Alternate immersion improves corrosion inhibition efficiency of Halomonas titanicae towards EH40 steel  

交替浸沒提高泰坦鹽單胞菌對EH40鋼的腐蝕抑制效率  

來源：Corrosion Science, Volume 206, 2022, Article 110503

《腐蝕科學》第206卷，2022年，文章編號110503  

 

摘要核心內容：  

本研究通過對比全浸沒與交替浸沒（模擬潮汐區）條件下海洋兼性好氧菌Halomonas titanicae對EH40鋼的腐蝕影響，發現：  

1. 無菌環境中交替浸沒加速腐蝕（因薄電解液層促進氧擴散）；  

2. H. titanicae在全浸沒下抑制腐蝕（抑制率37-58%），而交替浸沒顯著提升其抑制效率至58-80%；  

3. 抑制效率提升歸因于交替浸沒增加固著細胞數量（最高達1.7×10? cells/cm2）并上調呼吸鏈基因表達，增強好氧呼吸耗氧能力。  

 

研究目的：  

闡明潮汐區交替浸沒環境中微生物對金屬腐蝕的影響機制，探究H. titanicae在薄電解液層（TEL）條件下的腐蝕抑制行為。  

 

研究思路：  

1. 設計全浸沒/交替浸沒（6小時周期）對比實驗，分無菌/含菌四組（圖1）  

  

2. 多尺度表征：失重法（圖3）、電化學（EIS/PDP，圖4-7）、表面形貌（SEM/CLSM，圖8-11）  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 微生物分析：固著細胞計數（圖12）、轉錄組測序（圖13-14）  

4. 微環境解析：Unisense電極測TEL厚度（圖15）及溶解氧梯度（圖16）  

 

 

 

 

 

 

測量數據及研究意義：  

1. 腐蝕速率（圖3/表1）  

   ? 數據：交替浸沒無菌組腐蝕速率（30±2 μA/cm2）比全浸沒（25±2 μA/cm2）高20%  

 

 

   ? 意義：證實TEL促進氧擴散加速腐蝕  

 

2. 電化學阻抗（圖6）  

   ? 數據：含菌組電荷轉移電阻Rct比無菌組高2倍（交替浸沒>全浸沒）  

 

   ? 意義：H. titanicae增強界面電荷轉移阻力，抑制陰極氧還原  

 

3. 固著細胞數量（圖12）  

   ? 數據：交替浸沒14天細胞密度（1.7×10? cells/cm2）比全浸沒（1.2×10? cells/cm2）高14倍  

 

   ? 意義：交替浸沒促進細菌生物膜富集  

 

4. 呼吸鏈基因表達（表3）  

 

   ? 數據：細胞色素氧化酶基因（HZS52_RS17365）表達上調4.8倍  

 

   ? 意義：交替浸沒激活好氧呼吸途徑，增強耗氧能力  

 

5. 腐蝕產物組成（表2）  

 

   ? 數據：含菌組Fe?O?含量45%（無菌組39%），Fe?O?含量29%（無菌組37%）  

 

   ? 意義：細菌耗氧促進保護性Fe?O?形成  

 

結論：  

1. 交替浸沒通過形成薄電解液層（150-350 μm）加速無菌環境腐蝕（氧擴散路徑縮短）  

2. H. titanicae通過好氧呼吸消耗溶解氧抑制腐蝕，交替浸沒使其抑制效率提升22%（80% vs 58%）  

3. 抑制效率提升機制：  

   ? 生物膜富集：固著細胞密度增加14倍  

 

   ? 代謝激活：呼吸鏈基因上調表達（細胞色素氧化酶等）  

 

   ? 微環境改造：TEL厚度降低24%（186 vs 246 μm），底部溶解氧降至4.0 ppm（圖16）  

 

丹麥Unisense電極測量數據的核心意義：  

采用Unisense OX-10溶解氧微電極（尖端10 μm）實現微米級分辨率氧梯度測量：  

1. TEL氧傳輸機制解析（圖16）  

   ? 無菌TEL：底部氧濃度6.6 ppm→頂部6.9 ppm，梯度平緩（擴散主導）  

 

   ? 含菌TEL：底部氧濃度劇降至4.0 ppm（頂部6.6 ppm），梯度斜率0.13 ppm/μm  

 

   ? 意義：直接量化細菌耗氧強度，證實其通過氧消耗抑制陰極反應  

 

  

2. 腐蝕抑制的微環境證據  

   ? 細菌使TEL厚度減少60 μm（圖15），但耗氧效應主導腐蝕抑制  

 

   ? 底部缺氧區（<5 ppm）擴大至200 μm，阻礙氧向金屬界面擴散  

 

3. 技術優勢  

   ? 高空間分辨率（20 μm步進）捕捉界面氧突變  

 

   ? 快速響應（<0.3 s）避免擾動薄液層穩定性