率范围为0.01 Hz至100 kHz，交流幅值为10 mV；动电位极化扫描速率为0.667 mV s⁻¹，扫描范围为-1.2 V至0 V。数据通过Zsimpwin和Origin软件进行拟合分析。
扫描电子显微镜（SEM）观察
样品在实验溶液中浸泡14天后，依次用5%戊二醛溶液固定2小时，并用50%、70%和100%乙醇溶液梯度脱水15分钟。最后使用SEM观察样品表面形貌。
主要结果
1. SRB生长曲线
结果显示，随着氯离子浓度的增加，SRB数量先增加后减少，在35 g L⁻¹时达到峰值。这表明适当的氯离子浓度可以促进SRB生长，而过高浓度则会抑制其活性。
电化学阻抗谱（EIS）分析
EIS结果显示，所有实验溶液的Nyquist图均呈现单一容抗弧。容抗弧直径随氯离子浓度的增加先增大后减小，表明X100钢的腐蚀速率先降低后升高。当氯离子浓度为35 g L⁻¹时，电荷转移电阻（Rct）达到最大值（18460 Ω cm²），说明此时腐蚀速率最低。
动电位极化曲线
极化曲线显示，随着氯离子浓度的增加，X100钢的钝化区间先扩大后缩小。在35 g L⁻¹时，钝化效果最为明显，腐蚀电流密度最小（3.514 μA cm⁻²）。这进一步证实了EIS的结果。
SEM表面形貌观察
SEM图像显示，随着氯离子浓度的增加，样品表面膜层先变得更加均匀致密，随后出现裂纹和脱落现象。在35 g L⁻¹时，膜层吸附最均匀且最致密，保护效果最佳。
结论与意义
本研究表明，氯离子浓度对X100管线钢在含SRB海水中的腐蚀行为具有显著影响。适当增加氯离子浓度（如35 g L⁻¹）可以促进SRB生长并形成致密的生物膜，从而有效减缓金属腐蚀。然而，过高的氯离子浓度会破坏表面膜层并抑制SRB活性，导致腐蚀加剧。这一发现为实际海洋环境中高强管线钢的应用提供了理论依据，建议将管道铺设在氯离子浓度为30-40 g L⁻¹的海域，以增强生物膜的保护作用并降低腐蚀风险。
研究亮点
1. 首次系统研究了氯离子浓度对X100管线钢在含SRB海水中的腐蚀行为的影响。 2. 揭示了氯离子与SRB之间的协同作用机制，特别是在35 g L⁻¹时的最佳保护效果。 3. 综合运用多种表征手段（EIS、极化曲线、SEM）验证实验结果，提高了研究的可靠性。
其他有价值内容
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号51604150和51574147）以及辽宁省科学研究基金（项目编号L2017LQN016）的支持。研究成果不仅有助于理解微生物腐蚀的复杂机制，还为海洋工程中管线钢的防腐设计提供了重要参考。