авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Физико-химические явления на поверхности алюминия и его сплавов при воздействии микроорганизмов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

БЕЛОВ ДЕНИС ВЛАДИМИРОВИЧ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ

АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ МИКРООРГАНИЗМОВ

Специальность 02.00.04 – Физическая химия

(химические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Нижний Новгород – 2007

Работа выполнена на кафедре "Биотехнология, физическая и аналитическая химия" Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Соколова Татьяна Николаевна

Официальные оппоненты: доктор химических наук, старший научный сотрудник

Урьяш Владимир Файвишевич,

ГОУ ВПО Нижегородский государственный

университет им. Н.И. Лобачевского

доктор технических наук, старший научный сотрудник

Трофимов Анатолий Никифорович,

ООО “Береста ЭкоДом”

Ведущая организация: Нижегородский филиал института машиноведения

им. А.А. Благонравова РАН

Защита состоится « 23 » октября в 1430 час. на заседании диссертационного совета

Д 212.165.06 при Нижегородском государственном техническом университете им. Р.Е. Алексеева по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д. 24, корп. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета

Автореферат разослан « » ____________ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Соколова Т.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Большинство металлоконструкций эксплуатируется в естественных природных средах. Традиционно главным стимулирующим фактором в развитии атмосферной, почвенной и морской коррозии считается вода и выбор предпочтительной схемы коррозионного процесса напрямую связывают с относительной влажностью природной среды. Однако естественные условия, технологические режимы ряда производств, например пищевых, являются благоприятными средами для размножения микроскопических грибов и бактерий. Микроорганизмы не только принимают участие, но и могут играть первостепенную роль в инициировании и развитии коррозионного процесса. К настоящему времени выявление роли микроорганизмов в деструкции металлов сводится к накоплению экспериментальных фактов и наблюдений. Теоретические положения и выводы разноплановы и не носят обобщающего характера, общие методологические подходы к рассмотрению химических и биохимических аспектов биокоррозии отсутствуют. Отчасти это обусловлено многофакторностью процесса и зависимостью его от вида и форм бактерий и микроскопических грибов, характера обмена веществ и природы продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, наличия на металле органических загрязнений, вида металла, условий его эксплуатации.

В связи с чем выявление физико-химических закономерностей в инициировании и развитии коррозионного процесса металлов под воздействием микроскопических грибов и бактерий является актуальной научной и практической задачей.

Целью работы является:

– выявление наиболее активных биодеструкторов, вызывающих коррозию алюминия и его сплавов, из числа наиболее распространенных в естественных условиях микроскопических грибов и бактерий;

– установление физико-химических закономерностей в инициировании и развитии биокоррозии алюминия и его сплавов микроскопическими грибами и бактериями;

– качественное определение химического состава экзометаболитов бактериальной и микологической коррозии, выявление их роли в развитии коррозионного процесса;

– количественная оценка коррозионной активности микроорганизмов, воздействующих на поверхность алюминия и его сплавов.

Научная новизна работы

1. Впервые проведен комплексный анализ биовоздействия 14 видов микроскопических грибов и 6 видов бактерий, из числа наиболее распространенных в природе, на поверхность алюминия и его сплавов; выявлены наиболее активные деструкторы.

2. Впервые выдвинуто предположение об определяющей роли активных форм кислорода, в том числе супероксид анион-радикала в инициировании коррозионного процесса алюминия и его сплавов микроскопическими грибами. Предложена физико-химическая схема инициирования и развития коррозионного процесса.

3. Показано, что в инициировании коррозии алюминия и сплавов на его основе бактериями определяющую роль играют экзометаболиты – ион аммония на ранних стадиях биокоррозии, органические кислоты – на стадиях ее развития.

4. Проведена количественная оценка коррозионной активности микроорганизмов на примере наиболее активных деструкторов. Установлено влияние на максимальную коррозионную активность экзометаболитов в виде органических кислот.

