金属材料海洋环境生物污损腐蚀研究进展
收稿日期:2001210201;修订日期:2001212204
基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G 19990650),国家自然
科学基金重大项目(59899144-3)
作者简介:王庆飞,1967年生,男(汉族),博士,研究方向为生物腐蚀
电化学
金属材料海洋环境生物污损腐蚀研究进展
王庆飞1 宋诗哲1,2
(1.天津大学材料学院天津300072;2.金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳110016)
摘要:海生物因素是影响海洋环境金属材料腐蚀行为的主要因素之一.综述了金属材料海生物腐蚀研究领域中有关生物膜的结构与功能、海水环境微生物腐蚀机理研究和宏观海生物附着引起的局部腐蚀等几个方面近年来的进展情况.并结合我国开展海生物腐蚀研究的现状提出建议和讨论.关键词:生物腐蚀 生物膜 微生物腐蚀 海洋污损生物
中图分类号:TG 174 文献标识码:A 文章编号:100524537(2002)0320184205
1前言
金属材料在海水环境中的腐蚀是一个涉及物理、化学、生物、气象等因素的复杂电化学过程.生物污损腐蚀,包括微生物腐蚀(Microbiologically Induced Corrosion -MIC )及宏观生物附着引起的腐蚀是近年来腐蚀科学工作者广泛关注的课题.随着各种实验技术的发展,人们对生物腐蚀的认识越来越深入.由于生物附着现象存在的广泛性及生物腐蚀的复杂性,这方面有许多问题有待于深入研究.B Little 等综述了各种环境、各行业存在的微生物腐蚀现象[1,2],Mansfeld [3]等介绍了各种电化学技术在微生物腐蚀研究中的应用.
海水中影响腐蚀的海生物可分为3类:一类是细菌和单细胞有机质,如各类细菌及藻类;一类是柔软的生长物如海绵体等;第三类是硬质海洋动物,如藤壶、贝类等.各类微有机体很快附着于表面,进而微生物繁殖,微生物膜形成,宏观生物幼体依附于微生物膜逐渐成长,材料表面被生物覆盖,宏观生物死亡腐烂处微生物大量繁殖,3类生长物在金属材料、船舰体及海洋构筑物表面形成污损生物群落.本文主要介绍海洋环境生物腐蚀研究中有关生物膜的结构与功能、微生物腐蚀机理和宏观海生物附着引起的局部腐蚀等几个方面的进展.
2微生物膜的结构与功能
211海水环境中的生物膜(Biof ilm)
微生物附着于金属表面后,由于新陈代谢活动会产生粘稠的细胞胞外高聚物(Extracellular polymer substances 简称
EPS ).EPS 由高聚糖及蛋白质、糖蛋白或脂蛋白组成,有一
定的强度和粘性,在金属表面的附着性好.于是微生物就包藏于EPS 组成的凝胶中,从而在金属表面与液体环境之间形成凝胶相,EPS 的粘性使得其易粘附一些特殊颗粒物质,
例如粘土矿物、钙镁沉淀物、腐蚀产物和腐殖质等.EPS 凝胶、微生物及粘附沉积物等共同构成生物膜.自然界中生物膜厚度随环境条件不同而变化很大.在有强剪切力的系统中,生物膜只有几个微米厚;而很少承受液压的区域,微生物的沉积可达数厘米厚[4].
212生物膜的特征与功能
凝胶相生物膜除具有一定的透过性能外,还有较好的粘弹性、亲水性、生物学性能以及一定的吸附能力.由于细菌高聚物如丙酮酸或糖醛酸中的荷电基团的存在,使得生物膜具有离子交换器的性质.在所有情况下,EPS 都是亲水性的,因此生物膜能赋于疏水表面以亲水性质,由此基体的表面性质也就发生了变化.生物膜通常具有如下特征:微生物在EPS 组成的凝胶中是静止的且靠近生长表面,各菌种在空间上有固定的微同生现象,细胞相互之间长时间接触;p H 值、氧浓度、基质浓度、代谢产物浓度、有机物浓度及无机物浓度在空间上(垂直和水平的)具有不均匀性,存在浓度梯度;随时间、环境条件的改变,各种微生物可能不断演替,生物膜也发生变化[5].
生物膜覆盖在金属表面时,在金属表面与溶液本体间起扩散屏障作用,产生浓度梯度.EPS 基质起扩散屏障作用,一方面有强度,可以保持形态而又柔软,另一方面允许新陈代谢、排泄废物、吸取营养等微生物活动,因此生物膜的存在使金属/本体溶液界面状态发生了很大变化,例如p H 值、氧浓度、基质浓度、代谢产物浓度、溶解盐浓度和有机物质浓度等均与溶液本体不同,加之生物膜凝胶相内各成分也是不均一的,这些界面反应会影响各电化学参数,而这些参数决定着腐蚀机理、腐蚀形态.
Little [1,2]等考察了影响生物膜的表面附着力的几种因
素.表面粗糙度和成分在生物膜积累的早期,即生物膜的初生阶段,起主要作用.而且,可以影响细胞的积累速度和扩散速率.同时考察了生物膜组成物上电解液的影响.水剪切应力,与流速有关,影响着生物膜内运输、传质和反应速率,同
样也影响着分离速率,以及生物膜内的运输过程.Mansfeld 和Little 将微生物技术应用于微生物腐蚀.由于生物膜内的微生物能在异于本体电解质的独特环境中生存下来,MIC 能导致腐蚀产物的产生,这种腐蚀产物不能由非生物环境的
第22卷第3期
2002年6月 中国腐蚀与防护学报Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection
Vol 122No 13J un 12002
实验得到,也不能用热力学分析法预测.Meneil和Little考察了在MIC中发现的矿物质腐蚀产物[1].
近年来膜功能材料作为能量转换场、信息传递场和特异化学反应场等在生物化工、生物冶金等领域应用推动了对微生物膜的深入研究.J R Lawrence等[6]采用共焦扫描激光显微镜证实复杂的生物膜结构中,微有机体生长于被基质包围的、充水的小孔(voids)隔开的微聚集区中,生物膜从结构、生态功能、化学成分到荷电情况各方面都可能是非均一的,这给尝试定量研究其复杂结构的工作带来困难.Dirk de Beer 等观察了好氧微生物膜结构对空间氧分布及传质过程的影响[7];Z Lewandowski对生物膜的结构与功能的研究报道指出[8],目前阻碍从微观层次进一步研究生物膜的难题是缺少规范化步骤和对观察结果定量化的理论框架,例如生物膜内传质问题及MIC研究中金属/生物膜界面电化学作用本质等.
3海洋环境的微生物腐蚀机理
微生物腐蚀(MIC)是指由微生物引起或加速的腐蚀,是一个十分复杂的电化学过程,尤其易引起或加速破坏性极强的局部腐蚀.海水是易于微生物生长的介质,海水中金属材料上生物膜的存在具有普遍性,海洋宏观生物就生长于微生物的环境中,在较高级的生物组织如藤壶、贝类等宏观生物附着之前总是微生物先附着成膜,在宏观生物壳表面周围有大量微生物存在,宏观生物死亡、腐烂处更有大量微生物繁殖生长.微生物在金属表面附着、生长、新陈代谢及死亡等生命过程主要从以下几方面影响海水环境中金属的腐蚀过程. 311浓度差异电池形成
由于微生物的附着在金属表面形成不规则的聚集地,材料不可避免地形成几何的不均匀性,EPS基质的扩散屏障作用阻碍氧向材料表面的扩散,微生物膜分布及其本身结构的不均匀性、腐蚀产物的局部堆积等形成氧浓度差异电池,微生物的新陈代谢产物和腐蚀产物的向外扩散也同样被阻止.于是形成局部浓度差异电池.
另外一种情况是海藻和光合作用细菌利用光产生氧气,积聚于生物膜内.氧浓度的增加,加速了阴极过程,也就加快了腐蚀速度.海藻象其它细菌一样,无论光线强弱,即使在黑暗中也呼吸,将O2转化成CO2.局部的呼吸作用/光合作用可形成氧浓差电池,导致局部阴、阳极区的产生[1].
共焦扫描激光显微镜及扫描振荡微电极技术已能给出生物膜的结构、化学组分及电化学特征的一些参数[7,9],E. L’Hostis等采用旋转电极技术分析了金电极上天然海水生物膜内氧扩散动力学[10],氧浓差存在满足了局部腐蚀的初始条件.腐蚀产物及代谢物沉积使局部腐蚀得以发展.
312微生物的新陈代谢过程及产物对腐蚀电化学过程的影响
生物膜的存在及微生物的新陈代谢活动影响金属腐蚀过程,改变腐蚀机理、腐蚀形态,一方面代谢过程改变腐蚀机制,另一方面代谢产物具有腐蚀性,恶化金属腐蚀的环境. 31211新陈代谢过程对腐蚀行为的影响 生物的新陈代谢活动影响了电化学过程,生物膜内生物的呼吸频率高于氧的扩散速率,则腐蚀的阴极过程机理就发生了变化.在贫氧的生物膜与金属界面上不可能再消耗氧.阴极反应可能转变为消耗水或微生物产生H2S.Thomas等认为生物膜的存在起到弥散屏障作用,减缓了钢在海水中的腐蚀.较均匀分布的微生物EPS膜由于形成界面传质障碍或表层有机体生命活动消耗溶解氧从而对一些材料起缓蚀作用,但自然附着生长的生物粘膜往往是结构复杂而且分布不均匀的,一些条件下降低均匀腐蚀速度,往往造成局部腐蚀破坏.Pedersen 和Hermansson验证了细胞浓度,含氧量和腐蚀速度间的关联作用[11].嗜铁菌、锰沉积菌的代谢过程本身就是去极化反应.
