产甲烷微生物-埋地金属管道界面电子传递过程及对零价铁腐蚀的影响机制
批准号:
42077030
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
王远鹏
依托单位:
学科分类:
基础土壤学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王远鹏
中文摘要
埋地金属Fe(0)管道的微生物腐蚀已经严重影响我国石油、天然气资源的优化分配和输送,土壤重要种群产甲烷微生物是导致埋地金属管道腐蚀的关键因子。然而腐蚀过程的核心——产甲烷微生物-金属Fe(0)界面的胞外电子传递过程一直没有得到清晰的阐述。本项目拟构建产甲烷微生物与Fe(0)的反应体系,探究不同营养类型产甲烷微生物-Fe(0)电子传递过程以及直接电子传递的可能性和影响因素;分析产甲烷微生物与不同类型耗氢微生物共培养体系在Fe(0)腐蚀过程中互营或竞争的电子传递关系;弄清土壤埋地金属Fe(0)管道腐蚀表面生物膜表面形态、空间结构、主要活性组分及功能种群分布;明确导电矿物、生物膜中活性组分在产甲烷微生物-Fe(0)界面直接电子传递过程中的介导机制;力求在纯培养、共培养和群落不同层次阐明产甲烷微生物-金属Fe(0)界面的电子传递模式和影响机制,为土壤埋地金属管道的腐蚀防控提供重要科学依据。
英文摘要
The microbiologically influenced corrosion (MIC) of buried metallic Fe (0) pipelines has seriously affected the distribution and transportation of oil and natural gas resources in China. The important population of soil——methanogenic microorganism is the key factor of buried metallic pipeline corrosion. However, the core of corrosion process, the extracellular electron transfer process at the interface of methanogenic microorganism and metallic Fe (0) has not been clearly described. Therefore, this project plans to build a reaction system between methanogenic microorganism and metallic Fe (0). The electron transfer process of different trophic types of methanogenic microorganism with metallic Fe(0) will be explored. More important, the possibility of direct electron transfer and its influencing factors will be elucidated. The syntrophic or competitive interactions of co-cultures between methanogenic microorganism and hydrogenotrophic microorganism (acetic acid producing microorganism, iron/sulfur/sulfate reducing microorganism) in the process of metallic Fe (0) corrosion will be clarified. In addition, the surface morphology, spatial structure, main active components and microbial functional composition of biofilm on the surface of Fe (0) corrosion of buried soil pipeline will be analyzed. The mechanism of direct electron transfer mediated by active components of biofilm and conductive minerals will be explored during the process of Fe (0) corrosion by methanogenic microorganism. Finally, the different electron transfer mode of methanogenic microorganism and metallic Fe (0) will be provided at different levels of pure culture, co-cultures and soil microbial community. The results will offer new insights into the mechanisms of methanogenic microorganism and metallic Fe (0) corrosion and also provide an important scientific basis for the corrosion prevention and control of buried metallic pipelines in soil.
产甲烷微生物-金属Fe(0)界面电子传递过程及其调控金属腐蚀的影响机制是当前世界科学前沿问题。本项目明确了产甲烷微生物-金属Fe(0)的电子传递模式和直接电子传递的可能性;阐明了产甲烷微生物驱动Fe(0)腐蚀直接电子传递的介导机制及影响因素;明晰了厌氧土壤体系产甲烷微生物对金属Fe(0)的腐蚀过程及调控技术。取得的主要进展如下:.1、解析了典型产甲烷微生物菌群-金属Fe(0)体系中电子传递过程及其对Fe(0)腐蚀的影响机制.构建了以甲烷丝菌为主的乙酸营养型产甲烷菌群、甲烷螺旋菌为主的氢营养型产甲烷菌群和甲烷杆菌为主的氢营养型产甲烷菌群,然后探究了产甲烷微生物菌群-Fe(0)的电子传递模式,发现产甲烷菌群中产甲烷菌的直接电子传递能力越强,产甲烷菌群引起的腐蚀失重、腐蚀速率、累积的CH4量越高。证实了产甲烷微生物菌群-Fe(0)金属界面的直接电子传递过程是介导Fe(0)金属腐蚀的关键电子传递过程。.2、阐明了产甲烷微生物驱动Fe(0)腐蚀直接电子传递的介导机制及影响因素.建立了产甲烷微生物-Fe(0)直接电子传递体系,并研究其介导机制,研究发现共生细菌(发酵细菌、硫酸盐还原细菌)通过调控沉积在Fe(0)金属表面腐蚀产物形貌和产甲烷菌的附着以及竞争电子供体,从而影响产甲烷菌与Fe(0)金属界面电子传递过程;氧化铁矿通过调控菌群结构和介导产甲烷菌与Fe(0)金属间的电子传递过程。在共生细菌或氧化铁矿的影响下,以甲烷杆菌为主的产甲烷菌群依旧造成的腐蚀最严重,其生物腐蚀Q235A碳钢的速率高达0.153~0.497 mm/y。.3、厌氧土壤体系产甲烷微生物对金属Fe(0)的腐蚀过程及调控技术. 项目组探究了厌氧土壤体系产甲烷微生物对金属Fe(0)的腐蚀过程,发现产甲烷菌群均加剧了Fe(0)金属腐蚀。以甲烷杆菌为主的产甲烷菌群造成的腐蚀最严重和释放的CH4量最高。与此同时探究了阴极保护法以及涂层保护法防止甲烷杆菌为主的产甲烷菌群生物腐蚀碳钢的有效性,发现涂层防腐法相比于阴极保护法更能有效地避免产甲烷菌引起的生物腐蚀。.项目组经过四年的努力,已基本阐明产甲烷微生物-埋地金属管道界面电子传递过程及对零价铁腐蚀的影响机制;项目设置的研究内容已执行并实现了研究目标。项目负责人在国内外期刊以通讯作者或共同通讯作者发表SCI收录文章18篇文章,中文核心收录文章2篇,授权国家发明专利2项。
生物质资源化过程的废液废渣高值化利用的基础研究
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批准号:--
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项目类别:重点项目
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资助金额:300万元
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批准年份:2020
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负责人:王远鹏
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依托单位:
产甲烷微生物-埋地金属管道界面电子传递过程及对零价铁腐蚀的影响机制
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:58万元
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批准年份:2020
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负责人:王远鹏
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依托单位:
纳米材料介导的微生物胞外电子传递及对湿地土壤金属还原的作用机制
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批准号:41571449
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2015
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负责人:王远鹏
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依托单位:
Geobacteraceae-Methanogens种群间的电子传递过程及对湿地土壤甲烷释放的影响机制
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批准号:41271260
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项目类别:面上项目
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资助金额:75.0万元
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批准年份:2012
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负责人:王远鹏
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依托单位:
河口沉积物有机碳组成及耦合重金属分子形态转化的微生物作用机制
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批准号:41071302
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项目类别:面上项目
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资助金额:40.0万元
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批准年份:2010
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负责人:王远鹏
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依托单位:
湿地土壤中Geobacteraceae的种群分布及对典型重金属异化还原的分子机制
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批准号:40801195
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2008
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负责人:王远鹏
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依托单位:
国内基金
海外基金