Biokorozija

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Ovaj članak je deo diseminacionih aktivnosti uz podršku Fonda za nauku Republike Srbije, Program DIJASPORA, #6464843, MeMEAS u saradnji sa Hemijskim fakultetu Univerziteta u Beogradu. Sadržina ovih tekstova ne izražava stavove Fonda za nauku Republike Srbije.
Datum unosa: oktobar—decembar 2023.
Vikipedijanci: Ova grupa učenika će pisati članke na podstranicama, gde će ostati do kraja perioda unosa i ocenjivanja.
Pozovamo vas da pomognete učenicima i date im smernice tokom izrade.
Korozija

Biokorozija, odnosno mikrobiološki izazvana korozija, predstavlja vrstu korozije izazvanu prisustvom ili aktivnošću mikroorganizama u biofilmovima na površini korodirajućeg materijala.[1] Prva ozbiljnija istraživanja o biokoroziju su sporvedena sredinom 20. veka.[2] Biokorozija se najčešće dešava na metalnim podlogama kao što su gvožđe ili bakar, kao i njihovim legurama, uključujući i nerđajući čelik. Osim ovih podloga, može se uočiti i na polimernim i keramičkim podlogama.[3] Mikirobiološki izazvana korozija ne podrazumeva postojanje novih mehanizama korozije već objašnjava ulogu mikroorganizama u već poznatim mehanizmima. Mikroogranizmi ubrzavaju propadanje metala 2-3 puta u aerobnim i skoro 100 puta u anaerobnim uslovima u poređenju sa klasičnom elektrohemijskom korozijom u istom medijumu.[4]Procenjeno je da je oko 20% ukupne korozije na metalnim materijalima, kao i oko 50% korozije u cevovodu, uzrokovano mikroorganizmima. Biokorozija ima veliki uticaj na ekonomiju i industriju.[4]

Mikroorganizmi koji utiču na biokoroziju[uredi | uredi izvor]

Mikroorganizmi obuhvataju bakterije, gljive, alge i protiste.[5] Sve ove vrste mikroorganizama imaju određen uticaj na biokoroziju. Gljive koje utiču na koroziju su one koje napadaju određene vrste boja i polimera, kao i „kerozinske gljivice” koje luče organske kiseline koje utiču na pojavu korozije u avionskim rezervoarima za gorivo.[5] Alge mogu da žive zasebno ili u simbiozi sa određenim vrstama bakterija. Određene alge mogu da se vezuju za nerđajući čelik, prilikom čega je utvrđeno da je kolonizacija aktivnija i brža na svetlosti u odnosu na mrak. Zaključeno je da proces fotosinteze igra ključnu ulogu u pojačavanju korozije. Takođe, bakterije i alge koje žive u simbiozi gde alge obrazuju elementrani sloj, a bakterijski biofilmovi donji sloj ubrzavaju koroziju.[2][5] Ipak, za mikrobiološki izazvanu koroziju najveći značaj imaju bakterije od kojih su najznačajnije sulfato-redukujuće bakterije (SRB). Osim njih, važnim se smatraju i bakterije koje oksiduju nitrite, transformišu metale, proizvode kiseline i druge.

Sulfato-redukujuće bakterije (SRB)[uredi | uredi izvor]

SRB su visoko specijalizovani mikroorganizmi koji pripadaju i bakterijama i arhejama i mogu koristiti sulfat kao akceptor elektrona u svom energetskom metabolizmu (disimilatorna redukcija sulfata). Unutar bakterijskih konzorcijuma prisutnih na biofilmovima, sulfato-redukujuće bakterije smatraju se najviše odgovornim za koroziju gvožđa u anaerobnim sredinama (npr. cevovodi).[6] Žive u sredinama bez kiseonika, gde ugljenik dobijaju iz organskih hranljivih materija, a energiju od redukcije sulfatnih jona u sulfid. Razmnožavaju se i uzrokuju štetu samo ako mogu da dobiju dovoljno sulfata, kojih ima u slatkoj i morskoj vodi, kao i u zemljištu. Većina SRB raste samo u pH opsegu 5-10 i temperaturnom opsegu 5-45 °C i pritisku do 500 atm. Takođe postoje i određene grupe (termofili) koje imaju sposobnost rasta na temperaturama do 70 °C i najčešće se susreću u vodi proizvedenoj iz rezervoara vruće nafte.[5]

