溶液中氧化亞鐵硫桿菌對(duì)球墨鑄鐵的腐蝕行為影響研究

劉 鋒，林 莉，，范金龍，，楊光明，孟俊臣，龔 敏

（1.四川輕化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 自貢643000；2.材料腐蝕與防護(hù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 自貢643000）

引言

腐蝕是導(dǎo)致材料失效的重要因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)由腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的3.34%，其中約20%的腐蝕都與微生物活動(dòng)有關(guān)［1-2］。金屬材料在實(shí)際工作環(huán)境中其表面易成為微生物的附著場(chǎng)所，部分微生物附著一定時(shí)間后會(huì)形成一層有利于自身生長(zhǎng)的生物膜，膜內(nèi)微生物的生命活動(dòng)會(huì)破壞膜內(nèi)外環(huán)境的一致性，進(jìn)而影響到材料表面原本的腐蝕進(jìn)程［3］，最終促進(jìn)或抑制金屬材料的腐蝕。通常情況下把微生物促進(jìn)材料腐蝕的現(xiàn)象或過(guò)程稱為微生物腐蝕（MIC），實(shí)際環(huán)境中對(duì)金屬材料腐蝕起促進(jìn)作用的常見微生物有硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌、硫氧化菌、硝酸鹽還原菌等［4-6］。氧化亞鐵硫桿菌Thiobacillus ferrooxidans（T.f）是鐵細(xì)菌的一種，其好氧嗜酸，依靠氧化環(huán)境中的二價(jià)鐵和硫等無(wú)機(jī)成分來(lái)獲取能量維持生長(zhǎng)。由于該菌本身的氧化還原特性，在過(guò)去幾十年間，T.f被廣泛用于生物浸礦、煤炭脫硫、處理廢水和污泥中的重金屬元素等［7］?，F(xiàn)已經(jīng)有研究人員開展了T.f對(duì)各種金屬腐蝕作用的影響進(jìn)行研究［8-10］，但關(guān)于其對(duì)球墨鑄鐵的腐蝕影響研究還尚未見報(bào)道。

通過(guò)腐蝕失重、電化學(xué)方法、表面分析及產(chǎn)物分析研究T.f對(duì)球墨鑄鐵腐蝕行為的影響，測(cè)定T.f在一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)對(duì)球墨鑄鐵的失重腐蝕速率、溶液pH、電化學(xué)阻抗譜、腐蝕形貌和腐蝕產(chǎn)物物相組成，提出T.f影響鑄鐵腐蝕過(guò)程的可能機(jī)理。該研究工作有利于更好地理解T.f對(duì)球墨鑄鐵腐蝕行為的影響，為實(shí)際環(huán)境中球墨鑄鐵的腐蝕評(píng)估以及金屬受微生物腐蝕的防護(hù)提供新的參考。

1 材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本文中采用的實(shí)驗(yàn)材料為球墨鑄鐵，其主要化學(xué)成分見表1。

表1 球墨鑄鐵的主要化學(xué)成分

將球墨鑄鐵加工成兩種尺寸的掛片試樣，其中尺寸為50.0 mm×25.0 mm×3.0 mm的掛片用于測(cè)試失重腐蝕率；15.0 mm×10.0 mm×3.0 mm掛片用于腐蝕形貌的分析。另外，將鑄鐵加工成Φ12.0 mm×20.0 mm的圓柱體，底面焊接后引出導(dǎo)線，采用環(huán)氧樹脂密封后制成電化學(xué)測(cè)試所需的工作電極，用于測(cè)試鑄鐵在腐蝕環(huán)境中電化學(xué)阻抗隨浸泡時(shí)長(zhǎng)的變化。掛片和電化學(xué)試樣均采用80#砂紙逐級(jí)打磨至1000#，經(jīng)丙酮擦拭除油后用超純水清洗，再用75%的乙醇消毒，冷風(fēng)吹干后置于超凈工作臺(tái)中待用。試樣在每次使用前需經(jīng)紫外照射20 min以保證試樣表面沒有雜菌污染。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

從川南某礦區(qū)酸性廢水中分離純化得到實(shí)驗(yàn)所用T.f，培養(yǎng)T.f所用培養(yǎng)基為9K培養(yǎng)基，培養(yǎng)基分A液和B液，A液成分見表2。