Практическая значимость работы заключается в том, что выявленные физико-химические закономерности биокоррозии создают возможность определения потенциальных направлений ингибирования процесса, а также в расширении базы данных по микробиологическому воздействию на конструкционные материалы на основе алюминия.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

– роль супероксид анион-радикала в инициировании коррозии алюминия и его сплавов под воздействием микроскопических грибов;

– физико-химическая схема инициирования и развития коррозионного процесса алюминия и его сплавов микроскопическими грибами;

– состав экзометаболитов при коррозии бактериями на начальных и заключительных стадиях коррозионного процесса и их роль в инициировании и развитии биокоррозии;

– качественная и количественная оценка коррозионной активности микроскопических грибов и бактерий и выявленные биологические виды наиболее активных деструкторов алюминия и сплавов на его основе.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях: Международная конференция молодых ученых “От фундаментальной науки – к новым технологиям”, (Тверь, 2003); III Молодежная научно-техническая конференция “Будущее технической науки” (Н. Новгород, 2004); Международный форум по проблемам науки, техники и образования “III тысячелетие – Новый мир” (Москва, 2005); II Международная научно-техническая конференция "Биоповреждения и биокоррозия в строительстве" (Саранск, 2006); V Международная молодежная научно-техническая конференция “Будущее технической науки”, (Н. Новгород, 2006); XI Нижегородская сессия молодых ученых. Естественнонаучные дисциплины: (Н. Новгород, 2006); Международный. форум по проблемам науки, техники и образования “III тысячелетие – Новый мир” (Москва, 2006); VI Международная молодежная научно-техническая конференция “Будущее технической науки”, (Н. Новгород, 2007).

Публикации. По данным диссертационной работы опубликовано 11 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией, 5 статей в сборниках трудов и научных конференций, 4 тезисов докладов на международных (2), республиканских (1) и региональных (1) конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 150 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав (литературный обзор, результаты и обсуждение, экспериментальная часть), выводов, списка цитируемых источников, включающего 193 наименования. Диссертация иллюстрирована 25 таблицами и 49 рисунками.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность д.б.н., проф. Смирнову В.Ф. и д.х.н., проф. Карташову В.Р. за помощь в выполнении работы и участие в обсуждении полученных результатов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объекты, материалы и общая методика экспериментов. Объектами исследования выбраны алюминий технической чистоты марки АД0 и сплавы на основе алюминия В65, Д16, Д16Т, которые широко применяются в качестве упаковочного материала, в том числе и в виде фольги, в ряде производств пищевого назначения (пивоваренной, кондитерской, производство безалкогольных напитков и др.), косметической, фармацевтической промышленности, а также как конструкционные материалы при изготовлении оборудования и отдельных узлов широкого назначения.

Отклонения от санитарно-гигиенических норм в эксплуатации оборудования и в процессах при изготовлении пищевых продуктов могут приводить к микробиологическим загрязнениям, способным служить питательным субстратом при развитии микроорганизмов, вызывающих биоповреждения алюмосодержащего материала.

Образцы металлов в виде пластин размером 25 25 1 мм, трапециидальных брусков (30 20 5 мм) и прутков (30 5 мм), подготовленные в соответствии с ГОСТ 9.048–89, 9.905–82, предварительно шлифовали до получения гладкой поверхности, промывали в растворе соды, затем проточной, дистиллированной водой, обезжиривали последовательно тетрахлорметаном, этанолом, высушивали и взвешивали. Стерилизация образцов до и после экспозиции проводилась автоклавированием.

В качестве тест-культур микроорганизмов использовали микроскопические грибы 14 видов: Alternaria alternata (Fr.) Keissler BKM F-1120, Aspergillus niger van Tieghem BKM F-1119, Aspergillus oryzae (Ahlburg) Cohn BKM F-2096, Aspergillus ruber, Aspergillus terreus Thom BKM F-1025, Chaetomium globosum Kunze BKM F-109, Fusarium moniliforme Sheldon BKM F-136, Paecilomyces variotii Bainier BKM F-378, Penicillium chrysogenum Thom BKM F-245, Penicillium cyclopium Westling BKM F-265, Penicillium funiculosum Thom BKM F-1115, Penicillium martensii Biourge BKM F-310, Penicillium ochro – chloron Biourge BKM F-1702, Trichoderma viride Pers. ex Fr. BKM F-1117; и бактерии 6 видов: Bacillus megaterium, Esсherichia coli, Proteus vulgaris, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Streptococcus salivarius. Все микроорганизмы были предоставлены Всероссийской коллекцией микроорганизмов (г. Пущино Московской обл.).

Общая методика выявления биостойкости металлов. Стойкость металлов к микробиологической коррозии в отсутствие питательных сред определялась в соответствии с ГОСТ 9.048–89, 9.049–91, 9.908–85. Образцы материалов помещались в чашки Петри и заражались спорами микроорганизмов. Продолжительность эксперимента составляла не менее 30 суток при температуре 27 ± 2 oC в случае микроскопических грибов и 37 ± 2 oC в случае бактерий. Оценка биостойкости исследуемых материалов проведена по результатам визуального наблюдения и сравнения их с контрольными образцами, не зараженными спорами микроорганизмов.

