Prvé využitie ultrazvuku v biochémii malo spočívať v rozbití bunkovej steny ultrazvukom, aby sa uvoľnil jej obsah. Neskoršie štúdie ukázali, že ultrazvuk s nízkou intenzitou môže podporiť proces biochemickej reakcie. Napríklad ultrazvukové ožarovanie tekutej živnej bázy môže zvýšiť rýchlosť rastu buniek rias, a tým strojnásobiť množstvo bielkovín produkovaných týmito bunkami.

V porovnaní s hustotou energie kolapsu kavitačných bublín sa hustota energie ultrazvukového zvukového poľa zväčšila biliónkrát, čo viedlo k obrovskej koncentrácii energie; Sonochemické javy a sonoluminiscencia spôsobené vysokou teplotou a tlakom produkovanými kavitačnými bublinami sú jedinečnými formami výmeny energie a materiálov v sonochémii. Ultrazvuk preto zohráva čoraz dôležitejšiu úlohu v chemickej extrakcii, výrobe bionafty, organickej syntéze, mikrobiálnej úprave, degradácii toxických organických znečisťujúcich látok, rýchlosti a výťažnosti chemickej reakcie, katalytickej účinnosti katalyzátora, biodegradačnej úprave, prevencii a odstraňovaní ultrazvukového vodného kameňa, drvení, disperzii a aglomerácii biologických buniek a sonochemickej reakcii.

1. ultrazvukom vylepšená chemická reakcia.

Ultrazvukom zosilnená chemická reakcia. Hlavnou hnacou silou je ultrazvuková kavitácia. Zrútenie jadra kavitujúcej bubliny vytvára lokálnu vysokú teplotu, vysoký tlak a silný náraz a mikroprúd, čo 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 rozkladu reaktantov na voľné radikály a dvojmocný uhlík, čím vznikajú aktívnejšie reakčné látky;

(2) Rázová vlna a mikroprúd majú desorpčné a čistiace účinky na pevný povrch (ako je katalyzátor), ktoré môžu odstrániť povrchové reakčné produkty alebo medziprodukty a pasivačnú vrstvu 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 tvorbe vnútornej deformačnej zóny, čo zlepšuje chemickú reakčnú aktivitu kovu;

6) Podporiť prenikanie rozpúšťadla do pevnej látky, aby sa vyvolala tzv. inklúzna reakcia;

(7) Na zlepšenie disperzie katalyzátora sa pri jeho príprave často používa ultrazvuk. Ultrazvukové ožarovanie môže zväčšiť povrch katalyzátora, rovnomernejšie rozptýliť aktívne zložky a zvýšiť katalytickú aktivitu.

3. Ultrazvuková polymérna chémia

Aplikácia ultrazvukom pozitívnej polymérnej chémie pritiahla rozsiahlu pozornosť. Ultrazvukové ošetrenie môže degradovať makromolekuly, najmä polyméry s vysokou molekulovou hmotnosťou. Celulóza, želatína, kaučuk a proteíny sa môžu degradovať ultrazvukovým ošetrením. V súčasnosti sa všeobecne predpokladá, 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 výkonný ultrazvuk aj iniciovať polymerizáciu. Silné ultrazvukové ožarovanie môže iniciovať kopolymerizáciu polyvinylalkoholu a akrylonitrilu za vzniku blokových kopolymérov a kopolymerizáciu polyvinylacetátu a polyetylénoxidu za vzniku vrúbľovaných kopolymérov.

4. Nová technológia chemických reakcií vylepšená ultrazvukovým poľom

Kombinácia novej technológie chemických reakcií a zosilnenia ultrazvukového poľa je ďalším potenciálnym smerom vývoja v oblasti ultrazvukovej chémie. Napríklad superkritická kvapalina sa používa ako médium a ultrazvukové pole sa používa na zosilnenie katalytickej reakcie. Napríklad superkritická kvapalina má hustotu podobnú kvapaline a viskozitu a difúzny koeficient podobný plynu, čo robí jej rozpúšťanie ekvivalentným kvapaline a jej kapacitu prenosu hmoty ekvivalentnou plynu. Deaktiváciu heterogénneho katalyzátora možno zlepšiť využitím dobrých vlastností rozpustnosti a difúzie superkritickej kvapaliny, ale nepochybne je to čerešnička na torte, ak sa na jej zosilnenie dá použiť ultrazvukové pole. Rázová vlna a mikroprúd generované ultrazvukovou kavitáciou môžu nielen výrazne zvýšiť rozpustnosť niektorých látok v superkritickej kvapaline, čo vedie k deaktivácii katalyzátora, zohrávať úlohu desorpcie a čistenia a udržiavať katalyzátor aktívny po dlhú dobu, ale tiež zohrávať úlohu miešania, ktoré môže dispergovať reakčný systém a zvýšiť rýchlosť prenosu hmoty v chemickej reakcii superkritickej kvapaliny na vyššiu úroveň. Okrem toho vysoká teplota a vysoký tlak v lokálnom bode vytvorenom ultrazvukovou kavitáciou budú priaznivo pôsobiť na rozklad reaktantov na voľné radikály a výrazne urýchlia rýchlosť reakcie. V súčasnosti existuje veľa štúdií o chemickej reakcii superkritickej kvapaliny, ale len málo štúdií o zosilnení takejto reakcie ultrazvukovým poľom.

5. aplikácia vysokovýkonného ultrazvuku pri výrobe bionafty

Kľúčom k príprave bionafty je katalytická transesterifikácia mastných kyselín glyceridov s metanolom a inými nízkouhlíkovými alkoholmi. Ultrazvuk môže zjavne zosilniť transesterifikačnú reakciu, najmä v heterogénnych reakčných systémoch, pretože môže výrazne zlepšiť efekt miešania (emulgácie) a podporiť nepriamu molekulárnu kontaktnú reakciu, takže reakcia, ktorá sa pôvodne mala vykonávať za podmienok vysokej teploty (vysokého tlaku), sa môže dokončiť pri izbovej teplote (alebo blízkej izbovej teplote) a skrátiť reakčný čas. Ultrazvukové vlny sa používajú nielen v procese transesterifikácie, ale aj pri separácii reakčnej zmesi. Výskumníci z Mississippi State University v Spojených štátoch použili ultrazvukové spracovanie pri výrobe bionafty. Výťažok bionafty prekročil 99 % v priebehu 5 minút, zatiaľ čo konvenčný dávkový reaktorový systém trval viac ako 1 hodinu.