科创中国

复杂环境下硫酸盐还原菌（SRB）的腐蚀行为与机理是腐蚀科学领域的重要研究方向。SRB是一类以乳酸或丙酮酸等有机物作为电子供体，在厌氧状态下将硫酸盐、亚硫酸盐等还原为硫化氢的细菌。它们广泛分布于土壤、海水、河水、淤泥、地下管道及油气井等环境中，对金属材料的腐蚀具有显著影响。SRB通过异化作用将硫酸盐还原为硫化氢，并从中获取生存所需的能量。这一过程中，SRB能利用金属表面的有机物作为碳源，加速金属的腐蚀过程。在无氧或极少氧的情况下，SRB的腐蚀作用尤为突出，它们通过生物膜内的氢将硫酸盐还原，产生硫化氢，进而与金属反应生成硫化物，导致金属材料的局部或全面腐蚀。研究表明，SRB的腐蚀行为受多种环境因素的影响，包括温度、pH值、硫酸盐浓度以及金属材料的种类和状态等。此外，SRB还能产生胞外聚合物，加速沉积物覆盖金属和裸金属之间的电偶效应，进一步加速金属材料的腐蚀。针对SRB的腐蚀机理，科研人员提出了多种理论，包括阴极去极化理论、浓差电池理论、代谢产物理论及膜下酸腐蚀理论等。这些理论从不同角度解释了SRB如何影响金属材料的腐蚀过程，并为开发有效的腐蚀控制措施提供了理论依据。

揭示了SRB腐蚀的多重机理：研究从微尺度阐明了SRB作用条件下点蚀形成机理，提出了SRB通过加速沉积物覆盖金属和裸金属之间的电偶效应进而加速金属材料局部腐蚀的机理。同时，还发现了土层和腐蚀凹坑对SRB腐蚀的阻碍作用，并构建了复杂土壤环境因素影响下管线钢SRB腐蚀机理。这些成果为理解SRB腐蚀行为提供了理论基础。创新性地引入力学-化学交互作用：在管线钢SRB腐蚀开裂的研究中，首次将力学-化学交互作用引入了金属材料微生物腐蚀研究中，开辟了微生物腐蚀开裂机理研究的新途径，并建立了管线钢SRB腐蚀开裂的热力学模型。提出新的腐蚀控制思路：基于“生物能量学”和“细胞外电子传递”理论，提出了SRB作为生物阴极通过细胞外电子传递参与腐蚀反应过程的新机理，从本质上改变了腐蚀发生机制。这为耐微生物腐蚀材料的设计提供了新的思路。具有广泛的应用前景：研究成果被国际同行广泛认同，在国内外众多研究机构中沿用，为油气田、土壤和海洋等复杂环境中的SRB腐蚀控制提供了理论指导。

1. 微生物腐蚀防护

   • 随着人们环保意识日益加强，研制和开发新的高效环保型微生物腐蚀防护方法就显得尤为重要。例如，可以寻找具有杀菌效果的天然植物提取物，以应对金属材料的防腐蚀问题。
   • 也可以从微生物学自身去寻找新的方法，如利用微生物间的相互作用或改变环境条件来抑制SRB的生长和繁殖。

2. 环境修复与废水处理

   • SRB在废水中硫酸盐的去除方面已有广泛应用。通过优化SRB的生长条件和处理工艺，可以进一步提高其去除硫酸盐的效率。
   • 同时，SRB还可以与其他微生物联合使用，形成更高效的废水处理系统。

3. 生物能源与资源回收

   • SRB在厌氧呼吸过程中能够产生能量，这种能量可以被捕获和利用，为生物能源的开发提供新的思路。
   • 此外，SRB还可以参与某些金属离子的还原过程，为资源回收和再利用提供可能。

4. 生物传感器与生物监测

   • 利用SRB对特定环境条件的敏感性，可以开发基于SRB的生物传感器，用于监测环境中的污染物质或生物活性物质。
   • 这种生物传感器具有灵敏度高、选择性好、操作简便等优点，在环境监测和生态保护方面具有广阔的应用前景。