31212酸的产生 指有氧区好氧菌代谢产物硫酸和各种有机酸的产生.当细菌代谢养份时,有机物会除去代谢过程产生的电子,在嗜氧菌中,最终的电子接收者通常是氧,有机物发酵时大多数异养细菌代谢分泌有机酸(各种短链脂肪酸).产生的酸的种类和数量依赖于微生物的类型和有效基层分子数.有机酸可能会使腐蚀的发生趋势转变.当酸性代谢物被困在生物膜/金属界面时,对腐蚀影响更加明显.细菌Clostridium aceticum产生的醋酸和硫氧化菌(SOB如Thiobacillus)产生的硫酸对腐蚀有明显的促进作用,如J Al2 hajji等在首届网上腐蚀会议(InterCorr/96,session5,1996)报道了醋酸(模拟生物环境)对含Mo不锈钢腐蚀行为的影响;张炎等研究了两种SOB诱导的几种材料的腐蚀行为[12]. 31213硫化物的产生 局部无氧区厌氧菌代谢生成破坏性极强的硫、硫化物、硫代硫酸盐等,加速局部腐蚀.硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing-Bacteria,SRB)是一类以有机物为养料的、广泛存在于土壤、海水、输运管道、油气井等处的厌氧性细菌,SRB利用硫酸根离子作为最终电子接收者而产生H2S对金属腐蚀重要作用.关于SRB腐蚀研究报道很多,其腐蚀机制的解释因观察场合等不同则主要有4种说法.(1)氢化酶阴极去极化理论:早在三十年代Von Wolzogen Kuhr和Vander Vlugt就提出下列反应机制:
4Fe→4Fe2++8e(阳极反应)(1) 8H2O→8H++8OH-(水离解)(2) 8H++8e→8H(吸附)(阴极反应)(3) SO2-4+8H→S2-+4H2O(细菌消耗)(4) Fe2++S2-→FeS(腐蚀产物)(5) 4Fe+SO2-4+4H2O→3Fe(OH)2+FeS+2OH-(总反应)
(6)这些方程式是在SRB含有一种氢化酶,它能将氢原子聚集在阴极的理论基础上建立起来的;(2)细菌代谢产物去极化理论,又可分为硫化氢去极化和硫化亚铁去极化理论[13]:在厌氧情况下,腐蚀速度由于阴极产生H2S而上升,并且因形成FeS而加速了阳极反应.
H2S+2e→H2+S2-(7) Fe+S2-→FeS+2e(8)许多作者报道钢铁表面有一多孔的FeS层而使腐蚀速度增加;(3)硫铁化合物和氢化酶一起作为去极化剂理
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3期王庆飞等:金属材料海洋环境生物污损腐蚀研究进展
论[14];Miller认为SRB对钢铁腐蚀不仅是因为H2S的侵蚀性,也是由于氢化酶活性和代谢产物促进阴极去极化作用;
(4)含磷化合物去极化理论[15]:Iveson认为在厌氧情况下, SRB会产生挥发性磷化合物,与基体铁反应生成磷化铁从而导致金属腐蚀.B Little等采用双区生物电池技术证实了氢化酶的作用[16],P Chandrasekaran研究了腐化海水环境中碳钢的腐蚀行为,提出硫化物与氧气共存条件下的腐蚀机制[17].M Eashwar[18]等发现许多宏观污损生物死亡腐烂引起的腐蚀与SRB有关.另外,氢及氨等代谢产物也加速腐蚀.
313金属沉积菌作用造成闭塞电池腐蚀
近几年,MIC中金属沉积菌(Metal Deposition Bacteria)的作用已引起关注.Ghiorse提出一种关于细菌沉积金属氧化物的观点,认为微生物加速了金属的氧化,有些使非生物性的金属氧化沉淀物积累起来,有些通过氧化金属而获取能量.嘉利翁氏菌属、球衣菌属、铁细菌属、纤毛菌属是常被提到的引起MIC的铁氧化类属.这些有机物将Fe2+氧化成Fe3+或将Mn2+氧化成Mn3+,从而获取能量[19].
金属沉积菌的作用使金属表面局部沉积能催化金属氧化的腐蚀产物(如FeS、MnO2等),沉积物下金属成为阳极,微区可能形成闭塞电池腐蚀,腐蚀产物水解及扩散壁垒存在造成闭塞区内p H值降低和Cl-的富集,这种自催化机理腐蚀破坏性极强;同时腐蚀产物沉积可能导致结瘤腐蚀.许多研究发现天然海水金属沉积菌生物膜改变金属/生物膜界面环境使不锈钢类钝化金属的开路电位向贵金属化电位方向移动(Ennoblement),相应伴随着阴极极化电流密度容量的增加,酸度、溶解氧、金属沉积菌代谢产物MnO2、Fe2O3及微量双氧水等都被用来解释这种正移现象[19,20].
314细胞外周高分子物质(EPS)凝胶层形成微有机体粘附于金属表面形成胶状细胞外周高分子物质(Extracellular Polymer Substances-EPS),所有粘附于金属表面的微生物都会产生高分子并在其上形成一凝胶基质层.细胞外高分子菌对生物膜的结构完整性起主要作用.凝胶对界面过程有多方面影响:(1)在生物膜/金属界面上滞留水;
(2)捕获界面上的金属(Cu、Mn、Cr、Fe)和腐蚀产物;(3)降低扩散速度,使金属/生物膜/海水界面溶解氧及电解质扩散复杂化.这类高分子多为带羧酸官能团的多糖,其可以捕获金属离子从而加速金属腐蚀.G ill G G eesey报道Cu与生物高分子的螯合作用[21].G Chen研究了含Mo不锈钢在天然海水中的微生物腐蚀,观察到MoO2-4与EPS中蛋白质及氨基酸发生作用被还原为Mo5+和MoO2[22].EPS结构中的特征官能团与金属离子的作用是生物化学的新研究课题.
315微生物因素与其它海水环境因素协同作用海水环境中腐蚀过程复杂,影响因素多.生物因素与其他因素协同作用影响腐蚀过程.B Little等研究了海水中304不锈钢的电位与微生物附着的关系,阴极极化增加生物量,微生物的聚集及代谢产物形成固定阴、阳极区,造成局部腐蚀[23];K Chidambaram等观察了软钢在几种细菌附着情况下电位变化,指出电位变化与生物量间存在一定关系[24];对于阴极保护下的材料,生物活动、钙质沉淀物与保护电位相互作用,M F L de Mele等指出阴极电流与细菌附着间存在如下关系[25]:(1)在早期阴极保护抑制需氧菌生长;(2)阴极电流有利于厌氧菌的聚集;(3)生物膜与钙质沉淀物的作用取决于温度、溶解氧、有机质浓度及代谢产物.生物膜及微生物生命活动还可能造成缓蚀剂效率降低[1],微生物能使脂肪族胺和亚硝酸盐等缓蚀剂的效率降低,在降低缓蚀作用的同时增加了微生物的数量,微生物还通过在金属表面和本体溶液中的缓蚀剂间造成弥散障碍而降低侵蚀剂的作用.另外,有时一些大面积覆盖的石灰质沉积膜,硬壳海洋动物附着有时破坏涂层.C G Peng和J K Park探讨了化学耗氧量(COD)、SO2-4、CaCO3沉积物及不同菌种作用下碳钢的腐蚀特征[26],证实各因素间的协同效应.S C Dexter等报道了天然海水生物膜对电偶腐蚀的影响[27],证实在一定条件下,生物膜引起金属或构件电位变化,加剧了电偶腐蚀.
同时,生物因素与海水物理化学因素及气象因素之间相互影响,不同地理位置海域、不同气象条件下,附着生物分布及活动周期大不相同;海水物理化学性能(盐度、溶解氧、营养成分、耗氧量)影响附着生物生命活动.不同材料上生物附着情况也不相同.
综上所述,微生物附着是评价海水环境金属腐蚀性能不可忽视的因素.目前,微生物腐蚀研究大多是定性分析现象,推测可能机理.R Schmidt在尝试基于表面能与附着关系及膜内传质的Monte-Carlo模拟建立生物腐蚀数学模型时指出,由于生物膜结构的不均匀性及微生物腐蚀的复杂性使得理论模型建立十分困难[28].
4海洋宏观污损生物引起的腐蚀
海洋构件或船舰体被生物污损层覆盖是一种常见现象.海洋生物学家对各海域污损生物进行了广泛调查,对污损生物的生态区系、群落组成及生态活动规律有了一定认识[29],但对特定材料尤其金属和合金材料上附着生物认识较少.近年来,随着电化学技术、表面分析、生物技术及图象处理技术的应用,生物附着与金属腐蚀关系方面基础研究不断深入.