Mehanizmi biokorozije[uredi | uredi izvor]

Detaljni mehanizmi koji objašnjavaju mikrobiološki izazvanu koroziju nisu u potpunosti razjašnjeni, ali se zna da mikroorganizmi mogu da pojačaju proces korozije razaranjem pasivnog sloja i stimulisanjem katodnih i anodnih reakcija zbog proizvodnje korozivnih jedinjenja (kiseline, nitriti, sulfidi, amonijak), potrošnje zaštitnog sloja premaza, degradacije pasivnog sloja, proizvodnje jedinjenja sposobnih da vezuju metalne jone, kao i formiranja biofilma na površini metala.[4]

Aerobna biokorozija[uredi | uredi izvor]

Najpoznatiji oblik korozije predstavlja rđanje gvožđa u prisustvu kiseonika. Tom prilikom dolazi do oksidacije gvožđa i redukcije kiseonika na površini metala (1):

Fe0 + ½O2 +H2O → Fe2+ + 2OH- (1)

Daljim reakcijama dolazi do stvaranja oksida i hidroksida gvožđa pošto se dalje oksiduje do jona Fe3+ i Fe(OH)3 (2)(3):

4Fe2+ + O2 + H2O → 4Fe3+ + 4OH- (2)

Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3 (3)

Mikrobiološki izazvana korozija (MIK) u sredinama bogatim kiseonikom potiče od lokalizovane kolonizacije i mikrobne potrošnje kiseonika na površini gvožđa, što može izazvati gubitak mase na ovim mestima. Osim toga rastvarnje zaštitnih naslaga rđe može uticati na stepen korozije. Suštinski, stepen biokorozije zavisiće od svojstava mikroorganizama kao i od uslova okoline u kojoj se nalazi.[4]

Anaerobna biokorozija[uredi | uredi izvor]

Sulfato-redukujuće bakterije (SRB) predstavljaju glavne bakterije koje su odgovorne za mikrobiološki izazvanu koroziju u anaerobnim uslovima. One podstiču taloženje gvožđe(II) sulfida (FeS) koji potom dovodi do redukcije protona iz vode u molekularni vodonik (H2), nakon čega zbog nerastvorljivosti gvožđa anodna oksidacija koja se dešava na površini oslobađa elektrone izvan ćelije.[4] Postoje dva mehanizma delovanja sulfato-redukujućih bakterija na koroziju gvožđa u anaerobnim uslovima:

  • indirektna kataliza - hemijsko-mikrobiološki izazvana korozija (HMIK)
  • direktna kataliza - elektronski-mikrobiološki izazvana korozija (EMIK)

Prilikom indirektne katalize dolazi do formiranja biogenog sulfida, koji ubrzava koroziju, kao i do katodne depolarizacije biogenom potrošnjom vodonika i razaranjem nereaktivnog sloja vodonika.[4] U odsustvu rastvornog kiseonika kao akceptora elektrona SRB može da redukuje sulfat u sulfitne jone, koji se onda redukuje u vodonik sulfid (H2S), a koji dalje reaguje sa metalnim gvožđem nakon vanćelijske difuzije. Biogeni sulfid u početku može da stimuliše anodni deo reakcije korozije direktnom reakcijom sa metalnim jonom ili hemisorpcijom. Međutim, kada je površina metala prekrivena neorganskim proizvodima korozija kao što je gvožđe sulfid katodne reakcije postaju primarne u oksidaciji metala. Svi SRB mogu da utiču na koroziju prilikom izlučivanja H2S ako su prisutni sulfat i odgovarajući donori elektrona[4]. Specifični sojevi SRB-a su u stanju da troše elektrone direktno iz gvožđa prilikom direktne katalize. Dolazi do formiranja kore koja je elektro-provodljiva i direktan kontakt između SRB-a i metala nije neophodan uslov za koroziju. Umesto toga elektroni iz korodirajućeg gvožđa protiču kroz elektroprovodljivi sloj do ćelija pričvršćenih za površinu i redukuju sulfat.[4]

