Ultraäänen varhaisen soveltamisen biokemiassa tulisi olla soluseinän murskaaminen ultraäänellä sen sisällön vapauttamiseksi.Myöhemmät tutkimukset ovat osoittaneet, että matalan intensiteetin ultraääni voi edistää biokemiallista reaktioprosessia.Esimerkiksi nestemäisen ravinnepohjan ultraäänisäteilytys voi lisätä leväsolujen kasvunopeutta, mikä lisää näiden solujen tuottaman proteiinin määrää kolminkertaisesti.

Verrattuna kavitaatiokuplan romahduksen energiatiheyteen, ultraäänikentän energiatiheys on kasvanut biljoonia kertoja, mikä on johtanut valtavaan energiapitoisuuteen;Kavitaatiokuplien tuottaman korkean lämpötilan ja paineen aiheuttamat sonokemialliset ilmiöt ja sonoluminesenssi ovat ainutlaatuisia energian ja materiaalin vaihdon muotoja sonokemiassa.Siksi ultraäänellä on yhä tärkeämpi rooli kemiallisessa uutossa, biodieselin tuotannossa, orgaanisessa synteesissä, mikrobikäsittelyssä, myrkyllisten orgaanisten epäpuhtauksien hajotuksessa, kemiallisen reaktion nopeudessa ja saannossa, katalyytin katalyyttisessä tehokkuudessa, biohajoamisen käsittelyssä, ultraäänikiven estämisessä ja poistamisessa, biologisten solujen murskauksessa. dispersio ja agglomeroituminen sekä sonokemiallinen reaktio.

1. ultraäänellä tehostettu kemiallinen reaktio.

Ultraäänellä tehostettu kemiallinen reaktio.Päävoimana on ultraäänikavitaatio.Kavitoivan kuplaytimen romahtaminen tuottaa paikallista korkeaa lämpötilaa, korkeaa painetta ja voimakasta isku- ja mikrosuihkua, joka tarjoaa uuden ja hyvin erityisen fysikaalisen ja kemiallisen ympäristön kemiallisille reaktioille, joita on vaikea tai mahdoton saavuttaa normaaleissa olosuhteissa.

2. Ultraäänikatalyyttinen reaktio.

Uutena tutkimusalana ultraäänikatalyyttinen reaktio on herättänyt yhä enemmän kiinnostusta.Ultraäänen tärkeimmät vaikutukset katalyyttiseen reaktioon ovat:

(1) Korkea lämpötila ja korkea paine edistävät lähtöaineiden krakkautumista vapaiksi radikaaleiksi ja kaksiarvoiseksi hiileksi muodostaen aktiivisempia reaktiolajeja;

(2) Iskuaalolla ja mikrosuihkulla on desorptio- ja puhdistusvaikutuksia kiinteälle pinnalle (kuten katalyytti), joka voi poistaa pintareaktiotuotteita tai välituotteita ja katalyytin pinnan passivointikerroksen;

(3) Iskuaalto voi tuhota lähtöaineen rakenteen

(4) Dispergoitu lähtöainejärjestelmä;

(5) Ultraäänikavitaatio syövyttää metallipintaa, ja iskuaalto johtaa metallihilan muodonmuutokseen ja sisäisen jännitysvyöhykkeen muodostumiseen, mikä parantaa metallin kemiallista reaktioaktiivisuutta;

6) Edistä liuottimen tunkeutumista kiinteään aineeseen niin kutsutun inkluusioreaktion tuottamiseksi;

(7) Katalyytin dispersion parantamiseksi ultraääntä käytetään usein katalyytin valmistuksessa.Ultraäänisäteilytys voi lisätä katalyytin pinta-alaa, saada aktiiviset komponentit jakautumaan tasaisemmin ja parantamaan katalyyttistä aktiivisuutta.