表2 9K培養(yǎng)基A液成分

A液在121℃，1×105Pa下經(jīng)滅菌器（上海申安，LDZX-50KBS）滅菌20 min后，將pH調(diào)節(jié)至2.0。B液為44.2 g/L的FeSO4·7H2O水溶液。B液在抽濾滅菌后，其pH采用20%的H2SO4溶液調(diào)節(jié)至2.0。將調(diào)節(jié)pH后的A液和B液按3∶2的體積比混合，得到9K培養(yǎng)基。

將分離純化后處于活性最佳時(shí)期的T.f置于冰箱中，在4℃下保存。需要接種時(shí)將冷藏的種菌取出，經(jīng)二次活化后接種至新鮮培養(yǎng)基內(nèi)，于恒溫?fù)u床中在30℃下進(jìn)行培養(yǎng)，搖床轉(zhuǎn)速為40 r/min。每隔一定時(shí)間定量取出菌液，用紫外分光光度計(jì)（上海美譜達(dá)P4PC型）在600 nm波長(zhǎng)下測(cè)定不同時(shí)間菌液的吸光度。T.f數(shù)量與吸光度成正比，因此最后所得的T.f菌液吸光度隨時(shí)間變化曲線即為T.f的生長(zhǎng)曲線。

首先向第一組廣口瓶中加入5 mL T.f和495 mL 9K培養(yǎng)基作為有菌腐蝕溶液；向第二組廣口瓶中加入500 mL 9K培養(yǎng)基作為無(wú)菌腐蝕溶液（對(duì)照組）。兩種溶液均用透氣膜密封以隔絕外界污染，得到T.f體系和空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)體系。在T.f體系和空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)體系中浸泡掛片試樣和工作電極，根據(jù)測(cè)得的T.f生長(zhǎng)曲線確定合適的取樣或電化學(xué)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)，并用數(shù)顯酸度計(jì)（上海佑科PHS-3E）分別測(cè)定兩種體系的pH變化情況。為了更好地分析掛片的存在對(duì)溶液pH變化的影響，同時(shí)記錄僅接種T.f的純菌液的pH變化情況。經(jīng)特定浸泡時(shí)長(zhǎng)后，將兩種體系中用于失重分析和腐蝕形貌分析的試樣取出，清除腐蝕產(chǎn)物后，根據(jù)浸泡前后試樣的質(zhì)量損失情況測(cè)得鑄鐵在兩體系中的腐蝕速率。失重腐蝕速率由下式得到：

式中，V-為失重腐蝕速率，g·m-2·h-1；Δm為鑄鐵腐蝕前后減少質(zhì)量，g；S為鑄鐵表面積，m2；t為腐蝕時(shí)間，h。

采用英國(guó)Solartron1287＋1260A電化學(xué)工作站測(cè)試浸泡過(guò)程中球墨鑄鐵電極的電化學(xué)阻抗譜，參比電極為飽和甘汞電極（SCE），輔助電極為鉑電極，擾動(dòng)電壓為10 mV的正弦信號(hào)，測(cè)試頻率范圍為10 mHz～10 kHz。得到的阻抗曲線采用ZsimpWin軟件進(jìn)行擬合。本實(shí)驗(yàn)所有操作均在生物潔凈臺(tái)（蘇凈安泰BCM-1600A）中完成。采用掃描電子顯微鏡（TESCAN Vega-3SBU）對(duì)去除腐蝕產(chǎn)物后的試樣進(jìn)行腐蝕形貌分析。將腐蝕產(chǎn)物收集，采用X射線衍射儀（丹東方圓DX-2600）分析腐蝕產(chǎn)物物相組成。