一般认为,碳钢、低合金钢在弱碱性的海水中,发生的是氧扩散控制的均匀腐蚀.实际上,实海全浸试样在几年内被海生物所覆盖,例如S Maruthamuthu[30]报道印度Tuticozin 港不同金属材料上主要污损生物及腐蚀状况;在我国各海域主要附着生物有藤壶、贻贝、牡蛎、海鞘、苔藓虫、石灰虫、树枝虫、水螅及藻类等;碳钢、低合金钢实海试样局部腐蚀表现形式为点蚀、缝隙腐蚀、斑蚀、痕蚀、坑蚀、溃疡和穿孔等[31]. Al、Cu、Ti等及其合金也因生物附着而发生各种局部腐蚀,且往往发生在沉积物海生物壳(如贝类)下面或其与金属及其它海生物的缝隙之间.局部腐蚀微环境在材料表面的分布具有一定的偶然性.腐蚀形貌、分布、局部腐蚀深度等与海生物因素的影响密切相关,在一定程度上受“海生物控制”.
由于海生物生长周期长,且受多种因素影响,研究难度大,这方面报道较之微生物腐蚀更少,其中藤壶引起局部腐蚀现象最引人注意,M Eashwar等详细考察了不锈钢上藤壶
681中国腐蚀与防护学报第22卷
生命活动及腐蚀现象,指出死藤壶壳上有机质的分解引起介质酸化,进而形成缝隙腐蚀(Barnacle-induced Crevice Corro2 sion)[18];马士德等通过青岛海域实海暴露试样观察及实验室培育研究了藤壶附着对海水中金属腐蚀的影响,提出“开花腐蚀”机制,揭示了藤壶附着在局部腐蚀中的作用[32].实海腐蚀实验发现生物污损造成局部腐蚀微环境,往往发生在沉积物海生物壳(如贝类)下面或其与金属及其它海生物的缝隙之间;自催化效应、海生物分泌液及死亡腐烂引起溶液酸化(p H值最低可达3～4),进一步加速局部腐蚀的生长和发展.宋诗哲等[33]研究了铝镁合金在不同p H值NaCl溶液中腐蚀行为,揭示海生物造成的局部微酸性环境是厦门港局部腐蚀敏感性强的原因.海生物作用是造成海洋结构材料、构筑物及船舰体局部腐蚀的主要因素,深入研究腐蚀机制,开发有效措施预防污损生物附着具有重要意义且任重道远.
5我国海生物腐蚀研究现状及一点思考据估计,生物腐蚀损失占总体腐蚀损失的20%左右,我国有关生物腐蚀造成损失没有受到足够重视.作为一个拥有18000km海岸线的世界海洋大国之一,研究国产海洋结构材料在本国海域内生物腐蚀具有十分重要的理论和现实意义.八十年代以来,国家科委和国家自然科学基金委设立“材料海水腐蚀数据积累及其规律研究”项目,至今已积累了71种材料在典型海域内腐蚀数据四万多个,有关人员对这些数据进行了大量分析研究.微生物腐蚀及污损生物引起局部腐蚀方面也开展了一些工作[12,32～34],微生物腐蚀的研究集中于油田注水系统中硫酸还原菌引起的腐蚀,同时在预防微生物及污损生物附着方面也进行了探索,如防止硫酸还原菌的杀菌剂和防污损生物涂料的开发等.总体来说,由于海生物因素作用复杂,实验周期长,研究难度大,基础研究方面相对较少.
近年来,开发海洋腐蚀数据库和海洋环境腐蚀的预测、咨询系统,直至建立完善的专家系统成为热门课题.但是,复杂多变的海生物因素,难以控制和定量描述,腐蚀机理不完全清楚.实海长期暴露实验失重法所得腐蚀速度数据难以全面反映海生物造成局部腐蚀的特征,因而模型研究较少涉及海生物因素的影响(一些异常现象很可能由海生物因素所致).金属材料海水腐蚀性评价中生物因素是问题的焦点之一,忽视或未能准确把握海生物因素的模型预测材料在特定海域腐蚀情况有时会导致错误结论.生物因素及其与其他因素协同作用引起或加速的局部腐蚀破坏性极大.局部腐蚀的分布、深度与生物因素之间关系是问题的关键.
建立模拟生物环境的实验方法对评价材料海水腐蚀中生物因素的作用,揭示生物腐蚀的机制具有重要意义,这方面工作较少见诸报道.J Alhajji等在首届网上腐蚀会议(In2 terCorr/96)报道以醋酸模拟的生物环境中含Mo不锈钢的腐蚀特征,F L Roe等报道在低碳钢上沉积生物高分子,研究p H值、溶解氧及电极电位在电极表面分布的方法[9].我们根据生物膜的结构特征,以含羧酸官能团的β-D甘露糖醛酸单元等构成的天然高分子多糖凝胶沉积于电极表面,形成模拟生物膜,介质加以微生物特征代谢产物,初步建立起模拟微生物腐蚀环境的实验方法,并就模拟微生物膜对几种材料在模拟海水中腐蚀性能的影响进行了初步探讨[35].模拟微生物膜的实验方法可为揭示复杂的海水环境腐蚀中微生物因素的早期作用提供信息.
海洋生物学家对各海域生物的调查及生态研究为腐蚀工作者研究金属材料生物腐蚀提供了基础知识和丰富信息.有关领域科技人员应联合推动海生物腐蚀研究的开展.广泛调查典型材料上海生物附着的种类、生命活动规律;采用各种电化学及现代表面分析技术深入研究生物膜的结构及其如何影响材料、结构物的腐蚀和影响程度;运用现代数学方法研究实海暴露数据的规律性.为阐明生物腐蚀机制、建立生物因素数学模型、开发包括生物腐蚀因素的咨询预测系统及探索预防措施提供信息.
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PR OGRESS IN MARINE BIOLOGICALLY INFL UENCED CORR OSION STU DY
WAN G Qingfei1,SON G Shizhe1,2
(1.School of M aterials Science and Engineering,Tianjin U niversity300072;
2.S tate Key L ab.of Corrosion and Protection,Institute of Metal Research,The Chinese Academy of Sciences,S henyang110016)
Abstract:Biofouling is one of the main factors that influence metal corrosion in marine environment.Biocorrosion has been receiving more and more attention in recent years.In this paper,some respects of this field such as the structure and function of biofilm,mechanism of microbiologically influenced corrosion in seawater and corrosion induced by marine foulings(banacles etc.)were reviewed.Also,according to the present situation of this field in our country,some research topics on marine biocorrosion,including local corrosion induced by macrofoulings and studying M IC in simulated biofilm environment,were discussed.
K ey w ords:metal corrosion,biofilm,microbiologically influenced corrosion,marine foulings.
881中国腐蚀与防护学报第22卷
大气腐蚀环境分类
大气腐蚀环境分类 材料在不同大气环境中的腐蚀破坏程度差异很大，例如，距海24.3米处的钢腐蚀速度为距海243.8米处的大约12倍。试验表明，若以Q235钢板在我国拉萨市大气腐蚀速率为1，则青海察尔汉盐湖大气腐蚀速率为4.3，广州城市为23.9，湛江海边为29.4，相差近30倍。因此，在防腐蚀工程设计和制定产品环境适应性指标时，均需按大气腐蚀环境分类进行。 大气环境分类一般有两种方法，一种是按气候特征划分，即自然环境分类；另一种是按环境腐蚀严酷性划分。后者更接近于应用实际而被普遍采用。国际标准ISO9223～9226便是根据金属标准试片在环境中自然暴露试验获得的腐蚀速率及综合环境中大气污染物浓度和金属表面润湿时间进行分类。将大气按腐蚀性高低分为5类，即： C1：很低 C2：低 C3: 中 C4：高 C5：很高 在涂料界，国际标准化组织又颁布了更有针对性的标准：ISO12944-1～ 8:1998 《色漆和清漆─保护漆体系对钢结构的防腐保护》（Paints and varnishes ─ Corrosion protection of steel structures by protective paint systems）［。这是一部在国际防腐界通行的、权威的防护涂料与涂装技术指导性国际标准。目前，在国内涂料、涂装行业、腐蚀与防护行业及相关设计研究院所、高等学校，在重大防腐工程设计、招投标及施工过程中都使用到这一综合性标准。标准共分八个部分： 第1部分总则 第2部分环境分类 第3部分设计上的考虑 第4部分表面类型与表面处理 第5部分保护漆体系、 第6部分试验方法 第7部分涂漆工艺 第8部分新工程和维护工作规范的制定。
海洋生物碱研究进展
https://www.360docs.net/doc/a52199196.html,
海洋生物碱研究进展1
那广水1 2，叶亮2，奚涛，姚子伟1
，
1.国家海洋环境监测中心，辽宁大连（116023） 2. 中国药科大学生命科学与技术学院，江苏南京（210009）
E-mail：gsna@https://www.360docs.net/doc/a52199196.html,
摘 要：本文概述了2000年以来海洋生物碱在抗肿瘤、抗菌、抗病毒等方面的研究进展，着重 介绍了近几年国内外海洋生物尤其是海绵和微生物中新发现的海洋生物碱及其生物学功能。 关键词：海洋生物碱，抗肿瘤，抗菌，抗病毒 生物碱是一类生物体中一种含氮化合物，它不仅存在于植物中，而且也存在于动物、微生 物和海洋生物中，人们已经发现很多的有活性的生物碱且用于抗肿瘤、抗菌、抗病毒等方面。 在许多疾病的治疗中，生物碱类药物已经受到人们的普遍关注。近些年来，海洋药物研究日益 受到专家学者关注。海洋蕴藏着丰富的药用生物资源，海洋生物由于生活在高盐、高压、低 温、缺氧等极端环境中，长期进化过程中形成了一些结构独特而又有显著药理作用的次级代谢 产物，其在抗病毒、抗炎和抗肿瘤等方面作用显著。 海洋生物碱作为海洋生物的一种次级代谢产物，同样具有以上的生物学活性，它们有很多 可能成为抗肿瘤、抗病毒和抗菌的药物先导化合物，有良好的药用前景。
1. 抗肿瘤生物碱
抗肿瘤是海洋生物碱的一个主要研究方向，其主要来自海绵，其次是海鞘、海洋微生物 等。 Aoki S等人[1]研究一种海绵中的五环胍类生物碱 crambescidin 800对慢性骨髓瘤细胞K562的 影响，发现它在细胞周期S期发挥作用，0.15-1μmol?ml-1时增加了 K562细胞血红素的量，当治 疗24小时时有p21蛋白表达，(p21蛋白是p53蛋白诱导的WAF1基因表达产物，与肿瘤增殖细胞 核抗原结合，阻抑DNA多聚酶delta的功能，从而抑制DNA复制；p21蛋白也抑制细胞周期素/细 胞周期素依赖性激酶的底物磷酸化，阻止细胞周期从G1到S期，是一种促进细胞凋亡的蛋白)， 在48小时表达量增加，而对p27蛋白表达水平无明显影响（p27蛋白是一种细胞周期蛋白依赖性 激酶抑制蛋白，在哺乳动物有丝分裂G1期转化到S期中起着重要调节作用，在恶性肿瘤中都存 在p27的降低）。 从Kuchinoerabu-jima岛附近捕获的海绵（Neopetrosia sp）中，Oku N等人提取出来一种新 的四氢异喹啉生物碱Renieramycin J，在86nmol?ml-1对3Y1细胞作用6小时发现细胞核萎缩或消 失，同时明显抑制伪足生长，当处理12小时时细胞界限模糊，细胞开始死亡，这种现象在用放 线菌素D（RNA合成抑制剂）和放线菌酮（蛋白质合成抑制剂）处理此细胞系时也观察到。另 外，Renieramycin J对宫颈癌细胞和P338癌细胞也有细胞毒作用[2]。 Warabi K等人从日本Nagashima岛采集的海绵（Dictyodendrilla verongiformis）中分离出5种 新的生物碱dictyodendrins A-E（图1），它们在50μg?ml-1时完全抑制端粒酶活性，这时首次从 海洋生物中提取的具有抑制端粒酶活性的天然产物，因为90％的癌症病人都表现为端粒酶活性
1
本课题得到国家极地科学战略研究基金（2006）的资助。 -1-
海洋腐蚀环境与换热器表面处理选型
海洋腐蚀环境 海洋腐蚀环境包括海洋大气腐蚀环境和海水腐蚀环境, 1﹑海水腐蚀环境 海水是一种复杂的多组分水溶液，海水中各种元素都以一定的物理化学形态存在。海水是一种含盐量相当大的腐蚀性介质，表层海水含盐量一般在3.20％-3.75％之间，随水深的增加，海水含盐量略有增加。盐分中主要为氯化物，占总盐量的88.7％.由于海水总盐度高，所以具有很高的电导率，海水中pH值通常为8.1-8.2，且随海水深度变化而变化。若植物非常茂盛，CO2减少，溶解氧浓度上升，pH值可接近10；在有厌氧性细菌繁殖的情况下，溶解氧量低，而且含有H2S，此时pH值常低于7。海水中的氧含量是海水腐蚀的主要影响因素之一，正常情况下，表面海水氧浓度随水温大体在5~10mg/L范围内变化。海水温度一般在-2℃-35℃之间，热带浅水区可能更高。海水中氯离子含量约占总离子数的55％，海水腐蚀的特点与氯离子密切相关。氯离子可增加腐蚀活性，破坏金属表面的钝化膜。 2﹑海洋大气腐蚀环境 大气腐蚀一般被分成乡村大气腐蚀，工业大气腐蚀和海洋大气腐蚀。乡村地区的大气比较纯净；工业地区的大气中则含有SO2，H2S, NH2和NO2等。大气中盐雾含量较高，对金属有很强的腐蚀作用。 海洋环境对金属腐蚀同其它环境中的大气腐蚀一样是由于潮湿的
气体在物体表面形成一个薄水膜而引起的。这种腐蚀大多发生在海上的船只、海上平台以及沿岸码头设施上,腐蚀现象是非常严重的,除了在强风暴的天气中，在距离海岸近的大气中的金属材料也强烈的受到海洋大气的影响。海洋大气中相对湿度较大，同时由于海水飞沫中含有氯化钠粒子，空气的相对湿度都高于它的临界值。空气中所含杂质对大气腐蚀影响很大，海洋大气中富含大量的海盐粒子，这些盐粒子杂质溶于铜带表面的水膜中，使这层水膜变为腐蚀性很强的电解质，加速了腐蚀的进行，与干净大气的冷凝水膜比，被海雾周期饱和的空气能使铜的腐蚀速度增加几倍。 海洋环境对金属腐蚀的影响因素 1﹑盐度 盐度是指100克海水中溶解的固体盐类物质的总克数。一般在相通的海洋中总盐度和各种盐的相对比例并无明显改变，在公海的表层海水中，其盐度范围为3.20％～3.75％，这对一般金属的腐蚀无明显的差异。但海水的盐度波动却直接影响到海水的比电导率，比电导率又是影响金属腐蚀速度的一个重要因素，同时因海水中含有大量的氯离子，破坏金属的钝化，所以很多金属在海洋环境中遭到严重腐蚀。 2﹑含氧量 海洋环境对金属腐蚀是以阴极氧去极化控制为主的腐蚀过程。 海水中的含氧量是影响海洋环境对金属腐蚀性的重要因素。氧在海
十大海洋腐蚀防护技术
盘点十大海洋腐蚀防护技术 前言 海洋工程构筑物大致分为：海岸工程(钢结构、钢筋混凝土)、近海工程(海洋平台、钻井、采油、储运)、深海工程(海洋平台、钻井、采油、储运)、海水淡化、舰船(船体、压载舱、水线以上)，简称为船舶与海洋工程结构。船舶与海洋工程结构的主要失效形式包括：均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀/磨损、海生物(宏生物)污损、微生物腐蚀、H2S与CO2腐蚀等等。控制船舶和海洋工程结构失效的主要措施包括：涂料(涂层)、耐腐蚀材料、表面处理与改性、电化学保护(牺牲阳极、外加电流阴极保护)、缓蚀剂、结构健康监测与检测、安全评价与可靠性分析及寿命评估。 从腐蚀控制的主要类型看(表1)，涂料(涂层)是最主要的控制方法、耐腐蚀材料次之，表面处理与改性是常用的腐蚀控制方法，电化学保护(牺牲阳极与外加电流)是海洋结构腐蚀控制的常用手段，缓蚀剂在介质相对固定的内部结构上经常使用，结构健康监测与检测技术是判定腐蚀防护效果、掌握腐蚀动态以及提供进一步腐蚀控制措施决策和安全评价的重要依据，腐蚀安全评价与寿命评估是保障海洋工程结构安全可靠和最初设计时的重要环节。建立全寿命周期防护理念，结合海洋工程设施的特点及预期耐用年数，在建设初期就重视防腐蚀方法，通过维修保养实现耐用期内整体成本最小化并保障安全性，是重大海洋工程结构值得重视的问题。 表1腐蚀防护方法及中国的防腐蚀费用比例 一、防腐涂料(涂层) 涂料是船舶和海洋结构腐蚀控制的首要手段。海洋涂料分为海洋防腐涂料和海洋防污涂料两大类。按防腐对象材质和腐蚀机理的不同，海洋防腐涂料又可分为
