blog

Mar 18, 2023

Aprimoramento da riboflavina exógena na corrosão microbiologicamente influenciada do níquel pelo biofilme eletroativo Desulfovibrio vulgaris

npj Degradação de Materiais

npj Materials Degradation volume 7, Número do artigo: 7 (2023) Citar este artigo

775 acessos

1 Altmétrica

Detalhes das métricas

A riboflavina, um mediador redox solúvel para transferência de elétrons, está envolvida em vários processos redox em sistemas biogeoquímicos. Este trabalho fornece algumas informações sobre o mecanismo MIC de níquel puro (Ni) causado por Desulfovibrio vulgaris. Comparado com o metabólito (M)-MIC de cobre (Cu) puro, o Ni MIC de D. vulgaris exibe um comportamento de corrosão distintamente diferente. 20 ppm (p/p) de riboflavina aumenta drasticamente a taxa de corrosão do Ni (aumento de 59% na perda de peso), enquanto não tem impacto no Cu MIC. Além disso, a detecção de headspace H2 revela que nem a corrosão de prótons nem de H2S ocorre em Ni MIC (Cu MIC causada por H2S biogênico produz grandes quantidades de H2, enquanto Ni MIC não). A análise termodinâmica e os resultados experimentais indicam que o Ni D. vulgaris MIC é causado pelo aprisionamento de elétrons extracelulares da oxidação do Ni para energia, que pertence à transferência extracelular de elétrons (EET)-MIC.

A corrosão influenciada microbiologicamente (MIC) é um problema comum em muitos campos, representando uma grande ameaça para a operação normal da indústria de petróleo, embarcações marítimas, sistemas de tubulações urbanas, etc.1,2,3. É amplamente visto que microrganismos corrosivos podem alterar as características eletroquímicas da interface metal/solução4. A MIC está relacionada aos microrganismos e seus metabólitos, incluindo substâncias poliméricas extracelulares (EPSs), ácidos orgânicos e compostos voláteis (como NH3 ou H2S)5,6,7,8,9. As bactérias redutoras de sulfato (BRS) são consideradas os mais importantes microrganismos anaeróbios corrosivos10,11,12,13,14,15.

O sulfato é um aceptor de elétrons onipresente em ambientes anaeróbicos16, e o SRB pode aproveitar a existência desse aceptor de elétrons (Reação 1) para a respiração17. Com base na teoria BCSR proposta por Gu et al.18, quando o ambiente é suficientemente rico em CSs, os biofilmes SRB utilizam preferencialmente CSs orgânicos como doadores de elétrons (como lactato, Reação 2). No entanto, quando o ambiente é deficiente em CSs, os biofilmes SRB estão em estado de "inanição" e utilizam metais energéticos (como Fe elementar, Reação 3) como doadores de elétrons para redução de sulfato16.

em que \(E^{o\prime}\) em bioeletroquímica é definido como o potencial de redução (vs. eletrodo de hidrogênio padrão, SHE) a 25 °C, pH 7 (indicado pelo apóstrofo em E) e 1 M de solutos ( ou 1 bar de pressão parcial de gases) excluindo H+.

Em ambientes anaeróbicos, os mecanismos MIC podem ser divididos em duas categorias: transferência de elétrons extracelular-MIC (EET-MIC) e metabólito-MIC (M-MIC)18,19. M-MIC é um processo no qual metabólitos corrosivos (como ácidos orgânicos e H2S) secretados por microorganismos corroem metais. Cobre (Cu) MIC por SRB é um caso típico de M-MIC6. Além disso, EET-MIC refere-se ao processo pelo qual os microrganismos adquirem elétrons diretamente da oxidação do metal19. Existem duas vias principais para a EET: uma é a transferência direta de elétrons (DET), que depende de proteínas transportadoras de elétrons nos citocromos da membrana celular externa (OMCs), como citocromos do tipo c20,21, ou apêndices microbianos condutores, como proteínas proteicas do tipo IV pili22,23,24, como Geobacter sulfurreducens pode transportar elétrons ao longo do pili23. Os OMCs são responsáveis ​​pelo armazenamento e transferência de elétrons, que servem como as principais conexões elétricas entre biofilmes SRB e eletrodos metálicos25,26. A outra é a transferência eletrônica mediada (MET), que envolve mediadores solúveis de transferência eletrônica (ETMs), como riboflavina, flavina adenina dinucleotídeo (FAD), flavina mononucleotídeo (FMN) e fenazina, etc.8,27,28,29.

A transferência de elétrons em MIC, como em células de combustível microbianas (MFC), é uma etapa limitante da taxa. Na pesquisa MIC, os ETMs foram investigados por sua capacidade de facilitar o EET28,29,30,31. A flavina e a riboflavina solúveis secretadas por Shewanella oneidensis podem transferir elétrons ciclicamente entre as células microbianas e a matriz metálica30,31,32,33,34,35. Huang e outros. 29 confirmaram geneticamente que a EET é o gargalo da MIC, a fenazina-1 carboxamida endógena produzida pela manipulação do gene phzH que codifica em Pseudomonas aeruginosa, agravando a corrosão do aço inoxidável duplex 2205 (DSS). Krantz et ai. 36 descobriram que o EET mediado por moléculas endógenas semelhantes à flavina no biofilme Desulfovibrio alaskensis G20 está associado a MIC de aço carbono C1018 mais grave. Os microrganismos na natureza coexistem em uma comunidade coordenada, e Jin et al. 37 descobriram que a riboflavina secretada por S. oneidensis pode ser utilizada por Bacillus licheniformis para acelerar o 316 L SS MIC.