综述：基于微藻的废水处理：机制、策略及生化成分的作用

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Microalgae-based Wastewater Treatment: Mechanisms, Strategies, and the Role of Biochemical Composition

Ag-Cu双金属纳米颗粒通过雪松不同部位提取物合成，显著抑制硫酸盐还原菌（SRB）增殖，对Q235钢腐蚀抑制率达90%以上，并破坏SRB细胞膜结构。

　　在石油开采和输送过程中，微生物引起的腐蚀（MIC）是一个长期存在的安全问题，尤其是对油井管道和输油管道造成的影响。这种腐蚀现象主要由硫酸还原菌（SRB）等微生物的代谢活动引起，它们在特定的环境条件下，如厌氧和酸性环境，能够利用硫酸盐作为电子受体，将有机物或氢气氧化后生成硫化氢（H?S）。H?S作为一种具有腐蚀性和毒性的气体，会破坏油井结构和管道系统，导致油和气泄漏，威胁生产安全和人员安全，并增加运营成本。此外，SRB还会形成具有抗药性的生物膜，进一步加剧腐蚀问题，使得传统的防腐措施难以达到理想效果。

针对这一问题，近年来纳米材料因其独特的物理化学性质，逐渐成为解决MIC问题的新方向。纳米材料具有微小的尺寸、优异的稳定性以及显著的抗菌性能，能够有效抑制微生物的生长，并降低其对金属材料的腐蚀作用。与传统的化学杀菌剂相比，纳米材料不仅具有更高的抗菌效率，还能够减少对环境的污染，提高安全性。因此，纳米材料在石油和天然气管道的防腐保护中展现出广阔的应用前景。

在实际应用中，植物提取物被广泛用于绿色合成纳米材料，以替代传统的化学合成方法。植物提取物富含多种生物活性成分，如多酚类、黄酮类、氨基酸类、糖类和蛋白质等，这些成分能够作为还原剂和稳定剂，帮助金属离子还原为零价金属，并控制纳米颗粒的生长过程。此外，植物提取物中的成分还能通过形成强的配位键与金属离子相互作用，提高纳米材料的生物相容性，并降低其对环境和人体的毒性。这种方法不仅降低了纳米材料的生产成本，还使得纳米颗粒具有更优异的性能，如更高的表面能、更强的催化活性以及更稳定的结构。

本研究利用来自不同部位的**樟树**（*Camphora officinarum*）提取物，通过绿色合成方法制备了银-铜双金属纳米颗粒（Ag-Cu BNPs）。通过实验分析，研究发现不同部位的提取物对Ag-Cu BNPs的合成效果存在差异。例如，叶片提取物能够生成直径为20-40纳米的球形纳米颗粒，而根部提取物生成的纳米颗粒直径较小，约为10-20纳米，种子提取物则生成直径为40纳米的纳米颗粒。这种差异可能与不同部位的植物提取物中所含的生物活性成分不同有关，而这些成分在纳米颗粒的形成过程中起到了关键的调控作用。

在抗菌性能方面，Ag-Cu BNPs表现出优异的效果。在最低抑菌浓度（MIC）下，这些纳米颗粒能够显著降低SRB的细胞活性，并诱导其细胞膜破裂。实验结果表明，Ag-Cu BNPs对Q235钢表面的腐蚀抑制效率超过90%，同时对生物膜的抑制率达到57.89%至72.29%。这表明Ag-Cu BNPs不仅能够有效抑制SRB的生长，还能显著减少其对金属材料的腐蚀作用。通过扫描电子显微镜（SEM）观察，研究发现处理后的Q235钢表面未出现明显的点蚀现象，且SRB细胞膜发生严重破坏，从而阻止了生物膜的形成。