海洋钢结构防腐涂料和非钢结构防腐涂料。海洋钢结构防腐涂料主要包括船舶涂料、集装箱涂料、海上桥梁涂料和码头钢铁设施、输油管线、海上平台等大型设施的防腐涂料；非钢结构海洋防腐涂料则主要包括海洋混凝土构造物防腐涂料和其他防腐涂料。 海洋防腐蚀涂料包括车间底漆、防锈涂料、船底防污涂料、压载舱涂料、油舱涂料、海上采油平台涂料、滨海桥梁保护涂料以及相关工业设备保护涂料。海洋防腐涂料的用量大，每万吨船舶需要使用4～5万升涂料。涂料及其施工的成本在造船中占10%～15%，如果不能有效防护，整个船舶的寿命至少缩短一半，代价巨大。 海洋防腐领域应用的重防腐涂料主要有：环氧类防腐涂料、聚氨酯类防腐涂料、橡胶类防腐涂料、氟树脂防腐涂料、有机硅树脂涂料、聚脲弹性体防腐涂料以及富锌涂料等，其中环氧类防腐涂料所占的市场份额最大，具体见表2。实际上，从涂料使用的分类看，涂料可以分为：底漆、中间漆和面漆。其中，底漆主要包括富锌底漆(有机：环氧富锌；无机：硅酸乙酯)、热喷涂铝锌；中间漆主要有环氧云铁、环氧玻璃鳞片；面漆包括聚氨酯、丙烯酸树脂、乙烯树脂等。 表2我国重防腐涂料的种类与比例 我国重防腐涂料增长率较快，2012年我国涂料总产量1270万t，居世界第一位，但企业数量多，单产低。 我国涂料生产企业有上万家，但产量在5000t以上的涂料企业不足10%。美国涂料年生产总量约700万t，厂家只有400多个。日本是世界第3大涂料生产国，总产量200万t，生产企业只有167家。我国涂料公司的产值低：从企业销售额来看，我国最大的涂料公司的年销售额不足AkzoNobel(阿克苏诺贝尔)公司的1/50。此外，我国许多涂料公司的产品质量还有待进一步提高。我国虽有先进的纳米复
海洋碳循环研究进展简介
摘要：本文主要介绍了海洋碳循环及其在全球碳循环中的重要作用，概述了海洋碳循环的一般特征，并进一步介绍了南北极海区碳循环的一些概况。现阶段国内外关于海洋碳循环模式具有大量研究，据此，本文阐述了我国浅海贝藻养殖对海洋碳循环的贡献，最后对海洋碳循环进行了展望。 关键字：海洋、碳循环、贝藻养殖 引言 自工业革命以来，人类活动使得大气中CO2浓度一直在持续增加。可以预见在未来相当长的时间内，大气CO2浓度还会不断增加。IPCC在2001年发布了第三次评估报告。该报告指出，在过去的42万年中，大气CO2浓度从未超过目前的大气CO2浓度，在20世纪中大气CO2浓度的增加是前所未有的。估计到21世纪中叶，大气中CO2将比工业革命前增加1倍。大气CO2浓度的增加对全球变化的影响已引起了广泛的注意，该报告指出，工业革命以来的全球气温已增加了约0.6℃，这主要是由于大气中人为温室气体(如CO2、CH4、N2O、CFCs)浓度增加所致，其中CO2的作用居首位。初步预测，21世纪全球增暖将超过过去10 ka来自然的温度变化速率。为了准确评价和预报未来的气候变化，正确认识碳循环显得十分重要。 1、海洋碳循环简介 海洋在全球碳循环中起着极其重要的作用，海洋是地球上最大的碳库。海洋储存碳是大气的60倍，是陆地生物土壤层的20倍(IPCC, 2007)；大约50%人为排放的碳被海洋和陆地吸收(Prentice etal., 2001)。 1.1海洋碳循环 碳循环是碳在大气、海洋及包括植物和土壤的陆地生态系统3个主要贮存库之间的流动。海洋碳循环是碳在海洋中吸收、输送及释放的过程,主要包括CO2的海-气通量交换过程、环流过程、生物过程和化学过程。其碳的储存形式有3
海水海洋大气腐蚀特点及防腐
海水海洋大气腐蚀特点 及防腐 COmPany number : [0089WT-8898YT-W8CCB-BUl^^^?8]
海水、海洋大气中的金属腐蚀 1、海水水质的主要特点 含盐量高，盐度一般在3□g∕L左右；腐蚀性大；海水中动、植物多；海水中各种离子组成比例比较稳。PH变化小，海水表层PH在~范围内，而在深层PH则为左右。 2、海水腐蚀的特点 海水腐蚀为电化学腐蚀；海水腐蚀的阳极极化阻滞对大多数金属(铁、钢、铸铁、锌等)都很小，因而腐蚀速度相当大;海水氯离子含量很高，CI-破坏钝化膜，因此大多数金属在海水中不能建立钝态，在海水中山于钝化的局部破坏，很容易发生空隙和缝隙腐蚀等局部腐蚀。不锈钢在海水中也遭到严重腐蚀；多数金属阴极过程为氧去极化作用，少数负电性很强金属(Mg)及合金腐蚀时发生阴极氢去极化作用；海水电导率很大，海水腐蚀电阻性阻滞很小，所以海水腐蚀中不仅腐蚀微电池的活性大，腐蚀宏电池的活性也很大。 海水的电阻率很小，因此异种金属接触能造成的显着的电偶腐蚀。其作用强烈，作用范围大。 3、海水腐蚀的影响因素 盐类及浓度 盐度是指IOO克海水中溶解的固体盐类物质的总克数。一般在相通的海洋中总盐度和各种盐的相对比例并无明显改变，在公海的表层海水中，其盐度范围为％~%,这对—般金属的腐蚀无明显的差异。但海水的盐度波动却直接影响到海水的比电导率，比电导率又是影响金属腐蚀速度的一个重要因素，同时因海水中含有大量的氯离子，破坏金属的钝化，所以很多金属在海水中遭到严重腐蚀。 盐类以CI-为主，一方面：盐浓度的増加使得海水导电性増加，使海水腐蚀性很强；另一方面：盐浓度增大使溶解氧浓度下降，超过一定值时金属腐蚀速度下降。 PH值
海洋环境下钢铁腐蚀的影响因素及腐蚀机理研究进展
海洋环境下钢铁腐蚀的影响因素及腐蚀机理研究进展[摘要] 本文阐述了海洋环境下钢铁腐蚀的研究意义及腐蚀影响因素,综述了海洋环境五个不同区带的腐蚀机理的研究进展。 [关键词]海洋腐蚀影响因素腐蚀机理 [Abstract] In this paper, research significance of corrosion and influence factors of steels in marine environment were reviewed, and the corrosion mechanism of five different zones in marine environment was summarized. [Key words]Marine corrosioninfluence factorcorrosion mechanism 引言 海洋中蕴藏着巨大的资源财富,有着极为广阔的发展前景。海洋资源的开发和利用,离不开海上基础设施的建设。由于海洋环境是一个腐蚀性很强的环境,海洋大气中相对湿度都高于它的临界值,海洋大气中的钢铁表面很容易形成有腐蚀性的水膜;海水中含有较高浓度的盐分,是一种容易导电的电解质溶液,是腐蚀性最强的天然腐蚀剂之一。同时波、浪、潮、流又会对金属构件产生低频往复应力和冲击,加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都会对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。因此,在诸多工程领域广泛使用的钢结构等工程材料容易发生各种灾害性腐蚀破坏。这不仅仅涉及造成材料的浪费,更严重的是造成灾害性事故,引发油气泄漏,造成环境污染和人员伤亡等,导致巨大经济损失。 作为工业材料,由于钢铁材料韧性大、强度高、价格便宜,因而大量应用于海洋环境中;但是苛刻的海洋腐蚀环境使得钢铁构筑物的腐蚀不可避免,所以海洋环境中的钢铁腐蚀和防护是一个重大课题。因此,研究钢铁在海洋环境中的腐蚀规律及其防护对策,对于延长海洋钢铁设施的使用寿命,保证海上钢铁构造物的正常运行和安全使用以及促进海洋经济的发展,都具有十分重要的意义。本文综述了钢铁在海洋环境中的腐蚀影响因素以及腐蚀机理的研究进展。 1. 海洋环境下钢铁腐蚀的影响因素 海水不仅仅是盐度在32‰～37‰,pH值在8～8.2之间的天然强电解质溶液,更是一个含有悬浮泥沙、溶解各种气体、生物以及腐败有机物的复杂体系。钢铁海洋腐蚀是海洋环境中诸多因素的综合作用结果,例如,溶解氧、盐度、温度、pH 值、流速、海洋生物等环境因素以及钢铁合金元素都是影响腐蚀的重要因素,而且它们的影响常常是相互关联的。 1.1溶解氧:氧是钢铁海水腐蚀的去极化剂,如果海水中没有溶解氧,钢铁是不会腐蚀的,因此海水中溶解氧是影响钢铁海洋腐蚀的重要因素之一。它在钢铁腐蚀的微电池的阴极区不断反应,产生很强的阴极去极化作用,微电池阳极区的金属
海洋生物污损的防治方法及研究进展
