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La corrosione microbica (MIC) è un grave problema in molti settori perché può portare a enormi perdite economiche.L'acciaio inossidabile super duplex 2707 (2707 HDSS) è utilizzato in ambienti marini grazie alla sua eccellente resistenza chimica.Tuttavia, la sua resistenza alla MIC non è stata dimostrata sperimentalmente.Questo studio ha esaminato il comportamento di MIC 2707 HDSS causato dal batterio aerobico marino Pseudomonas aeruginosa.L'analisi elettrochimica ha mostrato che in presenza del biofilm di Pseudomonas aeruginosa nel mezzo 2216E, il potenziale di corrosione è cambiato positivamente e la densità della corrente di corrosione è aumentata.I risultati dell'analisi della spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) hanno mostrato una diminuzione del contenuto di Cr sulla superficie del campione sotto il biofilm.L'analisi delle immagini delle fosse ha mostrato che i biofilm di Pseudomonas aeruginosa producevano una profondità massima delle fosse di 0,69 µm dopo 14 giorni di coltura.Sebbene questo sia piccolo, suggerisce che 2707 HDSS non sono completamente immuni agli effetti dei biofilm di P. aeruginosa sulla MIC.
L'acciaio inossidabile duplex (DSS) è ampiamente utilizzato in vari settori grazie alla perfetta combinazione di eccellenti proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione1,2.Tuttavia, possono ancora verificarsi vaiolature localizzate, che possono compromettere l'integrità di questo acciaio 3, 4 .Il DSS non è protetto contro la corrosione microbica (MIC)5,6.Sebbene il campo di applicazione del DSS sia molto ampio, esistono ancora ambienti in cui la resistenza alla corrosione del DSS non è sufficiente per un utilizzo a lungo termine.Ciò significa che sono necessari materiali più costosi con maggiore resistenza alla corrosione.Jeon et al.7 hanno scoperto che anche l’acciaio inossidabile super duplex (SDSS) presenta alcune limitazioni in termini di resistenza alla corrosione.Pertanto, in alcune applicazioni, vi è la necessità di acciai inossidabili super duplex (HDSS) con una maggiore resistenza alla corrosione.Ciò ha portato allo sviluppo di HDSS altamente legati.
La resistenza alla corrosione del DSS è determinata dal rapporto tra fase α e fase γ e dalle aree impoverite di Cr, Mo e W adiacenti alle fasi secondarie8,9,10.L'HDSS contiene un alto contenuto di Cr, Mo e N11, che gli conferisce un'eccellente resistenza alla corrosione e un valore elevato (45-50) di resistenza equivalente alla vaiolatura (PREN), definito da% in peso Cr + 3,3 (% in peso Mo + 0,5% in peso W) + 16% in peso.N12.La sua eccellente resistenza alla corrosione dipende da una composizione equilibrata contenente circa il 50% di fasi ferritiche (α) e il 50% di fasi austenitiche (γ).L'HDSS ha proprietà meccaniche migliorate e una maggiore resistenza al cloro rispetto al DSS13 convenzionale.Caratteristiche della corrosione chimica.La migliore resistenza alla corrosione estende l'uso dell'HDSS in ambienti contenenti cloruri più aggressivi come gli ambienti marini.
La MIC rappresenta un problema significativo in molti settori, tra cui quello petrolifero, del gas e dell’acqua14.La MIC rappresenta il 20% di tutti i danni da corrosione15.La MIC è una corrosione bioelettrochimica che può essere osservata in molti ambienti16.La formazione di biofilm sulle superfici metalliche modifica le condizioni elettrochimiche e quindi influenza il processo di corrosione.È generalmente accettato che la corrosione MIC sia causata dai biofilm14.I microrganismi elettrogenici divorano i metalli per ottenere energia per la sopravvivenza17.Recenti studi sulla MIC hanno dimostrato che l'EET (trasferimento di elettroni extracellulare) è il fattore limitante per la MIC indotta da microrganismi elettrogenici.Zhang et al.18 hanno dimostrato che i mediatori elettronici accelerano il trasferimento di elettroni tra le cellule sessili di Desulfovibrio vulgaris e l'acciaio inossidabile 304, determinando un attacco MIC più grave.Anning et al.19 e Wenzlaff et al.20 hanno dimostrato che i biofilm di batteri corrosivi solfato-riduttori (SRB) possono assorbire gli elettroni direttamente dai substrati metallici, provocando gravi vaiolature.
