Eisenreduzierende Bakterien fit für Korrosion - Eine in situ elektrochemische XANES Studie: Schemabild des Versuchsaufbaus und der Prozesse
Quelle: BAM, Fachbereich Grenzflächenprozesse und Korrosion
Elektroaktive fakultativ anaerobe Bakterien wie Shewanella putrefaciens CN32 sind in der Lage, Metallverbindungen als Elektronenakzeptor zu verwerten. Zu diesen Verbindungen gehören Spezies, die in den äußersten Oxidschichten von Stählen vorkommen und diese vor umweltbedingten Korrosionsprozessen schützen. Eine Änderung des Oxidationszustandes von Teilen innerhalb der Passivschicht kann zur Zerstörung der Schutzwirkung und zu Korrosion führen. Diese so genannte mikrobiologisch beeinflusste Korrosion (MIC) wird in der Literatur breit diskutiert, und Forscher aus allen Bereichen suchen nach den besten Methoden, um die Elektronentransferprozesse interdisziplinär zu untersuchen. Es ist entscheidend, Techniken zu kombinieren, die die in situ Untersuchung dieses bakteriellen Angriffs erlauben, um die führenden Prozesse aufklären zu können, ohne dass das Metall bei Trocknungsprozessen re-passiviert wird oder die empfindliche Biofilm-Grenzfläche zerstört wird.
In dieser Arbeit wird eine neu konstruierte Zelle vorgestellt, die die Untersuchung von Korrosionsprozessen an Modell-Eisen-Dünnfilmen in Gegenwart von metallreduzierenden Bakterien ermöglicht. Das Zellendesign ermöglicht die Messung elektrochemischer Prozesse am Metall-Biofilm-Elektrolyt-System sowie die gleichzeitige spektroskopische Analyse der Metalloxidationszustände mittels Röntgenabsorptions-Nahkantenspektroskopie (XANES). Die Studie präsentiert die erfolgreiche Implementierung der Zelle als in situ elektrochemische XANES-Technik sowie Ergebnisse zur Auswirkung unterschiedlicher Wachstumsbedingungen der Bakterien. Die elektrochemische Aktivität von zwei Kulturen, die in Anwesenheit und Abwesenheit von Fe(III)-Citrat im Kulturmedium gezüchtet wurden, wurde untersucht.
Die XANES-Spektren und der Verlauf des Ruhepotentials der Fe-Probe, die mit der in Abwesenheit von Fe(III) gezüchteten Kultur inkubiert wurde, zeigten während der zwanzigstündigen Überwachung keine signifikanten Veränderungen. Im Falle der in Fe(III)-haltigem Medium gezüchteten Kultur wurde eine beschleunigte Auflösung des Eisenfilms zusammen mit der Bildung einer gemischten Fe(II)-Fe(III)-Hydroxid-Oberflächenschicht beobachtet. Das Ruhepotential näherte sich stetig dem freien Korrosionspotential von Eisen in neutralen, Chlorid haltigen Elektrolyten, was auf einen kontinuierlichen Auflösungsprozess ohne Passivierung hinweist.
Trained to corrode: Cultivation in the presence of Fe(III) increases the electrochemical activity of iron reducing bacteria – An in situ electrochemical XANES study
Nina Wurzler, J. D. Schütter, R. Wagner, M. Dimper, D. Lützenkirchen-Hecht, Özlem Özcan
erschienen in Electrochemistry Communications, Band 112, Seite 106673 ff.
BAM, Fachbereich Grenzflächenprozesse und Korrosion