在腐蚀抑制机制方面，Ag-Cu BNPs能够通过多种途径影响SRB的代谢活动。首先，纳米颗粒与微生物细胞膜发生相互作用，导致其结构破坏和通透性增加，从而抑制微生物的生长。其次，纳米颗粒在溶解过程中释放出具有生物活性的金属离子，这些离子能够穿透微生物细胞，并干扰其关键的代谢过程。此外，纳米颗粒还能通过产生活性氧物种（ROS）对微生物细胞造成氧化损伤，降低其防御能力。这种多重作用机制使得Ag-Cu BNPs在抑制SRB生长和腐蚀方面表现出更高的效率。

与传统方法相比，Ag-Cu BNPs具有显著的优势。例如，传统的化学杀菌剂如戊二醛、聚对苯二甲酸乙二醇酯、2,2-二溴-3-硝基丙酰胺等，在高温、高盐度和极端pH条件下容易失效，而Ag-Cu BNPs则能够在较宽的环境条件下保持良好的抗菌性能。此外，Ag-Cu BNPs能够通过促进竞争性微生物的生长，如硝酸还原菌（NRB）、铁氧化菌（IOB）等，间接抑制SRB的生长和生物膜的形成。这种方法不仅能够提高抗菌效果，还能减少对环境的污染，符合绿色化学的发展趋势。

在实际应用中，Ag-Cu BNPs能够有效减少管道系统的腐蚀风险，提高其使用寿命和安全性。此外，由于纳米材料具有较高的比表面积和活性，它们能够更有效地与微生物细胞相互作用，从而提高抗菌效率。这种高效的抗菌性能使得Ag-Cu BNPs在处理微生物引起的腐蚀问题时具有显著优势，尤其是在油井和输油管道等复杂环境中。

为了进一步验证Ag-Cu BNPs的抗菌和防腐性能，研究采用了多种分析手段。例如，通过扫描电子显微镜（SEM）观察纳米颗粒的形貌和结构，通过能量色散X射线光谱（EDS）分析其元素组成，通过X射线衍射（XRD）确定其晶体结构。此外，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析纳米颗粒的表面官能团，以了解其与微生物细胞之间的相互作用机制。这些分析结果表明，Ag-Cu BNPs具有良好的抗菌性能，并能够有效抑制微生物对金属材料的腐蚀。

在实验过程中，研究还探讨了不同植物提取物对Ag-Cu BNPs合成的影响。例如，使用叶片、根部和种子提取物分别制备了不同类型的Ag-Cu BNPs，这些纳米颗粒在抗菌性能和结构上存在差异。这表明植物提取物的种类和来源对纳米颗粒的性能具有重要影响，因此在选择植物提取物时需要综合考虑其成分和作用机制。

此外，研究还发现，Ag-Cu BNPs的抗菌性能与其浓度和作用时间密切相关。在最低抑菌浓度下，这些纳米颗粒能够显著降低SRB的细胞活性，并诱导其细胞膜破裂。而在更高的浓度下，其抗菌效果会进一步增强。这种浓度依赖性使得Ag-Cu BNPs在实际应用中能够根据具体需求进行调整，从而达到最佳的抗菌和防腐效果。

在实际应用中，Ag-Cu BNPs能够有效减少微生物引起的腐蚀问题，提高管道系统的安全性和使用寿命。同时，由于其制备过程采用绿色化学方法，避免了有害化学品的使用，符合环保要求。这种绿色合成方法不仅降低了纳米材料的生产成本，还使得其具有更高的生物相容性和更低的毒性，因此在实际应用中具有更高的可行性。

综上所述，Ag-Cu BNPs作为一种新型的抗菌和防腐材料，在解决微生物引起的腐蚀问题方面展现出显著的优势。其合成过程采用绿色化学方法，避免了传统化学合成方法的弊端，同时其抗菌性能和结构稳定性得到了充分验证。这些纳米颗粒能够有效抑制SRB的生长，并减少其对金属材料的腐蚀作用，为石油和天然气管道的防腐保护提供了新的思路和方法。此外，Ag-Cu BNPs的广泛应用前景也为其他领域的抗菌和防腐研究提供了参考价值。