Zgodnja uporaba ultrazvoka v biokemiji naj bi bila razbijanje celične stene z ultrazvokom, da se sprosti njena vsebina. Nadaljnje študije so pokazale, da lahko ultrazvok nizke intenzivnosti spodbudi proces biokemičnih reakcij. Na primer, ultrazvočno obsevanje tekoče hranilne baze lahko poveča hitrost rasti algnih celic in s tem potroji količino beljakovin, ki jih te celice proizvajajo.

V primerjavi z gostoto energije, ki nastane pri porušitvi kavitacijskih mehurčkov, se je gostota energije ultrazvočnega zvočnega polja povečala za bilijone krat, kar je povzročilo ogromno koncentracijo energije; Sonokemični pojavi in ​​sonoluminiscenca, ki jih povzročata visoka temperatura in tlak, ki ju povzročajo kavitacijski mehurčki, so edinstvene oblike izmenjave energije in snovi v sonokemiji. Zato ima ultrazvok vse pomembnejšo vlogo pri kemični ekstrakciji, proizvodnji biodizla, organski sintezi, mikrobni obdelavi, razgradnji strupenih organskih onesnaževal, hitrosti in izkoristku kemijskih reakcij, katalitični učinkovitosti katalizatorja, biorazgradnji, preprečevanju in odstranjevanju ultrazvočnega nabiranja vodnega kamna, drobljenju, disperziji in aglomeraciji bioloških celic ter sonokemični reakciji.

1. ultrazvočno okrepljena kemična reakcija.

Ultrazvočno okrepljena kemična reakcija. Glavna gonilna sila je ultrazvočna kavitacija. Zrušitev jedra kavitirajočega mehurčka povzroči lokalno visoko temperaturo, visok tlak in močan udarec ter mikro curek, kar zagotavlja novo in zelo posebno fizikalno in kemijsko okolje za kemijske reakcije, ki jih je v normalnih pogojih težko ali nemogoče doseči.

2. Ultrazvočna katalitična reakcija.

Ultrazvočna katalitična reakcija kot novo raziskovalno področje priteguje vse več zanimanja. Glavni učinki ultrazvoka na katalitično reakcijo so:

(1) Visoka temperatura in visok tlak spodbujata razgradnjo reaktantov v proste radikale in dvovalentni ogljik, kar tvori aktivnejše reakcijske spojine;

(2) Udarni val in mikro curek imata desorpcijski in čistilni učinek na trdno površino (kot je katalizator), kar lahko odstrani površinske reakcijske produkte ali vmesne produkte in pasivacijsko plast površine katalizatorja;

(3) Udarni val lahko uniči strukturo reaktantov

(4) Sistem dispergiranih reaktantov;

(5) Ultrazvočna kavitacija erodira kovinsko površino, udarni val pa povzroči deformacijo kovinske rešetke in nastanek notranjega deformacijskega območja, kar izboljša kemijsko reakcijsko aktivnost kovine;

6) Spodbujanje prodiranja topila v trdno snov, da se povzroči tako imenovana inkluzijska reakcija;

(7) Za izboljšanje disperzije katalizatorja se pri pripravi katalizatorja pogosto uporablja ultrazvok. Ultrazvočno obsevanje lahko poveča površino katalizatorja, omogoči enakomernejšo disperzijo aktivnih komponent in izboljša katalitično aktivnost.

3. Ultrazvočna polimerna kemija

Uporaba ultrazvočne pozitivne polimerne kemije je pritegnila veliko pozornosti. Ultrazvočna obdelava lahko razgradi makromolekule, zlasti polimere z visoko molekulsko maso. Z ultrazvočno obdelavo se lahko razgradijo celuloza, želatina, kavčuk in beljakovine. Trenutno velja splošno prepričanje, da je mehanizem ultrazvočne razgradnje posledica učinka sile in visokega tlaka, ko kavitacijski mehurček poči, drugi del razgradnje pa je lahko posledica učinka toplote. Pod določenimi pogoji lahko močni ultrazvok sproži tudi polimerizacijo. Močno ultrazvočno obsevanje lahko sproži kopolimerizacijo polivinil alkohola in akrilonitrila za pripravo blok kopolimerov ter kopolimerizacijo polivinil acetata in polietilen oksida za tvorbo cepljenih kopolimerov.

4. Nova tehnologija kemijskih reakcij, izboljšana z ultrazvočnim poljem

Kombinacija nove tehnologije kemijskih reakcij in izboljšanja ultrazvočnega polja je še ena potencialna smer razvoja na področju ultrazvočne kemije. Na primer, superkritična tekočina se uporablja kot medij, ultrazvočno polje pa se uporablja za okrepitev katalitične reakcije. Superkritična tekočina ima na primer gostoto, podobno tekočini, viskoznost in difuzijski koeficient pa podobno plinu, zaradi česar je njeno raztapljanje enakovredno tekočini, njena kapaciteta prenosa mase pa plinu. Deaktivacijo heterogenega katalizatorja je mogoče izboljšati z uporabo dobrih lastnosti topnosti in difuzije superkritične tekočine, vendar je nedvomno pika na i, če se za njeno okrepitev uporabi ultrazvočno polje. Udarni val in mikrocurki, ki jih ustvari ultrazvočna kavitacija, ne le močno izboljšajo raztapljanje nekaterih snovi v superkritični tekočini, kar vodi do deaktivacije katalizatorja, igrajo vlogo desorpcije in čiščenja ter ohranjajo katalizator aktiven dlje časa, ampak imajo tudi vlogo mešanja, kar lahko dispergira reakcijski sistem in poveča hitrost prenosa mase v kemijski reakciji s superkritično tekočino na višjo raven. Poleg tega visoka temperatura in visok tlak na lokalni točki, ki jo tvori ultrazvočna kavitacija, ugodno vplivata na razgradnjo reaktantov v proste radikale in močno pospešita hitrost reakcije. Trenutno obstaja veliko študij o kemijskih reakcijah v superkritični tekočini, vendar le malo študij o okrepitvi takšnih reakcij z ultrazvočnim poljem.

5. uporaba visokozmogljivega ultrazvoka pri proizvodnji biodizla

Ključ do priprave biodizla je katalitična transesterifikacija maščobnih gliceridov z metanolom in drugimi nizkoogljičnimi alkoholi. Ultrazvok lahko očitno okrepi reakcijo transesterifikacije, zlasti v heterogenih reakcijskih sistemih, saj lahko znatno izboljša učinek mešanja (emulgacije) in spodbudi posredno molekularno kontaktno reakcijo, tako da se reakcija, ki jo je bilo treba prvotno izvesti pri visokih temperaturah (visokem tlaku), lahko zaključi pri sobni temperaturi (ali blizu sobne temperature) in skrajša reakcijski čas. Ultrazvočni valovi se ne uporabljajo le pri procesu transesterifikacije, temveč tudi pri ločevanju reakcijske zmesi. Raziskovalci z državne univerze Mississippi v Združenih državah Amerike so pri proizvodnji biodizla uporabili ultrazvočno obdelavo. Izkoristek biodizla je presegel 99 % v 5 minutah, medtem ko je konvencionalni sistem šaržnega reaktorja trajal več kot 1 uro.