Полученные данные показали, что исследуемые материалы непосредственно не вовлекаются в жизненный цикл микроорганизмов в качестве источника энергии в результате их окисления, хотя такой тип коррозии имеет место для некоторых металлов.

Далее опыты проводились с использованием плотной питательной среды, когда возможно развитие и размножение микроорганизмов. Предварительно подготовленные металлические образцы помещались на поверхность мицелиальных грибов (при температуре 27 ± 2 oC), или суточной культуры бактерий (при температуре 37 ± 2 oC), находящихся в стадии их стационарного роста. В этих условиях образцы выдерживали в течение 30 – 60 суток в зависимости от вида эксперимента. Контроль проводился сравнением с образцами, выдерживаемыми в аналогичных условиях на стерильной плотной питательной среде, не зараженной спорами микроскопических грибов или бактерий.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Коррозия алюминия и его сплавов в условиях воздействия микроскопических грибов. Динамика коррозионного процесса установлена путем исследования состояния поверхности изучаемых металлов через определенные промежутки времени с начала экспозиции соответствующими видами микроскопических грибов (табл. 1). Как следует из данных табл. 1, наиболее активными биодеструкторами исследуемых металлов являются микромицеты Alternaria alternata и Aspergillus niger.

Несмотря на многофакторный характер коррозии, были выявлены некоторые общие закономерности в ее протекании. Так, установлено, что характерной особенностью начальной стадии коррозионного процесса для всех изученных микроскопических грибов является появление на торцах металлических образцов экссудата в виде прозрачной легко подвижной жидкости с pH 7,5–11,0 (рис. 1).

Следует отметить, что время появления экссудата, а также значение рН зависят как от природы металла, так и от вида микромицетов (см. табл. 2). Так, под действием микроскопического гриба Alternaria alternata – наиболее активного биодеструктора, возникновение жидкого экссудата на поверхности образцов АД0 и Д16Т зафиксировано через 5 суток с pH 7,5–9,0 и 8,0–10,0 соответственно. Аналогичные закономерности наблюдаются при воздействии микромицета Aspergillus niger – активного продуцента органических кислот. На поверхности образца сплава Д16Т жидкая фаза появляется через 10 суток, а на поверхности алюминиевого образца АД0 – спустя 20 суток. Однако и в этих случаях, несмотря на кислотообразующий характер микромицета, значение рН находилось в пределах 9,0–11,0. Эти данные не согласуются с ранее высказанными в литературе предположениями об определяющей роли органических кислот в деструкции металлов.

Таблица 1. Оценка коррозионной активности микромицетов

Микроскопические грибы Время экспозиции, сутки
Сплав В65 Сплав Д16 Сплав Д16Т
5 10 20 30 60 (*) 5 10 20 30 60 (*) 5 10 20 30 60 (*)
Alternaria alternata А Б В Г Е (4) А Б Г Д Е (3) А Б В Г Е (2)
Aspergillus niger В Г Е (4) Б В Д (4) В Г Е (4)
Aspergillus oryzae А Б В Д (3) А Б В В Д (4) А А Б В Д (3)
Aspergillus ruber А Б Б В (2) А Б В Г Д (3) А А Б В Г (2)
Aspergillus terreus А Б Б В (2) А Б В Д (2) А В В Д (2)
Chaetomium globosum А А Б Б В (1) А Б Б В (2) А Б Б В Г (1)
Fusarium moniliforme А Б В В Г (3) А Б Б В (3) А Б Б В Г (3)
Paecilomyces variotii А Б В В Г (2) А Б В В Д (2) А Б В Г Г (2)
Penicllium chrysogenum А Б Б В (3) А Б В Г (3) А В Г Д (2)
Penicllium cyclopium Б Б В Г (3) А Б В В Д (4) А А Б В Г (3)
Penicillium funiculosum Б В Г (4) Б В Г (4) А Б В Г (3)
Penicllium martensii А В В Г (3) А А Б Б В (3) А Б Б В Г (3)
Penicllium ochro-chloron А Б Б В (2) А Б Б Б В (3) А Б В (2)
Trichoderma viride А Б Б Г (3) А Б В Д (4) А Б Г Г Д (3)
Ассоциация грибов А Б Б В Д (4) А Б В Г Д (4) А В Г Г Д (4)


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.