—３— 海洋生物污损的防治方法及研究进展 黄运涛 彭乔 （大连理工大学 大连１１６０１２） 摘 要： 本文论述了海洋污损生物的危害，对防治海洋生物污损的方法进行分类，介绍了各种防污方法的原理和最新研究进展。 关键词： 海洋污损生物 防污，生物污损 The Prevention Method and Research Development of Marine Fouling Ｈｕａｎｇ Ｙｕｎｔａｏ Ｐｅｎｇ Ｑｉａｏ （Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０１２） Abstract: Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｗｅ ｄｉｓｃｕｓｓ ｔｈｅ ｈａｒｍ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｍａｒｉｎｅ ｆｏｕｌｉｎｇ ｏｒｇａｎｉｓｍｓ ａｎｄ ｃｌａｓｓｉｆｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ．Ｗｅａｌｓｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｍｅｔｈｏｄｓ． Keywords: ｍａｒｉｎｅ ｆｏｕｌｉｎｇ ｏｒｇａｎｉｓｍｓ；ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ；ｂｉｏｆｏｕｌｉｎｇ １ 前言 自从人类从事海洋活动以来，海水的腐蚀问题和海洋生物的污损问题就成为限制人们对海洋资源开发利用的两个主要问题。尤其是近年来，随着航运、海防、水产养殖以及海滨电厂等的发展，海洋生物的污损所带来的危害越来越严重，因此海洋生物的污损问题也越来越受到人们的重视。 ２ 海洋生物污损及其危害 海洋污损生物，是指附着在海洋人工设施上、并对人类的经济活动带来巨大损失的海洋生物，包括海洋微生物、海洋植物和海洋动物。海洋污损生物所造成的危害称为海洋生物污损。对海洋生物污损的防除 称为防污［１，２］。 中国沿海已记录６１４种海洋污损生物，主要的类群是藻类、水螅、外肛动物、龙介虫，藤壶和海 鞘等［２，１１］。污损生物的种类和污损的影响程度随 海域、海水深度、温度和使用海水的设施的不同而不同。 海洋生物污损的危害可以归纳为三大类： ［２，７，１０，１１］ （１）加速了金属的腐蚀。污损生物在钢板上附着，由于硫酸盐还原细菌、铁细菌的作用，使金属的腐蚀加剧；一些污损生物会破坏金属表面的涂层，使金属裸露而导致金属的腐蚀；有石灰外壳的污损生物覆盖在金属表面，改变了金属表面的局部供氧，形成氧浓差电池而加速腐蚀；一些藻类由于光合作用产生氧气，增加水中的溶解氧的浓度，从而加速金属的腐蚀。 （２）影响设施的正常使用。对船舶来说，污损生物的附着增加了行进的阻力，使航行速度下降，油耗增加；对海水输送管道和冷却设施来说，污损生物的附着会造成管道的阻塞、换热效率降低；同时污损生物的附着可以造成海中的仪表及转动机构失灵，影响声学仪器、浮标、网具、阀门等设施的正常使用。 （３）影响水产养殖业的产量和质量。污损生物的附着影响牡蛎等养殖贝类的正常生长，使其产量下降。而污损生物在藻类表面的附着，影响了藻类养殖产品质量。 ３ 海洋生物污损的防治方法及研究进展 海洋生物污损的防治方法多种多样， 目前国内尚无统一的分类标准。在这里，我们按防污技术所采用的原理，将其分为物理防污法、化学防污法和生物防污法。 ３．１ 物理防污法 物理防污法是指采用物理手段如提高流速、过滤、超声波等来达到防污的目的。物理防污法主要有人工或机械清除法、过滤法、加热法等。 人工或机械清除法：主要用于对已经附着污损生物的设施进行人工或机械清除。这种方法是应用最早的防污方法，也是发展比较成熟的方法， 目前已有各种用于清理管道、设备内污垢的机械用于实际生产中。这种方法的主要缺点是不能预防污损的发生，只能在污损发生后进行清理。 过滤法：利用土壤、砂砾等对海水进行过滤，滤 全 面 腐 蚀 控 制 TOTAL C ORROS ION CONT ROL 第１８卷第１期２００４年２月 Ｖｏｌ．１８ Ｎｏ．１Ｆｅｂ． ２００４
碳汇渔业
碳汇渔业 唐启升：全球气候变暖对人类生存、社会发展产生不良影响，这已引起国际社会的关注。为了缓解全球气候变暖、减少二氧化碳等温室气体的排放，发展低碳经济已成为世界各国的共识。 “碳汇”要扩增“碳源”要降低 根据政府间气候变化专业委员会（1PCC）的解释， “碳汇”是指从大气中移走二氧化碳和CH4等导致温室效应的气体、气溶胶或它们初期形式的任何过程、活动和机制。而“碳源”就是指向大气释放二氧化碳和CH4等导致温室效应的气体、气溶胶或它们初期形式的仟何过程、活动和机制。也就是说，世界各国努力的目标是要扩增“碳汇”，降低“碳源”。 生物碳汇扩增技术可行成本低效益高 发展低碳经济的核心是降低大气中二氧化碳等温室气 体的含量，主要途径有两条：一是减少温室气体排放，主要依靠工业节能降耗、降低生物源排放及人们日常生活中的节能降耗来实现；二是固定并储存大气中的温室气体，既可以通过工业手段，也可以通过生物固碳来实现。就目前的科技水平来看，通过工业手段封存温室气体，成本高、难度大；
而通过生物碳汇扩增，不仅技术可行、成本低，而且可以产生多种效益。因此，生物碳汇扩增在发展低碳经济中具有特殊的作用和巨大的潜力，尤其对我们发展中国家来说意义特别重要。 海洋生物是生物碳或绿色碳捕获的主要完成者 研究证明，海洋是地球上最大的碳库，整个海洋含有的碳总量达到39万亿吨，占全球碳总量的93%，约为大气的53倍。人类活动每年排放的二氧化碳以碳计为55亿吨，其中海洋吸收了人类排放二氧化碳总量的20%～35%，大约为20亿吨，而陆地仅吸收7亿吨。 根据联合国《蓝碳》报告，地球上超过一半（55%）的生物碳或绿色碳捕获是由海洋生物完成的，这些海洋生物包括浮游生物、细菌、海藻、盐沼植物和红树林。海洋植物的碳捕获能量极为强大和高效，虽然它们的总量只有陆生植物的0.05%，但它们的碳储量（循环量）却与陆生植物相当。海洋植物的生长区域还不到全球海底面积的0.5%，却有超过一半或高达70%的碳被海洋植物捕集并转化为海洋沉积物，形成植物的蓝色碳捕集和移出通道。土壤捕获和储存的碳可保存几十年或几百年，而在海洋中的生物碳可以储存上千年。 中国水产：唐院士，通过您的介绍，我们了解了“碳汇”的含义，那什么是“碳汇渔业”？
海洋生物海兔的认识与研究进展
海洋生物海兔的认识与研究进展 XX 11生本3班******** 摘要：海兔(Aplysia) 又称海蛞蝓, 属软体动物门腹足纲( Gast ropoda) 后腮亚纲( Opisho -branchia ) 海兔科(Aplysiidae)动物, 广泛分布在热带及亚热带海域,随着对海兔的研究日益深入，人们发现海兔具有极大的药用与食用价值，现在海兔已经成为生物研究的一种模式生物,尤其是在神经节蛋白质组的研究上[1]，除此之外，国内外对于海兔提取物的抗癌作用及其获取光合作用基因的机制研究也有报道。本文介绍了海兔的形态特征、生活习性等特征，并对海兔的药用与食用价值及其研究现状进行综述。 关键词：海兔，神经，肿瘤，光合作用 海兔(Aplysia) 又称海蛞蝓, 属软体动物门腹足纲( Gast ropoda) 后腮亚纲( Opisho -branch ia ) 海兔科(Aplysiidae)动物, 广泛分布在热带及亚热带海域。海兔种类有3,000多种，遍及全球海域，其中还包括热带和南极洲海域。海兔虽在中国沿海尤其东南沿海有分布，生活于热带海域，五彩斑斓的外貌具有很高的观赏性，但在中国乃至全世界都尚待开发。 1、形态特征 海兔个体较小，一般体长仅10厘米，体重130克左右。体呈卵圆形，运动时身体可变形。海兔头上有两对突出如兔耳的触角，前面一对稍短，专管触觉；后一对稍长，专管嗅觉。体表光滑，或有许多突起。其体外石灰质的外壳，退化成一层薄而透明、无螺旋的角质壳，埋在背部外套膜下，薄薄的壳皮一般呈白色，有珍珠光泽。其足相当宽，足叶两侧发达，足的后侧向背部延伸。海兔雌雄同体雌雄两个生殖孔间有卵精沟相连。 2、生活习性 2.1分布 海兔喜欢在海水清澈、水流畅通、海藻丛生的环境中生活，以底栖矽藻和沉积在海滩上的有机质、绿藻和底栖桡足类等为食广泛分布在热带及亚热带海域,它在我国福建、广东、山东等省的海域均有分布. 厦门最常见的海兔品种是蓝斑背肛海兔(N otarchus leachii cirrosusS ti mp son, NLCS)。[2] 2.2自我保护与防御
海洋生物碳汇研究进展