2 結(jié)果與討論

2.1 生長(zhǎng)曲線

測(cè)得的T.f生長(zhǎng)曲線如圖1所示，T.f菌株生長(zhǎng)周期約為10天。圖2（a）為0～47 h培養(yǎng)基外觀，圖2（b）與圖2（c）為47 h～159 h培養(yǎng)基外觀，圖2（d）與圖2（e）為159 h～202 h培養(yǎng)基外觀，f為202 h后培養(yǎng)基外觀。結(jié)合圖1、圖2可知，0～47 h內(nèi)T.f的生長(zhǎng)曲線較為平緩，培養(yǎng)基顏色為透明，說(shuō)明該階段T.f還未適應(yīng)新的環(huán)境，處于生長(zhǎng)停滯期，在為自身生長(zhǎng)繁殖儲(chǔ)能，T.f濃度低且活性較弱。47 h～159 h內(nèi)T.f生長(zhǎng)曲線較為陡峭，為指數(shù)生長(zhǎng)期，培養(yǎng)基顏色由淺綠色逐漸變?yōu)辄S色，該階段T.f代謝旺盛，生長(zhǎng)速率達(dá)到最大，T.f不斷將溶液中Fe2＋和各種無(wú)機(jī)物氧化以進(jìn)行代謝與繁殖［11］。159 h～202 h內(nèi)T.f生長(zhǎng)曲線較為平坦，為穩(wěn)定生長(zhǎng)期，此時(shí)T.f活菌數(shù)達(dá)到最大，氧化能力較強(qiáng)，增殖速率有所下降，菌體死亡數(shù)目開始增加，但細(xì)菌的增殖速率和死亡速率趨于平衡，培養(yǎng)基顏色由紅色變?yōu)樯罴t色。202 h后生長(zhǎng)曲線開始下滑，T.f進(jìn)入衰亡期，培養(yǎng)基顏色為紅褐色，此階段培養(yǎng)基內(nèi)T.f生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)成分逐漸被消耗殆盡，T.f菌生長(zhǎng)代謝已經(jīng)趨于停滯，菌體死亡速率遠(yuǎn)大于增長(zhǎng)速率。

圖1 T.f的生長(zhǎng)曲線

圖2 T.f在一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)引起的溶液顏色變化情況

2.2 失重腐蝕速率和溶液p H變化

由測(cè)得的生長(zhǎng)曲線選取30 h、60 h、120 h、170 h、190 h、220 h為測(cè)試時(shí)間節(jié)點(diǎn)以觀察T.f在一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)不同生長(zhǎng)階段對(duì)鑄鐵的腐蝕行為的影響。

T.f在一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)，鑄鐵在兩種體系中腐蝕速率隨時(shí)間的變化情況見表3。腐蝕速率的變化趨勢(shì)可直觀地從圖3看出。結(jié)合表3和圖3可知，鑄鐵在無(wú)菌體系中，30 h～60 h腐蝕速率減小，60 h～120 h增大，120 h～170 h減小，170 h～190 h增大，190 h～220 h減小。這是因?yàn)?0 h～60 h內(nèi)無(wú)菌體系中試樣表面已經(jīng)出現(xiàn)了成塊的腐蝕產(chǎn)物膜層，這種產(chǎn)物的堆積減緩了腐蝕進(jìn)程。60 h～120 h內(nèi)產(chǎn)物膜層部分區(qū)域開始脫落，使得腐蝕速率有一定程度的上升。120 h～170 h內(nèi)試樣表面積累的腐蝕產(chǎn)物膜層已經(jīng)有了一定厚度，這極大地阻礙了試樣表面和溶液界面的物質(zhì)傳遞，腐蝕速率明顯下降。170 h～190 h腐蝕速率出現(xiàn)少量回升，這可能是腐蝕產(chǎn)物膜層的完整性和致密度發(fā)生了變化。190 h～220 h 9K培養(yǎng)基提供的Fe2＋和無(wú)機(jī)鹽離子等已經(jīng)消耗殆盡，因此腐蝕速率降到最低。從總體上看，鑄鐵在無(wú)菌體系的腐蝕速率趨于減小，一方面是溶液中的H＋隨著時(shí)間的延長(zhǎng)不斷被消耗，濃度逐漸降低，反應(yīng)減緩；另一方面，由于腐蝕產(chǎn)物膜生成，阻礙了鑄鐵基體與溶液中的H＋反應(yīng)，使腐蝕速率進(jìn)一步降低。

表3 鑄鐵在T.f體系和無(wú)菌體系中不同時(shí)間點(diǎn)的腐蝕速率

鑄鐵在T.f體系中的腐蝕速率表現(xiàn)出與無(wú)菌體系中不一樣的變化規(guī)律。鑄鐵在T.f體系中，30 h～60 h腐蝕速率下降，60 h～190 h增大，190 h～220 h減小。T.f體系30 h～60 h腐蝕速率下降原因與無(wú)菌體系相同，此階段溶液中T.f菌量較少同時(shí)活性不高，試樣表面發(fā)生較為劇烈的析氫反應(yīng)并堆積了大量的腐蝕產(chǎn)物，阻礙了離子的傳遞，腐蝕速率下降。60 h～170 h內(nèi)溶液中活菌數(shù)量不斷上升，同時(shí)活性也保持在一個(gè)較高水平，如式（1）所示，T.f不斷把Fe2＋氧化成Fe3＋：