È noto che i DSS sono suscettibili alla MIC nei terreni contenenti SRB, batteri ferro-riduttori (IRB), ecc.21.Questi batteri causano vaiolature localizzate sulla superficie del DSS sotto il biofilm22,23.A differenza del DSS, si sa poco del MIC HDSS24.
Pseudomonas aeruginosa è un batterio Gram-negativo, mobile, a forma di bastoncino, ampiamente distribuito in natura25.Pseudomonas aeruginosa è anche il principale microbiota responsabile della MIC dell’acciaio nell’ambiente marino26.Le specie Pseudomonas sono direttamente coinvolte nei processi di corrosione e sono riconosciute come i primi colonizzatori durante la formazione del biofilm27.Mahat et al.28 e Yuan et al.29 hanno dimostrato che Pseudomonas aeruginosa tende ad aumentare la velocità di corrosione dell'acciaio dolce e delle leghe negli ambienti acquatici.
L'obiettivo principale di questo lavoro è studiare le proprietà MIC di 2707 HDSS causate dal batterio aerobico marino Pseudomonas aeruginosa utilizzando metodi elettrochimici, metodi di analisi superficiale e analisi dei prodotti di corrosione.Per studiare il comportamento del MIC 2707 HDSS sono stati eseguiti studi elettrochimici tra cui potenziale di circuito aperto (OCP), resistenza di polarizzazione lineare (LPR), spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) e polarizzazione del potenziale dinamico.L'analisi della spettroscopia a dispersione di energia (EDS) viene eseguita per rilevare elementi chimici su superfici corrose.Inoltre, la stabilità della passivazione del film di ossido sotto l'influenza di un ambiente marino contenente Pseudomonas aeruginosa è stata determinata mediante spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS).La profondità delle cavità è stata misurata mediante un microscopio confocale a scansione laser (CLSM).
La tabella 1 mostra la composizione chimica del 2707 HDSS.La tabella 2 mostra che 2707 HDSS ha eccellenti proprietà meccaniche con un carico di snervamento di 650 MPa.Nella fig.1 mostra la microstruttura ottica del 2707 HDSS trattato termicamente in soluzione.Bande allungate di fasi austenitiche e ferritiche senza fasi secondarie possono essere viste in una microstruttura contenente circa il 50% di fasi austenitiche e il 50% di fasi ferritiche.
Nella fig.2a mostra il potenziale di circuito aperto (Eocp) rispetto al tempo di esposizione per 2707 HDSS in mezzo abiotico 2216E e brodo Pseudomonas aeruginosa per 14 giorni a 37°C.È stato riscontrato che i cambiamenti più pronunciati nell’Eocp si sono verificati durante le prime 24 ore.I valori Eocp in entrambi i casi hanno raggiunto il picco a circa -145 mV (rispetto a SCE) dopo circa 16 ore per poi scendere bruscamente a -477 mV (rispetto a SCE) e -236 mV (rispetto a SCE) per i campioni non biologici e P per quelli relativi. SCE) foglie di patina, rispettivamente.Dopo 24 ore, il valore Eocp di Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS è rimasto relativamente stabile a -228 mV (rispetto a SCE), mentre il valore corrispondente per il campione non biologico era di circa -442 mV (rispetto a SCE).L'Eocp in presenza di Pseudomonas aeruginosa era piuttosto basso.
