微生物诱导腐蚀中硫酸对污水输送管道系统的侵害及防护研究

介绍

微生物诱导腐蚀（MIC）会产生硫酸，这是造成大多数污水管道系统中泵、阀门、梯子等金属结构腐蚀的原因。Anastasios Zouboulis教授团队在《建筑材料》杂志上发表文章，研究选取7种氢氧化镁和1种氧化镁材料作为不锈钢和低碳钢样品表面的防护涂层，并对样品进行加速硫酸喷淋试验，同时结合光学观察、质量测量和电化学阻抗谱等方法对样品的防腐性能进行深入研究。研究成果对于大幅度提高污水输送管道系统中钢基体的防腐性能具有现实意义。

研究过程

本研究将8种涂层原料（其中7种为不同比表面积和MgO含量的氢氧化镁粉末；1种为氧化镁粉末，分别标记为C1～C8）涂覆在4.8 cm×1.5 cm×0.2 cm的316不锈钢及热轧低碳钢上，在不同水化时间和水化剂条件下在钢基体上制备涂层（图1）。实验中还添加了0.4 wt%的甲酸盐、纤维素和一种常见的分散剂聚合物，以增强涂层在钢基体表面的附着力，提高涂层的分散稳定性和加工性。在钢基体表面，干燥3 d后进行硫酸喷淋试验（模拟污水管道环境）。结合光学观察、质量测量和电化学阻抗谱研究了样品的防腐性能。

图1.三电极电池和电化学阻抗谱测量实验装置示意图。

研究成果

图2为经过4天硫酸喷淋试验后有、无涂层的低碳钢样品的光学观察图像，可通过光学观察涂层的防护效果。图3为经过4天硫酸喷淋试验后有、无涂层的低碳钢样品的光学观察图像。结果表明，利用光学观察研究涂层与无涂层钢基体的表面腐蚀情况，可以直接比较低碳钢样品的腐蚀差异，但由于不锈钢样品本身不易腐蚀，因此仅从光学观察得出的结论不够可靠。

图 2. 经过 4 天的硫酸喷涂试验后代表性低碳钢样品的光学图像：（a）无涂层；（b）有 C6 涂层；（c）有 C5 涂层；（d）有 C2 涂层；（e）有 C4 涂层。

图2. 代表性不锈钢样品经过4天的硫酸喷涂试验后的光学图像：（a）无涂层；（b）有C6涂层；（c）有C5涂层；（d）有C2涂层；（e）有C4涂层。

硫酸喷淋试验前后样品质量的差异是反映腐蚀程度的重要指标，如图4所示，不锈钢样品在硫酸喷淋试验前后质量保持不变，但这可能表明硫酸对涂覆和未涂覆涂层的不锈钢样品均难以腐蚀，因此无法区分不同涂层的防护效果。但在软钢样品中（图5），样品质量差别较大，未涂覆涂层的样品质量相对于初始值至少下降了1.5%～1%，而除C4涂层外的软钢样品质量均保持不变，表明C4涂层的防护效果较弱。

图4. 涂层和未涂层​​不锈钢样品经硫酸喷雾试验后的质量变化。

图5. 涂层和未涂层​​低碳钢样品经硫酸喷雾试验后的质量变化。

作者还利用电化学阻抗谱研究了有涂层和无涂层钢基体的耐腐蚀性能。图6和图7分别是不锈钢和低碳钢样品的Bode图。有C6和C7涂层的样品的相位角增大，说明涂层对钢基体起到了保护作用。结果表明，有C6和C7涂层的样品在较低频率下的阻抗模量较高，具有较高的耐腐蚀性能。

图5. 经过4天硫酸喷淋试验后，有涂层和无涂层的不锈钢样品的实验数据（点）的等效电路拟合（线）。左图为|Z|与对数频率的关系，右图为相位角与对数频率的关系。

图 6. 经过 4 天硫酸喷洒试验后，有涂层和无涂层的低碳钢样品的实验数据（点）的等效电路拟合（线）。左图显示 |Z| 与对数的关系，右图显示相位角与对数频率的关系。

分析结论

研究采用7种氢氧化镁和1种氧化镁材料分别在不锈钢和低碳钢样品上制备涂层，并通过硫酸喷淋试验模拟污水管道环境，探究不同涂层对钢基体的防护效果。实验观察及质量测量结果表明，不锈钢具有良好的耐蚀性，而低碳钢的耐蚀性较差；此外，除C4涂层外，其他涂层均具有良好的耐蚀性。阻抗测试结果表明，C6涂层是最佳涂层，对两种钢都能产生满意的效果，并能较好地保护钢基体。说明具有此特性的氢氧化镁粉末能明显提高钢基体的耐蚀性。

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原文来自《建筑材料》杂志

Merachtsaki，D.；Toliopoulos，I.；Peleka，E.；Zouboulis，A. 钢基材上氢氧化镁涂层的防腐性能。Constr. Mater. 2022，2，166-180。

建筑材料期刊简介

主编辑：

马丁·西尔（Martin Cyr），法国图卢兹第三大学

该期刊涵盖建筑材料和相关领域的前沿研究和工程应用。期刊主题包括但不限于：水泥、混凝土、砂浆、土工聚合物、涂料、钢筋材料、沥青、纳米建筑材料、道路材料、复合材料等。

首次决策时间

13 天

出版时间

31 天

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MDPI 特约撰稿人

博士生赖守强

厦门大学

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