Fe3＋進(jìn)而發(fā)生一系列水解反應(yīng)生成水合鐵氧化物［12］。這些氧化物為T.f附著生長(zhǎng)提供了良好環(huán)境，T.f又依附在這些鐵氧化物周圍，不斷向鑄鐵內(nèi)部擴(kuò)散成團(tuán)生長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)鑄鐵的腐蝕過(guò)程發(fā)揮促進(jìn)作用。170 h～190 h內(nèi)腐蝕速率達(dá)到最大，此階段體系內(nèi)T.f數(shù)量達(dá)到最大值，T.f對(duì)鑄鐵的作用最為強(qiáng)烈。190 h～220 h T.f體系內(nèi)適合T.f生命活動(dòng)的適宜條件已逐漸惡化，同時(shí)試樣表面積累了一定厚度的腐蝕產(chǎn)物膜層，使腐蝕速率下降。

對(duì)比T.f和無(wú)菌體系中的腐蝕速率可知：0～30 h鑄鐵在T.f菌體系和無(wú)菌體系中的腐蝕失重速率無(wú)明顯差異，30 h～220 h內(nèi)T.f體系內(nèi)的腐蝕速率均高于無(wú)菌體系。這是因?yàn)?～30 h內(nèi)T.f體系中的T.f還處于適應(yīng)新環(huán)境的階段，數(shù)量和活性都不高，兩體系中鑄鐵表面都發(fā)生強(qiáng)度差不多的析氫腐蝕。30 h～220 h內(nèi)T.f體系中T.f主動(dòng)從氧化Fe2＋和各種還原態(tài)無(wú)機(jī)物過(guò)程中獲取能量維持生長(zhǎng)，且T.f吸附在試樣表面鐵氧化物形成的結(jié)核上，為自身生長(zhǎng)創(chuàng)造有利條件，從而削弱了產(chǎn)物膜層對(duì)鑄鐵的保護(hù)作用。

圖3 鑄鐵在T.f體系和無(wú)菌體系中不同時(shí)間點(diǎn)腐蝕速率

表4和圖4是T.f在一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)培養(yǎng)基的pH隨時(shí)間的變化情況，主要包括上文中T.f體系（有菌腐蝕溶液）與空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)體系（無(wú)菌腐蝕溶液），以及一種不含鑄鐵試樣的有菌培養(yǎng)基。結(jié)合圖4和表4可以看出，鑄鐵在T.f的一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)，三組培養(yǎng)基的pH都隨時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸上升，接種T.f并浸泡鑄鐵掛片的溶液pH高于無(wú)菌并浸泡鑄鐵掛片的溶液pH，接種T.f但未懸掛鑄鐵掛片的溶液pH最小。結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，導(dǎo)致含鑄鐵的兩種體系pH較高的原因在于發(fā)生了析氫反應(yīng)：

表4 不同時(shí)間點(diǎn)浸泡掛片和未浸泡掛片體系中溶液的pH

隨著氫氣的產(chǎn)生，溶液中氫離子不斷被消耗，pH值逐漸升高。不論溶液中是否有鑄鐵的存在，三種溶液中都有發(fā)生將Fe2＋氧化為Fe3＋和消耗H＋的反應(yīng)［13］。

含鑄鐵掛片體系中除了溶液本身的Fe2＋外還有鑄鐵不斷溶解提供Fe2＋，這加劇了陰極析氫反應(yīng)的進(jìn)行，而T.f依賴氧化Fe2＋獲取能量，因此析氫反應(yīng)進(jìn)行得更為劇烈。

圖4不同時(shí)間點(diǎn)浸泡掛片和未浸泡掛片體系中溶液pH變化

2.3 電化學(xué)阻抗譜

圖5 所示為鑄鐵在T.f體系和無(wú)菌體系中不同時(shí)間點(diǎn)的EIS圖譜。由圖5可看出，無(wú)菌體系和T.f體系容抗弧半徑均隨時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增大，但相同時(shí)間點(diǎn)無(wú)菌體系阻抗譜半徑大于T.f體系阻抗譜半徑，可初步判斷T.f促進(jìn)了鑄鐵腐蝕。根據(jù)兩體系本身特性以及阻抗譜變化，在不同時(shí)間點(diǎn)選用圖6中兩種等效電路，對(duì)兩體系阻抗圖譜進(jìn)行擬合。其中，Rs代表參比電極到工作電極間的溶液電阻，Cdl為工作電極與培養(yǎng)基溶液間的雙電層電容，Rct為電荷轉(zhuǎn)移電阻，該值的變化情況反映了體系腐蝕反應(yīng)進(jìn)行難易程度的變化［14］。220 h后T.f體系內(nèi)T.f代謝活動(dòng)減弱，其對(duì)電極表面覆蓋層的影響力也隨之下降，此前電極表面T.f活動(dòng)累積形成的生物膜層已經(jīng)得到固定，其中Cb代表T.f體系中的生物膜電容，Rb代表T.f體系的生物膜電阻。

