В ПНИПУ создали метод защиты стали от биокоррозии с эффективностью до 95%

Инновационный комплексный метод подавления коррозии стали, происходящей под действием микроорганизмов, эффективность которого достигает 95%, разработали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 23 сентября сообщила пресс-служба вуза.

Воздействие влаги, кислорода, химических реагентов и микроорганизмов на сталь вызывает ее коррозию, которая внешне представляет собой слой рыхлой ржавчины из оксидов и гидроксидов железа. Ржавчина, впитывая влагу, активно ускоряет процесс распространения коррозии стали и ее разрушения.

Для защиты стальных конструкций от коррозии используют специальные лакокрасочные покрытия и ингибиторы, однако бактерии, грибы и водоросли вызывают разложение металла, особо опасное из-за скрытого характера процесса.

На находящихся в воде стальных конструкциях эти микроорганизмы образуют биопленки, которые выделяемыми в процессе метаболизма кислотами буквально «поедают» железо изнутри, быстро разрушая подводные конструкции, трубопроводы и резервуары.

Традиционные методы защиты от коррозии неэффективны в случае биологического разложения металла, которое требует применения специальных средств. Инновационный метод ингибирования коррозии стали, разработанный учеными ППНИПУ, решает проблему микробиологического разрушения комплексно.

Одними из наиболее распространенных виновников усиленной биокоррозии являются железобактерии. Пермские ученые провели исследование их воздействия на металлические поверхности.

Отобрав в ноябре, феврале и сентябре пробы воды из рек Пермского края, исследователи использовали специальную питательную среду, стимулирующую рост именно этой группы микроорганизмов, и получили достаточное количество бактерий для экспериментов и анализа сезонных особенностей их воздействия.

Доцент кафедры «Химия и биология» ПНИПУ Татьяна Соколова рассказала о проведенном исследовании: «Мы добавили в образцы выделенных штаммов цветовой индикатор. При микроскопировании это позволило нам установить одинаковое строение клеточных стенок данных микроорганизмов и идентифицировать их как один вид».

Эффективность данных железобактерий в разрушении металла оказалась очень высокой. Они превратили в ржавчину от 60% до 77% железа в растворе. При этом наибольшую активность показала культура, выращенная из сентябрьского образца. Это объясняется тем, что в теплый период метаболизм железобактерий активизируется и усиливает коррозионное воздействие.

Чтобы определить влияние этих микробов на разрушение стали в реальной среде, образцы металла были помещены в чистую дистиллированную воду, в которую добавили жидкую суспензию железобактерий (по 10 мл на каждую пробу). В контрольных пробах образцы металла находились в такой же воде, но без микроорганизмов. К емкостям со всеми пробами был обеспечен естественный доступ воздуха, все они оставались открытыми при обычных условиях в течение 28 дней.

В результате проведенных экспериментов исследователи установили, что выделенные штаммы железобактерий ускорили коррозию стали почти в 2 раза. Это происходило из-за того, что бактерии поглощали растворенные ионы металла и окисляли кислородом, преобразовывая их в ржавчину. Одновременно они выделяли кислоту, которая также разъедала поверхность металла, что и вызывало резкое ускорение коррозионных процессов.

Чтобы предотвратить действие биокоррозии, ученые ПНИПУ первыми применили ингибитор на основе двух компонентов, сообщила Татьяна Соколова:

«Для борьбы с этим разрушительным воздействием мы испытали два средства для защиты стали от бактерий: нитрит натрия и буру (препарат, подавляющий рост бактерий и нейтрализующий кислоту). Первое вещество проявляло антикоррозионное действие уже при концентрации 0,05%, обеспечивая защиту на уровне 87–91%. В то время как бура работала при более высоких дозах — от 0,3% (с эффективностью до 88%). При их совместном использовании (0.1% буры и нитрита натрия в концентрации 0.05–1%) был достигнут максимальный защитный эффект — 94–95%».

Такой результат объясняется тем, что нитрит натрия образует защитный слой на поверхности металла, но не уничтожает бактерии. Они продолжают вырабатывать агрессивные кислоты и разрушать покрытие.

Бура же в чистом виде только борется с микроорганизмами и требует для защиты высоких концентраций (от 0,3%), что оказывает вредное воздействие на окружающую среду. Тогда как комбинация низких доз двух веществ создает необходимый эффект в борьбе с биокоррозией, обеспечивая максимальную защиту при минимальной химической нагрузке на окружающую среду.

Подробное описание метода разработчики представили в статье «Ингибирование коррозии стали под воздействием железобактерий», опубликованной в сборнике материалов международной научно-практической конференции «Химия. Экология. Урбанистика», Том 1.

Подход, который предложили ученые Пермского Политеха, может быть использован для эффективной защиты таких критически важных объектов, как трубопроводы, резервуары и водные конструкции, особенно в условиях длительной их эксплуатации при ограниченном техническом обслуживании. С помощью разработанного пермяками метода можно одновременно формировать защитное покрытие и устранять биологическую причину разрушения.