Test elettrochimici di 2707 campioni HDSS in terreni abiotici e brodo Pseudomonas aeruginosa a 37°C:
(a) variazione di Eocp con il tempo di esposizione, (b) curva di polarizzazione al giorno 14, (c) variazione di Rp con il tempo di esposizione, (d) variazione di corr con il tempo di esposizione.
La tabella 3 mostra i parametri di corrosione elettrochimica di 2707 campioni HDSS esposti a mezzi abiotici e inoculati con P. aeruginosa per un periodo di 14 giorni.L'estrapolazione tangenziale delle curve anodica e catodica al punto di intersezione ha consentito la determinazione della densità di corrente di corrosione (icorr), del potenziale di corrosione (Ecorr) e della pendenza di Tafel (βα e βc) secondo metodi standard30,31.
Come mostrato nella Figura 2b, lo spostamento verso l'alto della curva di P. aeruginosa ha comportato un aumento di Ecorr rispetto alla curva abiotica.Il valore icorr del campione contenente Pseudomonas aeruginosa, proporzionale alla velocità di corrosione, è aumentato a 0,328 µA cm-2, ovvero quattro volte maggiore di quello del campione non biologico (0,087 µA cm-2).
LPR è un metodo elettrochimico classico per l'analisi espressa non distruttiva della corrosione.È stato utilizzato anche per studiare MIC32.Nella fig.2c mostra la variazione della resistenza di polarizzazione (Rp) in funzione del tempo di esposizione.Un valore Rp più alto significa meno corrosione.Nelle prime 24 ore, Rp 2707 HDSS ha raggiunto il picco di 1955 kΩ cm2 per campioni non biologici e 1429 kΩ cm2 per campioni di Pseudomonas aeruginosa.La Figura 2c mostra anche che il valore Rp è diminuito rapidamente dopo un giorno per poi rimanere relativamente invariato nei successivi 13 giorni.Il valore Rp per il campione di test di Pseudomonas aeruginosa è di circa 40 kΩ cm2, che è molto inferiore al valore di 450 kΩ cm2 per il campione di test non biologico.
Il valore di icorr è proporzionale alla velocità di corrosione uniforme.Il suo valore può essere calcolato dalla seguente equazione di Stern-Giri:
Secondo Zoe et al.33 in questo lavoro la pendenza B del Tafel è stata presa come valore tipico di 26 mV/dec.Nella fig.2d mostra che l'icorr del ceppo abiotico 2707 è rimasto relativamente stabile, mentre l'icorr della banda di Pseudomonas aeruginosa ha fluttuato fortemente con un ampio salto dopo le prime 24 ore.Il valore icorr del campione di test di Pseudomonas aeruginosa era di un ordine di grandezza superiore a quello del controllo non biologico.Questa tendenza è coerente con i risultati della resistenza alla polarizzazione.
L'EIS è un altro metodo non distruttivo utilizzato per caratterizzare le reazioni elettrochimiche all'interfaccia di corrosione34.Spettri di impedenza e calcoli di capacità di strisce esposte a mezzi abiotici e soluzioni di Pseudomonas aeruginosa, Rb è la resistenza del passivo/biofilm formato sulla superficie della striscia, Rct è la resistenza al trasferimento di carica, Cdl è il doppio strato elettrico.) e i parametri dell'elemento a fase costante (CPE) QCPE.Questi parametri sono stati ulteriormente analizzati confrontando i dati con un modello di circuito elettrico equivalente (EEC).