圖5 鑄鐵在T.f體系和無(wú)菌體系中的EIS圖譜

表5 鑄鐵在T.f體系中不同時(shí)間點(diǎn)EIS圖譜參數(shù)值

鑄鐵在兩體系中不同時(shí)間點(diǎn)EIS擬合參數(shù)值見表5和表6。由表5、表6可知，無(wú)菌體系Rs隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大，T.f體系Rs在30 h～190 h不斷增大，190 h～220 h減小，兩體系中Rs大小受工作電極與參比電極間離子濃度以及離子在電極表面分布情況的影響。190 h～220 h T.f體系中T.f活性和數(shù)量都有所下降，因此溶液中Fe3＋水解后產(chǎn)生懸浮高價(jià)鐵氧化物的速率有所下降。T.f體系Cdl值隨時(shí)間延長(zhǎng)而出現(xiàn)較大的波動(dòng)，這是由于隨時(shí)間的延長(zhǎng)，T.f體系電極表面抱團(tuán)生長(zhǎng)的菌群在不斷更新，隨T.f緊密附著的部分產(chǎn)物層的狀態(tài)也因此不斷發(fā)生變化［15］。無(wú)菌體系Cdl值在190 h前逐漸增大，190 h后逐漸減小則是無(wú)菌體系電極表面附著的產(chǎn)物層累積和自然脫落的結(jié)果。30 h～190 h T.f體系Rct小于無(wú)菌體系Rct，190 h～220 h T.f體系Rct大于無(wú)菌體系Rct，可以認(rèn)為T.f在其新陳代謝旺盛的時(shí)間段內(nèi)促進(jìn)了鑄鐵的腐蝕。

表6 鑄鐵在無(wú)菌體系中不同時(shí)間點(diǎn)EIS圖譜參數(shù)

圖6 鑄鐵在T.f和無(wú)菌體系中的EIS等效電路

2.4 腐蝕形貌分析

圖7所示為鑄鐵分別在T.f和無(wú)菌體系中腐蝕不同時(shí)間后的表面微觀形貌圖。由圖7可知：無(wú)論有無(wú)細(xì)菌的存在，鑄鐵的腐蝕初期均表現(xiàn)出典型的局部腐蝕特征。腐蝕的產(chǎn)生從形成蝕坑（孔）開始，蝕坑不斷發(fā)展變大，越來(lái)越密集，直至連接成片，徹底破壞鑄鐵的表面結(jié)構(gòu)。造成這種形態(tài)的原因可能是因?yàn)殍T鐵中存在大量的含碳相，在腐蝕反應(yīng)進(jìn)行的過(guò)程中，這些含碳相在微觀尺度上扮演著陰極的角色。含碳相周圍的鐵作為陽(yáng)極，首先發(fā)生腐蝕。

圖7 鑄鐵在T.f和無(wú)菌體系中的腐蝕微觀形貌

無(wú)菌體系中的試樣經(jīng)30 h浸泡后，試樣表面較為平整，僅有輕微的腐蝕痕跡。浸泡60 h后，鑄鐵表面出現(xiàn)少量小的腐蝕坑，從前文分析中得知，此時(shí)腐蝕產(chǎn)物膜層的部分區(qū)域發(fā)生脫落。從浸泡120 h～170 h后的腐蝕形貌可以看出，隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，鑄鐵表面腐蝕坑開口有所增大且孔洞分布更加密集。190 h～220 h后腐蝕坑變得密集，呈蜂窩狀。

