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海洋生物在人造构件上的附着及其在构件上的大量繁殖会严重影响构件功能的正常发挥,造成很大的经济损失。随着人类海洋利用和海洋活动的日益频繁,海洋生物的附着污损一直是困扰人民的全球性问题。今天主要为大家分享一些海洋生物防附着的方法——被动方法。
1、金属基涂层采用金属基涂层实现防生物附着的原理通常是利用其生物毒性。锡基涂料(TBT)是一种曾经被广泛使用的防生物附着涂层,在使用功效上受到一致肯定。然而因其对于海洋生物破坏力极大,现在已被明令禁止。
铜基涂层的毒性比TBT材料小很多,铜基涂层产生防生物附着效果的成分是二价铜离子,通常使用的是丙烯酸铜。丙烯酸铜涂层的有效期一般认为3~5年。Chambers等报道只需要5μg/L的铜离子浓度就足以杀死无脊椎动物,而对于人而言,美国环保局规定饮用水的铜离子安全浓度是μg/L,所以铜基涂料的使用虽然对环境造成一定影响,但这种影响在现阶段还是可接受的。
锌基涂层也能杀灭孢子及幼虫,其中硫氧吡啶锌的浓度达到0.3μg/L即可杀灭玻璃海鞘,达到0.17μg/L可杀灭海胆。Chambers等给出锌基涂装的有效期是5年。
2、低表面能涂层不同于金属基涂层,低表面能涂层不是利用生物毒性达到防生物附着的效果,而是通过降低基底表面能,从而提高生物吸附难度。
低表面能涂层材料种类不少,其在船舶淡水处理等传统工业领域应用相对成熟,关于它的介绍在文献中做了比较详细的论述,这类涂层材料一般以含氟聚合物和硅基聚合物为主。现阶段在海洋观测设备上的实证案例不多,很多只停留在研究阶段。这主要有两方面原因,一方面是传感器探头及摄像机镜头等需要加以重点保护的部位要求涂层是透明的以及不能对传感器敏感元件的探测造成阻碍;另一方面原因是因其防附着效果受到环境流速的限制。本文挑选硅基涂层来说明低表面能涂层的效用,通常来说,低表面能涂层在水流速度较大的地方使用更为有效。Vladkova在印度金奈渔港的一个硅基涂层实验,尽管该地点水温较高、生物附着十分活跃,但实验结果显示硅基涂层具有较好地防生物附着的效果。实验中两个样品放置一年后有硅基涂层保护的区域并没有大型生物附着物,只有少量片状的矽藻,需要指出的是这样的效果是在静态条件下取得的。
纳米材料涂层是另一种低表面能涂层,据介绍YSI公司研制的“C-Spray”涂层可防止生物的吸附,但其实际效果尚未得到进一步证实。
3、海洋生物中提取物某些海洋生物,如珊瑚、海绵及海洋植物等,并没有生物附着的困扰。若能采用与它们类似的防生物附着方法,就能防止人造构件物被附着,并可消除对海洋环境的影响,Omae列举了一些海洋生物体中能提取的抗生物附着的元素。根据Chambers等介绍,全世界海洋中已有超过种生物被证实可提取抗生物附着剂。
4、铜板与铜网铜板与铜网防生物附着的原理同样是利用二价铜离子对所附着生物的杀灭作用,但应用方式不同。Manov等在光学探头前面板上覆盖白铜(Cupronickel),并使用聚四氟乙烯垫圈和尼龙螺栓将铜板与腔体隔离,将仪器放置在近岸水域近60天后,发现其污损程度很轻,所探测到的反散射数据,在近60天内没有出现影响该传感器数据探测的生物附着现象,布放地点水深25m,传感器布放深度5m。
5、其它被动方式实验证明银离子对细菌细胞有很强的杀灭作用,氧化钛也被证实具有良好的防生物附着效果,但还缺少在海洋中实际应用的案例。此外,还有一种针对封闭系统用的防生物附着技术。通过在封闭系统内放置缓释杀菌剂,在系统运行时将杀菌剂随着流体带到整个流路,可防止流路内部生成生物附着物。比较典型的杀菌剂是氯。不过这种方式的效果难以控制,因为杀菌剂的释放速度要与流路流速配合。