Nella fig.3 mostra i tipici grafici di Nyquist (a e b) e i grafici di Bode (a' e b') di 2707 campioni HDSS in terreni abiotici e brodo Pseudomonas aeruginosa a vari tempi di incubazione.In presenza di Pseudomonas aeruginosa il diametro dell'ansa di Nyquist diminuisce.Il diagramma di Bode (Fig. 3b') mostra l'aumento dell'impedenza totale.Le informazioni sulla costante di tempo di rilassamento possono essere ottenute dai massimi di fase.Nella fig.4 mostra le strutture fisiche e la corrispondente CEE basata su uno strato singolo (a) e due strati (b).Il CPE viene introdotto nel modello CEE.La sua ammettenza e impedenza sono espresse come segue:
Due modelli fisici e corrispondenti circuiti equivalenti per l'adattamento dello spettro di impedenza del coupon HDSS 2707:
Dove Y0 è l'entità del CPE, j è il numero immaginario o (−1)1/2, ω è la frequenza angolare e n è il fattore di potenza CPE inferiore a uno35.L'inversione della resistenza al trasferimento di carica (cioè 1/Rct) corrisponde alla velocità di corrosione.Un valore Rct inferiore significa un tasso di corrosione più elevato27.Dopo 14 giorni di incubazione, l'Rct del campione di prova di Pseudomonas aeruginosa ha raggiunto 32 kΩ cm2, che è molto inferiore ai 489 kΩ cm2 del campione di prova non biologico (Tabella 4).
Immagini CLSM e immagini SEM in fig.5 mostrano chiaramente che la copertura del biofilm sulla superficie del campione HDSS 2707 era molto densa dopo 7 giorni.Tuttavia, dopo 14 giorni il rivestimento del biofilm si è sparso e sono apparse alcune cellule morte.La tabella 5 mostra lo spessore del biofilm di 2707 campioni HDSS dopo 7 e 14 giorni di esposizione a Pseudomonas aeruginosa.Lo spessore massimo del biofilm è cambiato da 23,4 µm dopo 7 giorni a 18,9 µm dopo 14 giorni.Anche lo spessore medio del biofilm ha confermato questa tendenza.È diminuito da 22,2 ± 0,7 μm dopo 7 giorni a 17,8 ± 1,0 μm dopo 14 giorni.
(a) Immagine 3-D CLSM a 7 giorni, (b) Immagine 3-D CLSM a 14 giorni, (c) Immagine SEM a 7 giorni e (d) Immagine SEM a 14 giorni.
I campi elettromagnetici hanno rivelato elementi chimici nel biofilm e prodotti di corrosione su campioni esposti a Pseudomonas aeruginosa per 14 giorni.Nella fig.La Figura 6 mostra che il contenuto di C, N, O, P nel biofilm e nei prodotti della corrosione è molto più elevato che nel metallo puro, poiché questi elementi sono associati al biofilm e ai suoi metaboliti.I microrganismi necessitano solo di tracce di Cr e Fe.L'alto contenuto di Cr e Fe nel biofilm e i prodotti della corrosione sulla superficie del campione indicano la perdita di elementi nella matrice metallica a seguito della corrosione.
Dopo 14 giorni, nel terreno 2216E sono state osservate fossette con e senza P. aeruginosa.Prima dell'incubazione, la superficie dei campioni era liscia e senza difetti (Fig. 7a).Dopo l'incubazione e la rimozione del biofilm e dei prodotti della corrosione, le cavità più profonde sulla superficie del campione sono state esaminate utilizzando CLSM, come mostrato nelle Fig. 7b e c.Non è stata trovata alcuna vaiolatura evidente sulla superficie del controllo non biologico (profondità massima della cavità 0,02 µm).La profondità massima della fossa causata da Pseudomonas aeruginosa è stata di 0,52 µm dopo 7 giorni e 0,69 µm dopo 14 giorni, in base alla profondità massima media della fossa di 3 campioni (sono state selezionate 10 profondità massime della fossa per ciascun campione) e ha raggiunto 0,42 ± 0,12 µm .e 0,52 ± 0,15 µm, rispettivamente (Tabella 5).Questi valori di profondità delle fossette sono piccoli ma importanti.
a) prima dell'esposizione;b) 14 giorni in ambiente abiotico;(c) 14 giorni in brodo P. aeruginosa.