在含T.f的體系中，鑄鐵在經(jīng)相同時(shí)間的浸泡后，表面的腐蝕破壞程度明顯比無(wú)菌體系中的要嚴(yán)重。經(jīng)30 h浸泡后，試樣表面已經(jīng)出現(xiàn)大面積的腐蝕坑。60 h后，腐蝕坑面積更大、更深，鑄鐵表面呈蜂窩狀。腐蝕嚴(yán)重程度相當(dāng)于無(wú)菌體系中220 h后的鑄鐵表面。這說(shuō)明T.f的存在確實(shí)極大加速了鑄鐵的腐蝕過(guò)程。120 h后，鑄鐵的原生表面被完全腐蝕，開始出現(xiàn)直徑100μm以上的宏觀缺陷。有菌體系中，鑄鐵腐蝕程度更嚴(yán)重的原因可能是在T.f腐蝕過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的腐蝕產(chǎn)物，其聚集在腐蝕產(chǎn)物膜層上，不斷依靠氧化鑄鐵、Fe2＋和硫化物維持生長(zhǎng)，生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的Fe3＋易在鑄鐵表面形成水合鐵氧化物，這些水合鐵氧化物又為T.f附著生長(zhǎng)提供了有利的生長(zhǎng)環(huán)境［16］。靠近鑄鐵的細(xì)菌參與了鐵離子的擴(kuò)散和消耗過(guò)程，加速了其腐蝕進(jìn)程。

2.5 腐蝕產(chǎn)物物相分析

兩體系中所收集腐蝕產(chǎn)物的XRD測(cè)試結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，T.f組和無(wú)菌組培養(yǎng)基中鑄鐵試樣表面產(chǎn)物均為黃鉀鐵礬（KFe3（SO4）2（OH）6），這說(shuō)明T.f并未改變鑄鐵在9K培養(yǎng)基中原本的腐蝕結(jié)果。在9K培養(yǎng)基體系中，F(xiàn)e2＋被氧化成Fe3＋，F(xiàn)e3＋被水解，溶液中發(fā)生一系列的水解反應(yīng)，形成多核羥基絡(luò)離子［17］，最終形成了黃鉀鐵礬，兩體系中試樣表面具體反應(yīng)式如下：

此外，在反應(yīng)式（3）中，T.f體系內(nèi)T.f細(xì)菌周質(zhì)間隙中的銅藍(lán)蛋白和一系列細(xì)胞色素起到電子的傳遞作用，與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的氧結(jié)合并產(chǎn)生氧負(fù)離子，與H＋作用生成水。同時(shí)在電子傳遞過(guò)程中F0F3酶推動(dòng)ATP合成，為細(xì)菌的生長(zhǎng)提供能量。因此相較于無(wú)菌組，T.f體系中的Fe2＋的氧化反應(yīng)更為劇烈，T.f促進(jìn)了黃鉀鐵礬沉淀的生成［18］。因此T.f和無(wú)菌體系對(duì)比試驗(yàn)表明，T.f的存在僅僅加速鑄鐵腐蝕反應(yīng)的歷程，但并未改變腐蝕反應(yīng)路徑。

圖8 鑄鐵在T.f和無(wú)菌體系中腐蝕后產(chǎn)物的XRD譜

3 結(jié)論

（1）T.f在培養(yǎng)基條件下0～47 h處于生長(zhǎng)停滯期，47 h～159 h為指數(shù)生長(zhǎng)期，159 h～202 h為穩(wěn)定生長(zhǎng)期，202 h后進(jìn)入衰亡期，隨時(shí)間延長(zhǎng)，T.f不斷將培養(yǎng)基內(nèi)Fe2＋氧化為Fe3＋，同時(shí)培養(yǎng)基由Fe2＋的淺綠色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3＋的紅棕色。

（2）T.f體系和無(wú)菌體系的腐蝕速率在0～30 h無(wú)明顯差異，30 h～220 h T.f體系腐蝕速率遠(yuǎn)高于無(wú)菌體系。同一時(shí)間內(nèi)，浸泡鑄鐵掛片的有菌體系pH值最高，浸泡鑄鐵掛片的無(wú)菌體系pH值略低，細(xì)菌培養(yǎng)基的pH值最低。

（3）在T.f數(shù)量較多和活性較高的生長(zhǎng)階段，T.f促進(jìn)了鑄鐵腐蝕。且相較于無(wú)菌體系，含菌體系中鑄鐵表面腐蝕更為嚴(yán)重，腐蝕坑更多、更大。

（4）在T.f和無(wú)菌體系中，鑄鐵的腐蝕產(chǎn)物均為黃鉀鐵礬，說(shuō)明T.f僅加速鑄鐵腐蝕反應(yīng)的進(jìn)程，但并未改變腐蝕反應(yīng)路徑。