Den tidiga tillämpningen av ultraljud inom biokemi borde vara att krossa cellväggen med ultraljud för att frigöra dess innehåll. Senare studier har visat att lågintensivt ultraljud kan främja den biokemiska reaktionsprocessen. Till exempel kan ultraljudsbestrålning av flytande näringsbas öka tillväxthastigheten hos algceller, vilket tredubblar mängden protein som produceras av dessa celler.

Jämfört med energitätheten för kavitationsbubblors kollaps har energitätheten hos ultraljudsfältet ökat biljontals gånger, vilket resulterar i en enorm energikoncentration; Sonokemiska fenomen och sonoluminescens orsakad av hög temperatur och tryck som produceras av kavitationsbubblor är unika former av energi- och materialutbyte inom sonokemi. Därför spelar ultraljud en allt viktigare roll inom kemisk extraktion, biodieselproduktion, organisk syntes, mikrobiell behandling, nedbrytning av giftiga organiska föroreningar, kemisk reaktionshastighet och utbyte, katalytisk effektivitet hos katalysatorer, biologisk nedbrytningsbehandling, förebyggande och borttagning av ultraljudsavlagringar, biologisk cellkrossning, dispersion och agglomerering samt sonokemisk reaktion.

1. ultraljudsförstärkt kemisk reaktion.

Ultraljudsförstärkt kemisk reaktion. Den huvudsakliga drivkraften är ultraljudskavitation. När den kaviterande bubbelkärnan kollapsar produceras lokal hög temperatur, högt tryck och starka stötar samt mikrostråle, vilket ger en ny och mycket speciell fysisk och kemisk miljö för kemiska reaktioner som är svåra eller omöjliga att uppnå under normala förhållanden.

2. Ultraljudskatalytisk reaktion.

Som ett nytt forskningsområde har ultraljudskatalytisk reaktion väckt allt större intresse. De viktigaste effekterna av ultraljud på katalytisk reaktion är:

(1) Hög temperatur och högt tryck bidrar till krackning av reaktanter till fria radikaler och tvåvärt kol, vilket bildar mer aktiva reaktionsarter;

(2) Stötvåg och mikrostråle har desorptions- och rengöringseffekter på fasta ytor (såsom katalysatorer), vilket kan avlägsna ytreaktionsprodukter eller mellanprodukter och katalysatorns passiveringsskikt;

(3) Stötvåg kan förstöra reaktantstrukturen

(4) Dispergerat reaktantsystem;

(5) Ultraljudskavitation eroderar metallytan, och stötvågen leder till deformation av metallgittret och bildandet av den inre töjningszonen, vilket förbättrar metallens kemiska reaktionsaktivitet;

6) Främja lösningsmedlet att penetrera in i det fasta ämnet för att producera den så kallade inklusionsreaktionen;

(7) För att förbättra katalysatorns dispersion används ofta ultraljud vid framställning av katalysatorer. Ultraljudsbestrålning kan öka katalysatorns yta, göra att de aktiva komponenterna dispergeras jämnare och förbättra den katalytiska aktiviteten.

3. Ultraljudspolymerkemi

Tillämpningen av ultraljudspositiv polymerkemi har väckt stor uppmärksamhet. Ultraljudsbehandling kan bryta ner makromolekyler, särskilt polymerer med hög molekylvikt. Cellulosa, gelatin, gummi och protein kan brytas ner genom ultraljudsbehandling. För närvarande anses det allmänt att ultraljudsnedbrytningsmekanismen beror på effekten av kraft och högt tryck när kavitationsbubblan spricker, och den andra delen av nedbrytningen kan bero på effekten av värme. Under vissa förhållanden kan kraftfullt ultraljud också initiera polymerisation. Stark ultraljudsbestrålning kan initiera sampolymerisationen av polyvinylalkohol och akrylnitril för att framställa blocksampolymerer, och sampolymerisationen av polyvinylacetat och polyetylenoxid för att bilda ympsampolymerer.

4. Ny kemisk reaktionsteknik förbättrad med ultraljudsfält

Kombinationen av ny kemisk reaktionsteknik och ultraljudsfältförbättring är en annan potentiell utvecklingsriktning inom ultraljudskemi. Till exempel används superkritisk vätska som medium, och ultraljudsfältet används för att stärka den katalytiska reaktionen. Superkritisk vätska har till exempel en densitet som liknar vätska och en viskositet och diffusionskoefficient som liknar gas, vilket gör att dess upplösning är likvärdig med vätska och dess massöverföringskapacitet är likvärdig med gas. Deaktiveringen av heterogena katalysatorer kan förbättras genom att använda superkritisk vätskas goda löslighet och diffusionsegenskaper, men det är utan tvekan grädden på moset om ultraljudsfältet kan användas för att förstärka den. Chockvågen och mikrostrålen som genereras av ultraljudskavitation kan inte bara avsevärt förbättra den superkritiska vätskans förmåga att lösa upp vissa ämnen som leder till katalysatordeaktivering, spela rollen av desorption och rengöring och hålla katalysatorn aktiv under lång tid, utan också spela rollen av omrörning, vilket kan dispergera reaktionssystemet och öka massöverföringshastigheten för den kemiska reaktionen hos superkritiska vätskar. Dessutom kommer den höga temperaturen och det höga trycket vid den lokala punkten som bildas av ultraljudskavitation att bidra till krackning av reaktanter till fria radikaler och kraftigt accelerera reaktionshastigheten. För närvarande finns det många studier om den kemiska reaktionen av superkritiska vätskor, men få studier om förbättring av en sådan reaktion med hjälp av ultraljudsfält.

5. tillämpning av högeffektsultraljud vid biodieselproduktion

Nyckeln till framställningen av biodiesel är katalytisk transesterifiering av fettsyraglycerid med metanol och andra koldioxidfattiga alkoholer. Ultraljud kan uppenbarligen stärka transesterifieringsreaktionen, särskilt för heterogena reaktionssystem. Det kan avsevärt förbättra blandnings- (emulgerings-) effekten och främja den indirekta molekylära kontaktreaktionen, så att den reaktion som ursprungligen krävdes utföras under höga temperaturer (högt tryck) kan slutföras vid rumstemperatur (eller nära rumstemperatur) och förkorta reaktionstiden. Ultraljudsvågor används inte bara i transesterifieringsprocessen, utan även vid separation av reaktionsblandningen. Forskare från Mississippi State University i USA använde ultraljudsbearbetning vid produktion av biodiesel. Utbytet av biodiesel översteg 99 % inom 5 minuter, medan det konventionella batchreaktorsystemet tog mer än 1 timme.