低成本制备基于铝土矿的夹层结构陶瓷膜，用于油水分离

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Low‐cost fabrication of Bauxite‐Based Ceramic Membranes with Sandwich‐Structured for Oil‐in‐Water Separation

Ag-Cu双金属纳米颗粒通过艾树不同部位提取物合成，可有效抑制SRB生物膜形成并降低Q235钢腐蚀率至90%以上，机制涉及细胞膜破坏与电化学干扰。

　　在石油和天然气工业中，微生物引起的腐蚀（MIC）是一个长期存在的挑战，特别是在油井管道和储油设施中。这种腐蚀现象通常由硫酸盐还原菌（SRB）等微生物活动引起，它们通过代谢过程将硫酸盐转化为硫化氢（H?S），而H?S是一种具有强烈腐蚀性和毒性的气体，能够对金属材料造成严重损害。随着油井开采技术的不断发展，尤其是增强油采收（EOR）过程中大量注入海水或采出水，导致了SRB的大量繁殖，进一步加剧了腐蚀问题。因此，研究如何有效抑制SRB的生长及其引起的腐蚀行为，成为保障油气生产安全和延长设备寿命的重要课题。

近年来，纳米材料因其独特的物理化学性质，如小尺寸、高稳定性、强抗菌性能等，被广泛应用于抗菌和防腐蚀领域。纳米材料能够通过多种机制破坏微生物细胞膜，抑制其生长，并阻止生物膜的形成。此外，纳米材料还能通过释放具有生物活性的金属离子，干扰微生物的代谢过程，从而达到抑制腐蚀的效果。然而，传统纳米材料的合成方法往往涉及复杂的化学过程和有毒试剂，这不仅增加了生产成本，也对环境造成了潜在危害。因此，开发一种绿色、高效的纳米材料合成方法，成为当前研究的热点。

植物提取物作为一种天然的还原剂和稳定剂，为纳米材料的绿色合成提供了新的思路。植物中富含多种有机化合物，如多酚、黄酮类、氨基酸等，这些物质能够有效促进金属离子的还原，并在纳米颗粒的表面形成稳定的包覆层，从而提高其生物相容性和抗菌性能。植物提取物合成的纳米材料不仅具备优异的抗菌能力，还能在复杂环境中保持较高的稳定性，这对于油气管道的防腐蚀应用尤为重要。

本研究采用来自不同部位的**樟树**（*Camphora officinarum*）提取物，通过一步法合成银-铜双金属纳米颗粒（Ag-Cu BNPs）。所选部位包括叶子、根和种子，分别使用去离子水或酒精溶液作为提取剂，以获取活性成分。这种合成方法不仅避免了传统化学试剂的使用，还充分利用了植物提取物中的天然成分，使所得纳米颗粒具有更好的生物相容性和环境友好性。

实验结果表明，不同部位的提取物合成的Ag-Cu BNPs呈现出不同的形貌和尺寸特征。叶子提取物合成的BNPs具有20-40纳米的直径，呈球形结构；根提取物合成的BNPs尺寸更小，约为10-20纳米；而种子提取物合成的BNPs则达到40纳米。这些纳米颗粒在最低抑菌浓度（MIC）下对SRB的细胞活力产生了显著影响，有效抑制了其生长。同时，实验还发现这些BNPs对Q235钢的腐蚀抑制效率超过了90%，并且对生物膜的形成具有显著的抑制作用，分别达到了57.89%、60.88%和72.29%的抑制率。通过扫描电子显微镜（SEM）的观察，可以发现处理后的Q235钢表面未出现明显的点蚀现象，且SRB的细胞膜结构受到了严重破坏，这表明BNPs能够有效阻止微生物对金属的腐蚀行为。

在深入研究这些BNPs的抗菌机制时，发现其作用主要体现在两个方面：一是通过破坏微生物细胞膜，二是通过释放金属离子干扰其代谢过程。纳米颗粒与微生物细胞膜的相互作用首先由静电作用驱动，由于纳米颗粒通常带正电荷，而微生物细胞壁带负电荷，这种静电吸引促使纳米颗粒吸附在细胞膜表面，进而导致膜结构的破坏和通透性的增加。此外，纳米颗粒在细胞外环境中会缓慢溶解，释放出金属离子，这些离子能够穿透细胞膜，干扰微生物的DNA、RNA和蛋白质的正常功能，从而抑制其生长。在生物膜内部，纳米颗粒的释放还可能改变局部的电化学环境，进一步抑制微生物的代谢活动和生物膜的形成。

