Včasná aplikácia ultrazvuku v biochémii by mala spočívať v rozbití bunkovej steny ultrazvukom, aby sa uvoľnil jej obsah.Následné štúdie ukázali, že ultrazvuk s nízkou intenzitou môže podporiť proces biochemickej reakcie.Napríklad ultrazvukové ožarovanie tekutej živnej bázy môže zvýšiť rýchlosť rastu buniek rias, čím sa trojnásobne zvýši množstvo proteínu produkovaného týmito bunkami.

V porovnaní s hustotou energie kolapsu kavitačnej bubliny sa hustota energie ultrazvukového zvukového poľa zväčšila biliónkrát, čo viedlo k obrovskej koncentrácii energie;Sonochemické javy a sonoluminiscencia spôsobené vysokou teplotou a tlakom produkovaným kavitačnými bublinami sú jedinečné formy výmeny energie a materiálu v sonochémii.Preto ultrazvuk zohráva čoraz dôležitejšiu úlohu pri chemickej extrakcii, výrobe bionafty, organickej syntéze, mikrobiálnom spracovaní, degradácii toxických organických znečisťujúcich látok, rýchlosti a výťažku chemickej reakcie, katalytickej účinnosti katalyzátora, biodegradačnej úprave, prevencii a odstraňovaní usadenín ultrazvukom, drvení biologických buniek disperzia a aglomerácia a sonochemická reakcia.

1. ultrazvukom zosilnená chemická reakcia.

Chemická reakcia zosilnená ultrazvukom.Hlavnou hnacou silou je ultrazvuková kavitácia.Kolaps jadra kavitačnej bubliny vytvára lokálnu vysokú teplotu, vysoký tlak a silný nárazový a mikroprúd, ktorý poskytuje nové a veľmi špeciálne fyzikálne a chemické prostredie pre chemické reakcie, ktoré je za normálnych podmienok ťažké alebo nemožné dosiahnuť.

2. Ultrazvuková katalytická reakcia.

Ako nová oblasť výskumu priťahuje ultrazvuková katalytická reakcia čoraz väčší záujem.Hlavné účinky ultrazvuku na katalytickú reakciu sú:

(1) Vysoká teplota a vysoký tlak prispievajú k štiepeniu reaktantov na voľné radikály a dvojmocný uhlík, čím sa vytvárajú aktívnejšie reakčné zložky;

(2) Rázová vlna a mikroprúd majú desorpčné a čistiace účinky na pevný povrch (ako je katalyzátor), ktorý môže odstrániť produkty povrchovej reakcie alebo medziprodukty a vrstvu pasivácie povrchu katalyzátora;

(3) Rázová vlna môže zničiť štruktúru reaktantov

(4) systém dispergovaných reaktantov;

(5) Ultrazvuková kavitácia eroduje kovový povrch a rázová vlna vedie k deformácii kovovej mriežky a vytvoreniu vnútornej deformačnej zóny, čo zlepšuje chemickú reakčnú aktivitu kovu;

6) Podporte prenikanie rozpúšťadla do tuhej látky za vzniku takzvanej inklúznej reakcie;

(7) Na zlepšenie disperzie katalyzátora sa pri príprave katalyzátora často používa ultrazvuk.Ultrazvukové ožarovanie môže zväčšiť povrch katalyzátora, dosiahnuť rovnomernejšie rozptýlenie aktívnych zložiek a zvýšiť katalytickú aktivitu.

3. Ultrazvuková chémia polymérov

Aplikácia ultrazvukovej pozitívnej polymérnej chémie pritiahla veľkú pozornosť.Ultrazvukové ošetrenie môže degradovať makromolekuly, najmä polyméry s vysokou molekulovou hmotnosťou.Celulóza, želatína, kaučuk a bielkoviny môžu byť znehodnotené ultrazvukom.V súčasnosti sa všeobecne verí, že mechanizmus ultrazvukovej degradácie je spôsobený účinkom sily a vysokého tlaku pri prasknutí kavitačnej bubliny a druhá časť degradácie môže byť spôsobená účinkom tepla.Za určitých podmienok môže polymerizáciu iniciovať aj výkonový ultrazvuk.Silné ultrazvukové ožarovanie môže iniciovať kopolymerizáciu polyvinylalkoholu a akrylonitrilu na prípravu blokových kopolymérov a kopolymerizáciu polyvinylacetátu a polyetylénoxidu za vzniku očkovaných kopolymérov.

4. Nová technológia chemickej reakcie vylepšená ultrazvukovým poľom

Kombinácia novej technológie chemickej reakcie a vylepšenia ultrazvukového poľa je ďalším potenciálnym smerom vývoja v oblasti ultrazvukovej chémie.Napríklad sa ako médium používa superkritická tekutina a na posilnenie katalytickej reakcie sa používa ultrazvukové pole.Napríklad superkritická kvapalina má hustotu podobnú kvapaline a viskozitu a difúzny koeficient podobný plynu, vďaka čomu je jej rozpúšťanie ekvivalentné kvapaline a jej kapacita prenosu hmoty ekvivalentná plynu.Deaktiváciu heterogénneho katalyzátora je možné zlepšiť použitím dobrej rozpustnosti a difúznych vlastností superkritickej tekutiny, ale nepochybne je čerešničkou na torte, ak sa na jej posilnenie dá použiť ultrazvukové pole.Rázová vlna a mikroprúd generovaný ultrazvukovou kavitáciou môžu nielen výrazne zvýšiť nadkritickú tekutinu, aby rozpustila niektoré látky, ktoré vedú k deaktivácii katalyzátora, zohrávajú úlohu desorpcie a čistenia a udržujú katalyzátor aktívny po dlhú dobu, ale tiež zohrávajú úlohu úlohu miešania, ktoré môže rozptýliť reakčný systém a zvýšiť rýchlosť prenosu hmoty chemickej reakcie nadkritickej tekutiny na vyššiu úroveň.Okrem toho vysoká teplota a vysoký tlak v lokálnom bode, ktorý tvorí ultrazvuková kavitácia, prispeje k praskaniu reaktantov na voľné radikály a výrazne urýchli rýchlosť reakcie.V súčasnosti existuje veľa štúdií o chemickej reakcii nadkritickej tekutiny, ale len málo štúdií o zvýšení takejto reakcie ultrazvukovým poľom.

5. aplikácia vysokovýkonného ultrazvuku pri výrobe bionafty

Kľúčom k príprave bionafty je katalytická transesterifikácia glyceridu mastných kyselín metanolom a inými nízkouhlíkovými alkoholmi.Ultrazvuk môže samozrejme posilniť transesterifikačnú reakciu, najmä pre heterogénne reakčné systémy, môže výrazne zvýšiť miešací (emulgačný) efekt a podporiť nepriamu reakciu molekulárneho kontaktu, takže reakcia sa pôvodne vyžadovala za podmienok vysokej teploty (vysokého tlaku). sa môže uskutočniť pri teplote miestnosti (alebo blízko teplote miestnosti), a skrátiť reakčný čas.Ultrazvuková vlna sa nepoužíva len v procese transesterifikácie, ale aj pri separácii reakčnej zmesi.Výskumníci z Mississippi State University v Spojených štátoch použili pri výrobe bionafty ultrazvukové spracovanie.Výťažok bionafty presiahol 99 % v priebehu 5 minút, zatiaľ čo konvenčný vsádzkový reaktorový systém trval viac ako 1 hodinu.