Vekor Konferencia 2015 Balatonfüred, április 21-23

Átírás

1

2 Villamosmérnöki tudományok Nemzeti Kutató Intézete INCDIE ICPE-CA MTA KAB: Bukaresti regionális munkabizottság A vörösréz mikrobiológiai korróziója Microbial initiated corrosion of red cooper dr. LINGVAY József, RADU Elena 1 Villamosmérnöki Tudományok Nemzeti Kutató Intézete, Bukarest National Institute for R&D in Electrical Engineering INCDIE ICPE-CA ACKNOWLEDGMENT: This work was financially supported by the UEFISCDI of Ramânia, under the scientific Programme PN II Contract 100/ UPMEE.

3 Összefoglaló: A vörösrézlemez korróziója volt tanulmányozva steril és feketepenész (Aspergillus niger) spórákkal beoltott szacharózt tartalmazó Czapek Dox oldatokban. A gravimetrikus (súlyveszteség mérés), elektrokémiai (polarizációs görbék), valamint X sugár fluoreszcencia spektroszkópiás XRF (réztartalom meghatározás) módszerekkel végzett meghatározások eredményeiből megállapítható, hogy a feketepenész hatására a vörösrézlemez korróziósebessége számottevően (kb. 8-szor) megnő és, hogy az oldott réz főleg a penészgombában (fonalaiban és konídiumaiban) halmozódik fel. Kulcsszavak: vörösréz, korrózió, gravimetria, polarizációs görbék, XRF, Aspergillus niger Abstract: We have studied the corrosion of copper plates in sterile and inoculated with Aspergillus niger Czapek Dox media. The results of the gravimetric (weight loss measurements), electrochemical (polarization curves), and X-ray Fluorescence Spectroscopy XRF (determination of copper content) analyses have showed that the corrosion rate of the copper plate increases considerably (approx. 8-fold) due to black mold. It has been further observed that the dissolved copper is accumulated mainly by the mold in its filaments (hyphens) and conidiophores. Key words: redcooper, corrosion, gravimetry, polarization curves, XRF, Aspergillus niger,

4 1. Bevezető - a réz: termodinamikai szempontból, egy aránylag stabil anyag, a fémek redukálósorában a hidrogén mögött áll, elvileg csak oxidáló savakban oldódik = ennek ellenére, a talaj szerves és szervetlen alkotórészeivel kölcsönhatásba lép és vízben oldódó valamint oldhatatlan komplexeket képez, ami azt sugallja, hogy a mikroorganizmusok jelenlétében a réz korrózióveszélye fennáll; A feketepenész (Aspergillus niger) egy nagyon toleráns fonalas penészgomba. A természetben elterjedt szinte mindenütt jelen van. Xeno-toleráns (széles határokban ellenáll a mérgező anyagoknak), C hőmérsékleten, savas és mint bázisos (2 10 ph) - akár 34% sótartalmú közegekben is képes fejlődni / szaporodni. Nagy az ellenálló képessége a gyomirtó és növényvédő szerekkel szembe. Széles koncentrációs határokban ellenáll a mérgező nehézfémionoknak (réz, ólom, króm, kadmium stb.), amelyeket kivonja a táptalajból majd fonalaiban és konídiumaiban felhalmozza (leköti). dolgozatunk célja kísérletileg tanulmányozni az Aspergillus niger fonalas penészgomba kihatásait a vörösréz korróziójára.