海洋生物碳汇研究进展 【摘要】海洋是地球上最大的碳库。整个海洋中蓄积的碳总量达到39×1012 t,占全球碳总量的93%,约为大气的53倍。这些碳或重新进入生物地球化学循环,或被长期储存起来;而其中一部分被永久地储存在海底。根据联合国《蓝碳》报告,地球上超过一半(55%)的生物碳或是绿色碳捕获是由海洋生物完成的,这些海洋生物包括浮游生物、细菌、海藻、盐沼植物和红树林。 【关键词】碳循环过程；浮游植物；固碳；渔业捕捞与海水养殖碳汇；中国近海 碳汇是指从大气中清除温室气体、气溶胶或温室气体前体的任何过程、活动或机制［2］。碳汇其中一条重要的途径是通过生物碳的产生和传递过程实现的，称其为生物碳汇。生物体所产生和持有的碳称为生物碳( Biogenic carbon) ，其主体是颗粒有机碳( POC，Particulate organic carbon) 和溶解有机碳( DOC，Dissolvedorganic carbon) ，这两类碳的来源基本上都是通过初级生产过程实现的。一般认为生物碳是最终可以分解并重新变成CO2的，只不过时间尺度不同，有些过程很快，如光合作用中的光呼吸过程，通常发生在几个毫秒内，而有些生物则通过沉积变成煤和石油，重新燃烧变成CO2，这个过程则要经过几百万年。由于没有定义碳汇的具体时间尺度，因此广义的来说，生物有机碳形成就是生物碳汇。但是通常意义上，人们还是认为将生物碳移入并保留在碳库的一段对人类有意义的时间，才是真正的碳汇。文章对主要的碳源和碳汇以及海洋固碳机制研究进展进行了综述，并探讨了南海碳汇渔业发展的重点研究方向。 POC 一般保留在活的生物体或死亡的生物体和碎屑中，他们最终沉积在海底或地层中，这是狭义的碳汇过程。海洋底部是地球最主要的生物碳汇区，浮游植物光合作用产生POC，再通过各种食物网过程，最终死亡的生物体或有机碎屑会通过重力作用沉降，一般称为生物泵过程。这其中主要有几条途径: ①浮游植物死亡沉降，大细胞的、群体的和链状的浮游植物死亡后快速沉降至海底; ②浮游植物通过浮游动物的摄食后，变成浮游动物粪便颗粒，快速沉降至海底; ③浮游植物产生的DOC，通过物理、化学和生物作用形成似胶体的胞外 多糖( EPS，extracellular polysaccharide) 最终吸附聚集各种有机或无机颗粒物碎屑形成大的有机颗粒物———海雪沉降至海底; ④浮游植物通过层级的捕食关系———食物链的打包最终变为大的海洋生物体，最终死亡后沉降至海底。 随着2010年哥本哈根气候会议的召开，碳的减排又一次成为世界各国关注的热点。中国政府也提出到2020年中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％～45％的目标，而要实现这一目标不外乎两种手段：一是减少工业CO2排放量，二是增加自然界对人为产生的CO2的吸收。海水中的碳约为大气中碳的50倍，陆生植物碳库和大气碳库容量基本相当。虽然海洋初级生产者的含碳量不到陆生植物的1／200，但它们的固碳量基本相当，即陆生植物的净初级生产力约63~10 t(C)／a，海洋初级生产力为(37N45)~10 t(C)／a。可 见，海洋碳库在碳的全球生物地球化学循环中起着重要作用。 国际地圈生物圈计划(IGBP)的核心计划之一“全球海洋通量联合研究”(JGOFS)~过十余年的研究，认为海洋每年大约可从大气吸收人类排放CO2的1／3，近20x10 t碳。事实上这一结论是对大洋碳通量研究的结果，没有考虑陆架边缘海对海洋碳循环的贡献。近海生态系统与深海大洋相比，仅占全球海洋面积的7％～8％，其海水中储藏的碳只有3．1×10，不
海水 海洋大气腐蚀特点及防腐
海水、海洋大气中的金属腐蚀 1、海水水质的主要特点 含盐量高，盐度一般在35g/L左右；腐蚀性大；海水中动、植物多；海水中各种离子组成比例比较稳。pH变化小，海水表层pH在8.1～8.3范围内，而在深层pH则为7.8左右。 2、海水腐蚀的特点 海水腐蚀为电化学腐蚀；海水腐蚀的阳极极化阻滞对大多数金属（铁、钢、铸铁、锌等）都很小，因而腐蚀速度相当大;海水氯离子含量很高，Cl-破坏钝化膜，因此大多数金属在海水中不能建立钝态，在海水中由于钝化的局部破坏，很容易发生空隙和缝隙腐蚀等局部腐蚀。不锈钢在海水中也遭到严重腐蚀；多数金属阴极过程为氧去极化作用，少数负电性很强金属（Mg）及合金腐蚀时发生阴极氢去极化作用；海水电导率很大，海水腐蚀电阻性阻滞很小，所以海水腐蚀中不仅腐蚀微电池的活性大，腐蚀宏电池的活性也很大。 海水的电阻率很小，因此异种金属接触能造成的显着的电偶腐蚀。其作用强烈，作用范围大。 3、海水腐蚀的影响因素 3.1盐类及浓度 盐度是指100克海水中溶解的固体盐类物质的总克数。一般在相通的海洋中总盐度和各种盐的相对比例并无明显改变，在公海的表层海水中，其盐度范围为3.20％～3.75％，这对一般金属的腐蚀无明显的差异。但海水的盐度波动却直接影响到海水的比电导率，比电导率又是影响金属腐蚀速度的一个重要因素，同时因海水中含有大量的氯离子，破坏金属的钝化，所以很多金属在海水中遭到严重腐蚀。 盐类以Cl-为主，一方面：盐浓度的增加使得海水导电性增加，使海水腐蚀性很强；另一方面：盐浓度增大使溶解氧浓度下降，超过一定值时金属腐蚀速度下降。 3.2 pH值 海水pH在7.2-8.6之间，为弱碱性，对腐蚀影响不大。 3.3碳酸盐饱和度 在海水pH条件下，碳酸盐达到饱和，易沉积在金属表面形成保护层。若未饱和，则不会形成保护层，使腐蚀速度增加。
铝的腐蚀性能及海洋大气环境中铝的腐蚀特性
铝的腐蚀性能及海洋大气环境中铝的腐蚀特性 1、铝的耐氧腐蚀性能 铝是一种活泼金属，极容易和空气中的氧气起化应生成氧化铝。氧化铝在铝制器皿表面结一层灰色致密的极薄的（约十万分之一厘米厚）薄膜，这层薄膜十分坚固，它能使里力的金属和外界完全隔开。从而保护内部的铝不再受空气中氧气的侵蚀。 2、铝的酸碱腐蚀 铝和氧化铝薄膜都能和许多酸性或碱性物质起化学反应，一旦氧化铝薄膜被碱性溶液或酸性溶液溶解掉，则内部铝就要和碱性或酸性溶液起反应而渐渐被侵蚀掉。 3、铝的腐蚀形式 （1）点腐蚀：点腐蚀又称为孔腐蚀，是在金属上产生针尖状、点状、孔状的一种为局部的腐蚀形态。点腐蚀是阳极反应的一种独特形式，是一种自催化过程，即点腐蚀孔内的腐蚀过程造成的条件，如有腐蚀介质（CL-、F-等）、促进反应的物质（CU2+、ZN2+等），既促进又足以维持腐蚀的继续进行。 （2）均匀腐蚀：铝在磷酸与氢氧化钠等溶液中，其上的氧化膜溶解，发生均匀腐蚀，溶解速度也是均匀的。溶液温度升高，溶液浓度增大，促进铝的腐蚀。 （3）缝隙腐蚀：缝隙腐蚀是一种局部腐蚀。金属部件在电解溶液中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成缝隙，其宽度足以使介质浸入而又使介质处于一种停滞状态，使得缝隙内部腐蚀加剧的现象称为缝隙腐蚀。缝隙腐蚀特别容易发生在机械组件接合的地方，例如金属垫圈或是铆接处和铝门窗与灰浆填隙处。它是属于一种电池效应，但是缝隙一般需在特定程度大小的范围内才会发生，例如：有足够的宽度可使溶液进入，足够窄得使溶液可以停滞等，所以在应用或工程上必须要小心，避免发生足以产生缝隙腐蚀的环境。缝隙腐蚀的机构很类似穿孔腐蚀的情况，首先是均匀腐蚀，然后因氧浓淡电池会引起阳极反应（缺氧区）和阴极反应（富氧区），由于间隙内氧无法补充，因此阳极反应会继续在同一个位置进行，因此产生严重的腐蚀结果。
海洋生物制药的研究现状及展望
海洋药物研究发展现状及展望 摘要：现代生物技术在制药产业中发挥了重要作用，海洋生物技术的出现和发展推动了海洋生物药物的研究，是今后生物技术药物的发展方向。综述了生物技术在海洋药物开发中的应用，并展望了新世纪海洋生物制药的前景。 关键词：海洋生物药物生物技术基因工程研究展望 海洋生物是巨大的生物资源库，由于海洋环境的特殊性和科学技术手段的限制，以往人们对海洋生物的研究和开发受到严重的限制。现代生物技术的迅速发展为研究和开发海洋生物搭建的平台，提供了锐利的武器。海洋生物技术是将现代生物技术的各种技术手段，基因工程技术、细胞工程技术、微生物技术、酶工程技术、生化分离技术等应用于海洋生物领域形成的现代生物技术的重要分支[1]。 海洋药物研究经历近半个世纪的探索和发展，已经获得了许多宝贵的经验积累和丰富的研究资料，特别是近年来生物技术的迅猛发展，为海洋药物开发提供了新的研究方法、研究思路和发展方向。现代的化学研究方法与多种生物技术越来越紧密地结合，已成为当今海洋药物研究发展的主流，并且是今后数十年海洋药物研究的主要趋势。随着海洋开发步伐的加快和现代生物技术的广泛应用，从海洋生物中发现活性天然产物，并将其开发成新型药物得到了研究人员的普遍重视[2]。 （一）海洋生物活性成分的研究 1、海洋生物药物 21世纪人类社会面临着“人口剧增、资源匮乏、环境恶化”三大问题的严峻挑战，一直以来作为药物主要来源的陆地生物正面临着被开发殆尽的危险。向海洋进军，开发海洋药物迫在眉睫。海洋作为一个特殊的生态系统，在某种意义上，本身就是一个复杂的培养体系。海洋生物处于高盐、高压、低温和无光照的环境中，相互间的生态作用多是通过物种间化学作用物质如信息素(pheromones)、种间激素(kairomones)、拒食剂(feeding deterrents)等来实现，远比陆生生物复杂和广泛，这导致海洋生物，特别是深海生物体内含有与陆地生物无法比拟的化学结构奇特、新颖并具有高活性、高药效的先导化合物，为新药研发提供了大量模式结构和药物前体[3]。 2、海洋天然活性成分的发现