Nella fig.La Tabella 8 mostra gli spettri XPS di varie superfici del campione e la chimica analizzata per ciascuna superficie è riepilogata nella Tabella 6. Nella Tabella 6, le percentuali atomiche di Fe e Cr erano molto più basse in presenza di P. aeruginosa (campioni A e B ) rispetto alle strisce di controllo non biologico.(campioni C e D).Per un campione di Pseudomonas aeruginosa, la curva spettrale del livello centrale di Cr 2p è stata adattata a quattro componenti di picco con energie di legame (BE) di 574,4, 576,6, 578,3 e 586,8 eV, che sono state assegnate a Cr, Cr2O3, CrO3 e Cr(OH) 3, rispettivamente (Fig. 9a e b).Per i campioni non biologici, gli spettri del livello centrale Cr 2p nelle Figg.9c e d contengono rispettivamente i due picchi principali di Cr (BE 573,80 eV) e Cr2O3 (BE 575,90 eV).La differenza più evidente tra il coupon abiotico e quello di P. aeruginosa era la presenza di Cr6+ e una frazione relativamente elevata di Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) sotto il biofilm.
Spettri XPS ad ampia superficie di 2707 campioni HDSS in due supporti rispettivamente per 7 e 14 giorni.
(a) Esposizione a P. aeruginosa di 7 giorni, (b) Esposizione a P. aeruginosa di 14 giorni, (c) Esposizione abiotica di 7 giorni, (d) Esposizione abiotica di 14 giorni.
L'HDSS presenta un elevato livello di resistenza alla corrosione nella maggior parte degli ambienti.Kim et al.2 hanno riferito che HDSS UNS S32707 è stato identificato come un DSS altamente drogato con PREN maggiore di 45. Il valore PREN del campione HDSS 2707 in questo lavoro era 49. Ciò è dovuto all'elevato contenuto di Cr e agli alti livelli di Mo e Ni, utili in ambienti acidi e ad alto contenuto di cloruri.Inoltre, la composizione ben bilanciata e la microstruttura priva di difetti garantiscono stabilità strutturale e resistenza alla corrosione.Nonostante l'eccellente resistenza chimica, i dati sperimentali in questo lavoro mostrano che 2707 HDSS non è completamente immune alle MIC del biofilm di Pseudomonas aeruginosa.
I risultati elettrochimici hanno mostrato che il tasso di corrosione di 2707 HDSS nel brodo Pseudomonas aeruginosa è aumentato significativamente dopo 14 giorni rispetto all'ambiente non biologico.Nella Figura 2a, è stata osservata una diminuzione dell'Eocp sia nel mezzo abiotico che nel brodo P. aeruginosa durante le prime 24 ore.Successivamente, il biofilm finisce di coprire la superficie del campione e l’Eocp diventa relativamente stabile.Tuttavia, il livello di Eocp biotico era molto più alto del livello di Eocp abiotico.Ci sono ragioni per credere che questa differenza sia associata alla formazione di biofilm di P. aeruginosa.Nella fig.2g, il valore icorr di 2707 HDSS ha raggiunto 0,627 µA cm-2 in presenza di Pseudomonas aeruginosa, che è un ordine di grandezza superiore a quello del controllo non biologico (0,063 µA cm-2), che è coerente con l'Rct valore misurato dall'EIS.Durante i primi giorni, i valori di impedenza nel brodo P. aeruginosa sono aumentati a causa dell'adesione delle cellule di P. aeruginosa e della formazione di biofilm.Tuttavia, l’impedenza diminuisce quando il biofilm ricopre completamente la superficie del campione.Lo strato protettivo viene attaccato principalmente a causa della formazione di biofilm e metaboliti del biofilm.Pertanto, la resistenza alla corrosione diminuisce nel tempo e i depositi di Pseudomonas aeruginosa causano corrosione localizzata.Le tendenze negli ambienti abiotici sono diverse.La resistenza alla corrosione del controllo non biologico era molto superiore al valore corrispondente dei campioni esposti al brodo Pseudomonas aeruginosa.Inoltre, per i campioni abiotici, il valore Rct 2707 HDSS ha raggiunto 489 kΩ cm2 il giorno 14, ovvero 15 volte superiore rispetto alla presenza di Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Pertanto, 2707 HDSS ha un'eccellente resistenza alla corrosione in un ambiente sterile, ma non è protetto dall'attacco MIC da parte del biofilm di Pseudomonas aeruginosa.
