Перше застосування ультразвуку в біохімії повинно полягати в тому, щоб розбити клітинну стінку ультразвуком, щоб вивільнити її вміст.Подальші дослідження показали, що ультразвук низької інтенсивності може сприяти процесу біохімічної реакції.Наприклад, ультразвукове опромінення рідкої живильної основи може збільшити швидкість росту клітин водоростей, таким чином збільшивши кількість білка, що виробляється цими клітинами, втричі.

Порівняно з щільністю енергії колапсу кавітаційної бульбашки, щільність енергії ультразвукового звукового поля була збільшена в трильйони разів, що призвело до величезної концентрації енергії;Сонохімічні явища та сонолюмінесценція, викликані високою температурою та тиском, створюваними кавітаційними бульбашками, є унікальними формами обміну енергією та матеріалами в сонохімії.Таким чином, ультразвук відіграє все більш важливу роль у хімічному видобутку, виробництві біодизелю, органічному синтезі, мікробній обробці, деградації токсичних органічних забруднювачів, швидкості та виході хімічної реакції, каталітичній ефективності каталізатора, обробці біодеградації, запобіганні та видаленню ультразвукового накипу, дробленні біологічних клітин , дисперсія та агломерація та сонохімічна реакція.

1. ультразвукова посилена хімічна реакція.

Ультразвук підсилює хімічну реакцію.Основною рушійною силою є ультразвукова кавітація.Згортання ядра кавітаційної бульбашки створює місцеву високу температуру, високий тиск і сильний удар, а також мікрострумин, який створює нове й дуже особливе фізичне та хімічне середовище для хімічних реакцій, яких важко або неможливо досягти за нормальних умов.

2. Ультразвукова каталітична реакція.

Як нова галузь досліджень, ультразвукова каталітична реакція викликає все більший інтерес.Основний вплив ультразвуку на каталітичну реакцію:

(1) Висока температура та високий тиск сприяють крекінгу реагентів на вільні радикали та двовалентний вуглець, утворюючи більш активні реакційні сполуки;

(2) Ударна хвиля та мікрострумин мають десорбційний та очисний вплив на тверду поверхню (таку як каталізатор), що може видалити поверхневі продукти реакції або проміжні продукти та шар пасивації поверхні каталізатора;

(3) Ударна хвиля може зруйнувати структуру реагенту

(4) Система дисперсних реагентів;

(5) Ультразвукова кавітація роз’їдає поверхню металу, а ударна хвиля призводить до деформації металевої решітки та утворення внутрішньої зони деформації, що покращує активність хімічної реакції металу;

6) Сприяти проникненню розчинника в тверду речовину для отримання так званої реакції включення;

(7) Щоб покращити дисперсію каталізатора, для приготування каталізатора часто використовується ультразвук.Ультразвукове опромінення може збільшити площу поверхні каталізатора, змусити активні компоненти розподілити більш рівномірно та підвищити каталітичну активність.

3. Ультразвукова хімія полімерів

Застосування ультразвукової позитивної полімерної хімії привернуло велику увагу.Ультразвукова обробка може руйнувати макромолекули, особливо високомолекулярні полімери.Целюлоза, желатин, каучук і білок можуть бути розщеплені ультразвуковою обробкою.В даний час прийнято вважати, що ультразвуковий механізм деградації зумовлений дією сили та високого тиску, коли кавітаційний міхур лопається, а інша частина деградації може бути пов’язана з ефектом тепла.За певних умов потужний ультразвук також може ініціювати полімеризацію.Сильне ультразвукове опромінення може ініціювати кополімеризацію полівінілового спирту та акрилонітрилу для отримання блок-сополімерів, а також кополімеризацію полівінілацетату та поліетиленоксиду з утворенням прищеплених кополімерів.

4. Нова технологія хімічної реакції, посилена ультразвуковим полем

Поєднання нової технології хімічної реакції та посилення ультразвукового поля є ще одним потенційним напрямком розвитку в галузі ультразвукової хімії.Наприклад, надкритичну рідину використовують як середовище, а ультразвукове поле використовують для посилення каталітичної реакції.Наприклад, надкритична рідина має густину, подібну до рідини, а в’язкість і коефіцієнт дифузії — до газу, що робить її розчинення еквівалентним рідині, а її масообмінна здатність — газу.Дезактивацію гетерогенного каталізатора можна покращити, використовуючи хороші властивості розчинності та дифузії надкритичної рідини, але це, безсумнівно, вишенька на торті, якщо ультразвукове поле можна використовувати для його посилення.Ударна хвиля та мікро струмінь, створювані ультразвуковою кавітацією, можуть не тільки значно посилити надкритичну рідину, щоб розчинити деякі речовини, які призводять до дезактивації каталізатора, відіграють роль десорбції та очищення та зберігають каталізатор активним протягом тривалого часу, але також грають роль роль перемішування, яке може диспергувати реакційну систему та підвищити швидкість масопередачі хімічної реакції надкритичної рідини.Крім того, висока температура та високий тиск у локальній точці, утвореній ультразвуковою кавітацією, сприятимуть крекінгу реагентів у вільні радикали та значно прискорять швидкість реакції.На даний момент існує багато досліджень щодо хімічної реакції надкритичної рідини, але мало досліджень щодо посилення такої реакції ультразвуковим полем.

5. Застосування потужного ультразвуку у виробництві біодизеля

Ключем до отримання біодизеля є каталітична переетерифікація гліцеридів жирних кислот метанолом та іншими спиртами з низьким вмістом вуглецю.Ультразвук може, очевидно, посилити реакцію переетерифікації, особливо для гетерогенних реакційних систем, він може значно посилити ефект змішування (емульгування) і сприяти реакції непрямого молекулярного контакту, так що реакція спочатку повинна здійснюватися в умовах високої температури (високого тиску). можна завершити при кімнатній температурі (або близької до кімнатної) і скоротити час реакції.Ультразвукова хвиля використовується не тільки в процесі переетерифікації, а й у розділенні реакційної суміші.Дослідники з Університету штату Міссісіпі в США використовували ультразвукову обробку при виробництві біодизеля.Вихід біодизеля перевищив 99% протягом 5 хвилин, тоді як для звичайної реакторної системи періодичної дії знадобилося більше 1 години.