，在控制科学与工程领域，东北大学的“复杂工业过程控制与实时调度的理论、方法及应用研究”团队备受瞩目。该团队由柴天佑院士领衔，汇聚了张化光教授、唐立新教授等国家杰出青年基金获得者，致力于复杂工业过程的控制与调度研究。他们的研究成果在学术界和工业界都具有广泛的影响力。在化学领域，生命分析化学创新团队同样表现突出。该团队起源于东北大学分析科学研究中心，由方肇伦院士创立，并在国家杰出青年科学基金获得者王建华教授的带领下不断发展壮大。团队在流动注射在线预浓集技术、流动注射与原子吸收光谱联用检测技术以及微流控分析等方面进行了开拓型研究，为生命科学的发展提供了新的研究思路和技术手段。此外，轻金属泡沫与环保材料研究团队也是东北大学的一支重要科研力量。该团队隶属于东北大学冶金学院，由罗洪杰教授担任课题组负责人。他们致力于轻金属泡沫材料的制备及其复合材料、应用技术的开发，以及铝工业固废高值化利用和无机多孔过滤材料的开发等研究。这些团队不仅拥有强大的科研实力，还注重培养学生的创新思维和实践能力。他们的研究成果不仅推动了相关领域的科技进步，也为国家和社会的发展做出了重要贡献。

一、科学理论贡献

1. 揭示了SRB的腐蚀机理：

   • 研究发现了土层和腐蚀凹坑对SRB腐蚀的阻碍作用，构建了复杂土壤环境因素影响下管线钢SRB腐蚀机理。
   • 首次将力学-化学交互作用引入了金属材料微生物腐蚀研究中，开辟了微生物腐蚀开裂机理研究的新途径。
   • 提出了基于“生物能量学”和“细胞外电子传递”的SRB腐蚀新机理，为耐微生物腐蚀材料的设计提供了新思路。

2. 丰富了微生物腐蚀理论：

   • 阴极去极化理论：描述了阳极铁失去电子、阴极氢得到电子产生去极化后，体系中的硫酸盐被还原为硫化氢，与阳极铁失去电子后的产物相结合的过程。
   • 代谢产物机理：认为SRB的代谢产生的S²⁻与溶液中的Fe²⁺结合，形成致密的FeS膜而影响SRB腐蚀的过程。
   • 浓差电池理论：当腐蚀产物附着在金属表面上时，会阻碍氧气向金属表面的扩散，从而形成一个氧浓度差电池。

二、技术创新与应用

1. 推动了耐微生物腐蚀材料的发展：

   • 基于SRB腐蚀机理的研究，可以设计出更加耐微生物腐蚀的材料，提高材料在复杂环境下的使用寿命。

2. 为微生物腐蚀防护提供了新思路：

   • 研究不仅关注于SRB的腐蚀行为，还探索了有效的防护方法，如物理方法、化学方法、阴极保护方法、微生物保护方法和防腐材料保护方法等。

3. 促进了相关技术的研发与应用：

   • 研究成果在油田、海港、大坝、发电厂、污水处理系统等领域的微生物腐蚀防护中得到了广泛应用。

三、经济效益与社会效益

1. 减少了经济损失：

   • 微生物腐蚀常发生在埋地管道、海港、大坝等设施中，给生产生活带来了极大的安全隐患和经济损失。该研究的成果为这些设施的防护提供了科学依据和技术支持，有效减少了经济损失。

2. 推动了相关产业的发展：

   • 随着对SRB腐蚀机理研究的深入和相关技术的不断发展，推动了防腐材料、检测仪器、监测技术等产业的快速发展。

3. 提高了环境保护意识：

   • 该研究强调了环境保护的重要性，推动了环保型防腐材料的研发和应用，减少了传统防腐材料对环境的污染。

科研成果持有者将科技成果作为合作的基础和条件，与其他企业，研究机构或个人共同开展科技成果转化活动。