Questi risultati possono essere osservati anche dalle curve di polarizzazione nelle Figg.2b.La ramificazione anodica è associata alla formazione di biofilm di Pseudomonas aeruginosa e alle reazioni di ossidazione dei metalli.Allo stesso tempo, la reazione catodica è la riduzione dell'ossigeno.La presenza di P. aeruginosa ha aumentato significativamente la densità della corrente di corrosione, che era circa un ordine di grandezza superiore rispetto al controllo abiotico.Ciò indicava che il biofilm di Pseudomonas aeruginosa potenziava la corrosione localizzata di 2707 HDSS.Yuan et al.29 hanno scoperto che la densità della corrente di corrosione di una lega Cu-Ni 70/30 veniva aumentata dal biofilm di Pseudomonas aeruginosa.Ciò potrebbe essere dovuto alla biocatalisi della riduzione dell'ossigeno da parte del biofilm di Pseudomonas aeruginosa.Questa osservazione potrebbe anche spiegare il MIC 2707 HDSS in questo lavoro.I biofilm aerobici possono anche ridurre il contenuto di ossigeno sottostante.Pertanto, il rifiuto di ripassivare la superficie metallica con ossigeno può essere un fattore che contribuisce alla MIC in questo lavoro.
Dickinson et al.38 hanno suggerito che la velocità delle reazioni chimiche ed elettrochimiche dipende direttamente dall'attività metabolica dei batteri attaccati alla superficie del campione e dalla natura dei prodotti della corrosione.Come mostrato nella Figura 5 e nella Tabella 5, il numero di cellule e lo spessore del biofilm sono diminuiti dopo 14 giorni.Ciò può essere ragionevolmente spiegato dal fatto che dopo 14 giorni la maggior parte delle cellule ancorate sulla superficie dell'HDSS 2707 sono morte a causa dell'esaurimento dei nutrienti nel mezzo 2216E o del rilascio di ioni metallici tossici dalla matrice 2707 HDSS.Questa è una limitazione degli esperimenti batch.
In questo lavoro, un biofilm di Pseudomonas aeruginosa ha promosso l'esaurimento locale di Cr e Fe sotto il biofilm sulla superficie di 2707 HDSS (Fig. 6).Nella Tabella 6, Fe e Cr sono diminuiti nel campione D rispetto al campione C, indicando che la dissoluzione di Fe e Cr causata dal biofilm di P. aeruginosa è stata mantenuta dopo i primi 7 giorni.L'ambiente 2216E viene utilizzato per simulare l'ambiente marino.Contiene 17700 ppm Cl-, che è paragonabile al suo contenuto nell'acqua di mare naturale.La presenza di 17700 ppm Cl- è stata la ragione principale della diminuzione di Cr nei campioni non biologici di 7 e 14 giorni analizzati mediante XPS.Rispetto al campione di prova di Pseudomonas aeruginosa, la dissoluzione del Cr nel campione di prova abiotico è molto inferiore a causa della forte resistenza di 2707 HDSS al cloro nell'ambiente abiotico.Nella fig.9 mostra la presenza di Cr6+ nel film passivante.Ciò potrebbe essere correlato alla rimozione del Cr dalle superfici di acciaio da parte dei biofilm di P. aeruginosa, come suggerito da Chen e Clayton39.
A causa della crescita batterica, i valori di pH del terreno prima e dopo l'incubazione erano rispettivamente 7,4 e 8,2.Pertanto, è improbabile che la corrosione degli acidi organici contribuisca a questo lavoro sotto i biofilm di P. aeruginosa a causa del pH relativamente elevato nel mezzo sfuso.Il pH del mezzo di controllo non biologico non è cambiato in modo significativo (da 7,4 iniziale a 7,5 finale) durante il periodo di prova di 14 giorni.L'aumento del pH nel mezzo di inoculo dopo l'incubazione è stato associato all'attività metabolica di Pseudomonas aeruginosa e lo stesso effetto sul pH è stato riscontrato in assenza della striscia reattiva.
Come mostrato in fig.7, la profondità massima del solco causata dal biofilm di Pseudomonas aeruginosa era di 0,69 µm, che è significativamente maggiore rispetto al mezzo abiotico (0,02 µm).Ciò concorda con i dati elettrochimici di cui sopra.Alle stesse condizioni, la profondità del solco di 0,69 µm è più di dieci volte inferiore al valore di 9,5 µm specificato per 2205 DSS40.Questi dati mostrano che 2707 HDSS mostra una migliore resistenza alle MIC rispetto a 2205 DSS.Ciò non sorprende poiché 2707 HDSS ha un livello di Cr più elevato, che consente una passivazione più lunga, rende Pseudomonas aeruginosa più difficile da depassivare e avvia il processo senza precipitazioni secondarie dannose Pitting41.
In conclusione, la vaiolatura della MIC è stata trovata su 2707 superfici HDSS nel brodo Pseudomonas aeruginosa, mentre la vaiolatura era trascurabile nei mezzi abiotici.Questo lavoro mostra che 2707 HDSS ha una migliore resistenza alla MIC rispetto a 2205 DSS, ma non è completamente immune alla MIC a causa del biofilm di Pseudomonas aeruginosa.Questi risultati aiutano nella selezione degli acciai inossidabili adatti e dell'aspettativa di vita per l'ambiente marino.
I 2707 campioni HDSS sono stati forniti dalla School of Metallurgy, Northeastern University (NEU), Shenyang, Cina.La composizione elementare di 2707 HDSS è mostrata nella Tabella 1, che è stata analizzata dal Dipartimento di analisi e test dei materiali della Northeastern University.Tutti i campioni sono stati trattati per soluzione solida a 1180°C per 1 ora.Prima del test di corrosione, l'acciaio per monete 2707 HDSS con una superficie esposta di 1 cm2 è stato lucidato fino a grana 2000 con carta vetrata al carburo di silicio e quindi ulteriormente lucidato con un impasto di polvere Al2O3 da 0,05 µm.Le pareti ed il fondo sono protetti con vernice inerte.Dopo l'essiccazione, i campioni sono stati lavati con acqua deionizzata sterile e sterilizzati con etanolo al 75% (v/v) per 0,5 ore.Sono stati quindi asciugati all'aria sotto la luce ultravioletta (UV) per 0,5 ore prima dell'uso.
Il ceppo marino Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 è stato acquistato dalla Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), Cina.Il terreno liquido marino 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Cina) è stato utilizzato per coltivare Pseudomonas aeruginosa in palloni da 250 ml e celle di vetro elettrochimiche da 500 ml in condizioni aerobiche a 37°C.Il terreno contiene (g/l): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2SO4, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0,008, 0,008 Na4F0H20PO.1,0 estratto di lievito e 0,1 citrato di ferro.Autoclavare a 121 °C per 20 minuti prima dell'inoculazione.Le cellule sessili e planctoniche sono state contate al microscopio ottico utilizzando un emocitometro con ingrandimento 400x.La concentrazione iniziale di cellule planctoniche di P. aeruginosa immediatamente dopo l'inoculazione era di circa 106 cellule/mL.
