Раннє застосування ультразвуку в біохімії мало полягати в руйнуванні клітинної стінки ультразвуком для вивільнення її вмісту. Подальші дослідження показали, що низькоінтенсивний ультразвук може сприяти процесу біохімічної реакції. Наприклад, ультразвукове опромінення рідкої поживної основи може збільшити швидкість росту клітин водоростей, тим самим збільшуючи кількість білка, що виробляється цими клітинами, втричі.

Порівняно з щільністю енергії колапсу кавітаційних бульбашок, щільність енергії ультразвукового поля збільшилася в трильйони разів, що призводить до величезної концентрації енергії; Сонохімічні явища та сонолюмінесценція, спричинені високою температурою та тиском, що утворюються кавітаційними бульбашками, є унікальними формами обміну енергією та речовинами в сонохімії. Тому ультразвук відіграє дедалі важливішу роль у хімічній екстракції, виробництві біодизеля, органічному синтезі, мікробній обробці, деградації токсичних органічних забруднювачів, швидкості та виході хімічних реакцій, каталітичній ефективності каталізатора, біодеградаційній обробці, запобіганні та видаленні ультразвукового накипу, дробленні, диспергуванні та агломерації біологічних клітин, а також сонохімічній реакції.

1. ультразвукова посилена хімічна реакція.

Ультразвукова посилена хімічна реакція. Основною рушійною силою є ультразвукова кавітація. Руйнівний процес руйнування ядра кавітуючої бульбашки створює локальну високу температуру, високий тиск, сильний удар і мікрострумені, що забезпечує нове та особливе фізичне та хімічне середовище для хімічних реакцій, які важко або неможливо здійснити за звичайних умов.

2. Ультразвукова каталітична реакція.

Як нова галузь досліджень, ультразвукова каталітична реакція привертає все більший інтерес. Основними впливами ультразвуку на каталітичну реакцію є:

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

(2) Ударна хвиля та мікрострумень мають десорбційний та очисний ефект на твердій поверхні (наприклад, каталізаторі), що може видаляти продукти поверхневої реакції або проміжні продукти та пасиваційний шар поверхні каталізатора;

(3) Ударна хвиля може зруйнувати структуру реагенту

(4) Дисперсна система реагентів;

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

6) Сприяти проникненню розчинника у тверду речовину для виникнення так званої реакції включення;

(7) Для покращення дисперсії каталізатора, ультразвук часто використовується в його підготовці. Ультразвукове опромінення може збільшити площу поверхні каталізатора, зробити активні компоненти більш рівномірними та підвищити каталітичну активність.

3. Ультразвукова хімія полімерів

Застосування ультразвукової позитивної полімерної хімії привернуло значну увагу. Ультразвукова обробка може руйнувати макромолекули, особливо полімери з високою молекулярною масою. Целюлоза, желатин, каучук та білок можуть руйнуватися ультразвуковою обробкою. Наразі загальноприйнято вважати, що механізм ультразвукової деградації зумовлений дією сили та високого тиску, коли лопається кавітаційна бульбашка, а інша частина деградації може бути зумовлена ​​дією тепла. За певних умов потужний ультразвук також може ініціювати полімеризацію. Сильне ультразвукове опромінення може ініціювати кополімеризацію полівінілового спирту та акрилонітрилу для отримання блок-кополімерів, а також кополімеризацію полівінілацетату та поліетиленоксиду для утворення прищеплених кополімерів.

4. Нова технологія хімічних реакцій, покращена ультразвуковим полем

Поєднання нової технології хімічних реакцій та посилення ультразвукового поля є ще одним потенційним напрямком розвитку в галузі ультразвукової хімії. Наприклад, надкритична рідина використовується як середовище, а ультразвукове поле використовується для посилення каталітичної реакції. Наприклад, надкритична рідина має густину, подібну до рідини, а в'язкість і коефіцієнт дифузії, подібні до газу, що робить її розчинність еквівалентною рідині, а її масопереносну здатність еквівалентною газу. Деактивацію гетерогенного каталізатора можна покращити, використовуючи хороші властивості розчинності та дифузії надкритичної рідини, але, безсумнівно, використання ультразвукового поля для її посилення є вишенькою на торті. Ударна хвиля та мікрострумені, що генеруються ультразвуковою кавітацією, можуть не тільки значно посилити розчинення деяких речовин у надкритичній рідині, що призводить до деактивації каталізатора, відігравати роль десорбції та очищення, а також підтримувати активність каталізатора протягом тривалого часу, але й відігравати роль перемішування, що може диспергувати реакційну систему та підвищити швидкість масопередачі в хімічній реакції надкритичної рідини. Крім того, висока температура та високий тиск у локальній точці, утвореній ультразвуковою кавітацією, сприятимуть розщепленню реагентів на вільні радикали та значно прискорюватимуть швидкість реакції. Наразі існує багато досліджень 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 низьковуглецевими спиртами. Ультразвук, очевидно, може посилити реакцію переетерифікації, особливо для гетерогенних реакційних систем, він може значно посилити ефект змішування (емульгування) та сприяти реакції непрямого молекулярного контакту, завдяки чому реакція, яку спочатку потрібно було проводити за умов високої температури (високого тиску), може бути завершена за кімнатної температури (або близької до кімнатної) та скоротити час реакції. Ультразвукові хвилі використовуються не тільки в процесі переетерифікації, але й для розділення реакційної суміші. Дослідники з Університету штату Міссісіпі в США використовували ультразвукову обробку у виробництві біодизеля. Вихід біодизеля перевищив 99% протягом 5 хвилин, тоді як звичайна система реакторів періодичної дії займала понад 1 годину.