Den tidiga tillämpningen av ultraljud inom biokemi bör vara att krossa cellväggen med ultraljud för att frigöra dess innehåll.Efterföljande studier har visat att lågintensivt ultraljud kan främja den biokemiska reaktionsprocessen.Till exempel kan ultraljudsstrålning av flytande näringsbas öka tillväxthastigheten för algceller, vilket ökar mängden protein som produceras av dessa celler med tre gånger.

Jämfört med energitätheten för kavitationsbubblans kollaps har energitätheten för ultraljudsljudfältet förstorats med biljoner gånger, vilket resulterar i en enorm koncentration av energi;Sonokemiska fenomen och sonoluminescens orsakade 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 i kemisk extraktion, biodieselproduktion, organisk syntes, mikrobiell behandling, nedbrytning av giftiga organiska föroreningar, kemisk reaktionshastighet och utbyte, katalytisk effektivitet hos katalysatorn, behandling av biologisk nedbrytning, förebyggande och avlägsnande av ultraljudskala, biologisk cellkrossning dispersion och agglomerering och sonokemisk reaktion.

1. ultraljudsförstärkt kemisk reaktion.

Ultraljudsförstärkt kemisk reaktion.Den huvudsakliga drivkraften är ultraljudskavitation.Kollapsen av kaviterande bubbelkärna ger lokal hög temperatur, högt tryck och stark stöt och 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. Katalytisk ultraljudsreaktion.

Som ett nytt forskningsfält har ultraljudskatalytisk reaktion tilldragit sig mer och mer intresse.De huvudsakliga effekterna av ultraljud på katalytisk reaktion är:

(1) Hög temperatur och högt tryck bidrar till att reaktanter spricker till fria radikaler och tvåvärt kol, vilket bildar mer aktiva reaktionsämnen;

(2) Stötvåg och mikrostråle har desorptions- och rengöringseffekter på fast yta (såsom katalysator), vilket kan ta bort ytreaktionsprodukter eller mellanprodukter och passiveringsskiktet för katalysatorytan;

(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 tränga in i det fasta ämnet för att producera den så kallade inklusionsreaktionen;

(7) För att förbättra spridningen av katalysatorn används ofta ultraljud vid framställning av katalysator.Ultraljudsstrålning kan öka katalysatorns yta, få de aktiva komponenterna att spridas jämnare och förbättra den katalytiska aktiviteten.

3. Ultraljudspolymerkemi

Tillämpningen av ultraljudspositiv polymerkemi har väckt stor uppmärksamhet.Ultraljudsbehandling kan bryta ner makromolekyler, särskilt högmolekylära polymerer.Cellulosa, gelatin, gummi och protein kan brytas ned genom ultraljudsbehandling.För närvarande tror man allmänt att ultraljudsnedbrytningsmekanismen beror på effekten av kraft och det höga trycket när kavitationsbubblan spricker, och den andra delen av nedbrytningen kan bero på effekten av värme.Under vissa förhållanden kan kraftultraljud också initiera polymerisation.Stark ultraljudsstrålning kan initiera sampolymerisationen av polyvinylalkohol och akrylnitril för att framställa segmentsampolymerer, och sampolymerisationen av polyvinylacetat och polyetylenoxid för att bilda ympsampolymerer.

4. Ny kemisk reaktionsteknik förbättrad av ultraljudsfält

Kombinationen av ny kemisk reaktionsteknik och ultraljudsfältsförbättring är en annan potentiell utvecklingsriktning inom området ultraljudskemi.Till exempel används den superkritiska vätskan som medium, och ultraljudsfältet används för att stärka den katalytiska reaktionen.Till exempel har superkritisk vätska en densitet som liknar vätska och viskositeten och diffusionskoefficienten liknar gas, vilket gör dess upplösning likvärdig med vätska och dess massöverföringskapacitet likvärdig med gas.Deaktiveringen av heterogen katalysator kan förbättras genom att använda superkritisk vätskas goda löslighet och diffusionsegenskaper, men det är utan tvekan grädden på moset om ultraljudsfält kan användas för att stärka den.Stötvågen och mikrostrålen som genereras av ultraljudskavitation kan inte bara avsevärt förbättra den superkritiska vätskan för att lösa upp vissa ämnen som leder till katalysatordeaktivering, spela rollen som desorption och rengöring och hålla katalysatorn aktiv under lång tid, utan också spela omrörningens roll, vilket kan sprida reaktionssystemet och göra massöverföringshastigheten för superkritisk vätskekemisk reaktion till en högre nivå.Dessutom kommer den höga temperaturen och det höga trycket vid den lokala punkten som bildas av ultraljudskavitation att främja sprickbildningen av reaktanter till fria radikaler och kraftigt accelerera reaktionshastigheten.För närvarande finns det många studier om den kemiska reaktionen av superkritisk vätska, men få studier om förstärkning av sådan reaktion med ultraljudsfält.

5. Användning av högeffekts ultraljud i biodieselproduktion

Nyckeln till framställningen av biodiesel är den katalytiska transesterifieringen av fettsyraglycerid med metanol och andra alkoholer med låg kolhalt.Ultraljud kan uppenbarligen stärka transesterifieringsreaktionen, särskilt för heterogena reaktionssystem, det kan avsevärt förbättra blandnings- (emulgerings-) effekten och främja den indirekta molekylära kontaktreaktionen, så att reaktionen ursprungligen krävdes att utföras under hög temperatur (högtryck) förhållanden kan slutföras vid rumstemperatur (eller nära rumstemperatur), och förkorta reaktionstiden.Ultraljudsvåg används inte bara i transesterifieringsprocessen, utan också vid separation av reaktionsblandningen.Forskare från Mississippi State University i USA använde ultraljudsbearbetning vid tillverkning av biodiesel.Utbytet av biodiesel översteg 99 % inom 5 minuter, medan det konventionella batchreaktorsystemet tog mer än 1 timme.