5 2. Kísérleti rész anyag és módszer Táblázat: A megvizsgált rézlemez összetétele A meghatározások tápkarbont (szacharózt) tartalmazó Czapek Dox típusú táptalajon, sterilizált állapotban (referencia), és Aspergillus niger spórákkal beoltott oldatokban: 2g nátrium nitrát (Na 2 NO 3 ); 0,7g monokálium foszfát (KH 2 PO 4 ); 0,3g dikálim foszfát (K 2 HPO 4 ); 0,5g kálim klorid (KCl); 0,5g hidratált magnézium szulfát (MgSO 4 7H 2 O); 0,01g vas szulfát (FeSO 4 ); 10g agar-agar, 30g szacharóz és 1000ml desztillált víz. Inkubálas: 30±2 0 C és RH 95±4%); Elektrokémiai meghatározások. A potenciáldinamikus (1mV/s) polarizációs görbék VOLTALAB 40 + VoltaMaster 4 program (feldolgozás). Klasszikus 3 elektródás elektrokémiai cella próba/munka elektród 10x100mm-es, 0,3 mm vastag vörös réz lemez; ellenelektród Ø 10mm, 100mm hosszú grafitrúd; SCE telített kalomel elektród. Gravimetriás és X sugár fluoreszcencia spektroszkópiás meghatározások - LAB-N92, A&D Ltd. merleg; XRF: S 8 Tiger, Bruker; Felhasználás előtt az oldatok és az eszközök (elektródák, edények stb.) autoklávban (1100C-on, 5bar, 30 perc) voltak sterilizálva

6 3. Kísérleti eredmények és azok értelmezése Elektrokémiai meghatározások A steril (1) valamint a feketepenész spórákkal beoltott és 3 (2), illetve 14 napig (3) inkubált oldatokban kapott polarizációs görbék. Katódos: 2 H e 2 H H2 Anódos: I. Cu Cu + + e II. Cu + Cu ++ + e III. 4 OH 4 e 2 H2O + 2 O O2 8 nap steril oldatban Letakarítva, 14 napos Inkubáció után 3 napos inkubáció 14 napos inkubáció

7 Az oldat / biomassza réztartalma [%] Gravimetriás és X sugár fluoreszcencia spektroszkópiás meghatározások Aspergillus niger spórákkal beoltott Steril Inkubációs idő [óra] A réztartalom időbeni alakulása a megvizsgált tápoldatokban A kifejlődött penésztelep (30 óra inkubáció) Steril tápoldattal fedett rézlemez próbák (60óra; 30±20C-on) A tápoldaton kifejlődött penésztelep (100 óra inkubáció) A meghatározás végén, 228 órás inkubáció után az XRF mintapróbán (kimerült tápoldat és biomassza keverék) mért réztartalom 0,0218% volt, ami az adott tömegre átszámítva kb. 0,01427g réznek felel meg. Ez az érték jól egyezik a rézlemezeken mért tömegvesztésséggel (0,0143g) A feketepenész fejlődése közben feloldott réz (kb. 0,0143g) elsősorban több mint 82%-os arányban a feketepenész biomasszában halmozódott fel..

8 4. Következtetések Steril és feketepenész (Aspergillus niger) spórákkal beoldott Czapek Dox tápoldatokban, a vörösréz korróziója volt tanulmányozva elektrokémiai (potenciáldinamikus polarizációs görbék), gravimetriás (tömegfesztesség) és X sugár fluoreszcencia spektroszkópiás XRF (réztartalom meghatározások) mérésekkel. A kísérleti adatokból megállapítható, hogy: az Aspergillus niger spórákkal beoldott Czapek Dox tápoldatokban, a feketepenész fejlődési időszakában, a tápoldatba jutó metabolitok (főleg citromsav) hatására a vörösréz korróziós sebessége kb. 8-szor nagyobb, mint a steril tápoldatban; a feketepenész fejlődési időszakában képződött metabolitok hatására a vörösréz lemez felületén passzív, anódos Cu2O réteg nem keletkezik; az oldott réz elsősorban, több mint 82%-os arányban, a képződött feketepenész biomasszában (hifák micélium, konídiumok és termőtestek) halmozódik fel Köszönetnyilvánítás - Tanulmányunkat a romániai UEFISCDI támogatta anyagilag (PN II tudományos program keretében, 100/2014 szerződés UPMEE projekt)

9 ACKNOWLEDGMENT: This work was financially supported by the UEFISCDI of Ramânia, under the scientific Programme PN II Contract 100/ UPMEE.