Zgodnja uporaba ultrazvoka v biokemiji bi morala biti razbijanje celične stene z ultrazvokom, da se sprosti njena vsebina.Poznejše študije so pokazale, da ultrazvok nizke intenzivnosti lahko pospeši proces biokemične reakcije.Na primer, ultrazvočno obsevanje tekoče hranilne baze lahko poveča stopnjo rasti celic alg in tako poveča količino beljakovin, ki jih te celice proizvedejo za trikrat.

V primerjavi z energijsko gostoto sesedanja kavitacijskega mehurčka se je energijska gostota ultrazvočnega zvočnega polja povečala za bilijone krat, kar je povzročilo ogromno koncentracijo energije;Sonokemijski pojavi in ​​sonoluminiscenca, ki jo povzročata visoka temperatura in tlak, ki ga povzročajo kavitacijski mehurčki, so edinstvene oblike izmenjave energije in materiala v sonokemiji.Zato ima ultrazvok vse pomembnejšo vlogo pri kemični ekstrakciji, proizvodnji biodizla, organski sintezi, mikrobni obdelavi, razgradnji strupenih organskih onesnaževal, hitrosti in izkoristku kemične reakcije, katalitični učinkovitosti katalizatorja, biorazgradni obdelavi, ultrazvočnem preprečevanju in odstranjevanju vodnega kamna, drobljenju bioloških celic. , disperzija in aglomeracija ter sonokemična reakcija.

1. ultrazvočna izboljšana kemična reakcija.

Ultrazvočna izboljšana kemična reakcija.Glavna gonilna sila je ultrazvočna kavitacija.Zrušitev kavitirajočega mehurčkastega jedra povzroči lokalno visoko temperaturo, visok tlak in močan udar ter mikro curek, ki zagotavlja novo in zelo posebno fizikalno in kemično okolje za kemične reakcije, ki jih je v normalnih pogojih težko ali nemogoče doseči.

2. Ultrazvočna katalitična reakcija.

Kot novo raziskovalno področje je ultrazvočna katalitična reakcija pritegnila vse več zanimanja.Glavni učinki ultrazvoka na katalitično reakcijo so:

(1) Visoka temperatura in visok tlak vodita k krekiranju reaktantov v proste radikale in dvovalentni ogljik, kar tvori bolj aktivne reakcijske vrste;

(2) Udarni val in mikro curek imata desorpcijske in čistilne učinke na trdno površino (kot je katalizator), ki lahko odstranita površinske reakcijske produkte ali intermediate in pasivno plast površine katalizatorja;

(3) Udarni val lahko uniči strukturo reaktanta

(4) sistem razpršenih reaktantov;

(5) Ultrazvočna kavitacija razjeda kovinsko površino, udarni val pa povzroči deformacijo kovinske mreže in nastanek notranje deformacijske cone, kar izboljša kemično reakcijo kovine;

6) spodbujanje topila, da prodre v trdno snov, da nastane tako imenovana inkluzijska reakcija;

(7) Za izboljšanje disperzije katalizatorja se pri pripravi katalizatorja pogosto uporablja ultrazvok.Ultrazvočno obsevanje lahko poveča površino katalizatorja, naredi aktivne komponente bolj enakomerno razpršene in poveča 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.Celuloza, želatina, guma in beljakovine se lahko razgradijo z ultrazvočno obdelavo.Trenutno se na splošno verjame, da je ultrazvočni mehanizem razgradnje posledica učinka sile in visokega tlaka, ko kavitacijski mehurček poči, drugi del razgradnje pa je lahko posledica učinka toplote.Pod določenimi pogoji lahko močan 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 kemijske reakcije, izboljšana z ultrazvočnim poljem

Kombinacija nove tehnologije kemijske reakcije in izboljšave ultrazvočnega polja je še ena potencialna razvojna smer na področju ultrazvočne kemije.Na primer, superkritična tekočina se uporablja kot medij, ultrazvočno polje pa se uporablja za krepitev katalitične reakcije.Na primer, superkritična tekočina ima podobno gostoto kot tekočina, viskoznost in difuzijski koeficient pa podobna plinu, zaradi česar je njena raztapljanje enakovredna tekočini in njena sposobnost prenosa mase enakovredna plinu.Dezaktivacijo heterogenega katalizatorja je mogoče izboljšati z uporabo dobre topnosti in difuzijskih lastnosti superkritične tekočine, vendar je nedvomno češnja na torti, če jo lahko uporabimo za okrepitev ultrazvočnega polja.Udarni val in mikro curek, ki ga ustvari ultrazvočna kavitacija, lahko ne le močno povečata superkritično tekočino, da raztopi nekatere snovi, ki vodijo do deaktivacije katalizatorja, igrajo vlogo desorpcije in čiščenja ter ohranjajo katalizator aktiven dolgo časa, ampak tudi igrajo vloga mešanja, ki lahko razprši reakcijski sistem in poveča hitrost prenosa mase kemijske reakcije superkritične tekočine na višjo raven.Poleg tega bosta visoka temperatura in visok pritisk na lokalni točki, ki ju tvori ultrazvočna kavitacija, prispevala k razpokanju reaktantov v proste radikale in močno pospešila hitrost reakcije.Trenutno obstaja veliko študij o kemijski reakciji superkritične tekočine, vendar malo študij o izboljšanju takšne reakcije z ultrazvočnim poljem.

5. uporaba ultrazvoka visoke moči v proizvodnji biodizla

Ključ do priprave biodizla je katalitična preesterifikacija glicerida maščobne kisline z metanolom in drugimi nizkoogljičnimi alkoholi.Ultrazvok lahko očitno okrepi reakcijo transesterifikacije, zlasti za heterogene reakcijske sisteme, lahko znatno poveča učinek mešanja (emulgiranja) in spodbuja reakcijo posrednega molekularnega stika, tako da je bila reakcija, ki je bila prvotno potrebna, izvedena pri pogojih visoke temperature (visokega tlaka). lahko dokončate pri sobni temperaturi (ali blizu sobne temperature) in skrajšate reakcijski čas.Ultrazvočni val se ne uporablja le v procesu transesterifikacije, ampak tudi pri ločevanju reakcijske zmesi.Raziskovalci z univerze Mississippi State v ZDA so pri proizvodnji biodizla uporabili ultrazvočno obdelavo.Izkoristek biodizla je v 5 minutah presegel 99 %, medtem ko je konvencionalni šaržni reaktorski sistem potreboval več kot 1 uro.