Российские ученые защитили сталь от ржавчины с 95%-й эффективностью
Коррозия стали происходит под воздействием влаги, кислорода, химических реагентов и микроорганизмов. Обычное повреждение металла можно контролировать с помощью покрытий и ингибиторов, но биологическое разложение, вызываемое бактериями, грибами и водорослями, представляет особую опасность из-за скрытого характера процесса. В водной среде организмы образуют биопленки, выделяют кислоты и буквально поедают железо изнутри, что приводит к быстрому разрушению подводных конструкций, трубопроводов и резервуаров. Ученые Пермского Политеха разработали инновационный метод ингибирования (процесс подавления) коррозии стали, который комплексно решает проблему микробиологического разрушения с эффективностью до 95%.
Статья опубликована в сборнике конференции «Химия. Экология. Урбанистика».
Коррозия стали — процесс разрушения железа и его сплавов, запускаемый агрессивными компонентами окружающей среды: влагой, кислородом, химическими реагентами и даже микробами. Внешне она чаще всего проявляется в виде рыхлой ржавчины (слоя оксидов и гидроксидов железа), которая не только является следствием разрушения, но и активно его ускоряет, впитывая влагу и способствуя дальнейшему распространению процесса.
Если с обычным атмосферным повреждением в той или иной мере справляются классические методы — лакокрасочные покрытия, ингибиторы (специальные химические вещества) и прочие барьерные технологии, — то существенно более опасным и скрытым противником является биокоррозия. Это процесс, при котором материал разрушается под воздействием микроорганизмов: бактерий, грибов и водорослей.
Особенно активно этот процесс протекает в водной среде, где влага выступает не только как проводник, но и как идеальная среда для размножения микроорганизмов. Например, такую коррозию можно наблюдать на корпусах кораблей, элементах шлюзов и опорах мостов. В этом случае разрушение провоцируется и поддерживается деятельностью железобактерий и других микроорганизмов, которые формируют на поверхности металла свои плотные биопленки. В процессе метаболизма они выделяют агрессивные соединения, например, кислоты, и буквально «поедают» металл изнутри. Такое воздействие обходит традиционную защиту, что приводит к стремительным и необратимым дефектам особенно подводных конструкций, трубопроводов и резервуаров.
Ученые Пермского Политеха разработали инновационный метод ингибирования коррозии стали, который комплексно решает проблему микробиологического разрушения. Одним из ключевых и распространенных агентов биокоррозии являются железобактерии. Для их изучения исследователи провели сезонный отбор проб воды из рек в ноябре, феврале и сентябре, используя специальную питательную среду, которая стимулировала рост этой группы микроорганизмов, чтобы получить достаточное количество бактерий для экспериментов и анализ сезонных особенностей их воздействия на металлические поверхности.
— 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, — рассказала Татьяна Соколова, доцент кафедры «Химия и биология».
Железобактерии показали высокую эффективность в разрушении металла, преобразовав в ржавчину более половины всего железа в растворе — от 60% до 77%. Наибольшую активность проявила сентябрьская культура (образец №3), что объясняется сезонными особенностями: в теплый период метаболизм железобактерий активизируется благодаря благоприятным температурным условиям. Теплая среда стимулирует их жизнедеятельность и усиливает коррозионное воздействие.
Для проверки влияния микробов на разрушение стали в реальной среде исследователи поместили образцы металла в чистую дистиллированную воду, куда добавили отобранные железобактерии в виде жидкой суспензии (по 10 миллилитров на каждую пробу). Для сравнения часть образцов металла находилась в такой же воде, но без микроорганизмов. Все емкости оставили открытыми при обычных условиях на 28 дней, чтобы обеспечить естественный доступ воздуха.
Эксперименты показали, что выделенные штаммы железобактерий ускоряют коррозию стали почти в два раза. Это происходит потому, что бактерии в процессе своей жизнедеятельности активно перерабатывают железо: поглощают растворенные ионы металла, окисляют их кислородом и преобразуют в ржавчину. При этом они выделяют кислоту, которая дополнительно разъедает металлическую поверхность. Таким образом, микробы не только непосредственно потребляют железо, но и создают агрессивную кислую среду, что приводит к более резкому ускорению коррозионных процессов. В связи с этим, ученые впервые применили ингибитор на основе двух компонентов против биокоррозии.
— 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%, — объяснила Татьяна Соколова.
Это объясняется тем, что по отдельности использовать только нитрит натрия недостаточно, так как он образует защитный слой на поверхности металла, но не уничтожает бактерии, которые продолжают вырабатывать агрессивные кислоты и разрушать покрытие. Бура в чистом виде тоже не является идеальным решением, поскольку она только борется с микроорганизмами, а для защиты требует высоких концентраций (от 0,3%), что плохо сказывается на окружающей среде.
Поэтому комбинация низких доз обоих веществ создает необходимый эффект в борьбе с биокоррозией. Этот метод обеспечивает максимальную защиту при минимальной химической нагрузке, что делает его экологичнее и экономичнее использования каждого ингибитора в отдельности.
Данный подход важен для защиты критически важных объектов — трубопроводов, резервуаров и водных конструкций, где он одновременно формирует защитное покрытие и устраняет биологическую причину разрушения. Такое решение особенно незаменимо в условиях длительной эксплуатации при ограниченном техническом обслуживании, обеспечивая надежную защиту без необходимости постоянного вмешательства.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН разработали метод, который позволяет быстро оценить, насколько прочно пленка сцеплена с подложкой. Это важно для создания сверхвысокочастотных акустических фильтров — ключевых элементов связи нового поколения 5G и 6G. Возможность измерить поперечную жесткость сцепления между пленкой из двумерного материала и подложкой таким способом получена впервые.
Протезирование зубов в позднее Средневековье — сложная и почти не раскрытая тема из-за малого количества археологических источников. Найденная в Абердине челюсть с золотой проволокой показала, что богатые шотландцы восстанавливали зубы еще в XVI веке, а роль врача, вероятно, играл ювелир.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно