Amélioration de la riboflavine exogène sur la corrosion du nickel influencée microbiologiquement par le biofilm électroactif de Desulfovibrio vulgaris

npj Materials Degradation volume 7, Numéro d'article : 7 (2023) Citer cet article

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La riboflavine, un médiateur rédox soluble pour le transfert d'électrons, est impliquée dans divers processus rédox dans les systèmes biogéochimiques. Ce travail donne un aperçu du mécanisme MIC du nickel pur (Ni) provoqué par Desulfovibrio vulgaris. Comparé au métabolite (M)-MIC du cuivre pur (Cu), le Ni MIC de D. vulgaris présente un comportement de corrosion nettement différent. 20 ppm (p/p) de riboflavine améliorent considérablement le taux de corrosion du Ni (augmentation de 59 % de la perte de poids), alors qu'elle n'a aucun impact sur la CMI du Cu. De plus, la détection de H2 dans l'espace de tête révèle que ni la corrosion des protons ni celle du H2S ne se produisent dans le Ni MIC (le Cu MIC provoqué par le H2S biogène produit de grandes quantités de H2, contrairement au Ni MIC). L'analyse thermodynamique et les résultats expérimentaux indiquent que la MIC de Ni D. vulgaris est causée par le piégeage d'électrons extracellulaires provenant de l'oxydation du Ni pour obtenir de l'énergie, qui appartient au transfert d'électrons extracellulaires (EET) -MIC.

La corrosion microbiologiquement influencée (MIC) est un problème courant dans de nombreux domaines, représentant une menace majeure pour le fonctionnement normal de l'industrie pétrolière, des navires, des systèmes de canalisations urbaines, etc.1,2,3. Il est largement admis que les micro-organismes corrosifs peuvent altérer les caractéristiques électrochimiques de l’interface métal/solution4. La CMI est liée aux micro-organismes et à leurs métabolites, notamment les substances polymères extracellulaires (EPS), les acides organiques et les composés volatils (tels que NH3 ou H2S)5,6,7,8,9. Les bactéries sulfato-réductrices (SRB) sont considérées comme les micro-organismes anaérobies corrosifs les plus importants10,11,12,13,14,15.

Le sulfate est un accepteur d'électrons omniprésent dans les environnements anaérobies16, et le SRB peut profiter de l'existence de cet accepteur d'électrons (réaction 1) pour la respiration17. Sur la base de la théorie BCSR proposée par Gu et al.18, lorsque l'environnement est suffisamment riche en CS, les biofilms SRB utilisent préférentiellement les CS organiques comme donneurs d'électrons (comme le lactate, réaction 2). Cependant, lorsque l’environnement est déficient en CS, les biofilms SRB sont dans un état de « famine » et utilisent des métaux énergétiques (tels que le Fe élémentaire, réaction 3) comme donneurs d’électrons pour la réduction des sulfates16.

dans lequel \(E^{o\prime}\) en bioélectrochimie est défini comme le potentiel de réduction (par rapport à l'électrode à hydrogène standard, SHE) à 25 °C, pH 7 (indiqué par l'apostrophe en E) et 1 M de solutés ( ou 1 bar de pression partielle des gaz) hors H+.

Dans les environnements anaérobies, les mécanismes MIC peuvent être divisés en deux catégories : le transfert d'électrons extracellulaire-MIC (EET-MIC) et le métabolite-MIC (M-MIC) 18,19. M-MIC est un processus dans lequel des métabolites corrosifs (tels que les acides organiques et le H2S) sécrétés par des micro-organismes corrodent les métaux. Le MIC en cuivre (Cu) de SRB est un cas M-MIC typique6. De plus, EET-MIC fait référence au processus par lequel les micro-organismes acquièrent directement des électrons provenant de l’oxydation du métal19. Il existe deux voies principales pour l'EET : l'une est le transfert direct d'électrons (DET), qui repose sur des protéines de navette électronique sur les cytochromes de la membrane cellulaire externe (MOC), tels que les cytochromes de type C20,21, ou sur des appendices microbiens conducteurs comme les protéines de type IV. les pili22,23,24, tels que Geobacter sulfurreducens, peuvent transporter des électrons le long du pili23. Les OMC sont responsables du stockage et du transfert d’électrons, qui servent de connexions électriques clés entre les biofilms SRB et les électrodes métalliques25,26. L'autre est le transfert d'électrons médié (MET), qui implique des médiateurs de transfert d'électrons solubles (ETM), tels que la riboflavine, la flavine adénine dinucléotide (FAD), la flavine mononucléotide (FMN) et la phénazine, etc.8,27,28,29.

Le transfert d’électrons dans les MIC, comme dans les piles à combustible microbiennes (MFC), est une étape limitante. Dans la recherche MIC, les ETM ont été étudiés pour leur capacité à faciliter l'EET28,29,30,31. La flavine et la riboflavine solubles sécrétées par Shewanella oneidensis peuvent transférer des électrons de manière cyclique entre les cellules microbiennes et la matrice métallique30,31,32,33,34,35. Huang et coll. 29 ont confirmé génétiquement que l'EET est le goulot d'étranglement du MIC, le carboxamide endogène phénazine-1 produit en manipulant le gène phzH codant pour Pseudomonas aeruginosa, aggravant la corrosion de l'acier inoxydable duplex 2205 (DSS). Krantz et coll. 36 ont découvert que les molécules endogènes de type flavine médiées par l'EET dans le biofilm de Desulfovibrio alaskensis G20 sont associées à une CMI plus sévère de l'acier au carbone C1018. Les micro-organismes dans la nature coexistent dans une communauté coordonnée, et Jin et al. 37 ont découvert que la riboflavine sécrétée par S. oneidensis peut être utilisée par Bacillus licheniformis pour accélérer la CMI 316 L SS.