大气腐蚀简介
大气腐蚀简介 1、前言 铁在公元前4000年就从矿石中分离出来，而且从那时起腐蚀问题随之而来。据估计，全世界钢产量的60%是在大气环境下使用，因此，大气腐蚀造成的全球经济损失每年不少于一亿美元。大气的主要腐蚀成分是水汽和氧。我国幅员辽阔，不同地区大气差异极大，按气候特征可分为六各气候地区：寒温带、中温带、暧温带、亚热带、热带和高原气候带。从腐蚀性考虑，可将大气分为：农村大气、海洋大气、城郊大气、工业大气、极地大气和热带大气等。 2、大气腐蚀的主要因素 大气腐蚀通常由大气中的温湿度和污染物引起的影响的主要因素如下。 2．1湿度 早期研究发现，金属在大气中腐蚀和相对湿度的关上曲线上存在一个拐点，当相对湿度低于此值进，金属腐蚀速度可以忽略；超过这个相对湿度，腐蚀才明显发生。这个湿度称为临界相对湿度。临界相对湿度是金属大气腐蚀的重要参数，由金属种类、表面状态及大气环境决定。例如：钢铁在无污染大气中的临界相对湿度大约在50%～70%，同样材料在海洋大气中，由于金属沉积海盐粒子，临界相对湿度可能
下降到40%以下，严重污染的空气中，这种临界相对湿度可能不存在。一般说来，相对湿度增大，促进腐蚀速度加快。2．2温度 在增加温度不会引起或加速某些其他变化时，一般说来，温度升高10度，化学反应增加2～3倍，因而影响腐蚀速度的许多因素将随温度面变化。举例如下： 1）气体在水中溶解度，通常是随温度长葛市而降低。 在特殊凝露条件下，这可能反而减慢腐蚀速度； 2）如果在政党使用条件下，腐蚀产物在金属表面形成保护层，因而使腐蚀速度增加，腐蚀现象完全改变； 3）如果在正常条件下，金属只出现一般的缓慢腐蚀，介在高温条件下可能出现非常严重的腐蚀，例如产 生空穴腐蚀和应力腐蚀； 4）如果两各金属相接触，电极电位较低的金属保护电极电位较高的金属，在高温条件下，锌可以保护铁， 但当温度高于70度时，锌的电位可能变得比铁还 高，就起不到保护铁的作用了。 2．3腐蚀杂质 大气主要由80%氮气，20%氧气组成，此外还有少量二氧化碳等气体，它们都没有腐蚀性，大气的腐蚀性主要来自水汽及其他杂质。如海洋大气中的氯化钠，城市和工业大气中的二氧化硫等。它们的大致浓度范围见下
海洋平台的腐蚀及防腐技术_胡津津
第23卷第6期2008年12月 中国海洋平台CHINA OFFSHORE PL A TFORM Vol.23No.6Dec.,2008 收稿日期:2008-08-26 作者简介:胡津津(19792)女,工程师,从事非金属材料研究。 文章编号:100124500(2008)0620039204海洋平台的腐蚀及防腐技术 胡津津, 石明伟 (上海船舶工艺研究所,上海200032) 摘 要:概括了海洋平台不同区域的腐蚀环境和腐蚀规律,对海洋平台重防腐涂料的选择要求及配套体 系进行简要叙述。针对海洋平台的长效防腐防护要求,介绍了几种具有长效的防腐材料和防腐技术特点,包括 海洋平台热喷涂长效防腐蚀技术、锌加保护技术、海洋平台桩腿防腐套包缚技术等,为我国对海洋平台长效防 腐防护技术的研究提供参考。 关键词:海洋平台;防腐;热喷涂;锌加技术;防腐套 中图分类号:T G 17 文献标识码:A CORROSION AN D ANTICORROSION TECHNOLOG Y IN OFFSH ORE PLATFORMS HU Jin 2jin , S H I Ming 2wei (Shanghai Ship building Technology Research Instit ute ,CSSC 200032,China ) Abstract :This paper summarizes t he corro sion environment and rules of t he different zones in off shore platforms ,also briefly int roduces t he requirement s and systems of t he an 2 ticorro sion coating.According to t he long 2term anticorro sion requirement s in off shore plat 2 forms ,t he paper int roduces several long 2term anticorro sion technology ,including t hermal spraying ,adding zinc protection and anticorrosion technology wit h platform legs wrapped etc , which will provide some references to t he research of t he long 2term anticorrosion technology in off shore platforms. K ey w ords :off shore platform ;anticorro sion ;t hermal spraying ;adding zinc technolo 2 gy ;anticorrosion wrap 海洋平台是一种海上大型工程结构物。其钢结构长期处于盐雾、潮气和海水等环境中,受到海水及海生物的侵蚀,而产生剧烈的电化学腐蚀。腐蚀严重影响海洋平台结构材料的力学性能,从而影响到海洋平台的使用安全[4]。而且由于海洋平台远离海岸,不能像船舶那样定期进坞维修保养,因此海洋平台的建造者及使用者都非常重视海洋平台的防腐问题。如何对海洋平台结构进行长效防腐,以及开发研究海洋平台结构长效防腐的新材料、新技术及新工艺都具有十分重要的意义。 1 海洋平台的腐蚀规律 1.1 海洋环境的腐蚀区域界定 海洋平台的使用环境极其恶劣,阳光暴晒、盐雾、波浪的冲击、复杂的海水体系、环境温度和湿度变化及海洋生物侵蚀等使得海洋平台腐蚀速率较快。海洋平台在不同的海洋环境下,腐蚀行为和腐蚀特点会有比
金属材料的海洋腐蚀与防护习题(第一篇)
《金属材料的海洋腐蚀与防护》第一篇习题 一、填空题 1. 通常将海洋腐蚀环境分为5个区带，它们分别是：海洋大气区、浪花飞溅区、海水潮差区、海水全浸区以及海底泥土区。 2. 金属在海水中的腐蚀行为按其腐蚀速度受控制的情况分为： 控制和控制两大类。 3. 渤海的入海河流主要包括黄河、海河、辽河和滦河四条入海河流。 4. 南海北部海面12月份平均风速最大，台湾海峡及其南部海面以及巴士海峡海面由于狭管效应，是全年平均风速之冠。 5. 南海地形从周边向中央倾斜，依次分布着大陆架和岛架、大陆坡和岛坡及海盆等。 6. 在海洋环境中的金属结构件，腐蚀类型主要有均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、冲击腐蚀、空泡腐蚀、电偶腐蚀、腐蚀疲劳等。 7. 金属结构腐蚀失效的主要原因可以归结为3个方面的原因：金属材料本身方面的原因、环境方面的原因、设计方面的原因。 8. 我国海水腐蚀试验确定的4个典型的试验点分别为黄海海域的青岛站、东海海域的舟山站和厦门站、南海海域的榆林站。 9. 在腐蚀学里，通常规定点位较低的电极为阳极，电位较高的电极为阴极。 10. 最重要最常见的两种阴极去极化反应是氢离子和氧分子阴极还原反应。 11. 多数情况下，发生氧去极化腐蚀主要由扩散过程控制。氧的扩散电流密度随溶解氧的浓度增加而增加，并与扩散层厚度成反比，流速越大，氧的扩散层厚度越小、氧的扩散电流密度越大，腐蚀增大。 12. 引起金属钝化的因素有化学及电化学两种。其中化学因素引起的钝化，一般都是有强氧化剂引起的。 13. 与腐蚀有关的微生物是细菌类，主要是硫酸盐还原菌。 14. 海水电导率以及氧在海水中的溶解度都主要取决于海水的盐度和温度两个 因素，其中任意一个因素的增加都会使海水电导率增加，氧的溶解度降低。15. 诸多海洋生物钟，与海水腐蚀关系较大的附着生物，最常见的附着生物主要有硬壳生物和无硬壳生物两种。 二、名词解释 1. 海洋飞溅区 答：在海洋环境中，海水的飞溅能够喷射洒到结构物表面，但在海水涨潮时又不能被海水所浸没的部位一般称为海洋飞溅区。 2. 海水潮差区 答：指海水平均高潮线与平均低潮线之间的区域。 3. 缝隙腐蚀 答：部件在介质中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成特变小的缝隙，使缝隙内介质处于滞留状态引起缝内金属的加速腐蚀，这种局部腐蚀。