Le prove elettrochimiche sono state effettuate in una classica cella di vetro a tre elettrodi con un volume medio di 500 ml.Un foglio di platino e un elettrodo a calomelano saturo (SCE) erano collegati al reattore attraverso un capillare Luggin riempito con un ponte salino e servivano rispettivamente come elettrodi di contrasto e di riferimento.Per creare l'elettrodo di lavoro, a ciascun campione è stato attaccato un filo di rame rivestito di gomma e rivestito con resina epossidica, lasciando circa 1 cm2 di superficie su un lato per l'elettrodo di lavoro.Durante le misurazioni elettrochimiche, i campioni sono stati posti nel mezzo 2216E e mantenuti a una temperatura di incubazione costante (37°C) in un bagnomaria.OCP, LPR, EIS e potenziali dati di polarizzazione dinamica sono stati misurati utilizzando un potenziostato Autolab (riferimento 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).I test LPR sono stati registrati con una frequenza di scansione di 0,125 mV s-1 nell'intervallo -5 e 5 mV ed Eocp con una frequenza di campionamento di 1 Hz.L'EIS è stato eseguito all'Eocp allo stato stazionario utilizzando una tensione applicata di 5 mV con una sinusoide su un intervallo di frequenza compreso tra 0,01 e 10.000 Hz.Prima della scansione del potenziale, gli elettrodi erano in modalità a circuito aperto fino al raggiungimento di un potenziale di corrosione libera stabile pari a 42.Con.Ciascun test è stato ripetuto tre volte con e senza Pseudomonas aeruginosa.
I campioni per l'analisi metallografica sono stati lucidati meccanicamente con carta SiC bagnata a grana 2000 e quindi lucidati con un impasto liquido di polvere Al2O3 da 0,05 µm per l'osservazione ottica.L'analisi metallografica è stata eseguita utilizzando un microscopio ottico.Il campione è stato attaccato con una soluzione di idrossido di potassio al 10% in peso43.
Dopo l'incubazione, lavare 3 volte con soluzione salina tamponata con fosfato (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) e quindi fissare con glutaraldeide al 2,5% (v/v) per 10 ore per fissare il biofilm.Successiva disidratazione con etanolo in una serie a gradini (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% e 100% in volume) prima dell'essiccazione all'aria.Infine, una pellicola d'oro è stata spruzzata sulla superficie del campione per fornire conduttività per l'osservazione SEM44.Le immagini SEM sono focalizzate sulla posizione con le cellule di P. aeruginosa più stabili sulla superficie di ciascun campione.L'analisi EMF è stata effettuata per rilevare elementi chimici.Per misurare la profondità della fossa è stato utilizzato un microscopio confocale a scansione laser Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Germania).Per osservare le cavità di corrosione sotto il biofilm, il campione di prova è stato prima pulito secondo lo standard nazionale cinese (CNS) GB/T4334.4-2000 per rimuovere i prodotti di corrosione e il biofilm dalla superficie del campione di prova.
Analisi di spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, USA) utilizzando una sorgente di raggi X monocromatica (linea Al Kα con un'energia di 1500 eV e una potenza di 150 W) in un ampio intervallo di energie di legame 0 al di sotto delle condizioni standard di –1350 eV.Registra spettri ad alta risoluzione utilizzando un'energia di passaggio di 50 eV e una dimensione del passo di 0,2 eV.
Rimuovere il campione incubato e lavarlo delicatamente con PBS (pH 7,4 ± 0,2) per 15 s45.Per osservare la vitalità batterica del biofilm sul campione, il biofilm è stato colorato utilizzando il kit di vitalità batterica LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Il kit contiene due coloranti fluorescenti: colorante fluorescente verde SYTO-9 e colorante fluorescente rosso allo ioduro di propidio (PI).Nel CLSM, i punti verdi e rossi fluorescenti rappresentano rispettivamente le cellule vive e morte.Per la colorazione, incubare 1 ml di una miscela contenente 3 µl di SYTO-9 e 3 µl di soluzione PI a temperatura ambiente (23°C) al buio per 20 minuti.Successivamente, i campioni colorati sono stati osservati a due lunghezze d'onda (488 nm per cellule vive e 559 nm per cellule morte) utilizzando un apparecchio Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Giappone).Misurare lo spessore del biofilm in modalità di scansione 3D.
Come citare questo articolo: Li, H. et al.Effetto del biofilm marino di Pseudomonas aeruginosa sulla corrosione microbica dell'acciaio inossidabile super duplex 2707.scienza.Casa 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
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Orario di pubblicazione: 09 gennaio 2023