值得注意的是，不同部位的提取物在合成Ag-Cu BNPs时表现出不同的性能。叶子提取物合成的BNPs在抑制SRB生长方面表现出较强的活性，而根提取物合成的BNPs则在抑制生物膜形成方面具有更高的效率。种子提取物合成的BNPs虽然尺寸较大，但在抗菌和防腐蚀方面也展现出了良好的效果。这种差异可能与不同部位提取物中所含的活性成分种类和浓度有关。例如，叶子提取物可能富含更多具有还原性的酚类化合物，而根提取物可能含有更多的氨基酸和糖类物质，这些成分在纳米颗粒的合成过程中起到了不同的作用。

此外，本研究还通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了不同提取物的组成及其在纳米颗粒合成过程中的作用。FTIR结果表明，提取物中的多种官能团，如羟基、羰基、芳香环等，都可能参与了纳米颗粒的形成过程。这些官能团不仅有助于金属离子的还原，还能在纳米颗粒表面形成稳定的包覆层，从而提高其抗菌性能和环境适应性。通过这一分析，可以更深入地理解植物提取物在纳米材料合成中的作用机制，为后续的优化和应用提供理论依据。

在实际应用中，这种绿色纳米材料的使用具有显著的优势。首先，其合成过程无需使用有毒化学品，对环境的影响较小，符合当前可持续发展的要求。其次，纳米颗粒在复杂环境中仍能保持较高的稳定性，能够在高温、高盐度和极端pH条件下有效抑制SRB的生长。再者，纳米材料的抗菌性能较强，能够显著降低生物膜的形成，从而减少腐蚀的发生。这些特性使得Ag-Cu BNPs在油气管道的防腐蚀保护中具有广阔的应用前景。

本研究的结果不仅为微生物腐蚀的防治提供了新的解决方案，也为纳米材料的绿色合成方法提供了有益的参考。通过利用植物提取物作为还原剂和稳定剂，成功合成出具有优异抗菌性能的Ag-Cu BNPs，这一方法的推广和应用有望在未来的油气生产中发挥重要作用。同时，本研究还揭示了BNPs在抑制SRB生长和腐蚀过程中的作用机制，为后续的研究和开发提供了坚实的理论基础。

微生物腐蚀问题的解决不仅需要从材料科学的角度出发，还需要结合微生物学、化学和工程学等多学科知识。通过深入了解SRB的代谢路径和其与金属表面的相互作用机制，可以更有效地设计和开发新型的抗菌材料。此外，考虑到油气生产环境的复杂性，开发能够适应多种条件的纳米材料至关重要。例如，在高温高压环境下，传统的化学杀菌剂可能无法有效发挥作用，而纳米材料由于其独特的结构和性能，能够克服这些限制，成为更理想的防腐蚀材料。

在实际应用中，纳米材料的使用还需要考虑其长期效果和对环境的影响。虽然植物提取物合成的纳米材料在短期内表现出良好的抗菌性能，但其在长期使用中的稳定性仍需进一步研究。此外，纳米材料的释放速率和生物降解性也是影响其应用的重要因素。因此，在未来的研究中，可以探索如何通过调整提取物的组成或合成条件，优化纳米材料的性能，使其在油气生产环境中具有更长的使用寿命和更低的环境风险。

总的来说，本研究通过植物提取物合成Ag-Cu BNPs，成功实现了对SRB的高效抑制和对金属材料的显著防腐蚀效果。这一方法不仅为微生物腐蚀的防治提供了新的技术路径，也为纳米材料的绿色合成和应用开辟了新的方向。随着对纳米材料抗菌机制的进一步研究和优化，相信这种绿色防腐蚀系统将在未来的油气生产中发挥更大的作用，为提高生产效率和保障设备安全提供有力支持。