Uticaj biokorozije[uredi | uredi izvor]

Neka od glavnih oštećenja za koje je zaslužna biokorozija su oštećenja cevovoda, kvarovi na sistemima za hlađenje kao i oštećenja na vodovodnim sistemima. Procenjuje se da biokorozija uzorkuje 34% oštećenja u naftnim kompanijama. Korozija se smatra glavnim uzrokom havarija na gasovodima i naftovodima, pri čemu je više od 50% cevovoda povezano sa dejstvom biokorozije[2]. Neki od primera su pucanje gasovoda i požar u blizini Karlsbada u Novom Meksiku 2000. godine kao i curenje gasovoda na Aljasci 2006. godine. Iako do pojave biokorozije ne bi trebalo da dođe u sistemima za distribuciju vode zbog uklanjanja većine bakterija iz vode za piće u nekoliko studija primećeno je da SRB mogu da kolonizuju date sisteme i dovedu do povećanja korozije. Pojava SRB-a u vodi za piće primećena je kod cevi napravljenih od livenog gvožđa. Da bi se izbegla korozija, čelične cevi su prekrivene zaštitnim slojem cinka ili legure cinka, ali je pokazano da čak i njih mikroorganizmi mogu koorodirati. Bakarne cevi takođe mogu da koorodiraju pod uticajem mikroorganizama čime može da dođe do oslobađanja jona bakra u vodu, što je čini nebezbednom za konzumiranje. Da bi se sprečila korozija najčešće se koriste biocidi. Takođe mogu se koristiti i određeni zaštitni premazi, kao i tehnike zaštite katoda.[4]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Gale, W. F.; Totemeier, T. C., ur. (2004-01-01), 31 - Corrosion, Butterworth-Heinemann, str. 31—1, ISBN 978-0-7506-7509-3, doi:10.1016/b978-075067509-3/50034-8, Pristupljeno 2023-11-14 
  2. ^ a b v Khan, M. Saleem; Yang, Ke; Liu, Zifan; Zhou, Lujun; Liu, Wenle; Lin, Siwei; Wang, Xuelin; Shang, Chengjia (2023). „Microorganisms Involved in the Biodegradation and Microbiological Corrosion of Structural Materials”. Coatings (na jeziku: engleski). 13 (10): 1683. ISSN 2079-6412. doi:10.3390/coatings13101683. 
  3. ^ Rapp, B. E. (2018-01-01), Wandelt, Klaus, ur., Electrochemical Methods for Biomass and Biocorrosion Monitoring, Elsevier, str. 166—172, ISBN 978-0-12-809894-3, doi:10.1016/b978-0-12-409547-2.13507-3, Pristupljeno 2023-11-14 
  4. ^ a b v g d đ e ž z Kadukova, J.; Pristas, P. (2018-01-01), Wandelt, Klaus, ur., Biocorrosion—Microbial Action, Elsevier, str. 20—27, ISBN 978-0-12-809894-3, doi:10.1016/b978-0-12-409547-2.13500-0, Pristupljeno 2023-11-19 
  5. ^ a b v g Stott, J. F. D.; Abdullahi, Aliyu A. (2018-01-01), Corrosion in Microbial Environments☆, Elsevier, ISBN 978-0-12-803581-8, doi:10.1016/b978-0-12-803581-8.10519-3, Pristupljeno 2023-11-20 
  6. ^ „Understanding Biocorrosion”. 2014. doi:10.1016/c2013-0-16468-9. 

Literatura[uredi | uredi izvor]

Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Биокорозија&oldid=27762575”