3. Ultraäänipolymeerikemia

Ultraäänipositiivisen polymeerikemian soveltaminen on herättänyt laajaa huomiota.Ultraäänikäsittely voi hajottaa makromolekyylejä, erityisesti korkean molekyylipainon polymeerejä.Selluloosa, gelatiini, kumi ja proteiini voidaan hajottaa ultraäänikäsittelyllä.Tällä hetkellä uskotaan yleisesti, että ultraäänihajoamismekanismi johtuu voiman vaikutuksesta ja korkeasta paineesta, kun kavitaatiokupla puhkeaa, ja toinen osa hajoamisesta voi johtua lämmön vaikutuksesta.Tietyissä olosuhteissa tehoultraääni voi myös käynnistää polymerisaation.Voimakas ultraäänisäteilytys voi käynnistää polyvinyylialkoholin ja akryylinitriilin kopolymeroinnin lohkokopolymeerien valmistamiseksi ja polyvinyyliasetaatin ja polyeteenioksidin kopolymeroinnin oksaskopolymeereiden muodostamiseksi.

4. Ultraäänikentällä tehostettu uusi kemiallinen reaktiotekniikka

Uuden kemiallisen reaktioteknologian ja ultraäänikentän tehostamisen yhdistelmä on toinen mahdollinen kehityssuunta ultraäänikemian alalla.Esimerkiksi väliaineena käytetään ylikriittistä nestettä, ja ultraäänikenttää käytetään vahvistamaan katalyyttista reaktiota.Esimerkiksi ylikriittisen nesteen tiheys on samanlainen kuin nesteen ja viskositeetti ja diffuusiokerroin samanlainen kuin kaasulla, mikä tekee sen liukenemisesta vastaavan nesteen ja sen massansiirtokapasiteetin kaasua vastaavan.Heterogeenisen katalyytin deaktivointia voidaan parantaa käyttämällä ylikriittisen nesteen hyviä liukoisuus- ja diffuusio-ominaisuuksia, mutta kirsikka kakun päällä on epäilemättä, jos ultraäänikenttää voidaan käyttää vahvistamaan sitä.Ultraäänikavitaation tuottama shokkiaalto ja mikrosuihku eivät vain voi parantaa huomattavasti ylikriittistä nestettä liuottaakseen joitain aineita, jotka johtavat katalyytin deaktivoitumiseen, suorittavat desorption ja puhdistuksen roolia ja pitävät katalyytin aktiivisena pitkään, vaan myös Sekoituksen rooli, joka voi hajottaa reaktiojärjestelmän ja nostaa ylikriittisen nesteen kemiallisen reaktion massansiirtonopeutta korkeammalle tasolle.Lisäksi korkea lämpötila ja korkea paine ultraäänikavitaation muodostamassa paikallisessa pisteessä edistävät reagoivien aineiden halkeilua vapaiksi radikaaleiksi ja nopeuttavat suuresti reaktionopeutta.Tällä hetkellä on olemassa monia tutkimuksia ylikriittisen nesteen kemiallisesta reaktiosta, mutta vähän tutkimuksia tällaisen reaktion tehostamisesta ultraäänikentällä.

5. Suuritehoisen ultraäänen käyttö biodieselin tuotannossa

Avain biodieselin valmistukseen on rasvahappoglyseridin katalyyttinen transesteröinti metanolilla ja muilla vähähiilisellä alkoholilla.Ultraääni voi ilmeisesti vahvistaa transesteröintireaktiota, erityisesti heterogeenisissä reaktiojärjestelmissä, se voi merkittävästi parantaa sekoitus (emulgointi) vaikutusta ja edistää epäsuoraa molekyylikontaktireaktiota niin, että reaktio vaadittiin alun perin suoritettavaksi korkean lämpötilan (korkeapaine) olosuhteissa. voidaan suorittaa huoneenlämpötilassa (tai lähellä huoneenlämpötilaa) ja lyhentää reaktioaikaa.Ultraääniaaltoa ei käytetä vain transesteröintiprosessissa, vaan myös reaktioseoksen erottamisessa.Yhdysvaltalaisen Mississippi State Universityn tutkijat käyttivät ultraäänikäsittelyä biodieselin tuotannossa.Biodieselin saanto ylitti 99 % 5 minuutissa, kun taas perinteinen panosreaktorijärjestelmä kesti yli tunnin.